Современные SCADA-системы в химико-технологической промышленности

УДК 004.8

М. М. Андреева, И. Л. Шагапов, Н. В. Соловьев, И. И. Нуретдинов

СОВРЕМЕННЫЕ SCADA-СИСТЕМЫ В ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ключевые слова: SCADA-системы, диспетчерское управление и сбор данных, автоматизированные информационно-

измерительные системы.

В статье дан обзор информационных систем организации и управления производством, а так же проведен анализ возможностей современных программных продуктов SCADA. Рассматриваются вопросы выбора наиболее эффективных программно-технических средств управления при создании АСУ ТП.

Keywords: SCADA-systems, supervisory control and data acquisition, automated informational-measurement systems.

That article overviews organization and management of information system, as well as an analysis of the capabilities of modern software SCADA. The problems of selecting the most effective software and hardware control when creating

APCS.

Введение

Системы управления уже довольно давно и прочно вошли в повседневную жизнь нефтедобывающих предприятий [1]. Однако мир развивается, и наука ежегодно преподносит нам всё новые и новые технологии, применение которых открывает новые возможности в построении подобных систем [2].

Современные 8СЛБЛ-системы позволяют решать такие типовые задачи как:

• отображение информации по запросу оператора с выводом на экран монитора оперативной информации о текущем состоянии технологического процесса и оборудования, представляемой в виде мнемосхем, трендов (графиков изменения параметров во времени), индикаторов; [3]

• прием и сохранение информации о контролируемых технологических параметрах от оборудования нижестоящего уровня (контроллеров и датчиков);

• обработка принятой информации в реальном времени: математическая обработка информации от «нижнего» уровня с целью получения реальной картинысостояния всего технологического процесса;

• хронометрирования основных технологических параметров, формирование протокола событий и архивных данных;

• обмен информацией с автоматизированной системой управления предприятием. Прием команд оператора и передача их контроллерам и исполнительным механизмам;

• непосредственное автоматическое управление технологическим процессом в соответствии с заданными алгоритмами и технологическими регламентами;

• регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и действиями персонала, ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы;

• оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом и функционированием про-

граммно-аппаратных средств АСУТП, с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях [4].

Однако, в случае, когда объектом мониторинга и управления является объект химико-технологической промышленности с динамической многопараметрической системой, средств, предоставляемых традиционными SCADA-системами становится недостаточно.

Для решения этой проблемы необходимо рассмотреть современные SCADA-системы, а так же проекты, расширяющие возможности систем, выделить в них функциональный состав, позволяющий решить поставленную задачу.

В рамках данной статьи произведен обзор мировых производителей SCADA-систем.

Характеристика SCADA-систем применяемых в нефтяной промышленности России

На рынке представлено более 50 продуктов, которые можно категорировать по:

• по требуемой операционной системе, наиболее распространена Windows (Linux, Mac OS встречаются намного реже для данного продукта);

• по количеству поддерживаемого оборудования, протоколов (почти все SCADA поддерживают Modbus, LonWorks, BACnet, OPC, DDE, реже протоколы специфического оборудования, со своим нестандартным протоколом типа счётчика электрической энергии Меркурий 230ART, климатического контроллера Danfoss ECL-300, приборы фирмы Овен и т. п.);

• по цене, в общем случае на рынке представлены как полностью бесплатные SCADA, недорогие SCADA с ценой лицензии на 60 тегов от $100 (DATARate), так и SCADA ценой порядка $100 тыс., при максимальной комплектации — при количестве тегов более 5000, нескольких АРМ диспетчера (WinCC, InTouch, Citect). Частный случай условно-бесплатные SCADA, c ограничением по времени работы без перезапуска (обычно 1 час), или по количеству тегов (обычно 8-50), или по количеству одновременно поддерживаемых протоколов (обычно 1);

• по наличию и типу ключа аппаратной защиты (программный ключ файл, аппаратный USB- или LPT-ключ, программная «привязка» к оборудованию), среди прочих факторов ключ платной SCADA в любом случае замедляет первоначальное развертывание и замену вышедшего из строя сервера;

• по наличию прочих функций (поддержка резервирования, генераторы отчетов, удаленный доступ, веб-интерфейс и т. п.).

Полностью бесплатные SCADA: OpenSCADA, Rapid SCADA, FreeSCADA, scada-ГИНЭС, Inductive Automation Ignition, pvbrowser.

Условно-бесплатные SCADA, достаточные для автоматизации малого технологического процесса и изучения без покупки лицензии, возможность работы в течение неограниченного времени: Simp Light Free — ограничение 8 тегов; MasterSCADA — ограничение 32 тега; IGSS — ограничение 50 объектов и выбор одного протокола передачи данных; Контар АРМ — поддерживает только контроллеры производства ОАО «МЗТА»; IntegraXor — свободна для 128 Modbus I/O; Каскад

— ограничение на 32 физических канала ввода/вывода и 2 часа непрерывной работы; Vijeo Citect

- позволяет создать и отладить полноценный проект без приобретения лицензий, при отсутствии лицензий включается демо-режим, в котором проект запускается на ограниченное время, после истечения этого времени проект необходимо перезапустить.

Прочие SCADA: Simatic WinCC, Intouch Wonderware, Trace mode, Genesis, SCADA Infinity, PcVue Solutions, RSView, ClearSCADA, DATARate, Контур, Круг-2000, ZenOn, Winlog, iFix, InduSoft Web Studio SCADA, Wizcon, Vijeo Citect, Статус-4, Каскад, Энтек, Sitex, Elipse E3, Elvis, Realflex RealWin SCADA, Broadwin (Advantech) WebAccess, General Electric Proficy Cimplicity, WellinTech SCADA. Подробная информация по SCADA-системам представлена в приложении.

По данным портала [5], по состоянию на июнь 2014 года, доли различных производителей на рынке представлены на рисунке 1.

1-й STEP?

2-  wincc

3- InTouch

4-ИРС57

5-  Genesis

6- WinCC Flexible

7- Trace Mode

8- Rsview

9- Citect 10- Другие

Рис. 1- Диаграмма распределения рынка производителями 8СЛБЛ систем

Приведем более подробное описание некоторых продуктов.

CitectSCADA - программный продукт, представляющий собой систему мониторинга, управления и сбора данных. Высокая степень автоматизации операций, функциональная полнота, контроль качества и тестирование гарантируют максимально возможную надежность Citect, который благодаря этому может использоваться в различных ответственных процессах химической промышленности. С помощью данного пакета было автоматизировано Кустовая насосная станция ООО "Западно-Малобалыкское" (Нефтеюганский район, ХМАО), Хабаровский нефтеперерабатывающий завод, цех подготовки и перекачки нефти ООО "Западно-Малобалыкское" и т.д. [6] В ходе осуществления программы автоматизации компании ООО "Запад-но-Малобалыкское" удалось обеспечить более эффективное использование ПНГ на Западно-Малобалыкском месторождении [7].

InTouch. Пакетпредоставляет функциональные возможности для быстрого создания и развертывания специальных приложений автоматизации, которые связываются и передают информацию в реальном времени. Особенностью пакета является обеспечения доступа к универсальным приложениям InTouch с маломощных сетевых клиентов [8].

Данный продукт применяется на предприятиях нефтяной промышленности в Омске, Уфе, Оренбурге и т.д. На предприятиях газовой АСУТП КС газопровода Ямал- Европа, АСУТП КС ООО «Газпром трансгаз (Пермь, Саратов)» и др.

Автоматизированная система управления технологическими процессами на вышеупомянутых предприятиях позволила решить задачи оперативного контроля и управления технологическими объектами, а так же значительно удешевить постройку межсетевой среды для обмена данными, по причине низкой стоимости клиента [9].

WinCC. Особенностью SCADA системы WinCC является возможность конфигурировать и настраивать связь с различными видами контроллеров от множества производителей [10].

На счету у WinCC самый протяженный трубопровод West-East Pipeline, комплектная газовая сеть GASUNIE, подземное хранилище газа RAG,нефтепереработка OMV и около 25 других трубопроводов. Так же WinCC хорош тем, что подходит для применения вбольших географически распределенных системах диспетчерского управления [11].

Genesis. Пакет GENESIS32 обладает традиционным набором свойств и характеристик SCADA-систем, также содержит перечень новых, появившихся недавно программных компонентов сквозной автоматизации производства. В системе могут быть задействованы объекты управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, серверы баз данных от различных производителей, благодаря технологии GenBroker [12].

Данный продукт хорошо зарекомендовал себя НГДУ «Уфа-нефть» компании «Башнефть». Благодаря особенностям пакета автоматизированная

система получилась гибкой, наращиваемой и весьма экономичной [13].

Trace Mode. Особенностью Trace Mode является «технология единой линии программирования», то есть возможность разработки всех модулей АСУ при помощи одного инструмента. Технология единой линии программирования позволяет в рамках одного проекта создавать средства человеко-машинного интерфейса, системы учёта ресурсов, программировать промышленные контроллеры и разрабатывать web-интерфейс. Для этого в инструментальную систему Trace Mode встроены специализированные редакторы.

Интегрированная платформа для управления производством TRACE MODE с экономическими модулями (T-Factory) ориентирована на применение на территориально распределенных предприятиях. Например, система может быть использована в объединении состоящем из нескольких НГДУ, расположенных в разных городах. Примерами служат "Казаньоргсинтез" и ОАО "Сургутнефтегаз" [14].

RSView32. Особенностями RSView32 являются: интуитивно понятный интерфейс пользователя, использование только открытых коммуникационных стандартов, совместимость с полным спектром аппаратных платформ, открытая и гибкая архитектура, основанная на DNA for Manufacturing фирмы Microsoft. Примером реализации продукта служит Кемеровское ОАО «Азот» [15].

Несмотря на большое разнообразие SCADA-систем на рынке, большинство из них имеет примерно одинаковый набор функциональных возможностей, позволяющих выполнять основные требования, предъявляемые к верхнему уровню АСУ ТП. Набор стандартных функций в SCADA-системах обусловлен общим кругом задач при разработке систем автоматизации. Определим состав основных функций, позволяющих выполнить полноценный проект по автоматизации:

• То, без чего не обходится ни одна SCADA-система, - это графический интерфейс, который позволяет упростить задачу построения и отображения технологического процесса. К графической части можно отнести возможность упрощенного или детализированного отображения объектов, средств измерения физических параметров технологических объектов. Кроме того, интерфейс позволяет отображать кнопки, индикаторы, панели стрелочных или цифровых индикаторов, регуляторов и других вторичных приборов, которые раньше располагались на панели шкафа автоматизации. Большое значение имеет поддержка библиотек изображений и видео, позволяющая выводить графическую информацию сторонних разработчиков на графическую панель SCADA-системы (элементы мнемосхем, динамические объекты).

• SCADA-системы позволяют вести архив измерений, событий и аварийных ситуаций, происходящих на ТО, с отображением изменений информации в окне временного тренда.

• Упрощенный язык составления алгоритмов управления ТП, математических вычислений.

• Драйвера устройств и оборудования согласованной работы со SCADA- системой, находящихся на нижнем и среднем уровнях АСУ ТП, таких как датчики, вторичное оборудование, контроллеры.

• Поддержка других языков программирования высокого уровня (Visual C++,VBA, VB).

• Одна из важнейших функций SCADA-систем - средства защиты от несанкционированного доступа к файлам и компонентам.

На рисунке 2 представлена схема основных программных технологий применяемых в современных SCADA-системах [16].

Пользователь Пользователь

OPC ODE - клиент Клиент йД

Пользователь Пользователь

Клиент ЬД Приложение

OPC/DDE - ссриср

Драйверы устройств Драйверы апей

Устройства системы лнтом.ии иин]| (ПЛК. нтпс.'иктйльнис устройства, удменпыя рндЬымд т т.:

Рис. 2 - Программные компоненты современных 8САБА-систем

Заключение

В заключение необходимо отметить, что описанные системы востребованы во многих областях, использующих системы автоматизации управления эксплуатацией. Так как, современные 8СЛЭЛ-системы обладают высоким потенциалом и набором возможностей для применения их в качестве интеграционного звена между уровнями непосредственного управления объектами и анализа производственного процесса. Используя возможности операционной системы, открытые интерфейсы взаимодействия программ, 8СЛБЛ-системы позволяют эффективно вести процесс трансляции оперативных данных в приложения пользователей, где они структурируются, идентифицируются и подвергаются анализу.

Литература

1. Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, А.Р. Садртдинов, Вестник КГТУ, 13, 9, 438-443 (2006).

2. Л.Р. Закиева, М.Ю. Васильева, Вестник КГТУ, 16, 8, 287-289 (2009).

3. А. В. Герасимов, Вестник КНИТУ, 17, 10, 156-158 (2014).

4. Куцевич, Н.А. ВСЛБЛ-системы, или муки выбора [Электронный ресурс] / Надежда Куцевич. - М. - Режим доступа: http://www.asutp.ru, свободный. - Загл. с экрана.

5. Доли различных производителей на рынке [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.controlglobal.com/, свободный.

6. Сайт компании Сйей[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.scada.ru/ru/software, свободный.

7. Сайт Русснефть [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.russneft.ru/structure/info_7298.stm, свободный.

8. Каталог продукции компании Шош!етаге[Электронный ресурс] / Режим досту-па:http://old.intouch.ru/catalog/intouch.shtm, свободный.

9. Сайт Русснефть [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.russneft.ru/structure/info_7298.stm, свободный.

10. Сайт Autoworks[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://autoworks.com.ua/verxnie-urovni-asu-tp/scada-sistema-wincc/), свободный.

11. Сайт компании«Информтрансгаз»[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.informtransgas.ru/scada-systems/intouch.html, свободный.

12. Журнал «ИСУП» [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.isup.ru/articles/2/243/, свободный.

13. Сайт компании Siemens[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://iadt.siemens.ru/, свободный.

14. Сайт SCADA Trace Mode[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.adastra.ru/, свободный.

15. Василий Дудников, Мария Янкина, Сергей Савин, Владимир Максименко, Александр Мурыжников, Журнал «Нефтегазовая промышленность», статья «Системная интеграция»[Электронный ресурс] / Режим досту-па:http://www.spazint.ru/asu-tp/rockwell-automation/interfejs-hmi.html, свободный.

16. Бурцев, В.Д. Информационное взаимодействие уровней управления на основе SCADA-систем [Электронный ресурс] / Бурцев, В.Д.- Режим доступа: http://www.stu.lipetsk.ru, свободный. - Загл. с экрана.

© М. М. Андреева - к.т.н., доц. каф. автоматизированных систем сбора и обработки информации, КНИТУ, shadana@mail.ru; И. Л. Шагапов - студ. каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, ildar-shagapov@yandex.ru; Н. В. Соловьев - студ. той же кафедры; И. И. Нуретдинов - студ. той же кафедры.

© M. M. Andreeva, c.t.s., associate Professor Automated Data Acquisition and Processing Systems, KNRTU shadana@mail.ru; 1 L. Shagapov, student of General Organic and Petrochemical Synthesis Technology KNRTU, ildar-shagapov@yandex.ru; N. V. Soloviev, student of General Organic and Petrochemical Synthesis Technology KNRTU; I. I. Nuretdinov, student of General Organic and Petrochemical Synthesis Technology KNRTU.