Rad нови b

Систем управљања производњом заснован на информационој технологији

УВОД

Аутоматизација производних Система је у прошлости прошла кроз три главне фазе развоја: ручно управљање, управљање засновано на регулаторима, управљање засновано на PLK и рачунарима. Прелази између појединих фаза аутоматизације су били нејасни у тој мери да и садашњи аутоматизовани системи још увек интегришу сва три типа управљања.

Циљ рада: У овом раду је основни циљ образложење и разумевање циљева аутоматизације производних система, који су засновани на рачунару, уз практичне примере који указују на ослобађање човека од тешких радних операција. Основни циљеви аутоматизације се пре свега односе на замену људског рада у срединама опасним по живот, монотоним пословима, неприступачним и удаљеним локацијама са тешким условима рада.

План рада: У првом поглављу рада се говори о општим основама примене рачунара и начину повезивања рачунара са процесима у производњи. Коришћење рачунара у индустрији подразумева интеграцију надзора и управљања над целокупним производним процесом, управљање производњом, планирање производње, управљање складистем и комерцијалним пословима. Примери примене су у електро-енергетским системима, водопривреди, индустријским комплексима, производњи, саобраћају и транспорту, и др. Структура и архитектура SCADA система зависе од конкретних процеса и захтева реалног пословног система али основна структура ових система је описана у другом поглављу. Комуникација између удаљених станица и централне станице, као и између самих централних станица, одвија се преко комуникационог медијума у зависности од могућности и захтева корисника о њима ће бити речи у трећем поглављу. У четвртом поглављу је описана мрежна опрема надзорно управљачких система. Једна од њих је и мрежна опрема оптичким кабловима. Оптички каблови су идеални за реализацију SCADA мреже јер нуде потпуну заштиту од емисије разних зрачења која би могла да доведе до преноса погрешних информација.

Владан Радић -1-


Владан Радић-2-


1.ПРИМЕНА РАЧУНАРА У ПРОЦЕСУ ПРОИЗВОДЊЕ

Од када су 1955. рачунари ушли у пословање драматично се променило подручје управљања производњом. Већина у индустријској производњи данас користи рачунаре за следеће потребе: управљање залихама, терминирање производње, контролу квалитета, планирање и реализацију производње и праћење трошкова. Поред тога рачунари се користе у аутоматизацији рада и у свим врстама услужне производње. Ефективна употреба рачунара данас представља битан део подручја управљања производњом.

Сваки од ових 7 подручја на значајан начин је унапредио подручје управљања производњом. Буђење интереса за управљање производњом подстакнуто је не само у пословању већ и на универзитетима.Један од узрока је агресиван наступ стране конкуренције на домаћу индустрију: аутомобила, челика, телевизора и електронике (Јапан па Немачка, Кореја). Да би решили проблеме привреде економисти заговарају веће инвестирање, технолози веће истраживање и развој, а они задужени за људске ресурсе тврде да би требали променити приступ управљању људима. Управљање производњом мораће да преузме најбоље од свих идеја и да у складу са њима делује.

Једно је сигурно, дани радника на монтажној траци са само једним задатком су одбројани. Данашњи радници у производњи морају да буду оспособљени да израде квалитетан производ, идентификујући и решавајући проблеме који се јављају у процесу, користећи као помоћ статистичке податке, побољшавајући дизајн производа, одржавајући машине и алате, смањујући припремно-завршна времена и брзо се прилагођавати променљивим захтевима тржишта. Са оваквом новом улогом радника мења се и улога менаџмента.

Менаџмент сада има задатак да се усресреди на креирање позитивног радног окружења и успостављању дугорочних стратешких праваца за организацију, препуштајући креирање резултата и свакодневне производње квалификованим производним екипама.

Поновни интерес за управљање производњом добио је неколико облика.

1.Враћен је нагласак на квалитет све се више уочава да није неопходно повећати трошкове како би се производили квалитетније производи. Трошкови су мањи, када се грешке смање. На квалитет се гледа као на кључ конкурентне предности.



2.Јавља се повећана свест о улози коју људи морају имати у производњи. То значи да се већа пажња мора поклањати тимском раду, учешћу и плановима иновативне компензације. На људе се гледа као на најважнији ресурс у производњи.

Већа усредсређеност на производњу побудила је пажњу за производе и Систем управљања залихама. Развијени су нови приступи производњи »Систем управо на време« којима се значајно скраћују времена циклуса производње и повећава се флексибилност. Сада менаџери производње већу пажњу посвећују новим технологијама и дешавају се радикалне промене у роботици. Старији менаџери производње су увидели да треба имати »праву« стратегију производње, како би се обезбедила конкурентна позиција на тржишту.

1.1.Програмски пакети за упављање производњом

Постоје четири врсте подручја пословног управљања: функционална, методолошка, индустријска и интеграциона подручја. Управљање производњом је проблем који је настао оног тренутка када је група људи удружила своје способности у циљу остварења производних резултата које су унапред одредили. Резултат производних активности од пре нове ере је идеја о основним фазама управљања: планирање, припрема, извршење, контрола. Производња, каква је данас позната, настала је захваљујући индустријској револуцији у 18. веку.



Већ тада су се спроводиле активности које су и данас неопходне за ефикасну и рационалну производњу. У ливници Сохо, 1800. године су се могли наћи конкретни докази о истраживању тржишта, прогнозирању, планирању локације за изградњу ливнице, студију о могућностима машина, стандардима производње, плану производње, стандардизовању компоненти, рачуноводству и обуци запослених радника. Од тада до данас идеја је остала иста, док су се организациона средства и технике за управљање производњом промениле.Од усмених и писаних наредби, преко помоћних средстава за ручно планирање и контролу извршења производних активности, стигло се до софистицираних рачунарских Система за управљање производњом, чиме су знатно порасле могућности за прибављање, обраду и пренос података, потребних за примену савремених метода управљања производњом. Развој хардвера и софтвера омогућио је масовну и успешну примену рачунара у производњи. До експанзије те примене дошло је изградњом концепта 'Планирање потреба за материјалом' MRP (MRP је скраћеница од енглеских речи Material Requirements Planning, што значи 'планирање потреба за материјалом'). Програмски пакети за управљање производњом, засновани на MRP Системима, на тржишту су се појавили почетком 60-их година овог века, недуго пошто су MRP Системи широко прихваћени у производним компанијама. Иако су пионири у ери управљања производњом помоћу рачунара, MRP Системи и данас представљају најпоузданији и најчешће коришћени софтверски алат за управљање производњом. Разматрање успешности примене Система за управљање производњом у пракси указује на велику разлику између потенцијала које ти Системи имају и њихове примене у пракси.Аутор Ј.Ј. Скивингтон сматра да су ови Системи у пракси углавном неуспешни. Његово мишљење је да је то због тога што је у производним предузећима присутно извесно неразумевање чињенице да концепт управљања производњом који подржавају Системи за управљање производњом није нов. У напору да софистицирају своју производњу компаније најчешће забораве да обезбеде ефикасно функционисање основних производних процеса, што је предуслов за примену савремених, рачунарских организационих средстава.

Убрзани развој рачунарског хардвера и софтвера условио је превазилажење примене ручних Система за управљање производње. Рачунари су постали једно од основних средстава за рад у производњи и представљају најзначајнији допринос даљем технолошком развоју. Поред примене рачунара у пројектовању и развоју производа, руковању и управљању производном опремом, нумеричком управљању, контроли процеса, роботским Системима, аутоматским складиштима, аутоматски вођеним возилима итд., рачунар има значајну улогу и у управљању производњом. Као алтернатива пројектовању и имплементацији властитог информационог Система за управљање производњом, компаније данас имају на располагању велики број комерцијалних Система за управљање пороизводњом.



1.2.Софтвери за симулацију производних процеса

Предности коришћења симулације у производном менаџменту су следеће: симулација је релативно веран приказ реалног Система; може се користити за анализу великих и комплексних реалних проблема који се не могу решити конвенционалним моделима производног менаџмента; симулација дозвољава рад са било којом расподелом вероватноћа; захваљујући симулацији ефекти могућих промена у Систему су одмах видљиви; симулација допушта 'шта-ако' анализе; симулација не ремети реалан Систем, што је велика предност јер је немогуће експериментисати са правим фабрикама, болницама или аеродромима.

Неке од области у којима се данас примењује симулација су: авио-саобраћај, градски саобраћај, дистрибутивни Системи, планирање и управљање залихама, предвиђање продаје, терминирање производње, инвестирање, распоред радних места, распоређивање радне снаге итд.

Симулација може да има и недостатке као што су: добри симулациони модели су врло скупи; симулација не гарантује налажење оптималног решења проблема; симулациони модели не дају одговоре без адекватних, реалних улазних података; сваки симулациони модел је јединствен и обично се не може применити на друге проблем Ови проблеми се данас могу превазићи употребом симулационих језика, попут GPSS, SIMSCRIPT, DYNAMO или spreadsheet софтвера, као и коришћењем комерцијалних, лаких за употребу, програма као сто су Witness, Promodel, Arena, Taylor II, АутоМод итд.[7,133] Комерцијални софтвери за симулацију производних процеса су врло распрострањени због могућности које имају у планирању, симулацији и анализи производње, релативно ниске цене и лакоће употребе, која омогућава и непрограмерима да успешно изводе експерименте са моделом. Овакви софтвери раде у графичком окружењу, на UNIX- радним станицама или на персоналним рачунарима са UNIX или Windows оперативним Системима, подржавајући следеће операције: моделовање, симулацију и визуелизацију производног процеса.

1.3.Увођење SCADA Система као ефикацно коришћење рачунара у процесу производње

Сведоци смо веома брзог развоја индустрије у другој половини претходног века, а нарочито у последњих десет година. Рачунарство и управљање Системима се развија у правцима који, у скоријој прошлости, нису могли ни да се препоставе. Многе области попут водопривреде, енергетике, пољопривреде, комуникације, сигурносних Система и других области имају потребу за технологијом која омогућава даљинско мерење и надзор и пренос информација са удаљене локације до оператора.

У свим овим областима намећу се питања као што су: Како се прецизни подаци могу прикупљати на једном месту и слати на друго место? или Како се подаци могу прикупљати из много положаја и снимати у централизованој локацији како би се ту анализирали? Како надзирати и управљати са удаљене локације и свести грешку на минимум? Уз сва ова питања треба додати флексибилност, ефикасност, смањење трошкова одржавања и повећања поузданости рада, пратити – развој технологије и побољшања итд. Све ово су полазни параметри за увођење SCADA Система, у горе наведеним областима. Ако посматрамо рачунарство и управљање Системима тј.



SCADA Систем намећу се питања: Шта се подразумева као најпростији пример SCADA Система? Где се употребљава, како се користи итд? У овом раду се могу наћи одговори на ова питања.

Методе које су коришћене у овом раду су: метода преноса података (комбинација

комуникационе технологије), метода која се користи за приступ, манипулацију и контролу података (информација) из SCADA опреме у Систему мреже, и метода за побољшање SCADA Система у реалном времену (процена ризика и грешке у Системима).

1.4. Примена рачуна у производном процесу предузећа Бирач д.о.о. Зворник

У раду је дато идејно решење SCADA апликације за вођење процеса пнеумо-транспорта зеолита у фабрици глинице „Бирач“ А.Д. Зворник. У ту сврху коришћен је софтверски пакет Wonderware InToucx. Извршена је дискусија о могићим правцима надградње постојећег релејног Система управљања кроз две SCADA конфигурације. Одабрано је решење које подразумева увођење PLC-а при чему је предложена комуникациона веза заснована на TCP/IP протоколу.

Развијена је апликација која кроз једноставан Систем сигнализације и аларма поједностављује вођење процеса и тако повећава функционалност и продуктивност рада.

SCADA Системи имају широку примену у управљању и праћењу рада индустријских постројења и опреме али и у телекомуникацијама, енергетици и Системима управљања. SCADA је Систем који служи за аутоматизацију индустријских процеса, односно Систем који се користи за прикупљање података са сензора и инструмената лоцираних на удаљеним станицама као и за пренос и приказивање тих података у централној станици у сврху надзора или управљања. Прикупљени подаци се обично посматрају на једном или више SCADA рачунара у централној (енг. master) станици. SCADA Систем може да прати и управља и до стотинама хиљада улазно-излазних вредности. Уобичајени аналогни сигнали које SCADA Систем надзире (или управља) су нивои, температуре, притисци, протоци флуида или гаса и брзине мотора. Типични дигитални сигнали за надзор (управљање) су прекидачи нивоа, прекидачи притиска, статус генератора, статус контакта релеји итд.

Прикупљање података почиње на нивоу PLC-а и укључује очитавање величина и статуса. Затим се подаци који су потребни шаљу на SCADA Систем, где се преводе и форматирају на такав начин да оператер у командној сали уз помоћ интерфејса може, на основу њих, донети одговарајуће одлуке које могу бити потребне да би се подесиле нормалне функције рада PLC-а, а самим тим и процеса. Подаци се такође могу чувати у историјату, који је често подржан базом података, ради приказа трендова и других аналитичких радњи. SCADA Систем типично имплементира дистрибуирану базу података, која се често зове и база тагова, која се састоји од елемената званих тачке или тагови. Таг представља једну улазну или излазну вредност која се прати или којом се управља од стране Система. Тагови могу бити тврди (енг. hard) или меки (енг. soft). Тврди таг представља стварну вредност улазног или излазног сигнала, док је меки таг резултат логичких и математичких операција примењених на тврдом тагу. Већина



интерпретација концептуално уклања ове границе називајући тврде тагове најпростијим случајем меког тага. Вредности тагова се обично чувају као комбинација вредност-време; вредност и временски тренутак када је та вредност снимљена или израчуната. Серија вредност-време комбинација је историјат тог тага.

SCADA рачунар је обично индустријски PC на коме се извршава софистицирани SCADA HMI софтвер. HMI (Human-Machine Interface – спрега између човека и рачунара) је апарат који процесне податке представља оператеру и кроз који оператер контролише процес. Основни интерфејс оператера је скуп графичких екрана који приказују репрезентацију опреме која се посматра.

Три компоненте SCADA Система су: вишеструке удаљене терминалне јединице–RTU (PLC-ови), главна станица (master station) и HMI компјутер(и), комуникациона инфраструктура.

Термин ,,главна станица” се односи на сервере и на софтвер за комуникацију са опремом, а онда и на HMI софтвер који се извршава на једном или више рачунара у контролној соби, или негде другде. У мањим SCADA Системима, главна станица може бити само један PC, док у већим SCADA Системима, главна станица се може састојати од више сервера и дистрибуираних софтверских апликација. Конфигурација SCADA Система је веома различита и зависи од просторног распореда технолошког процеса, управљачког задатка итд., и креће се од једнорачунарског Система до тзв. WASCAD Система. Треба имати у виду да што је мрежа сложенија то она све више добија карактер информационе а не управљачке мреже [7,173]. У зависности од изабране конфигурације бира се и комуникациона инфраструктура. То подразумева избор сигналних нивоа за пренос података са даваца до PLC-а као и повезивање PLC-а са рачунаром на ком је инсталирана SCADA апликација. Прве генерације SCADA Система подразумевале су тоталну централизацију процеса и коришћење WAN-а (Wide Area Network). Интеграцијом LAN-а (Local Area Network) и WAN-а омогућен је почетак децентрализације кроз делење вођења процеса на више операторских (локалних) јединица. У данашње време, а тај тренд ће се вероватно задржати и у блиској будућности, доминира комуникациона веза заснована на TCP/IP протоколу. Из тог разлога, у овом раду се предлаже коришћење ове комуникације јер она омогућава креирање диспечарског центра за надгледање процеса производње на нивоу комплетне фабрике. Већина савремених PLC-ова има инсталиран Ethernet модул који дозовољава надгледање и управљање са великих удаљености уз потпуну безбедност.

Обзиром на тренутно изведено стање на процесу пнеумо транспорта зеолита (релејна шема управљања), најприкладније решење увођења рачунарског вођења процеса је проширивање постојећег YOKOGAWA DCS Система или увођење SCADA Система (Wonderware InToucx) као што је то случај на објекту Вертикална пећ. Коришћење YOKOGAWA Система дозвољава елиминисање постојеће релејне реализације али неопходна су додатна улагања за набављање улазноизлазних картица као и проширивање (куповина нових) тагова.

Друго решење, које подразумева увођење новог рачунарског Система, на први поглед повећава трошкове али нуди и низ предности:

постојећа инсталисана опрема (аквизиционо управљачке картице YOKOGAWA Система) може се искористити за проширење капацитета производње зеолита,

задржава се реализована релејна шема управљања,



већа сигурност јер је смањена централизација (један рачунар води целокупан процес и у случају квара истог долази до потпуног заустављања свих делова процеса),

постоји група радника која је већ обучена за рад са софтерским пакетом Wonderware InToucx.

Могуће конфигурације SCADA Система за ову примену дате су у наставку текста.

1.4.1. PC рачунар са аквизиционом картицом и давачи

Најједноставнија конфигурација SCADA Система своди се на Систем који чине са једне стране прекидачи, давачи, релеји итд. а са друге стране PC рачунар који преко своје аквизиционоуправљачке картице прима податке, обрађује их, формира информације о контролисаном процесу и одређује потребне управљачке акције, ако је то на овом нивоу примене предвиђено. Програмска подршка у овом моделу SCADA Система своди се на подршку прихвата сигнала са PC магистрала. Аквизициона картица мора бити оспособљена за прихват и издавање аналогих и дигиталних величина. Улазне дигиталне величине се углавном своде на прихват сигнала са безнапонских контаката, а излазне на релеј или транзистор релативно мале снаге. Аналогне улазне величине се примају директно са мерног давача (енг. transducer), или из склопа који заједнички чине мерни давач и елемент за прилагођење (кондиционирање) сигнала (енг. transmiter - предајник) или из склопа који сигнал са мерног давача припрема за директан прихват од стране PC рачунара преко неке од стандардних серијских комуникационих веза (енг. tranceiver - примопредајник). Под кондиционирањем сигнала у овом случају подразумева се филтрирање, појачање, линеаризација, пригушење шума, итд. сигнала са мерног давача. На слици 1. приказана је шема конфигурације SCADA Система која задржава релејну шему управљања.

За примену ове конфигурације није неопходно увођење PLC-а већ би се

искористила постојећа релејна шема управљања а рачунар би био коришћен у сврху надзора и избора начина рада појединих комора или целокупног Система. Преко улазне картице PC би добијао податке о положају свих вентила, притиску и нивоу у обе коморе. На основу ових података формира се Систем сигнализације и аларма. Преко излазне картице шаљу се у погон информације о изабраном режиму рада (ручни или аутоматски) за обе коморе као и управљачки сигнали за отварање или затварање вентила у ручном режиму рада.



Слика 1.4.1.1. SCADA са релејном шемом управљања.

1.4.2. PC рачунар и један PLC

У једноставне структуре спада и конфигурација која се формира од једног PLC-а и PC рачунара са SCADA апликацијом (слика 2). Са оваквом SCADA конфигурацијом, увођење PLC-а би означило могућност да се са једног рачунара врши праћење/управљање неким другим процесом као и примену рачунара слабијих перформанси. PLC би био постављен у помоћној просторији командне сале, како би се обезбедили оптимални радни услови, и на улазном модулу би примао информације о притиску, нивоу и положају вентила. Будући да се пројектним задатком (технолошки захтеви и могућности) подразумева употреба контактног манометра, вибрационих сонди и ON-OFF вентила могуће је користити PLC са дигиталним улазним и излазним модулом. Примена раније поменуте комуникационе инфраструктуре засноване на TCP/IP протоколу отвара широке могућности примене рачунара за програмирање и надгледање. Софтверски захтеви су Wonderware InToucx и OPC сервер. Ова два елемента описана су у 3. и 4. поглављу рада, респективно.

Слика 1.4.2.1. SCADA конфигурација са PLC-ом.

1.4.3. Предности увођења рачунарског Система за управљање процесом SCADA повезана са аутоматизованим процесима омогућава графички приказ

података на екрану, заједно са бројчаним вредностима, у облику прилагођеном процесу и оператеру. Осим самог приказа, SCADA омогућава и алармирање уколико неки од параметара изађе изван заданог опсега, испис и памћење свих аларма и мерења на хард диску или неком преносном медијуму, што отвара могућности за додатне анализе исплативости и могућих уштеда у процесу производње.

Предности аутоматизације процеса: [8,89]



цена – поврат уложених средстава у кратком року, осетно нижи трошкови одржавања, мањи захвати и трошкови при ревитализацији или реконструкцији, једноставно проширење састава, веца безбеднсот јер се радници повлаце из потенијално опасних радних

услова, брза интеграција у постојеће саставе: база података, праћења ресурса и праћења активности.

1.4.4.Софтверски пакет WONDERWARE INTOUCX

InToucx је софтверски пакет развијен од стране компаније Wonderware којим се креирају корисничке апликације за SCADA Системе. За потребе овог рада коришћена је верзија 10.0.

InToucx Application Manager организује апликације које је корисник креирао. Такође се користи да би се конфигурисао WindowViewer као NT сервис или да би се конфигурисао NAD (Network Application Development) за клијентски и серверски оријентисане архитектуре или да би се подесила конверзија динамичке резолуције - DRC (Dynamic Resolution Conversion). DBDymp и DBLoad су базе података које се позивају из Application Manager-а.

WindowMaker је развојно окружење, где се објектно оријентисана графика користи за креирање анимираних прозора. Ови прозори могу бити повезани са индустријским улазно/излазним Системима и/или са другим Microsoft Windows апликацијама.

WindowViewer се користи за приказивање графичких прозора креираних у WindowMaker-у. WindowViewer извршава InToucx QuickScript-е, омогућава евидентирање и приказ историјског приступа подацима и извештавање, као и аларме, процесе пријављивања (тзв. логовања) и може да функционише као клијент или сервер за DDE и SuiteLink комуникационе протоколе.

Пошто је овим радом предвиђено коришцење приказа аларма и трендова, укратко ће бити представљени ови подиситеми.

InToucx обезбеђује коришћење Аларм Viewer ActiveX Control клијента за преглед аларма који је уграђен у scroll bar. Он представља сегмент којим се врши контрола и преглед аларма. Међутим, InToucx укључује и могућност за диструбуирани приказ аларма који унапређује преглед постојећих аларма без потребе да се они реконфигуришу да би се могли приказати у Аларм Viewer ActiveX Control-у.

Дистрибуирани приказ аларма - Distributed Alarm System (Слика 3.) на једном екрану приказује и локалне и даљински (ремоте) креиране аларме. InToucx дозвољава да се промени изглед овог приказа (укључујући које ће информације бити приказане), боје које се користе за различита алармна стања и алармне групе.



Слика 1.4.4.1. Дистрибуирани приказ аларма

Wonderware InToucx дозвољава два тренда (праћење сигнала) за приказивање вредности дефинисаних промењивих: real time и historical. Трендови у реалном времену подразумевају креирање табела или графикона са 4 податка (пен), док историјски тренд дозвољава 8. Оба тренда се креирају помоћу специјалног алата у WindowMaker-у.

У прошлости већина компанија које су креирале софтвер за SCADA апликације развијале су и софтвер за комуникацију SCADA апликације на рачунару са PLC-ом. У данашње време је тај проблем поједностављен јер је развијен OPC (OLE for Process Control) сервер.

OPC сервер је Microsoft Windows апликација која се користи за размену података са PLC-ом или неким другим екстерним уређајем и врши пренос ових података на OPC интерфејс. OPC сервер се обично развија од стране компаније која производи PLC.

OPC клијент је Microsoft Windows апликација која врши размену података измеђ у било које Windows апликације и OPC сервера. OPC клијент се обично развија од стране компаније која продаје SCADA софтвер.

Стандардни интерфејс за размену података приказан је на Слици 1.4.4.2.

Слика 1.4.4.2. Стандардни интерфејс за размену података

Процес размене података је следећи: [4,71]OPC сервер иницијализује комуникацију са PLC-ом,OPC клијент шаље листу OPC објеката (тагови) на OPC сервер,OPC сервер захтева податке (чита их) са PLC-а и шаље тагове за ажурираним

вредностима ка клијенту,



OPC сервер континуално наставља да шаље ажуриране податке (само оних тагова који су променили вредност) све док OPC клијент не пошаље захтев за другим подацима,

OPC клијент може да пошаље команду (захтев) за промену вредности одређеног тага. Овај захтев одобрава OPC сервер и прослеђује га ка PLC-у,

ако се клијент искључи, сервер ће о томе добити поруку и зауставиће и свој рад. Организација за стандардизацију OPC-а је OPC Foundation.

1.4.5. Шематски приказ SCADA апликације у производном процесу

Према пројектном задатку и технолошком опису процеса и технолошкој шеми (Слика 1.4.5.5.) пнеумо-транспорта реализована је SCADA апликација приказана на Слици 6. Као што је већ поменуто, у ту сврху коришћен је софтверски пакет Wonderware InToucx.

У горњем левом углу апликације позициониран је дигитални часовник. У горњем

десном углу налази се тренд који приказује временску промену притиска и нивоа у обе коморе. Додатним подешавањем пружа се могућност генерисања табеларног записа ових промена која се у облику текстуалног документа може чувати на рачунару. У доњем делу прозора налазе се преклопке за избор режима рада.

PR1 представља преклопку за избор режима рада коморе 1. Положај ,,Off”

обезбеђује искључење напајања за све уређаје у Систему управљања тј. има двоструку улогу: искључење коморе 1 из Система и хитно искључење TOTAL STOP прекидач. Положај ,,Mn” је за ручни режим рада, у ком се сваки вентил може директно отворити помоћу одговарајућег прекидача. Не постоји обавеза следног укључивања појединих елемената Система! Положај ,,Auto” је за аутоматски режим рада. PR2 представља преклопку за избор режима рада коморе 2 са истим карактеристикама као и PR1. Додатни услов за почетак аутоматског режима рада коморе 1 је да је PK1 у положају "1”. Исто тако, PK2 у положају "1" за аутоматски рад коморе 2. За аутоматски режим рада обе коморе, потребно је преклопке PK1 и PK2 пребацити у положај ,,1”. Логика је реализована тако да се истовременим укључивањем комора 1 и 2 у аутоматски режим рада, прво пуни комора 1. Ако се пусти комора 2 у аутоматски режим рада а затим се, пре завршетка процеса пуњења, укључи и комора 1 доћи ће до заустављања процеса пуњења коморе 2 и пуниће се комора 1. По завршетку пуњења коморе 1, наставиће се пуњење коморе 2 под условом да није промењен положај преклопке PK2. Ова блокада постоји само у случају да су обе коморе у аутоматском режиму рада.

Избор режима рада за поједине коморе дат је у табели 1. Симбол ,,X” означава било који (неодређени) положај PK1 и/или PK2. Наиме, за

одређену комбинацију преклопки PR1 и PR2, положај преклопки PK1 и PK2 не утиче на рад Система.

Предвиђен је и приказ аларма преко кога је могуће добити информације о

одступању Система од номиналних радних услова (притисак у комори изнад маx. или мин. дозвољене вредности, одређена клапна није достигла крајњи положај услед постојања препреке) али и успешном завршетку процеса пуњења/пражњења, итд.



Сигнализација рада појединих елемената Система реализована је јасно и

једноставно, без непотребног компликовања и оптерећивања апликације услед чега би било отежано сналажење оператера.

Табела 1.

Слика 5. Технолошка шема пнеумо-транспорта зеолита.

Слика 6. SCADA апликација за вођење процеса пнеумо-транспорта зеолита.



Системи за даљински надзор и управљање имају широку примену у свим гранама индустрије. У овом раду предложен је Систем за вођење пнеумо-транспорта зеолита у фабрици глинице “Бирач” А.Д. у Зворнику. Предлог је да се комуникациона веза између PLC-а и PC-а оствари користећи TCP/IP протокол и на тај начин пружа се могућност даљинског надзора и управљања са било које локације на свету. Потребно је само познавати IP адресу додељену контролеру и правилно подесити комуникациони сервер. Овде се уочава једна предност употребе комуникационих сервера јер клијент може бити било ког произвођаца, независно од PLC-а.

Коришћење TCP/IP протокола ће вероватно постати стандард у будућности јер се

добија Систем високих перформанси који се може једноставно надгледати и управљати али и елиминише се каблирање које код РС-232 везе може представљати ограничење (у погледу дужине кабла). На тај начин комплетиран је SCADA Систем једноставан за коришћење уз пуну функционалност сваког његовог дела.

Наравно да је реч о једноставном Систему који би могао бити база за развој неког

много сложенијег и кориснијег Система за даљински надзор и управљање на нивоу једног објекта па чак и комплетне фабрике. Осим што би се могли исправити уочени недостаци, такође би се могло размислити о увођењу нових функција.

Правци даљег развоја овог рада иду ка тежњи за креирање јединственог

диспечарског центра одакле ће бити доступни подаци о стању свих процеса у фабрици. Будући да савремени штампачи имају мрежни прикључак, могу се добити информације о сваком процесном параметру у било ком тренутку.

1.5.Пример SCADA Система у водоснабдевању града

SCADA Систем је применљив у многим областима привреде у овом раду ће бити приказан пример SCADA-е у водоснабдевању града. Водоснабдевање града врши предузеће које производи и дистрибутира воду до потрошача. Оно је дужно да обезбеди снабдевање свих корисника довољном количином квалитетне воде за пиће и ефикасно одвођење отпадних вода у складу са еколошким техничким и технолошким критеријумима одрживог развоја. Водоводи се раликују по конфигурацији терена, броју становника и индустрије и климатских услова, али заједничко за све водоводе су: изворишта, погон за пречишћавање воде, дистрибутивна мрежа, црпне станице, резервоари. С обзиром на комплексност водоснабдевања градова а у циљу бољег функционисања Система и ефикаснијег коришћења водних ресурса SCADA Систем је најбоље решење даљинског надзора и контроле воде. Снабдевање становништва пијаћом водом Града Београда је раширено на целој територији града, то је један сложени Систем са сталним повећањем потросача, зато ћемо навести неке основне податке о граду Београду да би се видели колика је територија, конфигурација терена и број становника тј колика је комплексност водоснабдевања градом водом.

Уже подручје Београда, урбани део, обухвата површину од 36 км2, а укупна територија града износи око 322 км2. Обим шире градске територије је 419 км. Највећа дужина у правцу север-југ је 92,98 км, а у правцу исток-запад 67,50 км. Административно је подеље на - 10 градских (Чукарица, Вождовац, Врачар, Нови Београд, Палилула, Раковица, Савски венац,Стари град, Земун и Звездара) и 7 приградских (Барајево, Гротска, Лазаревац, Обреновац, Младеновац, Сопот и Сурчин). Највиша кота Београда, на ужем градском подручју, је на Торлаку (Вождовац), црква



Свете Тројице 303,1 m, док најнижу коту има Ада Хуја 70,15 m. Најистакнутији облици у рељефу шумадијског побрђа су Космај (628 m) и Авала (511 m).

Према попису становништва из 2002. године, на широј територији Београда живи 1.576.124 стална становника, а на ужој 1.273.651 становник. Највећа општина по броју становника је Нови Београд 217.773 становника, а најмања је Сопот 20.390 становника. Сваке године број становника се повећава. Временске услови су веома битни у водоснабдевању. Ако су суше, велике хладноће или поплаве производња воде је смањена, издашност бунара је мања, што може довести до несташица. Такође и високе температуре утичу на водоводни Систем јер је потрошња воде велика. Често се може чути у летњим месецима апел грађанима да рационално користе воду. На Београд и околину, годишње падне, просечно 685 мм падавина. Највећу количину падавина имају Мај и Јун. Просечан број снежних дана је 27, дужина задржавања снежног покривача је 30 до 44 дана, а дебљина износи 14 до 25 cm. Највећа инсолација, око 10 часова дневно, је у Јулу и Августу, ако увеличамо ову мапу видећемо висинске зоне, изворишта. производне погоне црпне станице и резервоаре.

Слика 1.5.1.: Шематски приказ Система снабдевања града водом

Због конфигурације терена дистрибутивни Систем је подељен на четири висинске зоне. Оне су у распону од 70 до 325 m надморске висине, а постројење и резервоари на 500 m надморске висине на Авали. У граду се налази 26 резервоара капацитета 30% маx. потрошње воде у граду, 26 црпних станица, неколико хидрофорских станица, два водоторња и пет производних погона.



2.СТРУКТУРА SCADA СИСТЕМА

Постоји више сличних дефиниција SCADA Система и неке од њих ће овде бити наведене: SCADA (енгл. Supervisory Control And Data Acquisition) представља Систем за мерење, праћење и контролу индустријских Система.

SCADA Системи су високо дистрибуирани Системими за контролу географско расутих објеката, често расути по хиљада квадратних километара, где су централизованоприкупљање података и контрола критични за рад Система.

SCADA је Систем који служи за аутоматизацију општих процеса, односно који се користи за прикупљање података са сензора и инструмената лоцираних на удаљеним станицама и за пренос и приказивање тих података у централној станици у сврху надзора или управљања.

SCADA Систем је акроним од Supervisory Control And Data Acquisition (прикупљање података надзор, праћење и (управљање) и подразумева цео спектар опреме, Система и решења која омогућавају прикупљање података о неком процесу - удаљеном Систему, обраду истих, надзор, и у појединим случајевима, и реаговања на адекватан начин.

SCADA је Систем који служи за аутоматизацију општих процеса, односно који се користи за прикупљање података са сензора и инструмената лоцираних на удаљеним станицама и за пренос и приказивање тих података у централној станици у сврху надзора или управљања. Класичан SCADA Систем оријентисан је ка управљању индустријским процесима или аутоматизацији лабораторија и одлилкује се малом дислокацијом појединих SCADA елемената, поузданијим извршењем комуникационих активности, и много већим степеном аутоматизације урављачких активности. Сложенији SCADA Систем је назван (енгл. Wide Area SCADA). Оно што карактерише пројектовање WASCAD Система је да у основи лежи пројектовање мреже за отворене Системе.

Разменом података између два или више независних SCADA Система који контролишу различите сегменте истог технолошког процеса или привредног Система стиче се целокупна слика о његовом стању. Последњи у хијерархији надзора је човек, тако да је нагласак на квалитетном надзору – супервизији процеса.

Најпризнатија дефиниција за овај рад би била: Под надзорно – управљачким Системом (SCADA) подразумева се скуп наменских, просторно дистрибуираних, међусобно повезаних рачунарских модула, чији је заједнички циљ остварење функција надзора и/или управљања физичким процесом у реалном времену. SCADA Систем садржи мрежу рачунара (дистрибуираних) са задатком да у одређеном временском периоду прикупе податке из индустријског постројења, на основу њих изврше управљачке задатке.



2.1. Историјат SCADA Система

SCADA је највероватније логична последица развоја телеметрије из прве половине двадесетог века. Ракетна и авио технологија нису биле у стању да приуште људство које би истраживало планетарне податке о времену. Станице са људима на површини Земље као што су светионици, поште, метеоролошке станице и сл. су могле да прикупљају и прате метеоролошке податке. Међутим, за прецизну временску прогнозу, биле су потребне много прецизније информације из атмосфере. Тако су се јавила два питања која су захтевала одговоре:

1. Како се прецизни подаци могу прикупљати из атмосфере и слати ка постројењима на Земљиној површини?

2. Како се подаци могу прикупљати из много положаја и снимати у централизованој локацији како би се ту анализирали и тако предвиделе временске прилике?

До решења се дошло по угледу на железничке компаније које су користиле телеметријске уређаје. Железнице су користиле телеметрију у сврху прикупљања података олокацији возова и положају скретница. У току овог времена, напредак у Radio технологији је довео до уклањања потребе за постављањем стотине километара жица. Развитак у корекцији грешака и компресији података омогућио је да више информација буде поуздано послато путем Radio таласа. Током двадесетог века, све више индустрија, као што суаутоматизоване фабрике, гасна, електрична и водена постројења, су почеле да користе телеметријски Систем за надзор процеса и удаљених станица. Двосмерна Radio комуникација је постала уобичајена у раним шездесетим. Тада су израчунавања у великим рачунарским станицама постала парадигма. Терминали без сопствене интелигенције су користили рачунарске станице за извршавање прорачуна и чување података. Овај метод је превазиђен у раним осамдесетим са развојем микрокомпјутера.

Ера микрокомпјутера је дозволила да информације и интелигенција буду корисницима на дохват руке. Микро компјутери су омогућили да управљање процесом буде дистрибуирано између удаљених станица, ослобађајући их зависности од централне рачунарске јединице. До касних осамдесетих, индустрија је почела да прелази у еру дистрибуираних Система. Ова ера је окарактеризована интеграцијом WAN-а (Wide Area Network) и LAN-а (Local Area Network), отвореним стандардима и моделовањем релационих информација. У касним деведесетим, се појавила нова ера компјутера описана као ера свеприсутности.

Ово је време када су сви типови мрежних конфигурација, WAN и LAN постали схватљиви. У току ове ере, потреба за “мастер-славе” SCADA Системом је значајно смањена. Садапрограмабилни језички контролери имају могућност прикупљања података и управљања локалним станицама. Тако су се почели мењати и корисници SCADA Система. Индустрије типа електричних постројења су задржале централизовану филозофију. Међутим, компаније за производњу нафте и гаса су прешле на више децентрализован начин, враћајући контролу у руке оператера специјалиста. То је довело до новог тренда међу програмерима SCADA Система.

Док су актуелни Системи нагињали ка програмирању логике за PLC лоциран на удаљеним станицама, развијан је нови метод враћања кода под контролу централне јединице. Од самог почетка у шездесетим, SCADA је схваћена као Систем чији су главни интерес били улази и излази са удаљених терминалних јединица (Remote Terminal Units - RTU). У раним седамдесетим је развијен DCS (Distributed Control System). ISA С5.1 стандард дефинише DCS као Систем који се иако функционално



интегрисан, састоји од подСистема који могу бити физички раздвојени и удаљени један од другог. DCS је првобитно развијен према потребама великих предузећа и процесних постројења који су захтевали знатну количину аналогног управљања.

Линија између SCADA Система и DCS-а је знатно избледела у касним деведесетим. SCADA Системи су поседовали способности DCS-а и DCS је поседовао способности SCADA Система. Системи су, једноставно, прилагођени операцијама којима управљају.

Системи инсталирани у седамдесетим и осамдесетим се данас обично зову “Системи Диносауруси”. Били су велики, скупи и владали су планетом. Произвођени и инсталирани од стране једне компаније које су имале своју линију опреме (дизајнирану и произведену “in house”) И софтвер и биле су одговорне за инжењеринг, конфигурацију, комуникацијску мрежу, инсталацију и комисију.

Данашњи Системи још задржавају завештање од диносауруса. Просто речено већина SCADA Система у овом тренутку је у стању транзиције од ранијих Система до много отворенијих Система са вишеструким добављачима и пружаоцима услуга. Већина Система се састоји од бројних компоненти различитих функционалности и старости. Данашњи Системи су резултат нове архитектуре главне станице или Система комуникација наметнутих на претходни Систем. Постоји јак помак ка “отвореним” стандардима и жеља да се преузме предност технолошког напретка коју пређашњи Системи ``диносауруси`` нису били способни да привате План је да се евентуално дође до флексибилне архитектуре главне станице коришћењем отворених протокола за комуникацију са RTU који се могу бирати од различитих добављача. У нагињању да се постигну отворени стандарди многи SCADA корисници су открили да то и нијетако лако као што се мислило. Постоји проблем инкорпорације власничких стандарда завештаних Система. Отворени стандарди имају различите степене прихватања и успешности. У комуникацији између мастера и RTU-а постоји рат између DNP3 и IEC стандарда. Понекад чак и великинови стандард који је промовисан као решење за све (UCA2) нестаје сам од себе.

2.2. SCADA подсистеми

При реализацији надзорно-управљачких Система применом SCADA софтверапретпоставља се да постоји постројење са пратећом мерном опремом и извршним органима,да је дата технолошка шема и опис постројења, као и електро пројекат на нивоу постројења.Тада се SCADA софтвер пројектује тако да омогући једноставно специфицирање свихелемената Система, као и једноставно пројектовање оператерског интерфејса и диспечерскихстаница. При томе се мора специфицирати начин комуникације, чворови у мрежи, време скенирања појединих станица или појединих сигнала у станици, као и скуп (база) података који се прати и обрађују. Иако SCADA софтвери развијају различити произвођачи из анализе доступнихСистема могу се уочити сличности у њиховој архитектури. Такође се може приметити постојањесличних подСистема приказаних на слици 3 као што су:

1. ПодСистем за дефинисање величина у коме се дефинишу величине и њихове особине као што су горња и доња граница вредности величине, време очитавања, итд. Улазне величинепредстављају вредности измерених физичких величина из процеса, а излазне величине вредности које се шаљу ка управљачким уређајима. Често се могу дефинисати и меморијске величине (које служе за прорачуне) и Системске величине које су специфичне за употребљени програм.



2. ПодСистем за аларме који служи за дефинисање и приказ алармних стања у Систему.

Алармна стања могу представљати недозвољену или критичну вредност величине као и недозвољену акцију или команду оператера. Сваки аларм има своје особине као што су ниво озбиљности аларма, место настанка, категорија, порука која се везује за аларм и слично.

ПодСистем за аларме омогућује промену стања аларма путем операције потврде и брисања.

3. ПодСистем за приказ трендова у коме се приказују последње промене вредности величина (трендови у реалном времену) и историјат промене вредности величина у току дужег временског периода (хистограми). Добро осмишљени подСистеми за приказ трендова омогућују и упоредни приказ више величина као и архивирање дијаграма.

4. У подСистему за извештаје се формирају извештаји о променама вредности величина, алармима, акцијама оператера и осталим аспектима рада постројења.

5. Графички подСистем приказује стање постројења у облику који је најпрегледнији за човека (оператера) како би он могао правовремено одреаговати на промену стања Система. Основна идеја је да се летимичним погледом на екран уоче неправилности у раду постројења, да би се брзо реаговало и спречило нежељено понашање. Вредности величина се најчешће приказују у облику бројева или “динамичких слика”, чиме се олакшава уочавање промена на слици. Поред приказа стања Система графички подСистем треба да омогући извршавање неке акције од стране оператера. На пример кликом миша на неки објекат може се покренути извршавање неког раније дефинисаног макроа или скрипте. У већини доступних Система омогућено је писање макроа у VBA (Visual Basic for Application) програмском језику који се одликује једноставном синтаксом.

6. Комуникациони подСистем омогућује повезивање SCADA Система са физичким уређајима који врше непосредан надзор и управљање (PLC). Најчешће се ово повезивање врши преко драјвера који су развијени од стране произвођача мерне и управљачке опреме. У SCADA софтверским Системима независних произвођача постоји велика палета драјвера за опрему различитих произвођача, док је код произвођача SCADA софтвера и управљачке опреме акценат ставља на драјвере за сопствене уређаје. 7. ПодСистем за приступ базама података омогућује трајно чување и преглед података у релационим базама података. Ранија решења су бележила податке у датотеке у нестандардном облику. Новија решења користе неки од стандардних начина архивирања података који омогућују кориснику лак приступ подацима као и приступ подацима из других софтверских Система. На Microsoft Windows оперативним Системима често се користи ODBC (Open Database Connectivity) и нешто савременија ADO (ActiveX Data Object) технологија. Употреба ових технологија омогућује лакшу претрагу података као и формирање извештаја помоћу CQL (Structured Queru Language) језика.

8. ПодСистем за рецептуре омогућује задавање више вредности величина као жељене промене вредности величина у времену.

9. Мрежни подСистем омогућује повезивање осталих подСистема SCADA програма. Брзина рада целог Система у многоме зависи од програмског решења овогСистема. Обично се решења ослањају на оперативни Систем и користе познате протоколе (транспортног нивоа). Једна група решења користи DDE (Dynamic Data Ehchage)технологију која је једноставна за кориштење а показује добре перформансе у Системима у којима се преноси мала количина података. У сложенијим Системима



често је користе Системи дистрибуираних објеката који се занивају на DCOM и CORBA технологијама.

Слика 2.2.1.: ПодСистеми SCADA Система

2.3. Елементи и архитектура SCADA Система

SCADA Системи обухватају широк спектар опреме, подСистема и техничких решења који омогућавају прикупљање и обраду података о процесима, а затим и реаговање наадекватан начин. Управљање процесима може бити иницирано од стране оператера, а можебити и аутоматско. SCADA Систем припада класи сложених хијерархијских Система, а могу се издвојити следеће целине:

• Мерна опрема и извршни органи,• Удаљени U/I модули,• Удаљене станице,• Систем за комуникацију, и• Централна станица.Мерна опрема и извршни органи обухватају скуп опреме која је инсталирана на

одговарајућим уређајима, на самом процесу који SCADA Систем надгледа и којимуправља.

Мерна опрема обухвата различите инсталиране сензоре који мере различите физичкевеличине (сила, интензитет светлости, температура, број обртаја, релативна влажност, дужина,брзина, ниво, сланост и друго) и претварају их у електричне сигнале, односно у облик који јечитљив удаљеним станицама. Помоћу мерне опреме се добијају информације о функционисању процеса на основу којих се може утицати на побољшање пословних перформанси. Извршни органи су уређаји који спроводе одговарајуће корекције и управљачке акције.

Удаљени U/I (улазно/излазни) модули су инсталирани на појединачним елементима опреме а представљају везу између периферних елемената и рачунарског Система, која сеостварује одговарајућим Системом комуникација.

Удаљене станице су независни микропроцесорски уређаји који обезбеђују комуникацију између мерне опреме, централне станице и извршних органа. Подаци са



мернеопреме се преносе ка централној станици а из централне станице се управљачке команде преносе ка извршним органима. Удаљена станица надзире и статус процесне опреме и сигнализира одговарајуће аларме и у питању су обично програмабилни логички контролери PLC, Programmable Logic Controler, који поседују апликативни софтвер, микропроцесор и компоненте за контролу активирања неког уређаја.

PLC су специјализовани рачунари чији оперативни Систем омогућава да се једноставно и у реалном времену обави аквизиција великог броја података, њихова основна обрада и пренос резултата обраде на извршне органе.

Систем за комуникацију обезбеђује пренос информација између диспечерског центра и удаљених станица. Комуникација између удаљених станица и централне станице, као и између самих централних станица, се одвија преко комуникационог медијума у зависности од могућности и захтева корисника. Локалне мреже се заснивају на различитим топологијама (поинт то поинт – звезде, отворене – магистрале и затворене – прстен). У циљу формирања снажног информатичког SCADA чвора, модерни SCADA Системи комбинују различите комуникационе медијуме и топологије.

Централна станица представља централно место SCADA Система и обично је опремљена PC рачунаром или неким снажним рачунарским Системом на коме се реализује надзор и управљање процесом. Ти рачунари су подржани апликацијом типа MMI, Man Machine Interface, која омогућава интерактиван дијалог оператера са рачунаром за конкретан Систем надзора и управљања.

Основу за доношење одлука и управљање на овом нивоу чине подаци који се прикупљају са удаљених станица и то периодично, иницирано одређеним догађајима или на захтевоператера. Сви подаци се чувају у бази података одакле се ради њихова презентација и генерисање управљачких акција. На централној станици се дефинишу и преносе референтни сигнали, синхронизују функције појединих подСистема, задају се рецептуре, одређују реакције на поједине аларме, оптимизирају алгоритми и друго.

Једна од основних карактеристика SCADA Система је централизација најприоритетнијих функција на надзорно управљачкој јединици. Програмска подршка у удаљеним станицамаосигурава аквизицију података и локално управљање процесом до нивоа који се задаје са централне станице, али се иницирање свих контролних функција и крајња верификација њиховог извршења врши у централној станици. Постоје различити типови архитектуре SCADA Система, а неки од њих су:

• Централизован Систем.• Дистрибуирани Систем.• WASCAD Систем.

Централизовани Систем подразумева скуп опреме и мерних уређаја који су директно повезани са централним рачунаром, који прима и обрађује информације, ради надзор и управља процесом.

Дистрибуирани SCADA Систем обухвата скуп удаљених станица које су повезане локалном Radio мрежом са управљачким центром, одакле се реализује надзор и управљање процесима.



WASCAD Системи подразумевају географски дистрибуиране SCADA Системе који функционишу по принципу сервер–клијент или сервер–сервер. Разменом података између два иливише независних SCADA Система, који контролишу различите сегменте истог технолошког процеса или привредног Система, стиче се целовита слика о његовом стању. WASCAD је оријентисан на управљање комплексним пословним Системима код којих је акценат на хијерархијској структури и супервизији процеса, због сложености процеса и могућности грешака у комуникацији. На слици 4 је приказан дистрибуирани SCADA Систем, док је на слици 2.3.2.приказан WASCAD Систем.

Слика 2.3.1. Дистрибуирани SCADA System

Слика 2.3.2. WASCAD Систем

2.4.Значај и циљеви SCADA cистема

Систем за надзор и управљање представља руке и очи привредних области. Свака привредна област (водопривреде, енергетике...) захтева поузданост, расположивост, тачност мерење великог броја параметара, синхронизацију информација, безбедност итд. Једно од кључних значаја је способност SCADA-е да прати читав Систем у реалном времену, затим прикупљање података о неком процесу - удаљеном Систему, обраду истих, надзор, и упојединим случајевима, и реаговања на адекватан начин. SCADA ствара бољу и једноставнију регулацију Система чиме не само да се оптимизују процеси контроле, већ се и постижу уштеде и чува животну средину. Захваљујући ефикасним Системима надзирања и алармирања, могу да се изолују и реше проблеми – чак и пре него што корисник постане свестан њиховог постојања. За SCADA Систем можемо рећи да је брз, сигуран и поуздан и снимљени подаци креирају печат времена или историју. Циљеви увођења SCADA Система су:



1. Смањење трошкова производње. Оно се остварује на два начина. Први је везан за мањи обим потребне радне снаге, смањење трошкова превоза, ефикасније коришћење расположивих производних ресурса, повећање квалитета производње, и сл. Други аспект се огледа у повећаном степену сигурности извршења технолошких процеса.

2. Расположивост и интегритет Система. Од Система SCADA се очекује отпорност нагрешке, и што дуже обезбеђење континуалног рада. Децентрализација Система, дистрибуција физичких елемената, података и управљачких функција AUS у многоме доприносе остварењу ових захтева.

3. Флексибилност и проширивост Система. Модуларност физичких и програмских елемената AUS, као и јасно дефинисане спреге (“Interface”) између њих, су основни услови за постизање овог циља.

4. Поузданост Система SCADA условљена је поузданошћу његових саставних компоненти. Изражава се преко средњег времена између испада MTBF – Mean Time Between Failure. Савремена технологија обезбеђује врло поуздане компоненте чија вредност MTBF прелази преко 100.000 часова. За претвараче физичких величина (сензоре) важан параметар је временска стабилност њихових карактеристика, тј. време у ком је неопходно извршити њихову рехабилитацију.

2.5.Особине SCADA Система

Карактеристичне особине SCADA Система су:• Приступ квантитативном одређивању важних процеса• Откривање и исправљање проблема чим почну• Мерење трендова током времена• Откривање и елиминисање уских грла и неефикасности• Контола већих и сложенијих процеса са мањим бројем стручних особа.SCADA Систем даје моћ да се фино подеси Систем. Може се поставити више

сензора и вршити контрола у свакој критичној тачки у процесу. Како би се пратило више ствари, SCADA омогућује детаљнији приказ вашег пословања, и што је најважније, све то у реалном времену. Дакле, чак и за врло сложене процесе производње, велике електричне Системе итд, можете да имате преглед сваког догађаја, док се то дешава, а то значи да имате знање Из база из које се могу исправљати грешаке и побољшати ефикасности. Са SCADA Системом, можете да урадити више, са мање трошкова, и са пружањем директног повећања профитабилности.

Области где се користи SCADA Систем

SCADA Системи се користе за аутоматизацију сложенихи индустријских процеса, где је непрактична људска контрола – Система у којима има више контролних фактора, поготово ако се захтевају брже контроле. Широм света, SCADA Система се употребљава за:

• Пренос и дистрибуцију електричне енергије: Електродистрибуција користи SCADA Систем за праћење потрошње енергије у електромрежи као и праћење електро објеката, одржава добар напон у мрежи (укључује и искључује мањи или већи напон), врши баланс и контролу оптерећења, врши даљинско мерење (чита податке са броила), детектује квар у електро мрежи итд…

• Водовод и канализацију: У државним и општинским водоводима SCADA System служи за праћење и регулисање протока воде, нивоа воде у резервоару, праћење притиска у цевима и других фактора.



• Зграде, објекте и окружење: На објекатима менаџери користе за контролу SCADA-KGH, расхладне јединице, осветљење и унос Система.

• Производњу: SCADA Систем служи за управљање залихама делова, за "just-intime” производњу, регулисање индустријске аутоматизације и робота, и праћење процеса и контроле квалитета.

• Масовни транспорт: У превозу се користи SCADA да регулише струју у подземнимжелезницама, трамвајима и тролејбусима, да аутоматизују сигнале саобраћаја железничког Система, да бисте пратили и лоцирали возове и аутобусе, а за контролу преласка пруге капије.

• Саобраћајне сигнале: SCADA регулише семафоре, контрола саобраћаја и открива ван реда сигнала.

Као што се види из приложеног, ово је кратак списак за све потенцијалне захтеве за SCADA Систем. SCADA се користи у скоро свакој индустрији и јавној инфраструктури свуда где се повећава ефикасност аутоматизације. Шта више, ови примери не показују колико дубок и сложен SCADA Систем може бити. У свакој индустрији, менаџери морају да контролишу више фактора и интеракција између тих фактора. SCADA Системи обезбеђују очитавање могућности и рачунарске моћи да прате све што је релевантно за пословање.

2.6.SCADA алати

Представићу детаљније један од познатих и широко примењених пакета за креирање и извршавање апликација које служе као веза између човека и машине MMI (Man-Machine Interface) – WinCC flexible. У сваком окружењу где је потребно надгледање, управљање процесима и прикупљање података SCADA, применљиве су апликације развијене WinCC flexible пакетом. Креирање самих апликација је са концептом визуелног објектно оријентисаног програмирања у Windows окружењу. Апликација може да садржи више сложених графичких екрана истог или различитог типа.

WINCC флеxибле

SIMATIC WinCC flexible је иновативан HMI софтверски пакет под Windows-ом за све апликације у близини машина и процеса, у алатним машинама, серијској машинској производњи и инжењерингу постројења. Развојни софтвер омогућава доследно конфигурисање свих SIMATIC HMI операторских панела. У том смислу, операторске јединице од Микро панела, дизајнираних за апликације са SIMATIC С7-200 контролерима (за Микро аутоматизацију), до локалних решења помоћу SIMATIC Панел ПЦ-а и локалних контролних просторија са стандардним ПЦ уређајима.

WinCC flexible представља највише нивое ефикасности у конфигурисању: библиотеке једноставних објеката, екране употребљиве више пута, интелигентне алате до аутоматског превода текста у случају више-језичних пројеката.

WinCC flexible Рунтиме пружа економично решење за основне операторске функције и надзор, укључујући системе аларма и архивирања и проширења кроз опционе пакете на захтев корисника. Рунтиме функције су доступне на SIMATIC HMI операторским уређајима за контролу и праћење (Панелима, Микро панелима, Мобилним панелима и Мулти панелима) у зависности од класе уређаја.



Концепти који садрже Sm@rtClient-е и Sm@rtServer-е омогућавају приступ променљивама и сликама преко целе планете, дистрибуиране операторске станице као и даљинско управљање и дијагностику преко Wеб-а – и везу са SIMATIC операторским панелима, такође.

Скалирани систем за визуелизацију процеса, Simatic WinCC је доступан за комплексније PC базиране апликације у областима производног и механичког инжењеринга. Верзија 6 WINCC-а пружа пуну SCADA функционалност под Windows-ом у свим браншама индустрије од једно-корисничких система до децентрализованих више корисничких система са редундантним серверима и решења кроз Wеб презентације коришћењем Wеб клијената. Са сопственом, интегрисаном базом података (Хисториан), WINCC омогућава размену информација широм компаније, вертикалну интеграцију и већу транспарентност производње у смислу интелигенције постројења.

Са WINCC флеxибле, Сиеменс SIMATIC HMI прави значајан корак у иновацији софтверског портфолија. Међутим, ово је само први корак на путу реализације једне софтверске платформе за све HMI задатке, од конфигурисања Микро панела до визуелизације процеса у смислу више-кориснички способног SCADA система.

SIMATIC HMI

Максимална транспарентност је основа за операторе који се налазе у окружењу где процеси постају све комплекснији а захтеви за функционалност машина и постројења расту. Тхе Хуман Мацхине Интерфаце (HMI) омогућава ову транспарентност. Систем HMI представља везу између човека (оператора) и процеса (машине/постројења). Контролери представљају јединице које управљају процесом. Дакле, постоји јасна веза (интерфаце) између оператора и софтвера WINCC флеxибле (на HMI уређају) и веза између WINCC флеxибле и контролера. HMI систем преузима следеће задатке:

• Визуелизацију процесаНа HMI уређају се визуелизује процес. Екран HMI уређаја се динамички упдате-ује, засновано на тренутном стању у процесу.

• Контролу оператора над процесомОператор контролише процес помоћу графичког корисничког интерфејса. На пример, оператор може унети референтне величине улаза процеса или стартовати мотор.

• Приказ алармаКритична стања у процесу аутоматски стартују аларм, на пример, када дође до прескока референце.

• Архивирање процесних величина и алармаHMI систем може да памти аларме и друге променљиве у процесу. Ова опција омогућава учитавање ранијих секвенца рада процеса као и приступ пређашњим подацима у процесу.

• Праћење аларма и процесних променљивих



HMI систем може дати извештај о алармима и променљивама у процесу. Овим се, на пример омогућава штампање производних извештаја на крају смена.

• Управљање параметрима процеса и машинаHMI систем може чувати параметре процеса и машина у рецептурама. На пример, у једном циклусу се могу доwнлоад-овати параметри са HMI уређаја у PLC и тиме изменити верзију производа у производном процесу.

2.6.1.Опис решења применом SIMATIC STEP 7 и WINCC flexible пакета

Уколико желимо неки систем да аутоматизујемо, претходно је потребно дефинисати све сензоре и актуаторе који ће задовољити потпуну функционалност аутоматизованог постројења. Када смо систем дефинисали одређујемо колико улаза и излаза мора да поседује PLC који ће се имплементи. Конкретно, овај рад се односи на асфалтну базу Wибау 80, која има 24 асинхрона мотора, 10 пнеуматских разводника, 5 фреквентних регулатора, 1 модулатор пламена, 8 ПТ-100 сонди, 2 ваге, 1 протокометар и 2 индуктивна сензора. На основу идентификованих сензора и извршних органа може се закључити да је потребан PLC који има 60 дигиталних улаза, 3 аналогна улаза, 8 температурних улаза, 58 дигиталних излаза и 6 аналогних излаза.

Након утврђивања типа и врсте хардверских и софтверских компоненти система, треба одлучити који ће произвођачи PLC и SCADA софтверског пакета бити заступљени. У овом раду се опредељујемо за SIMATIC С7-300 сиеменс PLC и WINCC флеxибле SCADA софтверски пакет.

Разлог због кога се одлучујемо баш за овај контролер је тај што има довољно брз процесор који без проблема може да обрађује дефинисани број улазних и излазних променљивих, а поред тога нуди најбољи однос цене и квалитета. SIMATIC С7-300 PLC се програмира програмским пакетом СТЕП-7, оба од истог произвођача - СИЕМЕНС. [8,38]

Пре него што се почне са програмирањем пожељно је програм изделити на модуларне целине, како би се проблем могао парцијално решавати, као и доделити имена улазним и излазним променљивима, ради лакшег сналажења у току програмирања. Након завршеног програмирања PLC, приступа се развијању SCADA апликације. SCADA апликација се развија на основу захтева технолошког процеса, односно на основу захтеваних оператерских активности. SCADA апликација треба да има једноставан интерфејс, како би се оператер уз краткотрајну обуку оспособио за рад.

Архитектура софтверског решења

Највиши ниво у архитектури софтвера има SCADA апликација, преко које оператер контролише рад асфалтне базе. Рунтиме SCADA апликација се инсталира на SIMATIC HMI операторски панел. Ниво испод, у софтверској хијерархији, имају три функције: ФЦ1-Скалирање променљивих, ФЦ2-Режими рада и ФЦ3-Аларми, које се имплементирају у ЕПРОМ PLC. Свака од наведених функција садржи под функције.

Функција ФЦ1-Скалирање променљивих



Ова функција обавља два основна задатка. Први задатак је очитавање улазних аналогних сигнала и њихово скалирање у жељеном опсегу.

На пример, као што се види са слике 4.2.1., за скалирање улазних аналогних сигнала, у програмском пакету СТЕП-7, користи се системска функиција ФЦ105. Улазна аналогна променљива се А/Д конвертором трансформише у дигиталну реч, која се у овом случају смешта на меморијску локацију, ПИW752. Вредност дигиталне речи са меморијске локације ПИW752, се скалира у опсегу од нула до две хиљаде (зато што је носивост ваге две тоне), и добија се пропорционалана вредност ваге у килограмима, на меморијској локацији МД162, што је и био циљ.

Слика 2.6.1.1. Скалирање улазног аналогног сигнала PIW752

Поред скалирања улазних сигнала уочава се потреба и за скалирањем излаза, (Слика 2.6.1.2.), што представља други задатак функције FC1.



Слика 2.6.1.2. Скалирање излазног аналогног сигнала ПQW370

У овом случају имамо обрнуту ситуацију у односу на претходну. Наиме, овде се очитава вредност дигиталне речи са меморијске локације MD142, и у зависности од њене вредности, и задатог опсега у коме се она мора наћи; добија се пропорционална вредност на меморијској локацији PQW370. Вредност, са меморијске локације ПQW370, се D/А конверзијом конвертује у аналогни сигнал на излазу PLC.

Функција FC2-Режими рада

Ова функција представља основу целог управљачког система. У њој се решава ручно управљање (ФЦ4), аутоматско управљање (ФЦ5), дозирање компоненти (ФЦ6), као и симулација рада вага агрегата и филера, и симулација протокометра битумена (ФЦ11).

Функција FC4-Ручно управљање

Као што се може приметити са слике 2.6.1.3., променљивом М0.0 “Режим рада” одређује се у ком режиму желимо да радимо. Уколико се одлучимо за ручно управљање, то ће нам омогућити да сваким извршним органом (мотори, клапне,…) управљамо ручно.



Слика 2.6.1.3. Режими рада

Као што се види са слике 2.6.1.3.. у ручном режиму рада мотором се управља сетовањем или ресетовањем одређене променљиве. У случају са слике 2.6.1.4. управља се мотором сабирне траке на предозаторима. Сетовањем и ресетовањем меморијског бита М5.0, пали се или гаси мотор сабирне траке, респективно.

Слика 2.6.1.4. Ручно управљање мотором сабирне траке на предозаторима

Интеграцијом програмских пакета СТЕП-7 и WINCC флеxибле, омогућава се приступ истим промењивим, тако да се пројектовање SCADA апликације доста поједностављује. На слици 2.6.1.5. је дат изглед операторског панела у ручном режиму рада.



Слика 2.6.1.5. Изглед операторског панела у ручном режиму радаНа слици 2.6.1.5. се може приметити да испод сваког мотора постоји дугме.

Притиском на дугме инвертује се меморијски бит којим се врши ручно управљање мотора. Уколико желимо, на пример, да упалимо мотор сабирне траке једноставним притиском на дугме испод мотора сетује се бит М5.0, чиме се стиче услов за сетовање излаза PLC Q0.0 (Слика 2.6.1.6.), на који је повезан мотор сабирне траке. Када упалимо мотор иза њега почиње да блинкује зелено светло. Гашење мотора, такође, реализујемо притиском на дугме испод мотора. Притиском на дугме “Аутоматски режим рада”, на операторском панелу, сетује се меморијски бит М0.0 чиме се стиче услов за прелазак у аутоматски режим рада.

Функција ФЦ5-Аутоматско управљање У аутоматском режиму рада стартовање мотора се врши предњом ивицом бита

М0.2.

Слика 2.6.1.6. Стартовање мотора у аутоматском режиму рада



Значи, оператер не мора појединачно да стартује све моторе, већ их стартује аутоматски када пређе у аутоматски режим рада и на операторском панелу притисне дугме „Старт производње“. Овом акцијом се сетује бит М0.2 чиме се аутоматски сетују сви излази из PLC за које су везани мотори, што узрокује стартовање истих. Гашење мотора се такође одвија аутоматски, негативном ивицом бита М0.2. Мотори се могу угасити на више начина. Када се одради задати број корпи ресетује се бит М0.2, чиме се мотори аутоматски гасе.

Уколико желимо да завршимо са производњом пре него што се одради задати број корпи, притиском на дугме „Стоп пре времена“, иницирамо следећу акцију: Одрадиће се текући циклус, након чега ће се ресетовати бит М0.2. чиме ће се мотори угасити и обуставиће се производња. Поред наведених начина гашења мотора, уколико се јави нека од нерегуларних ситуација, активираће се аларм, и режим рада ће аутоматски прећи у ручни режим.

Ручно управљање мотором, можемо приметити да ће мотор бити угашен уколико није сетован бит који је задужен за његово ручно паљење. Како су сви битови задужени за ручно паљење мотора иницијално ресетовани, прелазак у ручни режим рада ће резултирати гашењем свих мотора. Једина разлика између операторских панела у ручном и аутоматском режиму рада је та, да се у аутоматском режиму рада оператору не оставља могућност насумичног паљења и гашења мотора како не би пореметио процес производње.



Слика 2.6.1.7. Гашење мотора у аутоматском режиму рада.



Слика 2.6.1.8. Изглед операторског панела у аутоматском режиму рада

Функција FC6-Дозирање компоненти

Функција ФЦ6-Дозирање компоненти представља срж аутоматског управљања асфалтном базом, јер се у њој решавају проблеми који директно утичу на квалитет и квантитет финалног производа. Ова функција реализује алгоритам са слике 2.6.1.9.

Слика 2.6.1.9. Функција ФЦ6-Дозирање компоненти

У зависности од унете рецептуре врши се дозирање компоненти. Дозирање се обавља аутоматски по алгоритму. Слика 2.6.1.10. приказује на који се начин дозира филер на вагу. У аутоматском режиму рада пуж филер-вага филера, којим се врши дозирање филера на вагу, ће радити све док се не достигне вредност на ваги која је задата рецептуром.



Слика 2.6.1.10. Дозирање филера на вагу филера

Слична се ситуација дешава и са дозирањем агрегата на вагу, слика 2.6.1.11. Са лед дијаграма можемо приметити да ће у аутомтском режиму рада (када је променљива М0.0 “Режим рада” сетована), пнеуматски разводник држати отворену клапну између првог врућег бункера и ваге агрегата све док се не достигне вредност на ваги која је задата рецептуром, а налази се на меморијској локацији МD50.

Са истог дијаграма се такође може приметити да до дозирања неће ни доћи уколико је отворен пнеуматски разводник, који отвара клапну између ваге агрегата и мешалице. Овај услов је неопходан како би били сигурни да је претходни циклус, дозирања агрегата у мешалицу, завршен.



Слика 2.6.1.11. Дозирање агрегата на вагу агрегата (Први врући бункер)

Када се заврши дозирање на вагу агрегата из првог врућег бункера, почиње дозирање из другог врућег бункера, слика 2.6.1.12. Као што се са слике може приметити ситуација је слична као у претходном случају. Једина разлика је у опсегу у ком се мора вредност на ваги налазити да би клапна другог врућег бункера била отворена. Вредност на ваги агрегата мора бити већа или једнака вредности на меморијској локацији МD50, где је задата вредност прве фракције, и мора бити мања од вредности на меморијској локацији МD 54, где је задата вредност друге фракције, да би се стекли услови за дозирање агрегата из другог врућег бункера.

Када се заврши са дозирањем из другог врућег бункера, прелази се на трећи, и тако редом, све док се не заврши са дозирањем из последњег петог врућег бункера.



Слика 2.6.1.12. Дозирање агрегата на вагу агрегата (Други врући бункер)

Уколико је мешалица спремна отпочиње се са дозирањем агрегата у мешалицу. Дозирање ће трајати све док вредност на ваги не буде једнака нули (Слика 2.6.1.13.).

Слика 2.6.1.13. Дозирање агрегата у мешалицу



Слика 2.6.1.14. Дозирање агрегата у мешалицу

У технолошком поступку постоји захтев да се у првом циклусу, када се стартује производња, не дозирају битумен и филер, већ да се са њиховим дозирањем отпочне тек у другом циклусу. Тај захтев постоји како би се из система избацио агрегат који је заостао из претходне производње, а налази се иза сушаре тако да не може бити загрејан. Како би се удовољило овом технолошком захтеву, уводи се променљива “Старт циклуса”, која је сетована све док се не отпочне са другим циклусом. Када почне други циклус и отвори се пнеуматски разводник, који контролише клапну између ваге агрегата и мешалице, сетују се променљиве “Дозирање филера” и “Дозирање битумена” (Слика 2.6.1.14.), чиме се отпочиње дозирање филера и битумена. Може се приметити да се отварањем клапне између ваге агрегата и мешалице почињу одвијати три паралелна процеса: Дозирање агрегата, дозирање филера и дозирање битумена.



Слика 2.6.1.15. Дозирање филера у мешалицу

Слика 2.6.1.16. Дозирање битумена у мешалицу



Када је завршено дозирање свих компоненти отпочиње се процес мешања компоненти. Време мешања је добијено емпиријски, како би се максимално убрзао процес мешања, а да се притом не наруши квалитет финалног производа. Време мешања регулише тајмер Т0, слика 2.6.1.17.

Слика 2.6.1.17. Мешање компоненти

Са лед дијаграма, представљеног на слици 2.6.1.18., може се приметити да ће се након истека времена Т0 сетовати пнеуматски разводник мешалица-корпа, што ће за последицу имати отварање клапне која се налази између мешалице и корпе, тако да ће се целокупан, измешани садржај, то јест асфалт, испустити у корпу.

Слика 2.6.1.18. Испуштање добијеног асфалта у корпу



3.КОМУНИКАЦИЈА У ОКВИРУ SCADA СИСТЕМА

Унутрашња комуникација - Клијент-сервер и сервер-сервер комуникација са евентдривен (управљање догђајем) базира, и користи TCP / IP протокол за комуникацију. Клијент опише параметар који има поједини сервер, и само промене тог параметра се враћају клијенту.

Приступ уређајима - Сервери периодични читају податак са контролера. Брзина читања може бити различита за различите параметре. Контролер даје захтевни параметар серверу. Акоконтролер и комуникациони протокол користе асинхрони пренос тада ће га и производи такође подржавати. Производи омогућавају комуникационе дривер-е за већину PLC-ова и широко распрострањене сабирнице. Дата сервер може подржавати више комуникацијских протокола, онолико колико има слободних места за комуникационе картице. За развој нових драјвера потребно је 2-6 недеље у зависности од комплексности и сличности са постојећим драјверима, и за то се користи дривер девелопмент тоолкит (управљачки програм развојни алата).

Слика 3.1. Комуникација SCADA СистемаЗа SCADA Систем потребна нам је комуникација која се обавља између

централног рачунара и удаљених мерних јединица, а заснована је на „мастер-славе“ режиму рада. Ово су типични полинг Системи код којих централни рачунар прозива мерне и црпнејединице, успоставља везу и по одређеном протоколу врши аквизицију потребних података. С друге стране, за комуникацију нам је била потребна технологија која се се базирати на „клијент – сервер“ концепту, где клијенти иницијализују повезивање са сервером. GPRS су технологије које у потпуности задовољавају тај захтев, те омогућавају несметану и веома ефикасну комуникацију.

GPRS је скраћеница за General Packet Radio Service. То је стандард за бежичну комуникацију, који омогућава слање и примање информације покретном мрежом користећи велике брзине. Стандардизован је у Европском институту за телекомуникационе стандарде ETSI (European Telecommunications Standards Institute) 2000 године. Једнако је ефикасан за мале снопове података (е-маил, web-browsing), као



и за огромне количине података. Спада у тзв. 2.5Г генерацију, која означава важан искорак из друге у трећу генерацију мобилних уређаја.

GPRS је уствари додатак, који омогућава комутацијом пакета (Packet switching) у GCM (Global Sistem for Mobile Communications) Системима, базираним на временскоммултиплексу - TDMA - у (Time Division Multiple Access). GPRS резервише Radio ресурсе само онда када пошиљаоц има податке за послати, иначе фреквенције остају слободне за коришћење од стране других корисника.

GPRS доноси побољшању квалитета услуга слања података, с аспекта поузданости, брзине и подршке. Нове апликације развијене на основу GPRS - а прошириле су мрежу у корисника мобилних уређаја, а пружатељима услуга омогућиле повећање разноврсности садржаја које нуде. Међутим те нове услуге повећавају захтеве на капацитет Radio ресурса. Један од начина како ублажити те захтеве јест коришћење истих Radio ресурса за све мобилне станице. GPRS кориснику омогућује знатно већу брзину и непосредност при преносу података, као и много нових апликација које су пре појаве GPRS - а биленезамисливе у бежичној комуникацији .

GPRS унапређује постојене везе, омогућује да информација буде послата или примљена истог тренутка (непосредно) им се укаже потреба. Није потребна диал/уп модемска веза. Због тога се GPRS корисници декларишу као стално спојени. Непосредност је предност GPRS- а у односу на услуге које користе комуникацију канала. Високи степен непосредности врло је важан за карактеристику апликација са критичним временом, као даљинска ауторизација кредитне картице, код које је потпуно неприхватљиво пустити корисника да чека ниједну додатну секунду.

3.1.Комуникациони медијуми у оквиру SCADA Система

SCADA Системи нуде следеће основне функције: аквизиција података, надзор и процесирање догађаја, управљање процесом, хронологија догађаја и анализа, визуелизација процеса, прорачуни и извештаји, додатне функције по захтеву корисника. Ове функције обављају четири врсте SCADA компонената.

• Сензори (било дигитални или аналогни), и контрола релеја који директно са интерфејса управља Системом.

• Телеметријске јединица (RTU). То су мале компјутерске јединице размештене на терену у одређеним локацијама. RTU (телеметрисјке јединице) служе као локални сабирни пунктови за прикљупљање извештаја из сензора и испоруку команде за контролу релеја.

• SCADA – Мастер јединица то су већи рачунари којима конзола служи као централни поцесор за SCADA Систем. Мастер јединице обезбеђују људски интерфејс за System и аутоматски регулише Систем управљања као одговор на сензор улаза.

• Комуникацијске мреже који повезује SCADA – мастер јединицу RTU на терену. Прикупљени подаци се обично посматрају на једном или више SCADA рачунарима у централној (главној) станици. SCADA Систем у реалности може да прати и управља до стотинама хиљада улазно – излазних вредности. Уобичајени аналогни сигнали које SCADA Систем надзире (или управља) су нивои, температуре, притиска, брзине протока и брзине мотора. Типични дигитални сигнали за надзор (управљање) су прекидачи нивоа, прекидачи притиска, статус генератора, релеји и мотори. Као што јој и само име каже, SCADA нема потпуну контролу над Системом, већ је више фокусирана ка нивоу надгледања и надзирања. Као таква, она је софтверски пакеткоји



је позициониран на самом врху хардвера на који се односи, углавном преко PLC-а или другог комерцијалног хардверскох модула.

SCADA Системи се користе не само у већини индустријских процеса као што су прављање челика, производња и дистрибуција струје (конвенционалне и нуклеарне), праћење и контрола хемијских транспортних процеса, градских водоводних Система већ такође све више и у свакодневном животу. SCADA Системи су постигли суштински напредак током протеклих година у смислу функционалности и перфоманси (слика 3.1.1.).

Слика 3.1.1. Место SCADA Система у примеру управљања

Термин SCADA се обично односи на централни Систем који надгледа и контролише читаву фабрику или Систем који је распоређен на велике даљине (километрима). Највећи део контроле једне станице се врши аутоматски од стране PLC-а. Главне контролне функције су скоро увек забрањене контролеру у станици. На пример, PLC може да контролише проток воде за хлађење кроз део индустријског процеса, SCADA Систем може да дозволи оператеру да промени задату вредност протока и може да снима и приказује било која алармна стања, као што су губитак притиска или висока температура. Прикупљање података почиње на нивоу PLC-а и укључује очитавање величина и статуса. Затим се подаци који су потребни шаљу на SCADA Систем, где се преводе и форматирају на такав начин да оператер у контролној соби уз помоћинтерфејса може на основу њих, донети одговарајуће одлуке које могу бити потребне да би се подесиле или преписале нормале PLC-ове контроле. Подаци се, такође, могу чувати у историјату, који је често подржан базом података, ради приказа трендова и других аналитичких радњи.

SCADA Систем типично имплементира дистрибуирану базу података, која се често зове база тагова, која се састоји од елемената званих тачке или тагови. Таг представља једну улазну или излазну вредност која се прати или којом се управља од стране Система. Тагови могу бити ‘’hard’’ (тврди) или ‘’soft’’ (меки). Тврди таг представља стварну вредност улазног или излазног сигнала, док је мери таг резултат логичких и математичких операција примењених на тврди таг. Вредност тагова обично се чувају као комбинација вредност-време; вредност и временски тренутак када је та



вредност снимљена или израчуната. Серија вредност-време комбинација је историјат тог тага.

SCADA рачунар индустријски PC на коме се извршава софицирани SCADA HMI софтвер. HMI (Хуман-Machine Interface – спрега између човека и рачунара) је апарат који процесне податке представља оператеру и кроз који оператер контролише процес. Основни интерфејс оператера је скуп графичких екрана који приказују деривацијског стабла мноштва таквих екрана.

HMI индустрија је у основи створена из потребе за стандардизацијом начина праћења и контролисања удаљених контролора са више позиција, PLC-ова и других контролних уређаја. Док PLC-ови омогућавају аутоматско, пре-програмско вођење процеса, они су обично раштркани по целој фабрици, чиме је ручно прикупљање података са њих отежано. Стари PLC-ови немају стандардизован начин приказивања информација оператеру. Дотле SCADA System прикупља информације са PLC-ова и других контролера преко неке врсте мреже, затим комбинује и форматира те инфромације. HMI може такође бити повезан са базом података да би обезбедио приказивање трендова, дијагностичких података и менаџерских информација. Три компоненте SCADA Система су:

• Вишеструке удаљене терминалне јединице PLC-ови• Главна станица (Master Station) и HMI компјутер• Комуникацијска инфраструктура.Термин ‘’главна станица’’ се односи на сервери и на софтвере за комуникацију са

опремом, а онда и на HMI софтвер који се извршава на једном или више рачунара контролној соби, или негде другде. У мањим SCADA Системима, главна станица може бити само један PC рачунар, док у већим SCADA Системима, главна станица се може састојати од више сервера и дистрибуираних софтверских апликација.

SCADA Систем обично презентује информације оператеру у облику мимичких дијаграма, слика 2. То значи да оператер може да види шематско, представљање фабрике коју контролише. На пример слика пумпе која је повезана на цевима може оператеру показати да пумпа ради и колико течности пумпа кроз цев у том тренутку. Оператер тада може да искључи пумпу. HMI софтвер ће приказати смањивање брзине протока течности у цеви у реалном времену. Мимички дијаграми се могу састојати од линијске графике и шематских симбола који представљају процесне елементе, или се могу састојати од дигиталних фотографија процесне опреме прекривеним анимираним симболима. Време потребно да се стигне до удаљених станица, да се прикупе подаци или да се издају наредбе, да се преиспитају ручно унети подаци, испишу извештаји или изврше било које од функција које пружа SCADA Систем, је у чињеници веома знатно важно. Користи од уштеде времена су далеко веће од скраћења људских радних сати – брзе реакције на аларме, благовремене акције инаредбе имају и високу новчану вредност. Примарна сврха SCADA Система је да унапред дају упозорење на проблем који може настати.



Слика 3.1.2.: Пример SCADA Система који се извршава на рачунару

Пре него што су SCADA Системи (са телеметријом) имплементирани, гомила удаљених станица је имала људство или су их инспекције често посећивале. Увођењем SCADA Система потреба за људством је увелико смањена што чини основни економски покретач заимплементацију управо тих Система у првом великом таласу свеобухватних Система у седамдесетим и осамдесетим годинама.

3.2.Протоколи у SCADA Систему

Да би на нивоу комуникационог Система остварили поуздану и ефикасну комуникацију између елемената SCADA Система, разнородних по својој архитектури, сложености и начину функционисања, неопходно је постојање комуникационог протокола који би стандардизоваоскуп команди, меморијске просторе, формате порука, итд. Под протоколом можемо да подразумевамо правила која описују како се један облик комуникације реализује преко неког елементарнијег. Значи комуникациони протоколи дефинишу метод којим се подаци преносе преко комуникационог линка. Све док уређаји за пренос следе унапред одређен низ правила за слање података, уређаји који примају податке су способни да послате сигнале претворе и податке са одређеним значењем. На пример протокол ће дефинисати информацију као што је време које је потребно да се пошаље било који пакет података, јачину сигнала и жељену дестинацију. Иако данас не постоји јединствени стандард за индустријски протокол, одређене групе произвођача установиле су неколицину широко прихваћених протокола: Modbus, Foundation Fieldbus, Profibus, DeviceNet, CAN, итд.

Индустријски комуникациони протоколи коришћени на пољу мерења и управљања заједничким именом се називају фиелдбус протоколи. Протоколи за комуникацију у SCADA Системима су направљени искључиво за рад у условима смањене поузданости комуникације, као и да омогуће сигуран пренос података гарантујући поуздано допремање података до жељених дестинација. Протоколи такође имају Систем за



детекцију грешака и технике за поновно слање порука (које нису успеле да дођу до жељене локације) употребом handshaking технике (међусобна размена синхронизованих импулса два уређаја) која користи хеадер ии фоотер поруке (додатни подаци на почетку и крају пакета порука), придодати сировим подацима у процесу комуникације. Такве додатне информације оптерећују Систем комуникације, тј. утичу на брзину.

Корисници SCADA Система не морају бити упознати са комуникационим протоколима који се користе, у ствари протоколи треба да буду транспарентни. Међутим важно је разумети да и уз употребу медија као што је радио веза постоји могућност, и ако мала, да ће се догодити грешка у комуникацији.

На пример управљачка команда може бити послата на погрешну дестинацију. SCADA Системи често захтевају потврду од оператера да је за реализовање управљања потребна баш та команда (провера потврде управљања). Овај приступ омогућава известан нивозаштите да се управљачка команда не пошаље на погрешну локацију. Више је вероватно да је сам оператер направио грешку и да је управљачка команда послата на погрешну локацију. Провера потврде управљања даје оператеру још једну шансу да одабере одговарајућу локацију. Отворен Систем је онај који омогућава комуникацију између различитих врста уређаја (тј. уређаја различитих произвођача). Затворени Системи су по дефиницији они који омогућавају комуникацију само између уређаја исте врсте (од истог произвођача).

Отворени Системи отклањају недостатке који постоје код затворених Система, као што су потпуна зависност од једног произвођача и недостатак информација како протоколфункционише. Међутим да би се схватиле предности отворених Система потребни су стандарди са детаљно дефинисаним комуникационим протоколима, да би се одредили сви аспекти узајмне повезаности компјутера и осталих уређаја.

3.3.Комуникација SCADA хардвера и сфотвера

SCADA Систем, се састоји од броја удаљених терминал јединица RTU или прикупљање теренских података и слање тих података назад на главну станицу преко комуникациониг Система. Мастер станица приказује прикупљање податке и омогућава оператеру да обавља даљинско управљање Системом. Тачни и правовремени податак омогућава оптимизацију рада постројења и процес.

Даље користи су ефикасније поузданије и сигурније пословање. Све ово резултује нижим трошковима пословања у односу на раније неаутоматизоване Системе. На сложенијим SCADA Систему постоји пет нивоа или хирархија:

• Терен инструментација и контрола уређаја• Ранжирни терминал и RTU• Комуникациони Системи• Мастер станице• Комерцијалне информационе технологије (IT) или• Обраде података одељење компјутерски систем

RTU обезбеђује интерфејс за област аналогне и дигиталне сензоре налази се на свакој удаљеној локацији. Комуникација Система обезбеђује пут за комуникацију између мастер станице и удаљених локација. Овај комуникациони Систем може бити у



облику жице, оптичког, радио везе, телефонска линија, микроталасна можда чак и сателиит. Специфични протоколи грешке откривању филозофије које се користе за ефикасно оптимални пренос података.

Мастер станице (или под - мастер) прикупљају податке из различитих RTU И генерално обезбеђује интерфејс оператера за приказивање информација и контроле удаљених локација. У великим Система телеметрију под мајстор станице са сајтова прикупља инфромације са удаљених мастер и акт релеј назад на станицу контолу мајстора.

Слика 3.3.1.: Хардwаре SCADA Система

Важан аспект сваког SCADA Система је компјутерски софтвер који се користи у оквиру Система. Најуочљивија компонента софтвера јесте оператерски интерфејс, међутим на свим нивоима SCADA Систем налази неки софтвер у одређеном облику. У зависности од величине и природе SCADA Система, софтвер може бити значајна финансијска ставка када је у питању развој, одржавање и проширење SCADA Система. Када је софтвер добро дефинисан, дизајниран, написан, проверен и тестиран сигурно ће се направити ефикасан SCADA Систем. Ако се у било којој од наведених фаза, развоја SCADA апликације, направи пропуст то ће резултирати неуспехом целокупног SCADA пројекта. Многи SCADA Системи упошљавају специјализовани комерцијални софтвер уз помоћ којих се врши развој SCADA апликације. Тај специјализовани софтвер је често конфигурисан за одређене хардверске платформе, и не може се комбиновати или повезати са софтвером или хардвером других произвођача. Данас је на располагању и широк спектар стандардног комерцијалног софтвера, од којих неки могу да испуњавају захтеве потребне за реализацију SCADA система (апликације).

Овај софтвер је флексибилнији и може се комбиновати са различитим врстама хардвера и софтвера. Генерално, специјализован софтвер се фокусира на процесе и управљачку функционалност, док стандардни софтвер ставља акценат на компатибилност са различитим хардверским платформама и пратећом опремом. Због тога је важно предузети адекватно планирање да би се одабрао софтверски Систем који одговара неком новом SCADA Систему.



Такви софтверски производи се користе у оквиру следећих компоненти SCADA Система: Оперативни Систем централног компјутера: софтвер који се користи за управљање хардвером централног компјутера. Софтвер може да се базира на UNIX, Windows или другим популарним оперативним Системима. Оперативни Систем оператерског терминала: софтвер који је обично исти као оперативни Систем централног компјутера. Овај софтвер заједно са софтвером централног компјутера обично доприноси умрежавању централног компјутера и оператерских терминала.

Апликација централног компјутера: софтвер који управља разменом података између PLC-ова и централног компјутера. Софтвер такође омогућава графички кориснички интерфејс (GUI - Graphical User Interface) – графички кориснички интерфејс) који нуди мимик екране појединачних делова процеса (или целог процеса), екране аларма, графике који представљају промену аналогних параметара процеса (трендс) и екране управљачких функција.

Апликације оператерских терминала: апликације које омогућавају корисницима приступ информацијама које апликација централног компјутера има на располагању. То је обично подскуп софтвера који се користи у централним компјутерима.Управљачки програми за комуникационе протоколе: софтвер који се обично налази на централном компјутеру и PLC-овима, и потребан је да би управљао превођењем И интерпретацијом података између крајева комуникационих линкова у Систему. Софтвер за управљање комуникационом мрежом: софтвер који омогућава самим комуникационим мрежама функције мониторинга ради превенције од евентуалних грешака у комуникацији.

Софтвер аутоматизације на PLC-овима: софтвер који омогућава инжењерима даконфигуришу и одржавају апликације које се налазе на PLC-овима. Ово најчешће укључује апликације које се односе на локалну аутоматизацију и све задатке за обраду података који се изводе на PLC-овима. За постојање једног SCADA Система апсолутно је небитно која опрема је употребљена нити на који начин су реализоване поједине софтверске функције. Ипак, чињеница једа се овде ради о изузетно сложеним Системима у којима се обавља мноштво разнородних функција, што значи да њихово пројектовање може да буде веома компликовано. Са друге стране, очигледно је да је читав низ функција Система везаних за прикупљање, пренос И приказивање података, заправо типизиран и да не зависи битно од саме апликације. При развијању надзорно-управљачког Система применом SCADA софтвера предпоставља се да постоји постројење са пратећом мерном опремом и извршним органима, да је дата технолошка шема и опис постројења, као и електро пројекат на нивоу постројења.



4. МРЕЖНА ОПРЕМА У SCADA СИСТЕМУ

Пасивна мрежна опрема представља наједноставнију компоненту рачунарских мрежа. Атрибут ’’пасивна’’ потиче од циљне карактеристике компоненти ове категорије да над мрежним саобраћајем не изврше никакву измену. Пасивне компоненте мреже чине:

• Утичнице• Каблови• Панели за преспајање и за завршавање каблова (patch panel)• Каблови за преспајање (patch cabel)• Рек ормани• Каналице за вођење кабла

За пренос сигнала између рачунара већина данашњих мрежа користи каблове који се понашају као мрежни преносни медијуми. Постоји много различитих типова каблова који могуда се примене у различитим ситуацијама. Њихов број је изузетно велики и обухвата више од 2000 различитих типова. Већина данашњих мрежа користи три основне врсте каблова:

• Коаксијалне каблове• Каблове са упреденим парицама (twistedpair)• Оптичке каблове

Кроз упоредне парице и коаксијални кабл преносе се електрични сигнали, док се кроз оптичка влакна преносе сигнали у виду светлосних импулса. За исправан рад мреже потребноје да се кабловски Систем (каблови и прикључни елементи) формира од компоненти које задовољавају одређене техничке стандарде. Каблови који се користе у једној мрежи зависе од више параметара:

• Бинарни проток• Поузданост кабла• Максималну дужину између чворова• Заштиту од електричних сметњи• Подужно слабљење• Толеранције у отежаним условума рада• Цену и општу расположивост кабла• Лако повезивање и одржавање

Коаксијални каблови су у једном периоду били најраспрострањенији мрежни медијум за пренос података, и то из више разлога: релативно су јефтинији, лаки, флексибилни и једноставни за рад. У свом најједноставнијем облику, коаксијални кабл се састоји од бакарне жице у средини, око које се налази најпре изолација, а затим слој од уплетеног метала (ширм) и на крају, спољашни заштитни омотач. Сврха овог оклопа је да апсорбује електромагнетне сметње или шум, и тиме спречи њихово мешање са подацима који се преносе.Каблови који имају један слој изолације и један слој од уплетеног метал зову се и каблови са двоструком заштитом.

Постоје, такође и каблови са четвороструком заштитом (два слоја изолације и два слоја ширма), који се примењују у срединама са јаким електромагнетним сметњама.



Слика 4.1.: Слојеви коаксијалног кабла

Бакарни проводник (жица) у средини кабла преноси електромагнетне сигнале који представљају кодиране рачунарске податке. Овај проводник може бити од пуног метала, или уоблику више уплетених жица. Уколико је од пуног метала, онда је то обично бакар. Проводникје обложен диелектричним изолационим слојем који га одваја од ширма. Ширм има улогууземљења и штити проводник од електричног шума и преслушавања.

Кабл са упредним парицама (twisted pair cable) се састоји од парова изолованх бакарних жица које су обмотане (упредене) једна око друге. Упредање се врши у циљу отклањања електромагнетних сметњи. Број увртаја по метру чини део спецификације типа кабла јер што је број увртаја по метру већи, већа је отпорност кабла на електромагнетне сметње. На слици 8 приказана су два типа овог кабла: кабл са неоклопљеним (Unshielded Twisted – Pair,UTP) и оклопљеним (Shielded Twisted-Pair, STP) парицама.

Слика 4.2.: Каблови са неоклопљеним и оклопљеним парицамаГрупе парица се обично налазе у заштитном омотачу и заједно са њим чине кабл.

Правила структурног каблирања, које се данас скоро искључиво користи за формирање рачунарских мрежа, прописују да се за повезивање рачунара морају користити четворопарични каблови. Упредањем се поништава електрични шум од суседних парица, или осталих извора, каошто су мотори, релеји, трансформатори и енергетска инсталација. С обзиром да је проблем електромагнетне заштите веома озбиљан неки произвођачи (IBM, европске фирме) су развили тзв. оклопљене каблове који око парица имају одређену електрично проводну структуру којапружа знатно већи ниво заштите. У пракси постоје три типа оклопљених каблова, FTP, S-FTP и STP.

Слика 4.3.:Пресек ; Каблови са неоклопљеним и оклопљеним парицама



FTP кабл је направљен тако да су четири парице потпуно обавијене танком металном фолијом. Ова фолија своју заштитну функцију обавља тако што захваљујући високој импеданси рефлектује спољне, ометајуће, електромагнетне сигнале на учестаностима већим од 5 МХз И тако им онемогићава продор до самих парица. По односу цена/перфомансе у пракси су се најбоље показали FTP каблови, тако да се они најћешће и користе. Бакарне жице каблова са уврнутим парицама се са хардверским мрежним интерфејсом рачунара (нпр. Мрежном Етхернет картицом) не повезују засебно и директно већ путем одговарајућих конектора.

Најчешће коришћени тип конектора је RJ (Registered Jack) и он се, у више варијанти, користи код телефонских и рачунарских мрежа.

Слика 4.4.:Конектори

Најчешћи RJ конектори су;• RJ11-једна телефонска линија• RJ14-две телефонске линије• RJ12 и RJ25- три телефонске линије• RJ45-Етхернет рачунарска мрежа

Каблови са упреденим парицама за повезивање са рачунарима користе RJ-45 конекторе. За повезивање бакарних жица са конекторима користи се посебан тип алата – тзв.клешта за кримповање. Овај алат најчешће има могућност за рад са RJ45 И RJ11 конекторима. Распоред жица при повезивању је одређен стандардима 568А и 568Б. Ови стандарди се користе код рачунарских мрежа (RJ45 конектори). 568А је предложени стандард. Каблови који комбинуји 568А и 568Б стандард се користе за директно повезивање два рачунара.

Оптички каблови - Код ове врсте каблова, оптичка влакна преносе дигиталне сигнале у облику модулисаних светлосних импулса. Каблови од оптичких влакана не подлежу електричнимсметњама, имају најмање слабљење сигнала дуж кабла и подржавају изузетно велике брзинепреноса података на великим удаљеностима. Користе се и у случајевима када LAN мрежа треба повеже више објеката, где се са бакарним кабловима могу очекивати проблеми сауземљењем и атмосферским пражњењима. Оптичке везе осим велике брзине преноса обезбеђују и потребно галванско раздвајање инсталација. Често се постављају у објектима, у случајевима када се предвиђа велики мрежни саобраћај између спратних развода у односу на центар мреже.

Слика 4.5.: Тотална рефлексија код преноса кроз оптичко влакноСистеми преноса са оптичким кабловима се састоје из три основна функционална

дела, а то су предајник (извор светлости – LED или ласерска диода), оптичко влакно и пријемник (фото сензор). Стандардни електрични сигнал се доводи на LED или



ласерску диоду које врше конверзију у светлост, затим се светлост “убацује“ у оптичко влакно на чијем другом крају је пријемник који врши опто-електричну конверзију после које се добија стандардни електрични сигнал. Принцип по коме се информација преноси по оптичком влакну базира се на физичком феномену под називом тотална рефлексија. Свако оптичко влакно се састоји из језгра кога чини стакло одређеног индекса преламања и омотача пресвученог преко језгра. Овај омотач је такође од стакла, али оно има другу вредност индекса преламања. Светлост се убацује у језгро под одређеним углом потребним да дође до тоталне рефлексије, због које се светлосни зрак непрестално одбија од граничне површине језгро/омотач путујући тако кроз влакно до пријемника.

Слика 4.6.:Кабл са оптичким влакном

Оптичка влакна се могу поделити у две основне групе: на мономодна (синглемоде) која су тања и омогућавају простирање само једног светлосног зрака, имултимодна (мултимоде) која су дебља и омогућавају истовремено простирање више зрака од више различитих извора. У технолошком процесу је много једноставније (а тиме и јефтиније) произвести влакно већег пречника језгра. То је разлог због ког се мултимодна влакна чешће користе. Поред тога, у веће језгро је много лакше “убацити“ светлост из извора, па су и предајници јефтинији јер светлосни сноп извора не мора бити толико фокусиран као у случају коришћења мономодног влакна. Дакле, целокупни Систем базиран на мултимодном влакну је јефтинији и такви Системи су данас доминантни код локалних рачунарских мрежа. Са друге стране, због већих растојања која је потребно премостити, у телекомуникацијама су доминантна мономодна влакна. Код рачунарских мрежа сваки линк (веза) захтева два влакна – један за предају а други за пријем.



4.1.Типови оптичких влакана за реализацију SCADA Система

Оптичка влакна се могу поделити на више начина. [7,178] Према материјалу од кога су израђена опичка влакна се деле на:

стаклена оптичка влакна, код којих су и језгро и омотач израђени од допираног СиО2, одликују се малим губицима, великим пропусним опсегом и малим димензијама,

PCS (Plastic-Clad-Silicia) влакна имају језгро начињено од допираног CiO2 , а омотач је од пластике, одликују се слабљењима око 8 дБ/км и пропусним опсегом 10 МХзxкм,

пластична влакна, која су цела начињена од пластичне масе, одликују се великим пречницима, слабљењем и малим пропусним опсегом.

Према индексу преламања оптичка влакна се деле на: оптичка влакна са скоковитим индексом преламања (Step - Index), где

долази до нагле промене индекса преламања на преласку из језгра у омотач, оптичка влакна са градијентним индексом преламања (Graded - Index), где

долази до постепене промене индекса преламања полазећи од центра језгра, те се радијално та вредност смањује да би на месту прелаза у омотач било једнако индексу преламања омотача.

Најчешћа подела оптичких влакана се врши према броју модова који се простиру кроз језгро оптичког влакна, и то на:

мултимодна, кроз чије се језгро простире више модова, и она могу имати скоковит или градијентни индекс преламања.

мономодна, кроз чије се језгро простире само један мод, и она увек имају скоковит индекс преламања.

Мултимодно оптичко влакно има језгро пречника 50 микрона, односно 62,5 микрона, док је омотач 125 микрона. Омотач примарне заштите је двослојан и пречника је 250 микрона. Код оптичких влакана овог типа постоје два типа индекса преламања, скоковит и градијентни. Оптичка влакна са скоковитим индексом се користе у Системима са малим растојањима и не превише захтевним пропусним опсегом. Оптичка влакна са градијентним индексом се користе у преносним Системима средњег растојања и средњих захтева за пропусним опсегом. Слабљење код ових оптичких влакана је мање критичан фактор преноса од релативно малог пропусног опсега.

Мономодно оптичко влакно има језгро пречника 9 микрона, док је омотач 125 микрона. Омотач примарне заштите је двослојан и пречника је 250 микрона. Код оптичких влакана овог типа индекс преламања има облик троугла, како би се суперпонирали сви модови осим оног који се простире дуж осе оптичког влакна. Оптичка влакна овог типа имају веома мало подужно слабљење и велики пропусни опсег, те се користе у захтевним преносним Системима.

4.2.Слабљење и губици у оптичком влакну

Светлосни зрак током проласка кроз оптичко влакно губи фотоне, односно енергију, што изазива смањење амплитуде сигнала. Губици у оптичком влакну се догађају из више разлога:

апсорпција, расејање, губици услед савијања, и



дисперзије.

Апсорпција Нечистоће које представљају остатке пречишћавања и фабрикације стакла, као и

допанти који се користе у производњи оптичких влакана, апсорбују оптичку енергију. Апсорпцију изазивају јони метала, , а највећу апсорпцију изазивају јони хидроксилне групе који се налазе уз молекуле воде у стаклу. Ниво апсорпције зависи од концентрације јона и таласне дужине примењене светлости.

Расејање Губитке услед расејања могу изазвати:

варијације пречника језгра оптичког влакна, разна микрооштећења и несклад на граничној површини језгро-омотач који су мањи од таласне

дужине примењене светлости.Расејани светлосни зраци се одбијају другачије него што би требало по Снел-

овом закону, па због тога долази до њиховог делимичног губљења и преласка у омотач.

Доминантни тип расејања код оптичких влакана је Раyлеигх-ево расејање, које се јавља због микроскопских нехомогености у саставу стакла, односно нечистоћа, које су величине реда таласне дужине примењене светлости.

На кривој слабљења у односу на таласну дужину постоје три тачке минимума на три различите таласне дужине емитоване светлости. Први минимум је на таласној дужини примењене светлости од 850 нм, други на 1310 нм и трећи на 1550 нм. Ове таласне дужине се називају "оптичким прозорима". Најмање слабљење у оптичком влакну се постиже применом таласне дужине од 1550 нм, одн. коришћењем "трећег оптичког прозора". Мултимодна оптичка влакна скоковитог индекса се користе за рад у "првом и другом оптичком прозору", мултимодна оптичка влакна градијентног индекса се најчешће користе за рад у "другом оптичком прозору", док се мономодна користе за рад у "другом и трећем оптичком прозору".

Губици услед савијањаУслед савијања се мења геометрија оптичког влакна, што омогућује да неки

светлосни зраци "побегну" у омотач, а други да се неправилно одбију, чиме се повећавају губици у оптичком влакну.

Поред поменутих губитака постоје и губици услед микросавијања, изазвана малим периодичним савијањима осе влакна, периоде понављања неколико мм и амплитуде неколико микрона. До оваквих савијања долази услед неједнаке расподеле оптерећења при дејству спољних механичких сила.

4.3.Предности и мане оптичких комуникација

Оптичка влакна су изазвала веома велико интересовање због својих особина, и изазвала развој читаве једне гране индустрије везане за фибер оптичке комуникацје. Почевши од произвођача оптичких влакана, преко кабловске индустрије до произвођача активних и пасивних компоненти и произвођача пратеће опреме за комуникационе Системе.

Предности оптичких влакана:o мало подужно слабљење (0,18 - 0,45 дБ/км СМ и 3,5 -1,0 дБ/км ММ) o велики пропусни опсег (0,16 - 20 ГХзxкм) o неосетљивост на електрична и магнетна поља



o отпорност на високе температуре ( стакло до 600 ОЦ )o не кородирајуo одсуство преслушавања o једним влакном се могу преносити више сигнала истовремено, у

истим или супротним смеровимаo мале димензије o мала тежина

Мане оптичких влакана: o висока цена каблова, линијске опреме и пратећег алата и прибора o осетљивост на механичка дејства



ЗАКЉУЧАК

Основна функција SCADA Система је циклична аквизиција дигитализованих вредности различитих физичких величина које одређују стање производног технолошког процеса. Формирањем базе мерених података у рачунару, ствара се основа за проверу и приказ тренутног стања физичког процеса, односно за вршење ефикасног надзора над њим.

Истовремено применом уграђеног управљачког алгоритма могуће је одредити и захтевати корективне активности, тј. извршити управљање над физичким Системом. Специфична намена SCADA Система намеће одређене захтеве који овакве рачунарске Системе издваја од осталих. SCADA Систем опште намене мора испунити : рад у реалном времену, дистрибуција рачунарских ресурса у оквиру SCADA-е и постизање максималне поузданости и расположивости.

Структура SCADA Система одликује просторном дистрибуцијом аутономних рачунарских компоненти, које су комуникационом мрежом спрегнуте у јединствен Систем. Разменом порука између њих остварује се међусобна кооперација у остварењу заједничког циља. Обзиром на високе трошкове прекида рада процесног Система услед евентуалног отказа рачунарских компоненти, важан захтев који SCADA Систем мора задовољити је постизање максималне поузданости и расположивости. Комуникација мора бити бржа и поуздана што нам омогуцава GPRS.

Протоколи за комуникацију у SCADA Система су направљени искључиво за рад у условима смањене поузданости комуникације, као и да омогуће сигуран пренос података гарантујући поуздано допремање података до жељених дестинација. Периодичним одржавањем SCADA-е могу се предупредити будуће скупе поправке или катастрофални проблеми који се јављају на SCADA Система. То ће смањити количину времена за непланирани Систем затварања и фрустацију особља због непоузданог Система. Примена стандарда и стандардизације омогућава повећање ‘’интероперабилност’’ на уређаје и компоненте у оквиру SCADA Система.

Савремени развој науке и технике посебно рачунарских Система, омогућио је потпуну аутоматизацију општих процеса производње увођењем у SCADA Систем. Компјутеризација процеса елеминисала је учешће човека у многим тешким, једноличним, монотоним, и понављајућим пословима. Управљањем са даљине радник се такође удаљава из опасних и по здравље штетних радних зона, зато је потребна нова вештина запослених који ће радити на SCADA Систему. Садашњи захтеви у привреди за повећаном ефикасношћу а посебно у комуналном предузећу рецимо водовода захтева повезање сигурности њихових средстава и производа. Знаци SCADA Система сада мора бити проактиван и мора укључити пуно управљање подацима и безбедност.

Повећање ефикасности у пословању и безбедности у SCADA Систему захтевају повећани мониторинг тј. Повећан надзор уз већу безбедност зато наредне генерације SCADA Система треба да ураде више него да прикупе и доставе податке они такодје морају да управљају подацима већих саобраћајних оптерећења да обезбеде



комуникацију саобраћаја између различитих уређаја и корисника, управљање онлине кофигурационим процеса да би се избегле изазване Системске грешке (већина Системских кварова долази код Система одрзавања/надоградње). Управљање прикупљање података на екрану, складиштење и приступ корисницима других пословних Система, укључујући догађај (важни догађаји мора добити одмах пажњу). SCADA Систем за праћење мора да садржи физичку безбедност места – коришћењем видео надзора и инструменте детекција, нпр.квалитет воде користеци онлине анализаторе, време у складишту ( старот неискоришћене воде) да би се избегле бактеријске контаминације и здравља комуникацијског линка и опреме поље.



ЛИТЕРАТУРА

[1] Вера В. Петровић.,(2009):Управљање у реалном времену, приручник за програмабилне логичке контролере, Београд

[2] Н. Матић, (2011): Увод у индустријске PLC контролере, 2 издање, Микроелектроника, Београд, 2001.

[3] Љ. Драгановић(2000):, Пројектовање система аутоматског управљања, Лола Институт, Београд.

[4] Савић, Д., (1992): Увод у објектно програмирање, PC Програм, Београд [5] Хансен, А., (1991): Програмирање на језику C, Мирко Књига, Београд [6] Стајић, Д., Билински, П., (1991): Рачунарске телекомуникације и мреже,

Техничка Књига, Београд [7] Миловановић, Ј. (2000):, SCADA sistem у производном процесу, Београд[8] Стојић, М., (1978): “Континуални системи аутоматског управљања” Београд



САДРЖАЈ

УВОД.........................................................................................................................................1

1.ПРИМЕНА РАЧУНАРА У ПРОЦЕСУ ПРОИЗВОДЊЕ.............................................2Од када су 1955. рачунари ушли у пословање драматично се променило подручје управљања производњом. Већина у индустријској производњи данас користи рачунаре за следеће потребе: управљање залихама, терминирање производње, контролу квалитета, планирање и реализацију производње и праћење трошкова. Поред тога рачунари се користе у аутоматизацији рада и у свим врстама услужне производње. Ефективна употреба рачунара данас представља битан део подручја управљања производњом. ....................................................................................................2Сваки од ових 7 подручја на значајан начин је унапредио подручје управљања производњом. Буђење интереса за управљање производњом подстакнуто је не само у пословању већ и на универзитетима.Један од узрока је агресиван наступ стране конкуренције на домаћу индустрију: аутомобила, челика, телевизора и електронике (Јапан па Немачка, Кореја). Да би решили проблеме привреде економисти заговарају веће инвестирање, технолози веће истраживање и развој, а они задужени за људске ресурсе тврде да би требали променити приступ управљању људима. Управљање производњом мораће да преузме најбоље од свих идеја и да у складу са њима делује. .....................................................................................2Једно је сигурно, дани радника на монтажној траци са само једним задатком су одбројани. Данашњи радници у производњи морају да буду оспособљени да израде квалитетан производ, идентификујући и решавајући проблеме који се јављају у процесу, користећи као помоћ статистичке податке, побољшавајући дизајн производа, одржавајући машине и алате, смањујући припремно-завршна времена и брзо се прилагођавати променљивим захтевима тржишта. Са оваквом новом улогом радника мења се и улога менаџмента. .................................................................2Менаџмент сада има задатак да се усресреди на креирање позитивног радног окружења и успостављању дугорочних стратешких праваца за организацију, препуштајући креирање резултата и свакодневне производње квалификованим производним екипама. ..........................................................................................................2Поновни интерес за управљање производњом добио је неколико облика. ................21.Враћен је нагласак на квалитет све се више уочава да није неопходно повећати трошкове како би се производили квалитетније производи. Трошкови су мањи, када се грешке смање. На квалитет се гледа као на кључ конкурентне предности.22.Јавља се повећана свест о улози коју људи морају имати у производњи. То значи да се већа пажња мора поклањати тимском раду, учешћу и плановима иновативне компензације. На људе се гледа као на најважнији ресурс у производњи. .............................................................................................................................2



Већа усредсређеност на производњу побудила је пажњу за производе и Систем управљања залихама. Развијени су нови приступи производњи »Систем управо на време« којима се значајно скраћују времена циклуса производње и повећава се флексибилност. Сада менаџери производње већу пажњу посвећују новим технологијама и дешавају се радикалне промене у роботици. Старији менаџери производње су увидели да треба имати »праву« стратегију производње, како би се обезбедила конкурентна позиција на тржишту. ..............................................................2

1.1.Програмски пакети за упављање производњом..........................................................3 Постоје четири врсте подручја пословног управљања: функционална, методолошка, индустријска и интеграциона подручја. Управљање производњом је проблем који је настао оног тренутка када је група људи удружила своје способности у циљу остварења производних резултата које су унапред одредили. Резултат производних активности од пре нове ере је идеја о основним фазама управљања: планирање, припрема, извршење, контрола. Производња, каква је данас позната, настала је захваљујући индустријској револуцији у 18. веку. ...............................................................3Већ тада су се спроводиле активности које су и данас неопходне за ефикасну и рационалну производњу. У ливници Сохо, 1800. године су се могли наћи конкретни докази о истраживању тржишта, прогнозирању, планирању локације за изградњу ливнице, студију о могућностима машина, стандардима производње, плану производње, стандардизовању компоненти, рачуноводству и обуци запослених радника. Од тада до данас идеја је остала иста, док су се организациона средства и технике за управљање производњом промениле.Од усмених и писаних наредби, преко помоћних средстава за ручно планирање и контролу извршења производних активности, стигло се до софистицираних рачунарских Система за управљање производњом, чиме су знатно порасле могућности за прибављање, обраду и пренос података, потребних за примену савремених метода управљања производњом. Развој хардвера и софтвера омогућио је масовну и успешну примену рачунара у производњи. До експанзије те примене дошло је изградњом концепта 'Планирање потреба за материјалом' MRP (MRP је скраћеница од енглеских речи Material Requirements Planning, што значи 'планирање потреба за материјалом'). Програмски пакети за управљање производњом, засновани на MRP Системима, на тржишту су се појавили почетком 60-их година овог века, недуго пошто су MRP Системи широко прихваћени у производним компанијама. Иако су пионири у ери управљања производњом помоћу рачунара, MRP Системи и данас представљају најпоузданији и најчешће коришћени софтверски алат за управљање производњом. Разматрање успешности примене Система за управљање производњом у пракси указује на велику разлику између потенцијала које ти Системи имају и њихове примене у пракси.Аутор Ј.Ј. Скивингтон сматра да су ови Системи у пракси углавном неуспешни. Његово мишљење је да је то због тога што је у производним предузећима присутно извесно неразумевање чињенице да концепт управљања производњом који подржавају Системи за управљање производњом није нов. У напору да софистицирају своју производњу компаније најчешће забораве да обезбеде ефикасно функционисање основних производних процеса, што је предуслов за примену савремених, рачунарских организационих средстава. ..................................................................................................................................31.2.Софтвери за симулацију производних процеса..............................................................4

1.3.Увођење SCADA Система као ефикацно коришћење рачунара у процесу производње....................................................................................................................4

1.4. Примена рачуна у производном процесу предузећа Бирач д.о.о. Зворник.............51.5.Пример SCADA Система у водоснабдевању града..................................................13



2.СТРУКТУРА SCADA СИСТЕМА.................................................................................162.1. Историјат SCADA Система........................................................................................172.2. SCADA подсистеми....................................................................................................182.3. Елементи и архитектура SCADA Система...............................................................202.4.Значај и циљеви SCADA cистема...............................................................................222.5.Особине SCADA Система...........................................................................................23Области где се користи SCADA Систем ......................................................................232.6.SCADA алати................................................................................................................24

WINCC флеxибле .................................................................................................................24SIMATIC HMI .......................................................................................................................25Архитектура софтверског решења ...................................................................................26Функција ФЦ1-Скалирање променљивих ......................................................................26Функција FC2-Режими рада ..............................................................................................28Функција FC4-Ручно управљање .....................................................................................28Функција ФЦ5-Аутоматско управљање ..........................................................................30Функција FC6-Дозирање компоненти .............................................................................32

3.КОМУНИКАЦИЈА У ОКВИРУ SCADA СИСТЕМА................................................393.1.Комуникациони медијуми у оквиру SCADA Система.............................................403.2.Протоколи у SCADA Систему....................................................................................433.3.Комуникација SCADA хардвера и сфотвера.............................................................44

4. МРЕЖНА ОПРЕМА У SCADA СИСТЕМУ......................................................474.1.Типови оптичких влакана за реализацију SCADA Система....................................514.2.Слабљење и губици у оптичком влакну....................................................................514.3.Предности и мане оптичких комуникација...............................................................52

ЗАКЉУЧАК..........................................................................................................................54

ЛИТЕРАТУРА......................................................................................................................56


Documents

Rad нови b