SCАDA-системы: основные блоки. Архивирование в SCADA-системах. Архитектура системы архивирования

Возможность архивирования технологических параметров – неотъемлемое требование, предъявляемое ко всем современным системам управления.

1. Архив значений технологических параметров (на техническом жаргоне “история”, history) позволяет оценить качество и эффективность осуществляемого системой управления. Это делается путем ретроспективного анализа ключевых технологических параметров, что позволяет судить о том, в какой мере достигнута поставленная цель управления.

2. Архивирование позволяет специалистам оценить динамику изменения технологических параметров за длительный период времени, что чрезвычайно полезно для понимания поведения процесса в различных (в том числе аварийных) ситуациях.

3. Архив может содержать информацию, помогающую установить причины возникновения различных аварийных и нештатных ситуаций. Так, тщательно изучив журнал действий оператора, специалист может определить, какая именно операция диспетчера привела к отклонению от регламента или аварии (можно предположить, что операторы не всегда в восторге от того, что каждое их действие протоколируется системой).

Грубо говоря, все данные, которые записываются в архив, можно разделить на три группы:

1. Процессные переменные (process values);

2. Аварийные сигнализации (alarms);

3. Действия операторов-технологов (operator actions).

Процессные переменные.

Под словосочетанием “процессные переменные” понимаются численные параметры, определяющие текущее состояние технологического процесса. К процессным переменным можно отнести сигналы ввода/вывода, параметры функциональных блоков, локальные и глобальные флаги (переменные), тэги SCADA и т.д.

Процессные переменные делятся на дискретные и аналоговые. Дискретная переменная может принимать конечное число значений из довольно узкого диапазона. На практике под дискретной переменной чаще всего подразумевают величину булевского типа (двоичную), указывающую на одно их двух возможных состояний объекта (или управляющего сигнала). Аналоговая переменная может принимать любую величину из ограниченного непрерывного диапазона значений.

Существуют две техники регистрации значений процессных переменных в архиве:

1. Циклическая запись (cyclic archiving) подразумевает периодическую запись текущего значения процессной переменной через заданные пользователем интервалы времени вне зависимости от величины и скорости изменения данной переменной (см. рис. 9.1). Хотя эта техника не очень экономична, она довольно часто используется для архивации аналоговых переменных. Период циклической записи для каждой переменной настраивается индивидуально и, как правило, лежит в диапазоне от 0.5 с до 10 мин. Как для дискретных переменных, так и быстро изменяющихся аналоговых переменных, подобный подход записи в архив явно не оптимален.

Рис. 9.1. Циклическая запись процессной переменной в архив.

2. Архивация по изменению переменной (дельта-архивированиe, delta-archiving). Этот подход предполагает запись переменной в архив только тогда, когда изменение ее значения по сравнению с предыдущим записанным значением (абсолютная разность) достигает определенной величины (дельты, см. рис. 9.2). Дельта настраивается пользователем и может быть выражена как в абсолютных единицах измерения, так и в процентах от шкалы. Безусловно, это техника более экономична, чем циклическая запись, так как она адаптируется к скорости изменения архивируемой величины. Для дискретных величин – этот подход незаменим. Допустим, у нас есть дискретная переменная, которая изменяется, скажем, раз в час. Зачем же ее архивировать каждую секунду или минуту? Ведь гораздо логичнее записывать значение переменной в архив только в те моменты, когда это значение переходит из 1 в 0 или наоборот.

Рис. 9.2. Дельта-архивирование процессной переменной.

Куда записывается архив процессных переменных? Чаще всего используется один из трех вариантов:

1. Архив записывается в обычный текстовый файл в формате CSV (comma separated values). Этот файл может храниться как на локальном, так и на сетевом диске. На самом деле архив состоит из множества последовательно создаваемых файлов: система генерирует новый файл архива каждую рабочую смену или сутки. У такого формата представления архива есть неоспоримое преимущество – его можно просмотреть любым текстовым редактором. Его также можно экспортировать в MS Excel и посмотреть в виде таблицы, применив необходимые сортировки и фильтры. Существенный недостаток – это неэкономичность хранения; накопленный таким образом архив занимает неприлично много места на жестком диске. Для уменьшения объема архива можно применить компрессию по алгоритму ZIP или RAR – благо, что текстовые файлы очень хорошо сжимаются.

2. Архив представляет собой двоичный файл, формат которого зависит от используемого ПО визуализации тех. процесса (SCADA). Очевидно, что это более экономичное представление архива, но для работы с ним обычным экселем уже не обойдешься. При этом формат архива у разных производителей SCADA может сильно различаться. Как и в предыдущем случае, архив состоит из последовательно создаваемых файлов. Вообще, хранить архив в одном большом файле – это не очень хорошо с точки зрения скорости доступа к данным.

3. Хранение архива в виде реляционной базы данных с поддержкой СУБД SQL. Этот способ позволяет достичь достаточно большой скорости работы с архивом (добавление записей, чтение и обработка данных), при этом сервер SQL может обеспечить оптимальный доступ к истории сразу нескольким десяткам удаленных клиентов. Поскольку доступ к архиву осуществляется по открытому интерфейсу SQL, разработчики имеют возможность создавать клиентские приложения под свои нужды. Как правило, для ведения архива SQL и обслуживания клиентов используется достаточно мощная серверная платформа.

Какие средства служат для отображения архива? Архив можно отобразить несколькими способами. Самый простой – это представить его в табличной форме и экспортировать, например, в Excel, в котором можно строить графики, диаграммы и делать отчеты. Однако это довольно утомительно и требует много ручного труда.

Более удобный способ – это отображение истории в виде специального динамического (обновляемого автоматически) графика, называемого трендом (trend). Тренд помещается на мнемосхемы операторского интерфейса в тех места, где это необходимо и удобно оператору. Пример тренда изображен на рисунке ниже.

Рис. 9.3. Пример исторического тренда, отображающего две процессные переменные.

Графическое представление значений технологических параметров во времени способствует лучшему пониманию динамики технологического процесса предприятия. Поэтому подсистема создания трендов и хранения информации о параметрах с целью ее дальнейшего анализа и использования для управления является неотъемлемой частью любой SCADA - системы.

Тренды реального времени (Real Time) отображают динамические изменения параметра в текущем времени. При появлении нового значения параметра в окне тренда происходит прокрутка графика справа налево. Таким образом, текущее значение параметра выводится всегда в правой части окна.

Тренды становятся историческими (Historical) после того, как данные будут сохранены, и можно будет использовать режим прокрутки предыдущих значений назад с целью посмотреть прошлые значения. Отображаемые данные тренда в таком режиме будут неподвижны и будут отображаться только за определенный период.

На тренд можно выводить несколько переменных одновременно, как дискретных, так и аналоговых. При этом тренд можно строить за произвольный промежуток времени (time span). Также поддерживается масштабирование (scaling). Передвигая ползунок (slider) вдоль шкалы времени можно просматривать точные значения переменных в различные моменты времени в прошлом. Отрезки времени, в течение которых наблюдались аварийные значения переменных, выделяются на тренде контрастным цветом. В общем, тренды – это мощный и очень удобный инструмент, наглядно показывающий поведение переменных в динамике.

Все аварийные сигнализации и оповещения регистрируются в специальном архиве сразу после их появления. Этот архив называется журналом аварийных сигнализаций (alarm journal, alarm list).

Журнал аварийных сигнализаций представляет собой базу данных SQL, которую разворачивают либо на операторских станциях, либо на сервере, если таковой предусмотрен в системе управления.

Рис. 9.4. Пример журнала аварийных сигнализаций из пакета визуализации Wonderware Intouch.

Поддерживается фильтрация и сортировка аварийных сигнализации, а также их квитирование. Возможны операции, как с отдельными записями таблицы, так и с пользовательскими группами. Все это стандартные инструменты, предлагаемые современными РСУ для работы с журналом сигнализаций.

Рис. 9.5. Пример журнала аварийных сигнализаций. Пакет Simatic WinCC.

Действия операторов-технологов.

В специальном архиве (журнале) регистрируются следующие действия оператора, выполняемые на рабочей станции:

1. Вход/выход из системы (system logon/logout);

2. Квитирование аварийных сигнализаций (alarm acknowledgment);

3. Изменение процессных переменных (variable changes);

4. Изменение настроек системы, если это допускается (tuning);

Этот журнал также записывается в базу данных SQL и может храниться как на локальном компьютере (операторской станции), так и централизованно на сервере (например, на том же, где хранится архив аварийных сигнализаций). Журнал оператора отображается в табличной форме и по виду весьма похож на журнал аварийных сигнализаций. В нем, как минимум, показывается:

1. Имя оператора;

2. Права или уровень доступа оператора;

3. Дата и время совершения действия;

4. Тип совершенного действия;

5. Комментарий оператора, если требуется.

Поиск по сайту: