Разработка системы удаленного сбора информации в SCADA-среде

Обзор контроллеров и модулей ввода-вывода отечественных и зарубежных фирм. Разработка системы АСТРК-СХК нового поколения. Возможные области применения OPC-серверов в АСУ предприятия. Оценка эффективности разработки системы удаленного сбора информации.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Разработка системы удаленного сбора информации в SCADA-среде

Введение

Диспетчерское управление и сбор данных SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) в настоящее время является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. На принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности, энергетике, на транспорте, в космической и военной отраслях. За последние 10-15 лет резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и надежных систем диспетчерского управления и сбора данных. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. Так, на сегодняшний день технологии в области передачи данных, такие как Internet, GSM-SMS и WAP, представляют особый интерес в связи с возможностью их использования в АСУ ТП.

При разработке распределенных или рассредоточенных систем, для которых удаленность объекта измеряется в десятках километрах, для проектировщика предоставляются следующие пути решения:

– прокладка физического канала связи;

– беспроводная связь.

Беспроводная связь, в свою очередь делится на радио, спутниковую, сотовую и т.д.

Сотовая связь получила наибольшее развитие в последние годы. Среди стандартов сотовой связи по своей распространенности выделяется цифровой стандарт GSM. В настоящее время цифровые сети GSM являются наиболее безопасными беспроводными телефонными сетями общего назначения в мире. Для аутентификации мобильного телефона применяются трехуровневые алгоритмы с длиной ключа до 128 бит. Эти алгоритмы настолько надежны, что несанкционированное подключение в сеть практически исключено. По крайней мере без физического копирования SIM-карты (Subscriber Identification Module), находящегося внутри телефона или сотового модема. Вся передаваемая информация также автоматически шифруется при помощи алгоритма A5 с длиной ключа в 114 бит. Хотя, в последнее время появились сообщения о взломе алгоритма A5, прослушивание GSM-разговоров недоступно без применения спецсредств и вряд ли может вестись в реальном времени.

Наиболее перспективной для телемеханики на базе GSM является технология SMS (Short Message Service) позволяющая осуществлять обмен между персональными компьютерами, контроллерами и сотовыми телефонами текстовыми сообщениями, каждое из которых не превышает 160 байт. SMS является составной частью бурно развивающейся технологии WAP (Wireless Application Protocol) предназначенной для беспроводного доступа в Internet. Но все-таки для активного применения в промышленности на сегодняшний день это довольно "молодая" технология, которая имеет свои плюсы и минусы. Для систем подобного рода необходимо учесть ряд ограничений, которые накладывает SMS-технология. Ограничения:

– невысокая скорость обмена. Связано это с тем, что передача информации происходит пакетами посредством SMS-сообщений по 160 символов за сеанс;

– негарантированная по времени доставка информации. (Но в то же время - передача сообщения гарантирована уведомлением от оператора о статусе передачи)

Последний параметр весьма относительный, так как в большинстве случаев время доставки зависит от пропускной способности оператора и уровня сигнала в районе объекта управления.

Наши тесты показывают, что минимальное время прохождение команд управления, при международном роуминге, составляет не более 8 секунд с момента отправки сообщения.

Исходя из этих ограничений, можно с уверенностью использовать данный метод связи для построения информационных систем АСУ ТП не критичных ко времени доставки. Все функции сбора, обработки данных и управления можно выполнять локально. А накопленные результаты и технологические показания можно передавать на центральный диспетчерский пульт, например, раз в час или в сутки, все зависит от требований к динамике отображения информации. Для многих технологических процессов такие системы телеуправления очень актуальны. Например: АСУ штанговыми насосами на кустах нефтяных скважин, АСУ тепловыми пунктами, системы учета энерго-, газо- и водопотребления и т.д. На крупных предприятиях GSM может служить централизованной системой оперативного оповещения специализированного рабочего персонала при возникновении нештатных ситуаций. На сегодняшний день для руководящего персонала (а на некоторых предприятиях и для технического персонала) уже не в новинку иметь собственный сотовый телефон. Таким образом, применение GSM телемеханики на производстве значительно расширяет функциональность системы. Помимо информационных систем АСУ ТП, GSM может с успехом применяться в системах управления, там, где время доставки команды не критично для технологического процесса. Например, подать команду на перевод в резервный режим одного из пары насосов, работающих на удаленных водозаборах. Тем не менее, GSM-технология в современных SCADA-системах не являются глобальным решением звена коммуникационных систем. Однако, это эффективное частное решение для определенного круга задач распределенных АСУ ТП. Причем, заметим, - решение довольно дешевое и быстрое в реализации.

1 Постановка задачи

Предлагаемые решения по составу и структуре автоматизированной системы контроля радиационной обстановки соответствуют структуре действующих в настоящее время постов и системы в целом. Разрабатываемая система, как и ныне действующая, решает задачу радиационного контроля территорий, находящихся под потенциальной угрозой радиоактивного заражения, информирование соответствующих структур о радиационной обстановке и оповещение об обстановке, сопровождающейся превышением уровнем облучения естественных фоновых значений.

Как и эксплуатирующаяся система, вновь разрабатываемая информационно-измерительная система является системой с распределенной структурой, функционирующей в реальном масштабе времени. В ней можно выделить два уровня: нижний уровень обеспечивает сбор и обработку данных от блоков детектирования, контролирующих радиационные параметры, и датчиков других параметров; верхний уровень образует централизованную систему сбора и обработки информации.

Нижний уровень системы образуют датчики и блоки детектирования, осуществляющие измерение основных контролируемых параметров, аппаратура передачи информации, поступающей от датчиков и блоков детектирования, на локальные устройства представления информации и аппаратуру каналов передачи информации на устройства верхнего уровня.

В состав технических средств нижнего уровня входят:

- датчики контроля мощности дозы фотонного излучения;

- устройства приема информации от датчиков, временного хранения, индикации и управления процессами сбора и передачи информации (контроллеры);

- средства передачи информации от постов в систему верхнего уровня по выделенным или коммутируемым проводным каналам связи, по радиоканалам, по сети GSM- и/или GPRS-связи.

В дальнейшем система должна допускать возможность увеличения числа параметров контроля и управления за счет включения в ее состав, например, постов метеорологического контроля, измерения режимов работы постов, обеспечивающих их нормальное функционирование, реализации некоторых функций управления дополнительными устройствами и т. п.

При нормальном режиме работы все посты контроля на местности функционируют в автоматическом режиме и с заданной периодичностью, по вызову или по прерыванию передают информацию по каналам связи на центральный и резервный посты контроля, где также в автоматическом режиме ведется непрерывный контроль и осуществляется периодическая регистрация текущих значений контролируемых параметров. Режим работы системы - непрерывный, круглосуточный.

Программно-технические средства верхнего уровня должны представлять собой информационно-вычислительную систему, обеспечивающую решение следующих задач:

– сбор, накопление и архивация информации, поступающей от устройств нижнего уровня;

– предоставление оператору интерактивных средств взаимодействия с программно-техническими средствами при помощи современного человеко-машинного интерфейса;

– обеспечение иерархии видео-слайдов, представляющих данные по сигнализации и состоянию контролируемых параметров;

– обработка и представление контролируемых параметров в форме, удобной для восприятия, диагностики и принятия решений;

– предоставление оператору средств документирования и архивации.

Система АСТРК-СХК - двухуровневая информационно-измерительная система с распределенной структурой, функционирующая в реальном времени:

– нижний уровень представляет собой оборудование постов контроля, обеспечивающее измерения и предварительную обработку информации о контролируемых параматрах на местности и передачу на верхний уровень, с возможностью сохранения информации в энергонезависимой памяти в случае аварийного отключения электропитания;

– верхний уровень представляет собой оборудование для получения и сбора данных с нижнего уровня, ее обработку, анализ, долговременное хранение, визуальное отображение на мониторе ПЭВМ и представление в требуемой форме.

Связь между верхним и нижним уровнями систем...