12
1 Sustavi nadzora i upravljanja Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja industrijskih postrojenja Program stručnog usavršavanja ovlaštenih Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u graditeljstvu inženjera elektrotehnike u graditeljstvu mr.sc. Goran Malčić v.pred. mr.sc. Goran Malčić v.pred. XIII. Tečaj, 9. i 10. studeni 2012. XIII. Tečaj, 9. i 10. studeni 2012. Osnovne značajke SCADA sustava SCADA je poopćeni naziv za programski paket koji je u računalnoj topologiji smješten iznad računalnog sklopovlja putem kojeg se upravlja i nadzire stanja uređaja u procesu, tipično preko programirljivih logičkih kontrolera tipično preko programirljivih logičkih kontrolera.

Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

  • Upload
    lytram

  • View
    228

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

1

Sustavi nadzora i upravljanja Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenjaindustrijskih postrojenja

Program stručnog usavršavanja ovlaštenih Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u graditeljstvuinženjera elektrotehnike u graditeljstvu

mr.sc. Goran Malčić v.pred.mr.sc. Goran Malčić v.pred.

XIII. Tečaj, 9. i 10. studeni 2012.XIII. Tečaj, 9. i 10. studeni 2012.

Osnovne značajke SCADA sustava SCADA je poopćeni naziv za programski paket koji je u računalnoj topologiji smješten iznad računalnog sklopovlja putem kojeg se upravlja i nadzire stanja uređaja u procesu, tipično preko programirljivih logičkih kontroleratipično preko programirljivih logičkih kontrolera.

Page 2: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

2

SCADA sustav se oslanja na sklopove sa ulazima i izlazima, upravljačke sklopove, sučelje čovjek-stroj (eng. HMI-human machine interface), mrežnu komunikaciju, baze podataka i programsku aplikaciju Izraz SCADA obično se koristi u smisluprogramsku aplikaciju. Izraz SCADA obično se koristi u smislu centraliziranog sustava koji nadzire i upravlja industrijskim procesima koji mogu varirati od jednostavnijih do vrlo kompleksnih.

Sustav za „nadziranje upravljanja i prikupljanje podataka“ (eng. Supervisory Control and Data Aquisition – SCADA) je programska podrška stacionirana na jednom ili višestrukom broju računala u svrhu prikupljanja podataka i kontrole pristupa.

Nadgledanje u SCADA sustavu ostvaruje se grafičkim prikazom (eng. Graphics) i procesiranjem skupa podataka (eng. Batch processing), gdje fizičko nadgledanje vrše operateri. Za prikupljanje, analiziranje i praćenje podataka je zadužena programska podrška, gdje pripada arhiviranje, evidentiranje, kontrola pristupa i alarmiranje.

Tri generacije SCADA sustava:Monolitička (eng. Monolithic) – jedna priključna i jedna nadzorna stanica Distribuirana (eng Distributed) višestruke priključne i nadzorne staniceDistribuirana – (eng. Distributed) višestruke priključne i nadzorne staniceUmrežena (eng. Networked) – kombiniranje SCADA sustava, otvoreni protokoli

U sklopovnu arhitekturu SCADA sustava spadaju računala, upravljački uređaji, medij i topologija. Računala u SCADA arhitekturi mogu biti po ulogama klijenti i severi podataka, gdje serveri dobavljaju podatke o procesu, a klijenti šalju zahtjeve za podacima i ostvaruju operatorska sučelja.

Page 3: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

3

Proces prikupljanja podataka Proces prikupljanja podataka izvršava se na nivou PLC uređaja te uključuje različita očitanja i izvješća o komunikaciji opreme i SCADA aplikacije. Prikupljeni podaci se tada kompajliraju i prilagođavaju u oblik prema kojem p j p p j j p g j p jće operater u kontrolnoj sobi moći nadgledati te donositi odluke o podešenjima izvršnih uređaja

Baza podataka procesa U SCADA sustavima tipično je implementirana baza podataka, često definirana kao baza podataka procesa (eng. Tag Database), koja sadrži podatkovne elemente zvane ‘tagovi’. Tag predstavlja jednu ulaznu ili izlaznu p g g p j jvarijablu kojom sustav upravlja ili ju nadzire. Tagovi mogu biti „tvrdi“ i „meki“. Tvrdi tag predstavlja stvarni ulaz ili izlaz sustava, dok je meki tag rezultat nekih logičkih ili matematičkih operacija (predstavlja memorijske lokacije u PLC računalu) koje se referiraju na ulazno-izlazne jedinice. Tagovi se obično spremaju kao vrijednosno-vremenske oznake; vrijednost i vremenska oznaka koja se sprema ili proračunava. Operater u svakom trenutku može pristupiti tim podacima kako bi vidio povijest procesnih veličina.

Page 4: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

4

Sučelje čovjek-stroj (HMI)HMI (eng. Human Machine Interface) je prilagođeno programsko sučelje koje procesne podatke prezentira operateru i preko kojeg operater vrši upravljanje te nadzire proces. HMI se pojavio iz potrebe za standardiziranim p j j p p j pnačinom nadziranja i upravljanja više PLC računala i drugih upravljačkih uređaja. SCADA prikuplja informacije s upravljačkih uređaja putem mreže te ih obrađuje. Nakon 1998. god. svi veći proizvođači PLC uređaja su počeli nuditi integrirane HMI/SCADA sustave, od kojih su mnogi koristili javne komunikacijske protokole.

Osnovne komponente SCADA sustavaTri komponente SCADA sustava su:1. PLC uređaj2 Glavna stanica ili MTU (eng Master Terminal Unit)2. Glavna stanica ili MTU (eng. Master Terminal Unit)3. Komunikacijska infrastrukturaPLC uređaj je fizički povezan s opremom te očitava stanja, kao što su otvorenost/zatvorenost ventila, prekidač uključen/isključen, mjerenja poput struje, napona, tlaka ili protoka. Šaljući signale opremi, PLC računalo može kontrolirati i upravljati opremom, kao što je otvaranje/zatvaranje ventila ili namještanje brzine vrtnje pumpe. Glavna stanica se obično odnosi na server i programsku aplikaciju zadužene za komunikaciju s opremom u procesu i HMI aplikacijom u kontrolnoj sobi ili gdjekomunikaciju s opremom u procesu i HMI aplikacijom u kontrolnoj sobi ili gdje drugdje. U manjim SCADA sustavima, glavna stanica može se sastojati od jednog PC računala, dok u većim sustavima može uključivati više servera (redudancija) te sustav za izradu sigurnosne kopije koji je tu za slučaj kvara (eng. Back-up).SCADA sustav obično predstavlja informacije operativnom osoblju grafički. Operater tada može vidjeti shematski prikaz dijelova postrojenja kojima upravlja.Na primjer, na prikazu pumpe u HMI aplikaciji priključene na cijev operater može vidjeti da li pumpa radi i kolikim protokom te se može uključiti i isključiti.

Page 5: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

5

Podjela SCADA sustava

a) Temeljna SCADA- jedan namjenski proces- jedna priključna (PLC uređaj) i procesna jedinica (glavna stanica)jedna priključna (PLC uređaj) i procesna jedinica (glavna stanica)- primjeri: robot u procesu auto industrije, kontrola temperature

prostorijeb) Integrirana SCADA

- višestruke priključne jedinice - distribuirani sustav upravljanja (DCS)- primjeri: sustavi za vodoopskrbu, sustavi za nadzor cesta, sigurnosni sustavi

c) Umrežena SCADA- primjeri: sigurnosni sustavi, komunikacijski sustavi

Arhitektura SCADA sustava

Komunikacija se odvija na sljedeći način:

1 Podatkovni server komunicira s uređajima u procesu preko upravljačkih1.Podatkovni server komunicira s uređajima u procesu preko upravljačkih uređaja (najčešće PLC)

2.Upravljački uređaji povezani su sa podatkovnim serverima direktno ili preko mreža (fieldbus). Protokoli za mreže mogu biti privatni (Siemens H1) ili javni (Profibus)

3.Podatkovni serveri su međusobno, i s klijent stanicama povezani preko Ethernet LAN mreže

4.Podatkovni serveri i klijent stanice su na NT platformama, ali danas sve više i na MS Windows operativnom sustavu

Page 6: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

6

OPC

OPC (eng. OLE [Object Linking and Embedding] for Process Control), povezivanje i ugradnja objekata kod upravljanja procesom je razvila CERN-IT-CO grupa Mjera funkcionalnosti OPC klijenta za SCADA sustave uIT CO grupa. Mjera funkcionalnosti OPC klijenta za SCADA sustave u pristupu uređajima leži u otvorenom i standardiziranom načinu gradnje, te u mogućnosti interne komunikacije uređaja različitih proizvođača u realnom vremenu. OPC specificira programsko sučelje (objekte, metode) prema serveru koji sakuplja podatke dobivene s uređaja polja (PLC računala). Iako postoje nedostaci uređaja koje podržava OPC server, on jako poboljšava većinu proizvedenih upravljačkih uređaja koji su aktivno uključeni u razvoj ovog standarda.

Funkcionalnost SCADA sustava

Funkcije SCADA sustava

P ik lj j d t k i ikPrikupljanje podataka i prikaz-pohrana binarnih i analognih podataka u procesnu bazu podataka

Alarm i događaji-snimanje važnih događaja i operatorskih akcija

Baza povjesnih podataka-čuvanje pohranjenih vrijednosti procesnih varijabli

Obrada izmjerenih podatakaObrada izmjerenih podataka

Evidentiranje i izvještavanje¸

Sučelje čovjek-stroj-grafički prikaz stanja objekta, liste, izvještaji

Rukovanje operatorskim naredbama

Page 7: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

7

Funkcionalnost SCADA sustava

Sučelje čovjek-stroj za postrojenjePrikaz stanja postrojenjaj p j j-lampice, instrumenti, ekran, standardne prezentacije, aktualizacija vrijednosti u prozorima, prikaz trendova i alarma, prikaz poruka održavanjaProtokol stanja postrojenja-snimanje procesnih varijabli i događaja s vremenskom ovjeromDijalog s operaterom-upis teksta, provjera i potvrdaDirektne naredbe-pritisak tipkala, dodir ekrana ili tipkovniceS i j ih i l ijSnimanje svih manipulacija-snimanje svih naredbi, posebno kritičnih operacijaOznačavanje objekata-zaključavanje objekata i naredbiAdministracija-ispravan pristup, definiranje sigurnosnih razinaOnline pomoć-konstrukcija crteža, internet pristup

Funkcionalnost SCADA sustava

Sučelje čovjek-stroj za inženjeringKonfiguracija postrojenjaKonfiguracija postrojenja-povezivanje novih uređaja-pridruživanje imena i adresa uređajima-dostavljanje i popravak uređajaIzgled ekrana i tipkovnice-elementi slike, slikovne varijable, pridruživanje varijabli funkcijamaDefiniranje programskih sekvenci-programski jezikD fi i j t k lDefiniranje protokola-što je događaj i kako ga treba registriratiParametriranje uređaja-referentne vrijednosti, limiti, koeficijentiDijagnostička pomoć-zapisivanje situacija kvara, lokalizacija kvara, rukovanje redundancijom

Page 8: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

8

Upravljanje alarmima i događajima

Važan dio SCADA sustava su alarmi. Alarm ima digitalne vrijednosti, često definirane kao dva stanja; normal i alarm. Alarm može biti kreiran tako da bude aktiviran kad su ispunjeni neki ranije definirani zahtjevida bude aktiviran kad su ispunjeni neki ranije definirani zahtjevi. Tipičan primjer alarma je lampica „prazan rezervoar“ u automobilu.

Rukovanje alarmom temelji se na ograničenju ili statusu provjere i obavlja se u serverima podataka. Logički se alarmom upravlja centralizirano, tj. informacije se nalaze na jednom mjestu i svi korisnici vide isti status. Moguće je konfigurirati i alarme s više razina prioriteta.

Alarm i događaj razmatraju promjene koje se odvijaju u postrojenju ili u sustavu upravljanja, a zaslužuju da budu pohranjene.

Pohranjene promjene mogu biti tri vrste:1. informativne - ne zahtjeva se akcija2. upozorenje - proces može stati ili se može desiti kvar ako se uskoro ne

poduzme odgovarajuća akcija3. blokada - upravljački uređaj poduzima akciju u svrhu zaštite procesaOpćenito, alarmi upozorenja i blokade moraju biti potvrđeni od strane

operatera.

Upravljanje alarmima i događajima

a) Definicija događajaDogađaj je promjena povezana sa:Događaj je promjena povezana sa:• akcijama operatera• konfiguracijskim promjenama• sistemskim greškama

b) Okidanje alarmaAlarmi mogu biti okidani promjenama binarnih procesnih varijabli, prijemom

analogne varijable koja prelazi neki prag (gornja granica, donja granica), a koja se definira u operaterskim radnim stanicama. Nadalje, mogu biti okidani prijemom poruke alarma (od PLC uređaja koji generira takve poruke), računanjima u operatorskoj radnoj stanici (npr. mogući gubici kvalitete ako se trenutni trend nastavi) te kalendarskim akcijama (npr. nekoj jedinici je došlo vrijeme za preventivno održavanje).

Page 9: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

9

Upravljanje alarmima i događajima

Alarmne porukeUređaji mogu slati alarmne i događajne poruke umjesto alarmnih varijabli. Te

poruke uključuju detalje o alarmu i informacije o okolini (unutar kojihporuke uključuju detalje o alarmu i informacije o okolini (unutar kojih okolnosti se alarm dogodio).

Dodatne funkcije

Trendovi (kretanja) Trendovi osiguravaju praćenje ponašanja procesa i nadziranje mogućih

digresija Nadzirani procesni podaci (uzorkovani ili događajnodigresija. Nadzirani procesni podaci (uzorkovani ili događajno upravljani) pohranjuju se u povjesnu bazu podataka.

Page 10: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

10

Dodatne funkcije

Histogram Histogram čuva relevantne procesne podatke. Podaci iz različitih izvora su

sakupljeni u jednu bazu podataka kako bi se zadržali niski troškovisakupljeni u jednu bazu podataka kako bi se zadržali niski troškovi pohrane. Podaci se analiziraju prema tri kriterija:

-indikacija performansi-nadziranje kvalitete-analiza situacija

Kriteriji za izgradnju SCADA sustava

Dostupnost- mjeri se s obzirom na dostupnost funkcija koje sustav podržava i ovisi o pouzdanosti sklopovlja i programske podrške Zbog toga što većinapouzdanosti sklopovlja i programske podrške. Zbog toga što većina računala i procesorskih elektroničkih uređaja ima mogućnost mrežne komunikacije, važno je obratiti pažnju na sigurnost pristupa tim uređajima. Također je važno imati mogućnost definiranja sigurnosnih kategorija za pristup podacima jer dok neki podaci mogu biti raspoloživi širem krugu korisnika, neki drugi moraju imati ograničen pristup zbog opasnosti da dođu u ruke konkurenciji ili drugim problematičnim subjektima.

Održavanjevrijeme popravka nakon kvara sklopovlja ili programske podrške može se minimizirati ukoliko sustav ima na raspolaganju dobre alate za otkrivanje kvarovana raspolaganju uvijek treba biti preventivno održavanje, otkrivanje i otklanjanje grešaka, mogućnost promjene prilagodljivih dijelova, nadogradnja, testiranje i poboljšanje bez utjecaja na performanse sustava

Page 11: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

11

Nadzor i upravljanje sustavima Nadzor i upravljanje sustavima –– SCADA sustaviSCADA sustavi

Postoje tri osnovna koncepta upravljanja i nadzora tehnološkim procesima:

1. Centralni HMI u izoliranoj kontrolnoj prostoriji, nekoliko ekrana i upravljanje procesima sa jednog mjesta, najčešća situacija u procesnoj industriji (rafinerije, prehrambena i bio-kemijska industrija,

procesima:

p j jpivovare, cementare, željezare), uz eventualno proširenje na distribuirane lokalne kontrolne sobe po procesnim cjelinama u slučaju da su veće pogonske cjeline.

Nadzor i upravljanje sustavima Nadzor i upravljanje sustavima –– SCADA sustaviSCADA sustavi

Postoje tri osnovna koncepta upravljanja i nadzora tehnološkim procesima:p

2. Lokalni mali upravljački i nadzorni LCD paneli, smješteni uz strojeve u pogonu, gdje radnik koji nadzire proces može mijenjati neke parametre, najčeće na manjim pogonima kao što su kotlovi, alatni strojevi, šaržni procesi – miješanje komponenti, reaktori za proizvodnju farmacetskih proizvoda i slično Paneli za upravljanje kako su smješteni u pogonu islično. Paneli za upravljanje, kako su smješteni u pogonu i često izloženi uticaju nepovoljne atmosfere (vlaga, dim, prašina), koriste ili membranske tipkovnice otporne na te utjecaje (IP 65) ili imaju ugrađenu detekciju dodira LCD monitora (Touch panel).

Page 12: Malčić – Sustavi nadzora i upravljanja industrijskih postrojenja

12

Nadzor i upravljanje sustavima Nadzor i upravljanje sustavima –– SCADA sustaviSCADA sustavi

Postoje tri osnovna koncepta upravljanja i nadzora tehnološkim procesima:p

3. Kombinacija prva dva načina, lokalni paneli su smješteni po djelovima pogona i na njima pogonski operateri zadaju parametre prema procesu koji se trenutno provodi, dok oprateri u kontrolnoj prostoriji samo nadziru tehnološke parametre postrojenja i brinu se o koordinaciji svih cijelina proizvodnjeproizvodnje.Komunikacija lokalnih panela s nadređenim SCADA sustavom najčešće je na nivou pogonske računalne mreže (Profibus, DeviceNet, i dr), dok je komunikacija od PLC uređaja prema kotrolnoj prostoriji na Ethernet mreži.

Projektiranje nadzornog softwareProjektiranje nadzornog software--a:a:

Projektiranje sustava

1 Idejno rješenje priprema projekta1. Idejno rješenje – priprema projektaRazjašnjenje projektnog zadatka s korisnikom iprojektantom sustava. Izrada koncepta rješenja sustava, veze između tehnoloških cjelina uzimajući u obzirtehnologiju, ekonomiju i potrebe korisnika

2. Odabir računalne i komunikacijske opreme te sistemske programske podrške potrebne za realizaciju projektaprogramske podrške potrebne za realizaciju projekta

3. Detaljno projektno rješenjePostavljanje koncepta nadzornog programa. Izrada konfiguracija i komunikacijskih tablica.