الحصول على البيانات وأنظمة التحكم التشغيلي (أنظمة SCADA)

ظهر مصطلح نظام التحكم الإشرافي واكتساب البيانات أو نظام SCADA في أواخر الثمانينيات. القرن العشرين. بالتزامن مع المحاولات الأولى لاستخدام أجهزة الكمبيوتر الشخصية مع تثبيت تطبيقات رسومية عليها كوحدات تحكم للمشغل.

تم تطوير أنظمة SCADA الأولى لأنظمة التشغيل DOS أو Unix ولديها قدرات متواضعة إلى حد ما ، بسبب قيود الأجهزة والقدرات الرسومية لأنظمة التشغيل. انتشرت أنظمة SCADA بشكل متزامن مع ظهور واجهات رسومية ، مثل Windows 3.11 و X-Windows و Phantom والأجهزة التي تتيح لك تحقيق السرعة اللازمة لتنفيذ العمليات في أوضاع تعدد المهام.

سبب ظهور أنظمة SCADA كأدوات تطوير برمجيات عالية المستوى مشابه لأسباب ظهور أنظمة مثل Borland Delphi وأنظمة البرمجة المرئية الأخرى.وتتمثل مهمتهم الرئيسية في إعفاء مطوري البرامج من العبء الروتيني والعديم الفائدة لوصف الواجهات والوظائف القياسية. في الوقت نفسه ، يجب أن يكون مفهوماً أن استخدام أنظمة SCADA لا يعني تقليل متطلبات تأهيل المطور ، كما يحاولون تخيله.

تميز الأنظمة MMI (واجهة الإنسان والآلة) و سكادا، حيث نجح كلاهما في التطور بشكل مستقل عن بعضهما البعض ، حيث احتلوا مجالات مختلفة في سوق الأجهزة HMI (واجهة الآلة البشرية).

أنظمة MMI هي في الواقع لوحات تحكم محلية للأجهزة الفردية أو التركيبات التكنولوجية ، ومجهزة بشاشات أبجدية رقمية ولوحات مفاتيح أو رسومات ، وعادة ما تكون شاشات تعمل باللمس.

في معظم الحالات ، يتم تنفيذ جهاز MMI باستخدام وحدة تحكم خاصة ، ولا يتضمن جزء البرنامج الخاص به أي تعديلات أو تغييرات إضافية.

في الوقت نفسه ، تشتمل أنظمة SCADA على استخدام أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأنظمة التشغيل القياسية ، وتستخدم لأتمتة عملية إدارة العمليات التكنولوجية الكبيرة ، والتي يشارك فيها عدد كبير من الأجهزة التنفيذية والوحدات التكنولوجية ، وكذلك تدعم إمكانية تنفيذ تطبيقات موزعة (باستخدام وحدات تحكم متعددة المشغلين) ...

من المستحيل رسم خط واضح بين أنظمة MMI و SCADA نظرًا لوجود أنظمة برمجة شاملة لا يوجد فيها غالبًا تمييز بين أدوات تطوير البرامج لمستويات مختلفة من نظام التحكم.

يؤدي عدم وجود معيار واحد يصف الغرض والتكوين الوظيفي لأنظمة SCADA والاختلاف في تفسيرات مصطلح "SCADA" نفسه إلى تعقيد تصنيف ومقارنة أنظمة هذه الفئة.

يمكن تمييز المجموعات الرئيسية التالية لأنظمة SCADA:

• أنظمة SCADA التي طورتها الشركات المصنعة لأجهزة التحكم ؛

• أنظمة SCADA التي طورتها الشركات المصنعة المستقلة ؛

• أنظمة SCADA هي مكونات أنظمة البرمجة من طرف إلى طرف.

تتمثل مهمة الشركة المصنعة لمعدات التحكم في تطوير نظام SCADA الخاص بها في تزويد المستخدم النهائي بأداة لتطوير تطبيقات التصور باستخدام وحدات تحكم من تلك الشركة المصنعة.

يمكن تمييز الخصائص الرئيسية التالية لهذه الأنظمة:

• تكرر واجهة هذه الأنظمة واجهة وسائل كتابة البرامج لجهاز التحكم ؛

• تم تحسين مكونات نظام SCADA للعمل مع البيانات الواردة من معدات التحكم الخاصة بمصنع معين ؛

• واجهات تبادل البيانات مع المعدات من الشركات المصنعة الأخرى ضعيفة التنفيذ أو يصعب استخدامها.

مثال كلاسيكي على مثل هذا النظام سيمنز WinCC... يؤدي استخدام مثل هذه الأنظمة الاحتكارية ، من ناحية ، إلى تقليل تكلفة تدريب المتخصصين في تطوير البرامج ، ولكن من ناحية أخرى ، يُلزم كل من المطور والمستخدم النهائي للنظام بشكل صارم بمصنّع معين أو حتى بمصنّع معين خط معدات من مصنع واحد.

بالإضافة إلى ذلك ، اضطر عدد من مصنعي معدات التحكم إلى تطوير أنظمة SCADA الخاصة بهم لأغراض التسويق دون تزويد منتجات برامجهم بالمستوى المطلوب من الدعم والصيانة.

تعد أنظمة SCADA التابعة لجهات خارجية أكثر الأدوات مرونة لإنشاء تطبيقات تصور العمليات والتحكم فيها. تشمل مزاياها دعم عدد كبير من الوظائف لإنشاء أنظمة تحكم لا مركزية وموزعة ، فضلاً عن القدرة على دمج المعدات من مختلف الشركات المصنعة ، بما في ذلك الشركات المصنعة المنافسة في نظام واحد.

لتبادل البيانات مع المعدات التنفيذية ، تستخدم هذه الأنظمة خوادم إدخال / إخراج البرامج التي تنفذ واجهات DDE أو OPC. أدى انتشار أنظمة SCADA هذه ، فضلاً عن الحاجة إلى الامتثال لمعايير أدوات الأتمتة ، إلى حقيقة أن جميع مطوري معدات التحكم لديهم خوادم برامج OPC أو DDE، والتي يتم تسليمها كاملة مع المعدات أو للطلب.

نظرًا لأن نظام البرمجة الشامل يتضمن تطوير محطات المشغل كجزء لا يتجزأ من نظام التحكم ، فإنه يحتوي دائمًا على مكونات منفصلة لنظام SCADA. ومع ذلك ، نظرًا لأن النظام بأكمله يعمل ككل ، فقد تكون هذه المكونات أيضًا مكونات وحدات أخرى لنظام البرمجة من طرف إلى طرف ، أو قد يكون من المستحيل فصل نظام SCADA في شكله النقي إلى منتج برمجي.

تتمتع هذه الأنظمة بنفس مزايا وعيوب أنظمة SCADA التي طورتها الشركات المصنعة لأجهزة التحكم ، مع مراعاة اختلافين رئيسيين:

• أنظمة SCADA ، التي تعد جزءًا لا يتجزأ من أنظمة البرمجة من طرف إلى طرف ، ليس لها عمليًا إمكانية التشغيل البيني مع البرامج والأجهزة من الشركات المصنعة الأخرى ؛

• يقتصر دور نظام SCADA في مثل هذه التطبيقات على تطوير واجهة رسومية.

تكوين وهيكل أنظمة SCADA

تكوين وهيكل أنظمة SCADA

عادةً ما تتكون أنظمة SCADA من مجموعتين منفصلتين من منتجات البرامج: بيئة التطوير وبيئة التنفيذ.

بيئة التطوير تسمى المجموعة التي يتم من خلالها تصميم وتكوين بيئة تصور العملية التكنولوجية.

البيئة أثناء العمل - هذه مجموعة من منتجات البرامج الضرورية للعمل في مشروع البرنامج لتصور العملية التكنولوجية في محطة المشغل.

بشكل منفصل ، ينبغي النظر في مسألة التفاعل بين بيئة التطوير وبيئة وقت التشغيل أثناء العمل مع نفس المشروع للمطور والمشغل:

1. تسري التغييرات التي أجراها المطور على الفور.

2. يعكس وقت التشغيل التغييرات التي تم إجراؤها كما هو موجود في الكود المصدري للمشروع.

3. تنعكس التغييرات في وقت التشغيل عند إعادة التشغيل أو القوة.

يتيح تنفيذ النوع الأول من التفاعل إمكانية إظهار قدرات المنتج بوضوح تام وفعالية في العروض التقديمية التجارية ، وبالتالي يتم تنفيذه أحيانًا في منتجات البرامج النهائية. ومع ذلك ، عند العمل مع مشاريع حقيقية ، هناك خطر محتمل يتمثل في فقدان جزء من الواجهة الرسومية أو الحركة الديناميكية لعناصر التحكم. في هذا الصدد ، فإن النوعين الثاني والثالث من التفاعل أو مزيجهما هما الأكثر انتشارًا.

يمكن تمييز الأجزاء الرئيسية التالية من نظام SCADA:

• قاعدة العلامة

• وحدة عرض الرسومات ؛

• معالج البرنامج النصي

• نظام الإنذار والإنذار.

• وحدة لأرشفة معلمات العملية التكنولوجية.

علامة نظام SCADA هو كائن لتخزين قيمة معلمة العملية التكنولوجية وخصائصها. تسمى التسميات أحيانًا بشكل غير صحيح "المتغيرات". في الوقت نفسه ، فإن مفهوم التسمية هو الأقرب إلى تعريف فئة في لغات البرمجة الموجهة للكائنات.

تنفذ وحدة العرض الرسومية الواجهة الرسومية للمشروع. كقاعدة عامة ، الواجهة الرسومية عبارة عن مجموعة من نماذج الشاشة مع عناصر رسومية موضوعة عليها. يتم تقليل مهمة إنشاء الشاشة إلى وضع عناصر رسومية على أشكال الشاشة وتعيين خصائصها.

في عملية استدعاء نماذج الشاشة وعرضها وإغلاقها ، عند النقر فوق الكائنات الرسومية أو تغيير خصائص أو قيم العلامات الفردية ، من الضروري إجراء العمليات الحسابية أو الإجراءات التي توجد لها محرك البرنامج النصي... البرامج النصية تسمى أيضًا "وحدات الماكرو" أو "البرامج النصية" في بعض الأنظمة.

معظم البرامج النصية لنظام SCADA التي تنفذ الواجهة الرسومية لمحطات عمل المشغل الآلية هي معالجات النقر بالماوس على العناصر الرسومية.

بالنسبة للنصوص ، تقدم أنظمة SCADA من جهات تصنيع مختلفة لغة واحدة أو أكثر. عادةً ما تقدم الأنظمة التي طورتها الشركات المصنعة لوحدات التحكم أو كجزء من أنظمة البرمجة من طرف إلى طرف نفس لغات البرمجة للبرمجة مثل الكتابة برنامج تحكم... غالبًا ما تقدم أنظمة SCADA التابعة لجهات خارجية لغات برمجة نصية ماكرو متخصصة.

يتيح لك استخدام لغات البرمجة ذات الأغراض العامة تنفيذ واجهات مستخدم معقدة وأساليب غير قياسية للعمل مع البيانات عن طريق الوصول إلى مكتبات وواجهات برمجة تطبيقات إضافية.

في الوقت نفسه ، يجب على المطور في أي حالة دراسة مكتبات الوظائف للعمل مع مكونات نظام SCADA ، بنفس الطريقة التي تتم بها دراسة لغات الماكرو ، ويمكن أن تكون التعليمات البرمجية التي تم تنفيذها خطيرة أو ترث أخطاء من وظيفة الطرف الثالث المكتبات.

نظام إنذار يهدف إلى إخطار المشغل بقيمة معلمة العملية خارج الحدود المسموح بها. كقاعدة عامة ، لكل معلمة تقنية ، يمكن تعيين نوعين من الإعدادات التي سيظهر بموجبها الإشعار: على التوالي ، إعدادات الطوارئ والتحذير.

اعتمادًا على إمكانيات النظام ، يتم تعيين هذه الإعدادات وفقًا لمعيار واحد أو أكثر:

• خارج النطاق. في هذه الحالة هناك: قيم إنذار علوية وسفلية وقيم إنذار علوية وسفلية.

• انحراف عن القيمة الاسمية لبعض القيمة. توزيع الحد الأدنى والحد الأقصى المسموح به من الانحرافات عن القيمة المحددة.

• تحديد الحد الأقصى المسموح به لمعدل التغيير لقيمة معلمة العملية. يتم تحديد قيم إعدادات النطاق المسموح بها في وحدات مطلقة ، ويمكن تحديد الانحراف عن الاسمي ومعدل التغيير في كل من الوحدات المطلقة وكنسبة مئوية من القيمة الحالية أو القيمة المحددة.

نظرًا لحقيقة أنه بالنسبة لعملية تقنية واحدة ، يمكن أن يكون عدد المعلمات التي يتم تعيين نقاط ضبط الطوارئ والتحذير لها كبيرًا ، في أنظمة SCADA ، من الممكن دمج المعلمات التي يتم التحكم فيها تقنيًا في مجموعات ، بالإضافة إلى تعيين مستوى الأولوية لأي نقطة محددة.

المهمة الرئيسية وحدة النسخ الاحتياطي - توفير القدرة على عرض الرسوم البيانية للمعلمات التكنولوجية (الاتجاهات) على شاشة المراقبة لفترة قصيرة نسبيًا ، بالإضافة إلى إنشاء تقارير بسيطة.يجب أن توفر الوحدة النمطية لأرشفة قيم نظام SCADA الوظائف التالية:

• أرشفة القيم في قاعدة بيانات محلية بتردد أو تغيير معين ؛

• عند أرشفة القيم عند التغيير - إمكانية تعيين منطقة ميتة للأرشفة ؛

• وضع حد لحجم قاعدة البيانات المحلية ؛

• تحديد وقت تخزين القيم ؛

• إجراء صيانة روتينية لإزالة القيم القديمة أو الأقدم عندما يتم تجاوز وقت التخزين أو حجم قاعدة البيانات في الوضع التلقائي ؛

• توافر واجهة لبناء الرسوم البيانية لقيم الأرشيف وعرضها ؛

• توفر نظام لتصدير قيم المعلمات للفترة المحددة في شكل جدول قيم.