SCADA для энергетики
Из определения в Википедии SCADA (СКАДА) (Supervisory Control And Data Acquisition- диспетчерское управление и сбор данных) - это комплекс программных средств (программный пакет), предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. Если коротко, SCADA помогает организациям и промышленным предприятиям эффективно обрабатывать данные для принятия управленческих решений и сообщать и проблеме, чтобы уменьшить время простоя.
В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных в реальном времени, в которых базовая архитектура SCADA начинается с программируемых логических контроллеров (ПЛК) или устройств сбора передачи данных (УСПД, УСО). ПЛК, УСПД, УСО - это микрокомпьютеры, которые взаимодействуют с массивом объектов, таких как промышленное оборудование, датчиками, End Devices (хосты, узлы), а затем направляют информацию от этих объектов на компьютеры с программным обеспечением SCADA. Программное обеспечение SCADA обрабатывает, распределяет, отображает и хранит данные, помогая операторам и другим сотрудникам анализировать полученную информацию и принимать важные решения.
До того как в середине 20-го века была представлена концепция SCADA, производственные цеха и удаленные объекты промышленных предприятий полагались на персонал, который вручную управлял и контролировал оборудование с помощью кнопок и стрелочных измерительных приборов. По мере роста предприятий потребовались решения для управления оборудованием на больших расстояниях. Промышленность стала использовать релейное оборудование для обеспечения определенного уровня диспетчерского управления без необходимости отправлять людей в удаленные места для взаимодействия с каждым устройством. С увеличением масштаба предприятий наблюдался и рост стоек релейных панелей управления. В связи этим возникли сложности с перенастройкой реле и поиском их неисправности. Промышленность нуждалась в более эффективных и полностью автоматизированных системах мониторинга и контроля.
Собственно с появлением микропроцессорной техники и ПЛК и был придуман термин «SCADA». Это произошло в начале 1970-х и в течении этого десятилетия предприятия нарастили свои возможности по мониторингу и управлению автоматизированными процессами больше, чем когда-либо прежде. В 80-х и 90-х годах SCADA продолжала развиваться благодаря развитию технологий локальных сетей (LAN) и программного обеспечения систем человеко-машинного интерфейса (HMI) на базе ПК. Многие протоколы LAN, используемые в SCADA системах, были проприетарными и не обеспечивали возможности взаимодействия с системами других производителей. Такие системы были названы распределенными системами SCADA.
К концу 1990-х и началу 2000-х годов произошел очередной технологический бум в развитии микропроцессорной технике и IT- технологий. Стали появляться SCADA с открытыми протоколами связи и системной архитектурой. Внедрение технологии пакетной передачи данных Ethernet обеспечило возможность SCADA разных производителей обмениваться данными друг с другом, снимая ограничения, налагаемые старыми системами SCADA. Это позволяло предприятиям подключать к SCADA eще больше устройств.
Современные системы SCADA позволяют получать доступ к данным в реальном времени с производственного цеха из любой точки мира. Внедрение современных IT-стандартов и практик, таких как SQL и веб-приложения, в программное обеспечение SCADA значительно повысило эффективность, безопасность, производительность и надежность систем. Программное обеспечение SCADA, использующее возможности баз данных SQL, обеспечивает огромные преимущества перед устаревшим программным обеспечением, так как значительно упрощает интеграцию в существующие системы MES и ERP.
Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. Сегодня широко распространено понимание SCADA, как программного комплекса, обеспечивающего выполнение требуемых функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения
Cистемы SCADA эффективно работают на большинстве современных производствах. В первую очередь это нефте- и газопроводы в которых объекты мониторинга и контроля значительно удалены и на которых в первую очередь стали внедряться технологии телеметрии и SCADA. Нефтеперебатывающие и химические предприятия, промышленное производство и пищевая промышленность, коммунальное хозяйство и электроэнергетика и это далеко не полный список предприятий, где с успехом применяются системы SCADA, экономя своим владельцам значительные финансовые средства.
Стоит отметить, что разработка специализированной SCADA-системы (micro-SCADA) для конкретного производства требуется не всегда. Процесс разработки собственного ПО может стать слишком продолжительным, а затраты на его разработку недопустимо высокими. Подход, когда SCADA создавалась под определенный объект управления, в настоящее время не является актуальным в связи с появлением универсальных решений, которые, как правило, базируются на использовании операционной системы Windows. Наиболее применяемыми универсальными SCADA- системами в России являются InTouch, iFIX, SIMATIC WinCC, TRACE MODE. Они хорошо себя зарекомендовали при автоматизации производственных процессов, в том числе в электроэнергетике. Однако если оценивать эти SCADA по техническим, эксплуатационным и стоимостным критериям в рамках их применения в электроэнергетике, выбор лучше сделать в пользу специализированного SCADA российского производства, например «СКАДА-НЕВА», разработанного ЗАО НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ».
НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ» российский производитель оборудования и решений для автоматизации в электроэнергетике и работает на этом рынке с 1990 года. Одна из первых разработок компании – цифровой регистратор аварийных событий (БРКУ) был первенцем в замене светолучевых осциллографов на энергообъектах и зарекомендовал себя как надежное и функциональное устройство. Отработанные в БРКУ технические решения, позволили создать на его основе целый спектр устройств под торговой маркой «НЕВА», которые сегодня успешно работают, в том числе, в системах телемеханики, диспетчерского управления АСУ ТП и противоаварийной автоматики на сотнях объектах электроэнергетики.
Программное обеспечение БРКУ в процессе развития претерпело значительные изменения в плане расширения функциональности и выполняемых с его помощью задач автоматизации. И в настоящее время программное обеспечение включает в себя широкой набор компонентов, который смело относит его к классу продуктов, называемых термином SCADA.
«СКАДА-НЕВА» - гибкая, масштабируемая SCADA-система, предназначенная для построения в составе программно-технического комплекса (ПТК) «НЕВА» автоматизированных систем управления (АСУ ТП), систем телемеханики и диспетчерского управления (ТМ и АСДУ), СОТИ АССО, ССПИ и т.п. как в большой электроэнергетике, так и на энергообъектах промышленных предприятий различных отраслей промышленности.
Отличительной особенностью «СКАДА-НЕВА» является реализация принципа свободного конфигурирования ПО пользователем, которому предоставляется простой и интуитивно понятный русcкоязычный интерфейс для настройки большинства параметров системы, начиная от установки программных компонентов заканчивая интеграцией с другими SCADA системами.
Возможности «СКАДА-НЕВА» и основные программные компоненты
«СКАДА-НЕВА»- программный пакет, в котором программы и утилиты выполняют определенные функции и задачи. Программы «Самописец» и «Мнемосхема» предназначены для сбора, регистрации, архивации и графического отображения данных нормального режима энергообъекта. Могут работать как с данным ПТК «НЕВА», так и с данными других комплексов и систем, имеющих в составе ОРС-сервер. Непрерывный архив данных и их графическое отображение обновляется 1 раз в секунду.
Основным инструментом для отображения состояния энергообъекта в реальном времени является программа «Мнемосхема» с помощью которой оперативный персонал может в реальном времени как наблюдать за состоянием схемы объекта, так и управлять выключателями или коммутационным оборудованием (рис. 1).
Рис.1. Программа «Мнемосхема»
С помощью редактора программы «Мнемосхема» может быть создано неограниченное число мнемосхем с удобным переходом от одной схемы к другой. При создании мнемосхемы можно либо самостоятельно нарисовать элемент схемы или выбрать уже готовый из широкой библиотеки стандартных элементов.
Помимо отображения измеряемых параметров, предусмотрен и «ручной» ввод в систему значений аналоговых и дискретных сигналов. Например, положений разъединителей, заземляющих ножей, накладок и т п. для случаев, когда нет возможности завести в систему «живые» сигналы. Кроме того, имеется возможность достоверизации данных о положении коммутационных аппаратов по двум дискретным сигналам.
В программе «Самописец» осуществляется архивация данных и возможность просмотра архива в виде графиков и трендов (рис. 2). Также реализована функция задания уставок, позволяющих контролировать выход измеряемых параметры за заданные границы с сигнализацией и протоколированием такого событий. Программа имеет необходимый сервис для анализа и распечатки графиков, а также средства для экспорта данных из «Самописца» в другие программы, например, в МS Excel.
Рис.2. Программа «Самописец»
Работа энергетиков предполагает решение различных специфических задач. Например, диспетчеры РДУ выдают электростанциям задание на выработку мощностей. В составе ПО «Самописец» существует возможность отслеживания заданных диспетчером РДУ значений мощности и сигнализации при выходе за пределы. Для этого разработана утилита «Диспетчерский график» (рис. 3). На предприятиях, которые не вырабатывают, а наоборот, потребляют электроэнергию, можно осуществлять оперативный контроль нахождения величины потребляемой мощности в границах заданного коридора.
Рис.3. Утилита «Диспетчерский график»
Изменение состояния контролируемого объекта, или выход за заданные уставки контролируемого параметра, как в нормальном так и в аварийном режиме, все эти события, фиксируются и предоставляются в «Таблице событий» в табличном виде с указанием времени и даты (рис. 4). Регистрация событий включения и отключения какого-либо оборудования позволяет организовать учет его ресурса. Учитывается время нахождения оборудования во включенном и отключенном состоянии, выдаются предупреждения о приближении к выработке им своего ресурса.
Рис. 4. «Таблица событий».
При желании, на энергообъекте можно организовать полноценную систему мониторинга технологических нарушений (СМТН), в которой будет осуществляться автоматизированный сбор, хранение и анализ данных о технологических нарушениях на объектах, в том числе связанных с повреждением основного оборудования. Внедрение такой системы позволит автоматически получать экспресс-отчеты о технологических нарушениях и правильно спланировать ресурсы, выделяемые на техническое обслуживание, ремонт и восстановление основного оборудования энергообъектов.
В случае возникновении аварийной ситуации на энергообъекте, осциллограммы от регистратора аварийных событий могут быть просмотрены и проанализированы с помощью программы «Осциллограф» (рис. 5). Программа строит векторные и спектральные диаграммы, годограф сопротивлений, делает расчет фазы, частоты, а также действующих значений токов и напряжений в любой точке предаварийного, аварийного и послеаварийного процесса. Также предусмотрена возможность определения места повреждения (ОМП) воздушной линии по осциллограмме аварийного процесса.
Рис. 5. Программа «Осциллограф»
Для быстрой и достоверной оценки аварийной ситуации на энергообъекте используется программа «Экспресс-отчет». Она будет полезна оперативному персоналу диспетчерских служб и служб РЗА. Программа автоматически анализирует поток осциллограмм, полученных от цифровых осциллографов аварийных событий (систем РАС), группирует их по временному критерию и формирует единый сжатый отчет об аварийных событиях. Отчеты создаются в формате HTML, поэтому их можно посмотреть на любом компьютере или мобильном телефоне, где установлен Internet-браузер.
Возможности алгоритмического управления «СКАДА-НЕВА» позволяют на базе ПТК «НЕВА» реализовывать управляющие системы различного назначения, например некоторые виды защит или противоаварийной автоматики. Можно реализовывать и такие алгоритмы, в выполнении которых задействуется сразу несколько контроллеров многофункциональных контроллеров «БРКУ 2.0» в системе. Например, величина сигнала, подключенного к входу одного «БРКУ 2.0», может участвовать в алгоритмах управления, исполняющихся в другом «БРКУ 2.0».
«СКАДА-НЕВА» обеспечивает сбор информации с различных исполнительных устройств, контроллеров, датчиков, измерительных преобразователей, оборудования РЗА, АСУ ТП по цифровым интерфейсам, используя промышленные протоколы: МodBus RTU/TCP, SPA-Bus, Profibus (через программно-аппаратный шлюз), МЭК-870-5-101/103/104, Меркурий, СЭТ-4, Элемер и др. в том числе по протоколам стандарта МЭК 61850 в рамках построения цифровой станции и подстанции. В состав «СКАДА-НЕВА» также входит широко распространенный в современных АСУ сервер доступа к данным в стандарте ОРС DA v2.0 (рис. 6), c помощью которого данные измерений могут быть доступны для различных SCADA-систем, которые поддерживают OPC- интерфейс.
Рис. 6. OPC- интерфейс
За 30 летнюю опыт автоматизации в энергетике накопился богатый опыт по интеграции данных в «СКАДА-НЕВА» от ведущих мировых и российских производителей оборудования, (терминалы МПРЗА, многофункциональные измерительные преобразователи, счетчики электроэнергии, измерители-регуляторы и другие устройства): Экра, Радиус-Автоматика, Механотроника, ИЦ Энергосервис, Релематика (ИЦ Бреслер), Электроприбор (Чебоксары), Энерго-Союз (Витебск), Энергоприбор (Витебск), Алекто, Гран-Электро, Энерготехника, Ломо-Метео, ООО «НПК «Инкотекс», Микропроцессорные технологии, Завод Вибратор, Теплоприбор, Элемер, Телесофт, Системы связи и телемеханики (ССТ), Антракс, НПЦ «Мирономика», Димрус, Эльстер Метроника, Алгоритм, Siemens, ABB, Schneider Electric, Allen Bradley, Alstom, General Electric, SATEC, Moxa, Socomec, Orbit Merret, Vertesz, Vaisala, Seneca, Qualitrol.
«СКАДА-НЕВА» дает возможность организовать удаленный доступ в реальном времени к АСУ ТП через веб-браузер по Internet/Intranet сетям. Таким образом, можно получить доступ у данным АСУТП с любого ПК расположенного не только на предприятии, но в любой точке земного шара. В целях безопасности используется парольная защита.
При выборе SCADA системы, как и уже писалось выше надо учитывать, как технические, так эксплуатационные и стоимостные критерии. С точки зрения технических возможностей «СКАДА-НЕВА» обладает всем необходимым набором программных компонентов необходимых для создания современных АСУ ТП с учетом особенностей и требований к таким системам в электроэнергетике.
Простой, интуитивно понятный интерфейс «СКАДА-НЕВА» и адекватная техническая поддержка от разработчиков этой системы, облегчают обслуживающему персоналу эксплуатацию SCADA на объекте. В частности, персонал может пройти обучение по работе со «СКАДА-НЕВА» в Петербурге, в компании НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ».
Что касается стоимости «СКАДА-НЕВА» коммерческая политика НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ» не привязывает цену ПО в зависимость от количества сигналов (тэгов), то есть предоставляет практически безграничные возможности по использования системы на предприятии, подчеркивая при этом, что максимальные возможности «СКАДА-НЕВА» раскрываются при функционировании в составе ПТК «НЕВА».