Prvky systému SCADA

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

Systém SCADA se obvykle skládá z několika subsystémů. Tyto subsystémy mohou být různé, od velmi jednoduchých, snadno implementovatelných až po složité, jako je zásobování a monitorování vody v dané lokalitě.

Systém se skládá z následujících prvků: MTU, RTU, provozní zařízení, HMI, PLC, komunikace SCADA, server pro sběr dat a historii dat.

MTU (hlavní koncová jednotka)

Hlavní stanice, nazývaná také centrální hostitel nebo MTU, shromažďuje, ukládá a zpracovává data z různých RTU. MTU poskytuje operátorské rozhraní pro zobrazení informací a následné ovládání vzdálených míst. Doba, kterou MTU potřebuje k proskenování všech RTU a návratu k první z nich, se nazývá doba skenování nebo interval skenování. V komplexním systému SCADA se používá několik podřízených stanic, které shromažďují informace ze vzdálených míst (RTU) a předávají svá data zpět hlavní jednotce (MTU) systému.
Úkoly, které MTU vykonává, lze shrnout následovně:

  • Monitoruje/řídí celý komunikační systém SCADA prostřednictvím komunikačního spojení, které může být LAN/WAN.
  • Kontroluje komunikační spojení s RTU, zjišťuje jeho aktuální stav, posílá RTU požadavek na data/informace a shromažďuje je.
  • Zobrazuje data/grafy vizuálně pomocí HMI.

RTU (vzdálená koncová jednotka)

RTU je mikroprocesorová samostatná jednotka pro sběr dat a řízení, která monitoruje a řídí zařízení na vzdálených místech, vzdálených od centrální jednotky nebo MTU. RTU shromažďuje data z provozních zařízení a kóduje je ve formě přijatelné pro MTU. Typická RTU má analogové a digitální vstupy/výstupy. Jednotku RTU si lze představit jako pokročilé vstupně-výstupní I/O zařízení s vestavěnými komunikačními prostředky.
RTU může komunikovat s jinou RTU na bázi peer-to-peer. Může také fungovat jako retranslační stanice pro jinou RTU a v takovém případě jednoduše ukládá a předává příslušné informace/údaje do MTU. Taková situace nastane, když RTU nemůže komunikovat přímo s MTU. RTU shromažďují informace v reálném čase ze snímačů a na žádost MTU je odesílají do MTU. V některých případech může RTU v případě naléhavé potřeby zaslat požadavek nadřízenému. Komunikace mezi RTU a MTU probíhá prostřednictvím LAN/WAN.
Konfigurační a řídicí programy pro RTU lze dynamicky stahovat z centrální nadřazené stanice. Některé jednotky RTU mohou být konfigurovány také lokálně z vlastní programovací jednotky. Komunikace mezi jednotkami RTU a MTU může probíhat po drátě, optickými vlákny, telefonní linkou, mikrovlnami nebo satelitem. Při komunikaci se používají protokoly a schémata detekce chyb pro bezchybný přenos dat a také pro zabránění phishingu ze strany některých cizích osob.

Topologie
Datová komunikace mezi MTU a RTU může probíhat s využitím různých topologií - tj. způsobu jejich vzájemného propojení. Na obrázku 1 jsou znázorněny různé topologie, které se obvykle používají při komunikaci SCADA.
V topologii „hvězda“ může každá RTU komunikovat s MTU, ale žádná z RTU nemůže komunikovat mezi sebou. V topologii „ring“ nebo „daisy chain“ může každá stanice komunikovat se svým sousedem. Komunikace „peer-to-peer“ spolu se schopností „uložit a předat“ zprávu umožňuje předat zprávu z MTU přes jednu nebo více RTU do RTU, která je mimo přímý dosah MTU. Tato metoda je velmi užitečná pro systém SCADA, v němž jsou MTU a RTU geograficky velmi vzdáleny. V topologii „sběrnice“ může kterákoli stanice odeslat/přijmout zprávu od kterékoli jiné stanice. Tento systém komunikace se v poslední době zalíbil vývojářům SCADA, kteří pro přenos dat používají optické kabely namísto rádiové komunikace.

prvky scada 2022 1

Požadavky na RTU
RTU musí mít redundantní napájení pro nepřetržitou dostupnost napájení i při výpadku proudu. Měla by mít také redundantní komunikační port, aby RTU zůstala v provozu i při výpadku sítě LAN. Měla by mít hodiny reálného času, aby bylo možné přesně označovat zprávy datem a časem, a měla by mít časovač hlídání, aby RTU mohla znovu zahájit provoz po výpadku napájení.
Měla by mít robustní konstrukci, aby odolávala extrémním teplotám a vlhkosti. Měla by podporovat komunikaci se všemi zařízeními na místě a také s jakýmkoli budoucím zařízením, které může být přidáno v poli. Její paměť by měla být nevolatilní povahy (NVRAM) a jakýkoli nový firmware by měl být stažen přes LAN, aby byly schopnosti RTU stále aktuální.

Hardware a funkce RTU
Hardware RTU se skládá ze vstupů, výstupů, paměti, komunikačního a napájecího modulu. Vstupy mohou být analogového, digitálního nebo čítačového typu, zatímco výstupy mohou být analogové nebo digitální povahy. Paměť zahrnuje jak dynamickou, tak statickou paměť. V systému SCADA musí RTU komunikovat se snímači a řídicími jednotkami na jedné straně
a s MTU na straně druhé.

Funkce softwaru RTU
Operační systém reálného času (RTOS) se stará o všechny softwarové potřeby RTU. RTU musí rychle snímat velké množství vstupů. RTOS musí spravovat komunikační porty, jak k MTU, tak také I/O porty připojené k provozním zařízením. RTOS se tedy musí zabývat mnoha aplikacemi: skenováním vstupů, zpracováním a ukládáním procesních dat, jejich odesíláním do MTU, odpovídáním na požadavky/příkazy z MTU, nastavováním/změnou parametrů, povolováním/zakázáním I/O, diagnostikou, stahováním souborů atd.

Obsluha RTU
RTU v systému SCADA poměrně rychle skenuje vstupy, opatřuje je časovými značkami a ukládá je do své paměti pro jejich případný přenos do MTU. Ačkoli v některých případech RTU iniciuje hlášení do MTU, obvykle MTU dotazuje RTU a žádá o data. Jednotky RTU lze rozdělit na menší a větší. Ne všechny jednotky RTU mohou mít zabudovány všechny funkce. Malé jednotky RTU mohou mít 8bitové procesory s malou pamětí, zatímco větší jednotky mají schopnost časového značení dat s přesností na milisekundy.

RTU vykonává následující činnosti:

  • navázat spojení s dozorovaným zařízením
  • číst stav zařízení (např. stav otevřeno/sepnuto ventilu nebo relé).
  • získat hodnotu měřeného signálu (např. teplota, tlak nebo napětí).
  • ovládat zařízení vysláním příkazového/řídicího signálu.
  • Čtení hodnoty digitálního/analogového signálu

Datová zařízení a propojení v poli

Polní zařízení (ovládaná zařízení) tvoří jednu z nejdůležitějších částí celého systému SCADA. Polní snímače, akční členy, polohovadla ventilů, průtokoměry, snímače teploty, měřiče tlaku, měřiče spotřeby energie, rozváděče pro řízení motorů poskytují operátorovi potřebné informace např. v systému distribuce vody. Údaje z pole musí být propojovacími zařízeními převedeny do podoby, která je v konečném důsledku přijatelná pro systém SCADA. Toto rozhraní zajišťují jednotky RTU. Jednotky RTU převádějí data z pole podle komunikačního protokolu do takové podoby, aby byla přijatelná pro MTU pro analýzu dat, ukládání dat a pro účely HMI.
Vzhledem k omezené šířce pásma komunikačního kanálu a za účelem snížení zátěže MTU jsou instrukce pro zařízení rozhraní ukládány lokálně v PLC. PLC je přímo připojeno k zařízením rozhraní pro provozní data a má v sobě uloženy programy, které se provádějí na základě určitých podmínek v provozních zařízeních. PLC se používají jako náhrada řídicí logiky spínání relé. Někdy je nutné měnit programy uložené v PLC pomocí určité vzdálené logiky, která je součástí dohledového řízení. Někdy jsou do PLC zabudovány komunikační moduly a v průběhu let se hranice mezi PLC a RTU stále více stírá.

prvky scada 2022 1

Rozhraní člověk-stroj (HMI), rozhraní člověk-počítač (HCI) nebo rozhraní člověk-stroj (MMI)

Uživatelské rozhraní HMI nebo SCADA zajišťuje rozhraní mezi hardwarem a softwarem v komunikačním systému SCADA. Výkonnost systému SCADA výrazně závisí na rozhraní HMI.
HMI je okno operátora dohledového systému. Představuje operátorovi různé informace o stavu zařízení graficky ve formě mimických diagramů. Tyto diagramy představují schematické znázornění řízeného zařízení. Mimické diagramy se skládají z čárové grafiky a schematických symbolů představujících prvky procesu.
HMI přebírá odpovědnost za dohledové operace v systému SCADA. Operátor vydává příkazy pomocí ukazatelů, klávesnic a dotykových obrazovek. Součástí HMI je software pro kreslení, který používají pracovníci systému, kteří mohou také měnit vizuální zobrazení podle potřeby systému.
HMI poskytuje diagnostiku, trendy, informace o řízení a také aktuální stavy různých parametrů pod kontrolou systému SCADA. Obrazové znázornění je nejpreferovanějším způsobem pro stavy, hodnoty proměnných, protože je pro člověka nejsnáze pochopitelné.
Obvykle se HMI navrhuje podle potřeb a specifikací struktury SCADA. Někdy se používá proprietární software spolu s hardwarovou konfigurací, která nemusí být kompatibilní s jiným hardwarem. K dispozici jsou některé komerční produkty, které poskytují rozhraní mezi hardwarem a softwarem SCADA a zajišťují kompatibilitu mezi hardwarem a softwarem SCADA. Obecně lze říci, že HMI provádí následující činnosti:

  • zajišťuje komunikaci mezi hardwarem a softwarem SCADA
  • poskytuje informace o stavu různých proměnných
  • zajišťuje konverzi mezi několika typy dat

Programovatelný logický automat (PLC)

PLC již byly v mnoha článcích vyčerpávajícím způsobem popsány. Jsou nedílnou součástí každého systému založeného na SCADA. PLC, zavedený koncem 60. let 20. století, je mikroprocesorový systém, který využívá programovatelnou paměť pro ukládání instrukcí a realizuje funkce, jako je logika, sekvenční řízení, časování, počítání, aritmetika a PID regulace, za účelem řízení procesů a strojů. PLC má několik bloků, včetně vstupních a výstupních modulů, komunikačního modulu a mikroprocesoru.
Vstupy a výstupy připojené k PLC se rozpoznávají podle adres. Jedná se o číslo, kterému předchází písmeno označující, zda se jedná o vstup nebo výstup.

Historian dat

Historian dat ukládá do své databáze data s časovým razítkem, logické události, stav alarmu nebo jakékoli jiné informace dostupné ze systému. Ukládá informace z řídicího centra SCADA. Data z databáze lze načíst podle potřeby a získat grafické trendy události a zobrazit je na obrazovce HMI pro analýzu.

Zpracování alarmů

Zpracování alarmů je jednou z nejdůležitějších otázek systému SCADA. Indikace alarmu může mít podobu sirény, blikající oblasti na obrazovce nebo vyskakovacího okna na obrazovce. Úkolem „alarmu“ je upozornit obsluhu na část systému, která je v poplachu, aby mohla být přijata vhodná opatření k odstranění příčiny alarmu. Největší pozornost je třeba věnovat tomu, když se v rychlém sledu za sebou vyskytne kaskáda alarmových událostí. V takovém případě by měl operátor uplatnit své znalosti a zkušenosti s provozem ohledně toho, kterému alarmovému stavu je třeba věnovat pozornost jako prvnímu, v závislosti na závažnosti, kterou může stav mimo dosah ovlivnit výkonnost systému.
Po výskytu alarmu jsou vzdálenému operátorovi nebo vedení zasílány akce ve formě textových zpráv a e-mailů. Po potvrzení alarmu a provedení příslušných opatření je alarm deaktivován.

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Prosím, povolte javascriptu odeslat tento formulář

Časopis vychází 1x měsíčně.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl kveten 2022

ElektroPrůmysl.cz, květen 2022

Číslo je zaměřené především na konektorovou techniku a kabelovou konfekci.

Zajímavé odkazy

Nastavte si své Centrum preferencí a získejte třeba SMART TV Tím, že více specifikujete oblasti zájmů ve svém profilu, vás automaticky zařadíme do slosování o hodnotné ceny.
Ušetřete 30% nákladů se systémovou technikou! Zbavte se tlaku na náklady jednou pro vždy. Díky decentrální instalaci ušetříte až 30%. Je to tak jednoduché! Vše, co musíte udělat, je: Prostě jít do toho.
Termokamera pro mobilní telefon - HMINI1 Modul pro mobilní telefon s OS Android a USB-C, rozlišení 160x120 a 25 Hz snímkování.

Najdete nás na Facebooku