Что это такое SCADA – компоненты и разработка, архитектура и применение

Supervisory control and data acquisition или SCADA – это система диспетчерского контроля и обработки данных. В нее входят программные и аппаратные компоненты управления, которые позволяют автоматизировать производственные процессы. SCADA собирает в одном месте ключевые параметры о работе различных систем. Далее происходит обработка и классификация этих параметров.

Что это такое

По причине того, что система SCADA собирает и демонстрирует показатели в одном месте (например, на мониторе оператора), то это дает сотруднику в реальном времени в короткие сроки и точно решать поставленные задачи. По сути, это своего рода ЧМИ – человеко-машинный интерфейс. У системы SCADA достаточно обширные возможности, что создает условия для ее применения в самых разных сферах и отраслях: от светофоров и камер видеонаблюдения до перерабатывающих заводов. SCADA упрощает процесс по контролю и управлению входящей информацией.

Из каких компонентов состоит

SCADA основана на пяти элементах, слаженная работа которых обеспечивает системе разностороннее применение в разных сферах деятельности. Компоненты подсоединены к датчикам, повышающим автоматизацию процессов.

• Инфраструктура связи – нужна для формирования структуры, в которой будут взаимодействовать остальные части программы.
• HMI (Human Machine Interface) – человеко-машинный интерфейс. Графическая панель, например монитор ноутбука и смартфона, сгенерированная HMI, – выводит на экран информацию, понятную для человеческого восприятия. С помощью HMI сотрудник способен диагностировать значения параметров, менять их, изучать схемы и тренды.
• УСО – устройства связи с объектами или по-другому Удаленные терминальные устройства (RTU – Remote Terminal Units). Телеметрические устройства – один из основных механизмов взаимодействия физических компонентов системы со SCADA. УСО первым делом контролируют исполнительные датчики и механизмы, чтобы корректно передавать значения их сигналов на сервер.

• Компьютерные серверы – центр контроля и управления системами SCADA. В них собираются данные с контроллеров и RTU, а также отправляются реверсивные приказы на объект. Это решает задачу удаленного управления элементами системы. Каждое из АРМ способно одновременно работать с двумя и более серверами.
• ПЛК – программируемые логические контролеры, или PLC – Programmable Logic Controllers. Функционал ПЛК и УСО схожи между собой, а в иных ситуациях взаимозаменяемы. Эти микропроцессоры считывают, обрабатывают и передают результаты анализа. Предпочтение отдается ПЛК, когда работа ведется в локальной сети, так как скорость передачи информации на коротких расстояниях у них выше. RTU предпочтительнее в географически распределенных системах.

Как разрабатывается SCADA ПО

Некоторые считают, что DCS (РСУ – распределенная система управления) и SCADA – это одно и то же.

У них, конечно, есть схожие черты, но в целом системы различаются. Вот основные отличия:

• Первостепенная задача систем SCADA – собирать данные так, чтобы сотрудник мог на их основании принимать экстренные или повседневные решения, касающиеся функционирования систем. А также, чтобы оператор мог при необходимости корректировать настройки.
• Главная цель DCS – управление процессами с помощью компьютеров. Хоть сотрудник и способен вмешаться в процесс, его действия – не основная задача РСУ.

SCADA и DCS различаются и подходом к программированию. Программисты при работе с DCS пользуются упрощенными логическими элементами, чтобы формировать контуры управления. В SCADA, напротив, процесс программирования сложнее, что делает его гибким. Чтобы запрограммировать SCADA, нужно обладать специализированным ПО, которое открывает возможность управлять отображениями входных данных. Это доступно с помощью таких языков программирования, как C++, WinCC и подобных.

После получения ПО заказчиком, последнему останется только задать уставки для HMI, PLC и RTU, используя параметры, выведенные на графический интерфейс. Таким образом, заказчику не нужно уметь писать программные коды, чтобы настроить схемы и диаграммы, а также просматривать и менять уставки.

Особенности архитектуры системы

Чтобы лучше освоить суть программирования SCADA, изучают все ее компоненты в совокупности. Системная архитектура углубляет понимание технологии SCADA и описывает, как компоненты взаимодействуют друг с другом, формируя единую систему управления. Информация, обрабатываемая ПО SCADA, поступает с датчиков в автоматическом режиме, и только в редких случаях вводится вручную оператором. Данные могут хранить информацию о давлении, температуре, напряжении и прочих важных показателях.

Информация на компьютерный сервер передается после каждой новой записи, сделанной PLC или RTU. Сервер перерабатывает эту информацию и выдает ее в удобном для понимания оператором виде на графической панели HMI. Таким образом, сотрудник сможет быстро среагировать и выполнить нужные действия без необходимости расшифровывать поступившие на экран данные.

Иногда ПЛК и УСО программируют так, чтобы они были способны выполнять технически несложные действия исходя из вводных данных. Архитектура системы на практике – сложная, и иногда охватывает тысячи разных элементов и протоколов передачи данных.

Где применяется технология

В этих отраслях с целью оптимизировать повседневную работу применяется технология SCADA:

• Производство и распределение энергии – здесь изучают и регулируют напряжение, управляют электросетью и выключателями.
• Транспортировка и очистка воды и сточных вод – наблюдение и регулировка расхода воды, использование систем автоматизации электротехнических приводов, автоматизация очистительных циклов.
• Управление транспортным потоком – регулировка работы светофоров, отслеживание и распределение мощности общественного автотранспорта, управление трафиком на дорогах.
• Производство – SCADA позволяет управлять складом, контролировать качество производимых товаров.