3/28/2013
Sistemi u realnom vremenu
SCADA sistemi
Vanr.Prof Dr. Lejla Banjanović-Mehmedović
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
Uvod u SCADA sisteme
•SCADA sistemi (Supervisory Control And Data Acquisition) su
programska podrška za nadzor i upravljanje industrijskim procesima.
• SCADA podrazumijeva cijeli spektar opreme, sistema i rješenja koja
omogućavaju prikupljanje podataka o nekom procesu-udaljenom
sistemu, obradu istih, nadzor i u pojedinim slučajevima reagovanje na
adekvatan način.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
1
3/28/2013
Vrijednost
Tehnološki aspekt nadogradnje
SCADA sistema
Digitalna era postrojenja
Centralizirani DCS sistemi
Robusne Kontrolne ploce
Kontrolne
ploce
1940
1960
Vrijeme 1980
2000
Tehnološke ere postrojenja
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
Uvod u SCADA sisteme

Osnovni ciljevi SCADA sistema su:






nadzor i upravljanje sistemima,
efektivno upravljanje resursima sistema,
prikupljanje i memorisanje podataka,
smanjenje potrebe za fizičkim prisustvovanjem u određenim
dijelovima sistema,
snižavaju troškove rada tehnološkog procesa i povećavaju
sigurnost rada,
omogućava
g
nadogradnju
g
j mnogih
g dodatnih funkcija,
j , daljij razvojj i
unaprijeđenje.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
2
3/28/2013
Uvod u SCADA sisteme
SCADA sistemi se koriste:
 U
gotovo svim industrijskim
g
j
procesimap
proizvodnji čelika, hemijska industrija, rafinerije
nafte i plina, nuklearke, itd.
 U energetici-za nadzor, kontrolu i praćenje rada
elektroenergetskih sistema.
 U sistemu p
prometa i komunikacija,
j , sistemi
prečiščavanja
vode
i
vodosnabdijevanje,
sigurnosni sistemi, mehatronički sistemi.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
SCADA-proizvodjači





Najpoznatije kompanije i njihovi proizvodi:
ABB: MircoSCADAPro, Process Portal, OperatorIT
Siemens: WinCC, ProTool/Pro
National Instruments: LabView,
...
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
3
3/28/2013
Uvod u SCADA sisteme


SCADA sistemi se međusobno razlikuju po
specifičnim namjenama i prilagođenosti
pojedinoj industrijskoj grani.
Hiljade instaliranih SCADA sistema u svijetu
pokazuju da one mogu biti potpuno različite u
smislu njihove strukture, ali istovremeno imaju
zajedničke temeljne elemente i zajedničku
temeljnu namjenu-nadgledanje, upravljanje i
prikupljanje podataka.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
Podjela SCADA sistema po
generacijama

Monolitski SCADA sistemi – “mainframe” sistemi, nerazvijene
mreže, nepostojanje modernih protokola za komunikaciju, slaba
redundancija, reagovanje na greške koje su se već desile.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović 8
4
3/28/2013
Podjela SCADA sistema po
generacijama

Distribuirani SCADA sistemi – minijaturizacija, LAN mreže, više
stanica,
t i
stanice
t i su imale
i l raznovrsnije
ij ffunkcije,
k ij protokoli
t k li za
komunikaciju su bili još uvijek “vlasničke” prirode, povećana
procesna snaga i bolja redundantnost.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović 9
Podjela SCADA sistema po
generacijama

Umreženi SCADA sistemi – blisko vezani za arhitekturu druge
generacije,
ij otvoreni
t
i standardi
t d di za kkomunikaciju,
ik ij kkorištenje
išt j WAN
mreže, mogućnost prevazilaženja većih padova sistema.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
10
5
3/28/2013
Primjeri SCADA sistema po veličini



Temeljna SCADA
• primjer:
i j
k t l temperature
kontrola
t
t
prostorije,
t ij robot
b t
u automobilskoj industriji.
Distribuirani SCADA
• primjer: sistem za nadzor cesti, sigurnosni
sistem.
Umrežena SCADA
• primjer:
i j energetski
t ki distribuirani
di t ib i i sistemi.
i t i
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
Funkcionalne komponente SCADA
sistema
SCADA sistemi obuhvataju više funkcionalno povezanih
cjelina:
j
 Hardverski podsistem - obuhvata cjelokupan hardver koji se
instalira za potrebe nadzora i upravljanja (računarska oprema,
programabilni kontroleri, hardver za komunikaciju, davači, modemi,
kablovi, ...),

Softverski podsistem - obuhvata cjelokupan softver uključujući i
pomoćne programe kojima se kontroliše rad cjelokuponog hardvera,

Komunikacioni
o u ac o
podsistem
pods
ste
- obu
obuhvata
ata so
softver
t e i hardver
a d e za
a
povezivanje elemenata SCADA sistema,

Tehnološki proces - predstavlja sistem u kojem se želi nadzor,
upravljanje i akvizicija podataka instaliranjem SCADA sistema.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
6
3/28/2013
Hardwerski podsistem SCADA sistema
SCADA sistem se sastoji od nekoliko cjelina:
• Centralna jedinica ili Master Terminal Unit (MTU)
• Remote Terminal Unit (RTU) i PLC-ovi
• Komunikacijska mreža
• Instrumentacija
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
Hardwerski podsistem SCADA
sistema–Centralna stanica



Najviši
j
nivo SCADA lanca p
predstavlja
j centralna jjedinica ((eng.
g
master terminal unit, MTU ),
MTU je računar na kome se realizuje nadzor i upravljanje različitim
udaljenim procesima. U centralnoj jednici vrši se prikupljanje
podataka i to periodično, inicirano određenim događajima ili na
zahtjev operatera.
Sve informacije, bilo da su vezane za stanja procesa, komunikaciju,
preduzete upravljačke
p
p
j
akcije,
j g
greške i sl., slivaju
j se u bazu
podataka. Na osnovu ovih podataka dobija se informacija o
trenutnom stanju sistema, analizira se performansa, formiraju
različiti izvještaji i arhiviraju se odgovarajući podaci.
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
7
3/28/2013
Hardwerski podsistem SCADA
sistema–Centralna jedinica
U zavisnosti od veličine sistema možemo imati i više centralnih jedinica
vezanih za jedno postrojenje.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
Hardwerski podsistem SCADA sistema
- RTU

RTU-ovi (eng. “Remote Telemetry Units” - udaljene telemetrijske
jedinice) omogućavaju pretvaranje električnih signala primljenih iz
j
jjedinica,, u jjezik,, kojij p
predstavlja
j formu p
prenosa p
podataka
mjernih
preko komunikacionog kanala.

U SCADA sistemu, RTU izvršava specifične zadatke (npr.
operacije nad kontrolnim tačkama, postavljanje nivoa analognih
izlaza te odziv na određene zahtijeve). Također, obezbjeđuje
informacije tipa statusa, te akumulira podatke za glavnu stanicu.
Reprezentacija podataka koja se šalje je analogna i ima
jedinstveno adresiranje.

Remote Terminal Units (RTU) su mali uređaji namijenjeni
isključivo za korištenje u vanjskim prostorima i industrijskim
sredinama.
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
8
3/28/2013
Hardwerski podsistem SCADA sistema
- PLC

PLC (eng. Programmabile Logic Controler) je uređaj koji
se koristi za automatski monitoring i kontrolu
industrijskih uređaja.

Može biti korišten samostalno ili u kombinaciji sa
SCADA ili drugim sistemima.

PLC dodaje programsku podršku u formi logičkih
procedura koje se izvršavaju u tačno određenim
uslovima karakterističnim za dati uređaj kojim PLC
upravlja.
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
Hardwerski podsistem SCADA sistema
– RTU vs. PLC

Termin RTU će biti korišten za uređaj/sistem kojim se
upravlja na daljinu.

Kada taj uređaj uključuje automatsku programsku
kontrolu onda se taj uređaj obično naziva PLC.
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
9
3/28/2013
Hardwer SCADA sistema Komunikacije


Komunikacijska mreža ostvaruje vezu između centralne terminalne
stanice (MTU-a)
(MTU a) i udaljenih stanica (RTU
(RTU-a)
a) i vrši prijenos podataka
između njih.
Ona može biti izvedena
 radio komunikacijom (primjerena velikim udaljenostima RTU-a
i MTU-a)
 putem telekomunikacijske mreže (sa običnim modemima ili
modemima spojenim poprečnim vezama). Ako nam ne treba
stalna veza sa RTU-om koristimo obične modeme jer je to
jeftinija solucija.
 položenim vodovima (najviše u industriji, tj. na kratkim
udaljenostima unutar postrojenja).
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
Hardwer SCADA sistema Komunikacije




Komunikacioni sistemi se prema vrsti medija mogu podijeliti na
žične bežične I optičke
žične,
optičke.
Primjeri žičnih komunikacijski sistema su postojeće telefonske
linije, zakupljene telefonske linije, mreže užih područja
(LAN,RS485), internet i druge. Velika prednost LAN i RS485 mreža
je njihova potpuna nezavisnost. Ipak one se primjenjuju samo u
uslovima gdje je udaljenost između objekata komunikacije limitirana
(fabrički krug).
Bežični komunikacioni kanali su p
podložni interferenciji,
j,
iščezavanju i gušenju signala što zahtjeva primjenu robusnih
komunikacionih protokola.
Optički komunikacioni sistemi su otporni na bilo kakvu vrstu
elektromagnetne interferencije obzirom da optički kablovi za prijenos
signala koriste svjetlost umjesto elektriciteta.
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
10
3/28/2013
SCADA sa LAN mrežom



LAN je komunikacijski put između računara, servera, terminala,
radnih stanica i razne druge inteligentne periferne opreme.
opreme
LAN omogućava ograničenom broju korisnika pristup uređajima.
Ethernet je najčešće korišteni LAN jer je jeftin i jednostavan za
upotrebu.
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
Upotreba WAN-a u SCADA sistemu



WAN (eng. Wide Area Network –
mreža velike površine) povezuje
centralni računar sa multiplekserima
i može se smatrati kičmom
distribuiranog SCADA sistema.
Može da sadrži komunikacijske
medije poput: optičkog kabla, radio
ili satelitske veze (u zavisnosti od
distribuiranosti SCADA sistema).
Veoma
je
bitno
pravilno
dimenzionirati WAN linkove kako bi
mogli nositi WAN saobraćaj.
Kružni način povezivanja WAN-a
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
11
3/28/2013
Hardwerski podsistem SCADA sistema
- Instrumentacija
•
•
•
•
Mjerači nivoa u rezervoaru,
rezervoaru mjerači protoka vode
vode,
odašiljači položaja ventila, odašiljači temperature,
mjerači utroška energije i mjerači pritiska
Analitički instrumenti
Dijagramski snimači, digitalni indikatori, rekorderi,
procesni kontroleri
Akt t i i pozicioneri
Aktuatori
i i
i (električni
( l kt ič i aktuatori
kt t i na
ventilima, kontroleri rada motora i uređaji za
hemijsko doziranje)
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
Hardwer SCADA sistemaInstrumentacija
Senzori i instrumenti: gore lijevo mjerači nivoa, gore desno senzori za pritisak,
dole lijevo mjerači temperature, dole desno analitički instrumenti
Sistemi u realnom
vremenu_6
Copyright: Lejla BanjanovićMehmedović
12
3/28/2013
Upravljanje SCADA sistemima
Kod SCADA sistema funkcije
j upravljanja
p
j j se
dijele na:
1. Lokalno upravljanje – može biti ručno ili
automatsko
2. Daljinsko upravljanje – može biti ručno ili
automatsko
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
Upravljanje SCADA sistemima




Ručno upravljanje na lokalnom nivou se koristi u slučaju pada
kompletnog SCADA sistema, direktnim komandovanjem izvršnim
organima od strane obučenih lica.
lica Zato se u nekim prilikama,
prilikama
pored SCADA sistema, ostavljaju kontrolni ormari preko koga se
proces ranije ručno vodio.
Automatsko upravljanje na lokalnom nivou realizuje PLC ili
FPGA kontroler, uz pomoć programa koji je u njega učitan. Ovo
omogućuje nesmetano vođenje procesa i u slučaju prekida
komunikacije sa ostalim djelovima SCADA-e.
Ručno upravljanje na daljinu predstavlja akcije operatera iz
nadzorno-upravljačkog centra, na osnovu podataka koji su mu
prezentovani na ekranu.
ekranu
Automatsko upravljanje na daljinu SCADA realizuje putem
specijalnog softvera koji sadrži upravljačke algoritme, koristeći se
informacijama iz baze podataka.
Sistemi u realnom vremenu_6
Copyright: Lejla
BanjanovićMehmedović
13
Download

Sistemi u realnom vremenu - Vanr.prof.dr. Lejla Banjanović