Automatizarea proceselor tehnologice An universitar 2015-2016 Dogaru Iliuta Paul
Sistemul SCADA-monitorizare, control si achizitii de date (Supervisory Control And And Data Acquisition). Structura. Functii. Solutii generale.
. !"#$% "#$%D D&C'$ &C'$' '
SISTE!" S#ADA A $Supervisor% #ontrol an& Data Ac'uisition( este tehnologia care o)er* operatorului posi+ilitate &e a primi in)orma,ii &e la echipamente situate la &istan,* i &e a transmite un set limitat &e instruc,iuni c*tre acestea. S#ADA S#ADA este un sistem sistem +i&irec +i&irec,io ,ional nal care permit permitee nu numai numai monito monitoriza rizarea rea unei unei instala,ii ci i e)ectuarea unei ac,iuni asupra acesteia. Sistem &eschis &ispune &e posi+ilit*,i care permit implementarea aplica,iilor ast)el ca/ -s* poat* )i eecutate pe sisteme provenin& &e la mai mul,i )urnizori -s* poat* conlucra cu alte aplica,ii realizate pe sisteme &eschise $inclusiv la &istan,*( -s* prezinte un stil consistent &e interac,iune cu utilizatorul. Solutiile S#ADA permit instalarea &e senzori si tra&uctoare &e &i)erite tipuri )unctie &e aplicat aplicatia ia necesar necesaraa a )i contro controlat lata/se a/senzo nzori ri &e tempera temperatur tura a presiu presiune ne &e+it &e+it analizo analizoare are energie cu comunicatie. Acestia in)ormeaza un so)t central si permite acestuia sa / - calculeze in&icatori personalizati $costuri speci)ice renta+ilitatepro&uctivitate etc( - ela+orez ela+orezee rapoart rapoartee perio& perio&ice ice automa automate$ te$ consum consumuri uri &e energi energie e pro&uc pro&uctia3 tia3schi schim+ m+ temperatura mentinuta in &epozite &e )rig pe intervale orare etc( - reactioneaze la alarme presetate ale senzorilor- plani)ice mentenanta echipamentelor )unctie &e ore &e )unctionare i&enti)ice sursele opririlor scurte- i&enti)ice zalele sla+e ale lantului &e pro&uctie- stocheaza in)ormatiile in timp - sa eporte &atele catre alte apicatii -o)er -o)eree accesu accesull la siste sistem m &e la &ist &istant antaa prin prin inte intern rnet et pe +aza +aza &e nive nivell &e acces acces restrictionat. Termenul S#ADA se re)era la un sistem amplu &e masura si control. Automatizarile S#ADA S#ADA sint )olosite pentru monitorizar monitorizarea ea sau controlul proceselor proceselor chimice chimice )izice sau &e transport.46
Automatizarea proceselor tehnologice An universitar 2015-2016 Dogaru Iliuta Paul 2.
A$!#'C#&$A S!S#'&*&!
Termenul S#ADA se re)era &e o+icei la un centru &e coman&a care monitorizeaza si controleaza un intreg spatiu &e pro&uctie. #ea mai mare parte a operatiunilor se eecuta automat &e catre T! - !nitati Terminale #oman&ate la Distanta $ Remote Terminal Unit ( sau &e catre P"#- !nitati "ogice &e #ontrol Programa+ile $ Programmable Logic Controller (. 7unctiile &e control ale centrului &e coman&a sunt &e cele mai multe ori restranse la )unctii &ecizionale sau )unctii &e a&ministrare generala. Achizitia &e &ate incepe la nivelul T! sau P"# si implica citirea in&icatoarelor &e masura si a starii echipamentelor care apoi sint comunicate la cerere catre S#ADA. Datele sint apoi restructurate intr-o )orma convena+ila operatorului care utilizeaza o 8I pentru a putea lua eventuale &ecizii care ar a9usta mo&ul &e lucru normal al T!3P"#. $!n sistem S#ADA inclu&e componentele/ 8I controllere &ispozitive &e intrare-iesire retele so)t:are si altele( !n sistem S#ADA tipic implementeaza o +aza &e &ate &istri+uita care contine elemente &enumite puncte. !n punct reprezinta o singura valoare &e intrare sau iesire monitorizata sau controlata &e catre sistem. Punctele pot )i )ie har& )ie so)t. !n punct har& este reprezentarea unei intrari sau iesiri conectata la sistem iar un punct so)t reprezinta rezultatul unor operatii matematice si logice aplicate altor puncte har& si so)t. ;alorile punctelor sint stocate &e o+icei impreuna cu momentul &e timp cin& au )ost inregistrate sau calculate. Seria &e puncte
Automatizarea proceselor tehnologice An universitar 2015-2016 Dogaru Iliuta Paul
Componentele sistemului SCADA
#ele trei componente ale sistemului S#ADA sint/ 1. ai multe $#& sau +*C. 2.
Statia aster si ! #omputer$e(.
=. In)rastructura &e comunicatie.
$#& - &nitatile #erminale Comandate la Distanta - ( Remote Terminal Unit )
T! realizeaza coneiunea cu echipamentele supravegheate citesc starea acestora $cum ar )i pozitia &eschis3inchis a unui releu sau valve( citesc marimile masurate cum ar )i presiunea &e+itul tensiunea sau curentul. T! pot controla echipamentele trimitin& semnale cum ar )i cel &e inchi&ere a unui releu sau valve sau setarea vitezei unei pompe. T! pot citi stari logice &igitale sau masuratori analogice si pot trimite comenzi &igitale sau setari &e valori analogice &e re)erinta. > parte important a implementarilor S#ADA sint alarmele. > alarma este starea logica a unui punct care poate avea valoarea ?>A" sau A"AAT. Alarmele pot )i create in asa )el incit ele se activeaza atunci cin& con&itiile sint in&eplinite. !n eemplu &e alarma este avertizorul luminos @rezervorul &e +enzina gol al unei masini. Alarmele in&reapta atentia operatorului S#ADAspre partea sistemului care necesita o interventie. "a activarea alarmelor un manager &e alarme poate trimite mesa9e email sau tet operatorului.45
!n P"# este un mic computer cu un microprocesor )olosit pentru automatizarea proceselor cum ar )i controlul unui utila9 intr-o linie &e asam+lare. Programul unui P"# poate a&esea controla secvente complee si &e cele mai multe ori este scris &e catre un inginer. Programul este apoi salvat in memoria EEP>.
Automatizarea proceselor tehnologice An universitar 2015-2016 Dogaru Iliuta Paul #eea ce &i)erentiaza un P"# &e alte computere este )aptul ca este prevazut cu intrari3iesiri catre senzori si relee. P"#-urile citesc starea comutatoarelor a in&icatoarelor &e temperatura &e pozitie s.a. P"#-urile coman&a motoare electrice pneumatice sau hi&raulice relee magnetice. Intrarile3iesirile pot )i eterne prin mo&ule I3> sau interne. P"#-urile au )ost inventate ca o alternativa mai putin costisitoare la vechile sisteme care )oloseau zeci sau sute &e relee si timere. A&esea un P"# poate )i programat sa inlocuiasca sute &e relee. P"# au )ost initial )olosite &e in&ustria constructoare &e masini. 7unctionalitatea unui P"# s-a &ezvoltat &e-a lungul anilor pentru a inclu&e controlul releelor controlul miscarii control &e proces Sisteme &e #ontrol Distri+uit si retele complee. "a primele P"#-uri )unctiile &ecizionale erau implementate cu a9utorul unor simple &iagrame la&&er $ Ladder Diagram) inspirate &e &iagramele electrice ale coneiunilor. Ast)el electricienilor le era usor sa &epaneze pro+lemele &e circuit avin& &iagramele schematizate cu logica la&er. In prezent linia ce &elimiteaza un computer programa+il &e un P"# este tot mai su+tire. P"#-urile s-au &ove&it a )i mai ro+uste in timp ce computerele au inca &e)iciente. 7olosin& stan&ar&ul IE# 611=1-= acum este posi+ila programarea P"#)olosin& lim+a9e &e programare structurata si operatii logice elementare. "a unele P"# este &isponi+ila programarea gra)ica &enumita $Sequential Function Charts ( +azata pe Grafcet.
! - !nterata om-masina ( Human Machine Interface)
In&ustria &e !SCADA a aparut &in nevoia unui terminal prietenos pentru utilizator intr-un sistem alcatuit cu unitati P"#. !n P"# este programat sa controleze automat un proces insa )aptul ca unitatile P"# sint &istri+uite intr-un sistem amplu colectarea manuala a &atelor procesate &e P"# este &i)icila. De asemenea in)ormatiile &in P"# sint &e o+icei stocate intr-o )orma +ruta neprietenoasa. !SCADA are rolul &e a a&una com+ina si structura in)ormatiile &in P"# printro )orma &e comunicatie. Inca &in anii 1BB0 rolul sistemelor S#ADA in sistemele ingineresti civile s-a schim+at necesitin& o mai mare cantitate &e operatiuni eecutate automat. !n 8I ela+orat poate )i &e asemenea conectat la o +aza &e &ate pentru realizarea &e gra)ice in timp real analiza &atelor proce&uri &e intretinere plani)icate scheme &etaliate pentru un anumit senzor sau utila9 precum si meto&e &e &epanare a sistemului. Din 1BBC ma9oritatea pro&ucatorilor &e P"# o)era sisteme 8I3S#ADA integrate cele mai multe )olosin& sisteme &e comunicatie si
Automatizarea proceselor tehnologice An universitar 2015-2016 Dogaru Iliuta Paul protocoale &eschise neproprietare. compati+ilitate cu P"#-urile.45
a9oritatea
sistemelor 8I3S#ADA o)era
Statia aster si !
Termenul se re)era la serverele si so)t:are-ul responsa+il &e comunicarea cu echipamentele amplasate la &istanta $T! P"# etc( si apoi cu so)t:are-ul 8I care ruleaza pe statiile &e lucru &in camera &e control. In sistemele S#ADA mici statia master poate )i un singur P#. In sistemele mari statia master poate inclu&e mai multe servere aplicatii so)t:are &istri+uite si unitati &e salvare in caz &e &ezastre. !n sistem S#ADA prezinta &e regula in)ormatia operatorului su+ )orma unei schite sugestive. Aceasta inseamna ca operatorul poate ve&ea o reprezentare a instalatiei supravegheate. De eemplu o imagine a unei pompe conectate la o con&ucta poate a)isa operatorului )aptul ca pompa lucreaza si cit )lui& este pompat prin con&ucta la un moment &at. >peratorul poate apoi opri pompa. So)t:are-ul 8I a)iseaza &e+itul )lui&ului in sca&ere in timp real. Pachetul 8I3S#ADA inclu&e &e o+icei un program &e &esenare pe care operatorul sau personalul &e intretinere il )oloseste pentru a schim+a mo&ul in care punctele sint reprezentate in inter)ata utilizator. Aceste reprezentari pot lua )orme simple cum ar )i un sema)or sau chiar )orme complee cum ar )i pozitia unor li)turi sau a unor trenuri.
!nrastructura de comunicatie
Sistemele S#ADA )olosesc com+inate coneiuni ra&io seriale sau coneiuni mo&em in )unctie &e necesitati. Pentru amplasamente mari cum ar )i cai )erate sau statii &e alimentare sint )olosite &e asemenea coneiuni Ethernet si IP3Sonet. Protocoalele S#ADA sint concepute )oarte compacte si multe sint concepute ca sa poata trimite in)ormatii statiei master chiar si cin& statia master interogheaza T!. Protocoalele initiale S#ADA &e +aza sunt o&+us P-50 si #onitel. Aceste protocoale sunt &epen&ente &e pro&ucator. Protocoalele stan&ar& sunt IE# 60C0-5-101 sau 10 Pro)i+us si D?P=. Acestea sint protocoale stan&ar&izate si recunoscute &e ma9oritatea pro&ucatorilor S#ADA. ulte &in aceste protocoale contin acum etensii pentru operarea pe T#P3IP cu toate acestea securitatea ceruta in practica sugereaza evitarea coneiunii la Internet pentru a re&uce riscurile unor atacuri.
Automatizarea proceselor tehnologice An universitar 2015-2016 Dogaru Iliuta Paul %D/&S
o&+us este un protocol &e comunicatie situat pe nivelul in e)erinta >SI nivelul cel mai apropiat &e utilizator la )el ca Telnet 7ile Trans)er Protocol $7TP( si Simple ail Trans)er Protocol $STP(.o&+us este +azat pe o arhitectura master3slave sau client3server. Protocolul este conceput &e o&icon pentru a )i )olosit la P"#-urile proprii. A &evenit un stan&ar& &e comunicatie in in&ustrie si este in prezent cel mai )olosit la conectarea tuturor &ispozitivelor in&ustriale. otivele cele mai importante pentru utilizarea acestuia atit &e raspin&ita sunt/ 1. este un protocol &eschis cu &ocumentatie &isponi+ila 2. poate )i implementat intr-un timp scurt $zile nu luni( =. lucreaza cu +iti sau octeti si in acest )el nu impune cerinte &eose+ite pro&ucatorilor.4=
=. S%*&#!! 0'"'$A*' SCADA Supravegherea si controlul
!na &intre cele mai importante )unctii ale sistemelor S#ADA o reprezinta )unctia &e supraveghere si control. Supravegherea si controlul proceselor tehnologice se )ace prin interme&iul unor pagini gra)ice care mimeaza procesul tehnologic si sunt a)isate pe unul sau mai multe monitoare &e calculator. Aceste pagini gra)ice se mai numesc si inter)ete om masina 8I $8uman achine Inter)ace(. >peratia &e supraveghere mai poarta numele &e monitorizare. Putem spune &eci ca monitorizarea si controlul proceselor tehnologice se )ace prin interme&iul 8I-urilor. 4 Alarmarea
!rmatoarea )unctie a sistemelor S#ADA o reprezinta )unctia &e alarmare )unctie pe care &orim s-o ilustram in continuare prin im+ogatirea aplicatiei anterioare cu )acilitati &e alarmare. Instalatia &ispune &e senzorii TF#1-TF# TFGP TF#S si TF#P care masoara temperatura in &iverse puncte ale instalatiei. Senzorul TF#P masoara temperatura in circuitul primar iar TF#S masoara temperatura in circuitul secun&ar. #an& aceaste temperaturi &epasesc o anumite temperaturi prescrise va tre+ui sa lansam alarme care sa in&ice aceste &epasiri. Pentru a simula temperatura in circuitul primar vom intro&uce tag-ul tcp respectiv tcs si &oua controale Henie-anual "oa&erH pe care le con)iguram in mo& corespunzator pentu a mo&i)ica cei &oi parametri. 4 $ealizarea listelor de evenimente
Automatizarea proceselor tehnologice An universitar 2015-2016 Dogaru Iliuta Paul !rmatoarea )unctie a sistemelor S#ADA o reprezinta )unctia &e realizarea listelor &e evenimente )unctie pe care &orim s-o ilustram in continuare. a9oritatea sistemelor S#ADA o)era un mecanism prin care sunt memorate toate comenzile &ate prin interme&iul 8I-urilor &e catre utilizator. Pentru a realiza lista &e venimente tre+uie in primul ran& speci)icate tag-urile care tre+uiesc urmarite precum si mesa9ele corespunzatoare atri+uite )iecarui tag. In me&iul &e &ezvoltare H#itectH se pot seta &iverse tipuri &e alarme &in meniul / #itect Pro9ect E&itor -J Alarms.
Analiza post avarie - trending
!rmatoarea )unctie a sistemelor S#ADA o reprezinta )unctia &e analiza post avarie )unctie importanta pentru analiza )unctionarii sistemului sau pentru analiza sistemului &upa o avarie. Se pot &e)ini tag-uri &e tip tren& sat)el valoarea tag-urilor atasate acestora va )i memorata la intervale presta+ilite &e timp )iin& posi+ila ast)el analiza acestora. 4 1. C%"C*&2!!
Sistemul in)ormatic integrat &e management tehnologic permite con&ucerii centralelor &e pro&uctie energie electrica si termica precum si personalului cali)icat &in ca&rul &ispeceratelor &e &istri+utie sa cunoasca starea curenta a instalatiilor si echipamentelor in )unctiune sa ia hotarari cu privire la mo&ul economic si e)icient &e )unctionare al acestora sacalculeze valoarea optima &e pro&ucere si &istri+utie a celor &oua )orme &e energie.Avan& toate calculele tehnologice si economice legate &e resurse consumuri si pro&uctie se realizeaza on-line o)erin& in acest mo& o imagine permanent actualizata a unei stari &e )unctionare.Sistemul in)ormatic propus reprezinta instrumentul &e management tehnologic si economic necesar unitatilor pro&ucatoare &e energie electrica si termica in noile con&itii concurentiale &e )unctionare ale pietei &e energie.
3. /!/*!%0$AF!'
41 eto&ologia pentru &eterminarea consumului &e com+usti+il al centralelor termoelectrice si realizarea unui program in)ormatic avan& la +aza meto&ologia mentionata anterior iKonS%stems 3 200 42 egulament privin& asigurarea )unctionarii economice a centralelor electrice PE012 I#EE?E 3 1BB=4= eto&ologia pentru analiza consumului total &e com+usti+il in centralele termoelectrice - S#I 3 1BB5 4=http/33:::.automatizari-sca&a.ro3html3ceFesteFsca&aFFceFesteFmo&+usF.php 4http/33elth.ucv.ro3stu&ent13#ursuri3#iontuL20arian3SistemeL20&eL20monitorizare L20$aster(3S#ADA.p&)
Automatizarea proceselor tehnologice An universitar 2015-2016 Dogaru Iliuta Paul 45 http/33vr.aut.upt.ro3Mpos&ru-C66=C063sites3&e)ault3)iles3ghi&FpracticF&eFproiectareFsiFimplementareFaFaplicatiilorFsca&a.p& ) 46 http/33:::.automation.ro3InvataFAutomatica3p&)3SistemeL20&eL20achizitieL20&ate.p&) 4http/33:::.science.upm.ro3Mtraian3:e+Fcurs3Sca&a3elemFi3elemFi.html
