Akuisisi data dan sistem kontrol operasional (sistem SCADA)

Istilah Supervisory Control and Data Acquisition System atau sistem SCADA muncul pada akhir tahun 1980-an. Abad XX. bersamaan dengan upaya pertama untuk menggunakan komputer pribadi dengan aplikasi grafis yang diinstal di dalamnya sebagai konsol operator.

Sistem SCADA pertama dikembangkan untuk sistem operasi DOS atau Unix dan memiliki kemampuan yang agak sederhana, baik karena keterbatasan perangkat keras dan kemampuan grafis dari sistem operasi. Sistem SCADA menjadi tersebar luas bersamaan dengan munculnya antarmuka grafis, seperti Windows 3.11, X-Windows, Phantom, dan perangkat keras yang memungkinkan Anda mencapai kecepatan eksekusi proses yang diperlukan dalam mode multitasking.

Alasan munculnya sistem SCADA sebagai alat pengembangan perangkat lunak tingkat atas mirip dengan alasan munculnya sistem seperti Borland Delphi dan sistem pemrograman visual lainnya.Tugas utama mereka adalah membebaskan pengembang perangkat lunak dari beban rutin dan memang tidak berguna untuk mendeskripsikan antarmuka dan fungsi standar. Pada saat yang sama, harus dipahami bahwa penggunaan sistem SCADA tidak menyiratkan pengurangan persyaratan kualifikasi pengembang, seperti yang mereka coba bayangkan.

Membedakan sistem MMI (Antarmuka Mesin Manusia) Dan SCADA, karena keduanya berhasil dikembangkan secara independen satu sama lain, menempati ceruk yang berbeda di pasar perangkat HMI (Antarmuka Mesin Manusia).

Sistem MMI sebenarnya adalah panel kontrol lokal untuk perangkat individu atau instalasi teknologi, dilengkapi dengan layar alfanumerik dan keyboard atau grafik, biasanya layar sentuh.

Dalam kebanyakan kasus, perangkat MMI diimplementasikan menggunakan pengontrol khusus, dan bagian perangkat lunaknya tidak menyiratkan modifikasi atau perubahan tambahan.

Pada saat yang sama, sistem SCADA mencakup penggunaan komputer pribadi dan sistem operasi standar, digunakan untuk mengotomatiskan proses pengelolaan proses teknologi besar, yang melibatkan sejumlah besar perangkat eksekutif dan unit teknologi, dan juga mendukung kemungkinan mengimplementasikan aplikasi terdistribusi (menggunakan beberapa konsol operator) …

Tidak mungkin untuk menarik garis yang jelas antara sistem MMI dan SCADA karena adanya sistem pemrograman end-to-end di mana seringkali tidak ada perbedaan antara alat pengembangan perangkat lunak untuk berbagai tingkat sistem kontrol.

Kurangnya standar tunggal yang menjelaskan tujuan dan komposisi fungsional sistem SCADA dan perbedaan interpretasi istilah "SCADA" itu sendiri memperumit klasifikasi dan perbandingan sistem kelas ini.

Kelompok utama sistem SCADA berikut dapat dibedakan:

• Sistem SCADA dikembangkan oleh produsen pengontrol;

• Sistem SCADA dikembangkan oleh produsen independen;

• Sistem SCADA adalah komponen sistem pemrograman end-to-end.

Tugas pabrikan peralatan pengontrol dalam mengembangkan sistem SCADA mereka sendiri adalah menyediakan alat bagi pengguna akhir untuk mengembangkan aplikasi visualisasi menggunakan pengontrol dari pabrikan tersebut.

Karakteristik utama berikut dari sistem tersebut dapat dibedakan:

• antarmuka sistem ini mengulangi antarmuka alat penulisan perangkat lunak untuk peralatan pengontrol;

• Komponen sistem SCADA dioptimalkan untuk bekerja dengan data yang diterima dari peralatan kontrol pabrikan tertentu;

• Antarmuka untuk pertukaran data dengan peralatan dari pabrikan lain diimplementasikan dengan buruk atau sulit digunakan.

Contoh klasik dari sistem semacam itu adalah Siemen WinCC… Penggunaan sistem berpemilik semacam itu, di satu sisi, meminimalkan biaya pelatihan spesialis pengembangan perangkat lunak, tetapi di sisi lain, itu secara ketat mengikat pengembang dan pengguna akhir sistem ke pabrikan tertentu atau bahkan ke pabrikan tertentu. garis peralatan dari satu produsen.

Selain itu, sejumlah produsen peralatan kontrol terpaksa mengembangkan sistem SCADA mereka sendiri untuk tujuan pemasaran tanpa menyediakan produk perangkat lunak mereka dengan tingkat dukungan dan pemeliharaan yang diperlukan.

Sistem SCADA pihak ketiga adalah alat paling fleksibel untuk membuat visualisasi proses dan aplikasi kontrol. Keunggulan mereka termasuk dukungan sejumlah besar fungsi untuk membuat sistem kontrol terdesentralisasi dan terdistribusi, serta kemampuan untuk mengintegrasikan peralatan dari produsen yang berbeda, termasuk yang bersaing, ke dalam satu sistem.

Untuk bertukar data dengan peralatan eksekutif, sistem tersebut menggunakan perangkat lunak server I/O yang mengimplementasikan antarmuka DDE atau OPC. Penyebaran sistem SCADA tersebut, serta kebutuhan untuk mematuhi standar alat otomasi, menyebabkan fakta bahwa semua pengembang peralatan pengontrol memilikinya sendiri. Server perangkat lunak OPC atau DDE, yang diantar lengkap dengan perlengkapannya atau sesuai pesanan.

Karena sistem pemrograman end-to-end mencakup pengembangan stasiun operator sebagai bagian integral dari sistem kontrol, selalu berisi komponen terpisah dari sistem SCADA. Namun, karena seluruh sistem berfungsi secara keseluruhan, komponen ini juga dapat menjadi komponen modul lain dari sistem pemrograman end-to-end, atau mungkin tidak mungkin memisahkan sistem SCADA dalam bentuk murninya menjadi produk perangkat lunak.

Sistem tersebut memiliki keuntungan dan kerugian yang sama dengan sistem SCADA yang dikembangkan oleh produsen pengontrol, dengan mempertimbangkan dua perbedaan utama:

• Sistem SCADA, yang merupakan bagian integral dari sistem pemrograman end-to-end, praktis tidak memiliki interoperabilitas dengan perangkat lunak dan perangkat keras dari pabrikan lain;

• peran sistem SCADA dalam aplikasi tersebut terbatas pada pengembangan antarmuka grafis.

Komposisi dan struktur sistem SCADA

Komposisi dan struktur sistem SCADA

Biasanya, sistem SCADA terdiri dari dua rangkaian produk perangkat lunak yang terpisah: lingkungan pengembangan dan lingkungan eksekusi.

Pengembangan lingkungan disebut himpunan yang lingkungan untuk visualisasi proses teknologi dirancang dan dikonfigurasi.

Lingkungan selama bekerja — ini adalah sekumpulan produk perangkat lunak yang diperlukan untuk mengerjakan proyek program untuk visualisasi proses teknologi di ruang operator.

Secara terpisah, masalah interaksi antara lingkungan pengembangan dan lingkungan runtime selama bekerja dengan proyek pengembang dan operator yang sama harus dipertimbangkan:

1. Perubahan yang dilakukan oleh pengembang langsung berlaku.

2. Runtime mencerminkan perubahan yang dibuat seperti yang ditemukan dalam kode sumber proyek.

3. Perubahan direfleksikan saat runtime saat reboot atau force.

Penerapan jenis interaksi pertama memungkinkan untuk mendemonstrasikan kemampuan produk dengan cukup jelas dan efektif dalam presentasi komersial, dan oleh karena itu kadang-kadang diterapkan dalam produk perangkat lunak akhir. Namun, saat bekerja dengan proyek nyata, ada potensi bahaya hilangnya bagian antarmuka grafis atau pergerakan kontrol yang dinamis. Dalam hal ini, jenis interaksi kedua dan ketiga atau kombinasinya adalah yang paling tersebar luas.

Bagian utama sistem SCADA berikut ini dapat dibedakan:

• basis tag;

• modul tampilan grafik;

• pengolah skrip;

• sistem alarm dan peringatan;

• modul untuk pengarsipan parameter proses teknologi.

Tag Sistem SCADA Merupakan objek untuk menyimpan nilai parameter proses teknologi dan propertinya. Label terkadang salah disebut "variabel". Pada saat yang sama, konsep label paling dekat dengan definisi kelas dalam bahasa pemrograman berorientasi objek.

Modul tampilan grafis mengimplementasikan antarmuka grafis proyek. Sebagai aturan, antarmuka grafis adalah sekumpulan bentuk layar dengan elemen grafis ditempatkan di atasnya. Tugas membuat layar direduksi menjadi menempatkan elemen grafik pada bentuk layar dan menyetel propertinya.

Dalam proses memanggil, menampilkan, dan menutup formulir layar, saat mengklik objek grafik, mengubah properti atau nilai tag individual, perlu dilakukan perhitungan atau tindakan yang ada mesin skrip… Skrip juga disebut "makro" atau "skrip" di beberapa sistem.

Sebagian besar skrip sistem SCADA yang mengimplementasikan antarmuka grafis dari workstation operator otomatis adalah penangan klik mouse pada elemen grafis.

Untuk skrip, sistem SCADA dari pabrikan berbeda menawarkan satu atau lebih bahasa. Sistem yang dikembangkan oleh produsen pengontrol atau sebagai bagian dari sistem pemrograman end-to-end biasanya menawarkan bahasa pemrograman yang sama untuk scripting maupun untuk menulis perangkat lunak pengontrol… Sistem SCADA pihak ketiga sering kali menawarkan bahasa skrip makro khusus.

Menggunakan bahasa pemrograman tujuan umum memungkinkan Anda menerapkan antarmuka pengguna yang kompleks dan metode non-standar untuk bekerja dengan data dengan mengakses pustaka dan API tambahan.

Pada saat yang sama, pengembang harus dalam studi kasus apa pun fungsi pustaka untuk bekerja dengan komponen sistem SCADA, dengan cara yang sama seperti bahasa makro dipelajari, dan kode yang diterapkan dapat berpotensi berbahaya atau mewarisi kesalahan dari fungsi pihak ketiga perpustakaan.

Sistem alarm dimaksudkan untuk memberi tahu operator tentang nilai parameter proses di luar batas yang diizinkan. Sebagai aturan, untuk setiap parameter teknologi, 2 jenis pengaturan dapat diatur sesuai dengan notifikasi yang akan muncul: masing-masing, pengaturan darurat dan peringatan.

Bergantung pada kemampuan sistem, pengaturan ini diatur menurut satu atau beberapa kriteria:

• Diluar jangkauan. Dalam hal ini ada: nilai peringatan atas dan bawah dan nilai alarm atas dan bawah.

• Penyimpangan dari nilai nominal suatu nilai. Bagikan penyimpangan minimum dan maksimum yang diizinkan dari nilai yang ditetapkan.

• Menetapkan laju perubahan nilai parameter proses maksimum yang diperbolehkan. Nilai pengaturan rentang yang diizinkan ditentukan dalam satuan absolut, dan penyimpangan dari nominal dan laju perubahan dapat ditentukan baik dalam satuan absolut maupun sebagai persentase dari nilai saat ini atau setpoint.

Karena fakta bahwa untuk satu proses teknologi jumlah parameter yang setpoint darurat dan peringatan ditetapkan bisa besar, dalam sistem SCADA dimungkinkan untuk menggabungkan parameter yang dikontrol secara teknologi ke dalam grup, serta untuk mengatur tingkat prioritas untuk setiap set point.

Tugas utama modul cadangan — memberikan kemampuan untuk menampilkan grafik parameter teknologi (Tren) pada layar monitor untuk waktu yang relatif singkat, serta membuat laporan sederhana Modul pengarsipan nilai sistem SCADA harus menyediakan fungsi-fungsi berikut:

• pengarsipan nilai dalam database lokal dengan frekuensi atau perubahan tertentu;

• ketika nilai pengarsipan berubah — kemungkinan untuk mengatur zona mati untuk pengarsipan;

• menetapkan batas ukuran basis data lokal;

• mengatur waktu untuk menyimpan nilai;

• melakukan pemeliharaan rutin untuk menghapus nilai lama atau paling awal ketika waktu penyimpanan atau ukuran basis data terlampaui dalam mode otomatis;

• ketersediaan antarmuka untuk membuat grafik nilai arsip dan melihatnya;

• ketersediaan sistem untuk mengekspor nilai parameter untuk periode yang ditentukan dalam bentuk tabel nilai.