SCADA системы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Робототехнические системы»

SCADA СИСТЕМЫ

Лабораторный практикум для студентов специальностей

1-53 01 01 «Автоматизация технологических процессов

ипроизводств», 1-53 01 06 «Промышленные роботы

иробототехнические комплексы»

Рекомендовано учебно-методическим объединением по образованию в области автоматизации технологических процессов, производств и управления

Минск

БНТУ

2019

1

УДК [621.313+62-83-52](076.5) ББК 31.291я7

С42

Составители:

Г. Н. Здор, Ю. Е. Лившиц, Ф. Л. Сиротин

Рецензент:

кандидат технических наук, доцент кафедры «Материаловедение и проектирование технических систем» БГАТУ А. С. Кравченко

SCADA системы : лабораторный практикум для студентов спеС42 циальностей 1-53 01 01 «Автоматизация технологических процессов и производств», 1-53 01 06 «Промышленные роботы и робототехнические комплексы» / сост.: Г. Н. Здор, Ю. Е. Лившиц, Ф. Л. Сиротин. –

Минск : БНТУ, 2019. – 104 с. ISBN 978-985-550-893-0.

В практикуме изложены основные принципы построения SCADA систем; даны описание стенда на основе ПЛК MITSUBISHI, основы использования программного пакетаCitect, методика проектирования SCADA систем с использованием программного продукта Citect. Этапы проектирования рассматриваются в лабораторных работах, которые позволяют на практике освоить применение SCADA системы при автоматизации технологических процессов.

Рассчитано на студентов специальностей 1-53 01 01 и 1-53 01 06.

2

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Лабораторный практикум предназначен для обучения студентов основным этапам разработки автоматизированных систем управления с привлечением передовых технологий на базе SCADA системы.

Этапы проектирования показаны на примерах простых систем управления объектами в рамках предложенных лабораторных работ, выполнение которых позволит закрепить на практике теоретические сведения, полученные при изучении SCADA системы.

SCADA (англ. Supervisory Control And Data Acquisition, диспет-

черское управление и сбор данных) – система контроля и управления процессом с применением ЭВМ. Процесс может быть технологическим, инфраструктурным или вспомогательным.

Технологические процессы: производство изделий, выработка электроэнергии, переработка сырья. Управление в этом случае может протекать в непрерывном, пакетном, периодическом или дискретном режимах.

Инфраструктурные процессы: обработка и распределение воды, сбор и обработка сточных вод, нефте- и газопроводы, передача и распределение электроэнергии, системы оповещения для гражданской обороны и большие системы связи.

Вспомогательные процессы: управление микроклиматом, доступ в здания и помещения, потребление энергии и т. п.

SCADA системы могут решать следующие задачи:

обмен данными с УСО (устройства связи с объектом), то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода в реальном времени через драйверы.

обработку информации в реальном времени.

отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.

ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

аварийной сигнализации и управление тревожными сообщениями. подготовку и генерирование отчетов о ходе технологического

процесса.

обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.).

4

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine Interface) – инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку-оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им.

Диспетчерская система собирает данные о процессе и отправляет команды процессору (управление).

Программируемый логический контроллер (ПЛК, или PLC,

англ. Programmable Logic Controller) – это специализированное микро-

процессорное устройство со встроенным аппаратным и программным обеспечением, которое используется для выполнения функций управления технологическим оборудованием.

Коммуникационная инфраструктура – инфраструктура, предна-

значенная для реализации промышленной сети.

Аларм – сообщение об отказе оборудования или всей системы, которое выводится на экран монитора.

Тэг – это имя переменной, значение которой будет поступать от ПЛК. Чаще всего тэги – это присвоенные имена маркеров M и регистров данных D.

Тренд – график для анализа системы, построенный на значениях переменных, занесенных в базу данных.

Джин – элемент Citect, позволяющий улучшить эргономику системы за счет использования дополнительных строк для управляющих тэгов.

Суперджин – элемент Citect, выступающий в роли окна с управляющими кнопками и связанный непосредственно с джином.

Термин SCADA обычно относится к централизованным системам контроля и управления системой или комплексами систем, расположенных на больших расстояниях (между промышленной установкой и потребителем). Большинство управляющих воздействий на объект управления выполняется автоматически посредством ПЛК. Например, ПЛК может управлять потоком охлаждающей воды внутри какой-либо технологической установки, а SCADA система позволяет операторам изменять параметры потока и ставить условия сигнализации, такие как – потеря потока и высокая температура, которые должны быть отображены и записаны. Сбор информации, регули-

5

рование отдельных параметров и т. п. осуществляется ПЛК, в то время как SCADA система контролирует работу системы в целом.

Собранные ПЛК данные, в том числе показания измерительных приборов и отчеты об отказе оборудования (алармы или тревоги) поступают в SCADA систему, собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI, мог принять решение – корректировать или прервать стандартное управление средствами ПЛК. Данные могут также быть помещены в «Историю», часто основанную на системе управления базой данных (СУБД), для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных.

6

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Внешний вид стенда показан на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид стенда:

1 – контроллер Melsec FX3U; 2 – блок питания серии FX2N 24В; 3 – дискретные входы (тумблеры Х0-Х5); 4 – аналоговые входы; 5 – кнопка включения питания стенда; 6 – аналоговый выход.

Рис. 2. Базовые блоки контроллера Melsec FX3U

7

На рис. 2 показаны основные блоки контролера. Ниже приведено описание по назначению и принципу работы основных его компонентов.

Разъем для платы адаптера. К этому интерфейсу можно подсоединять опциональные расширительные адаптеры.

Разъем для программатора. К этому разъему можно подключить ручной программатор FX-20P-E, персональный компьютер или ноутбук со средой программирования (GX Developer).

Светодиоды рабочего состояния, входов и выходов – показывают текущеерабочеесостояние, ккакому входу/выходуприложенсигнал.

Выключатель RUN/STOP – контроллер Melsec имеет два рабочих режима («RUN» и «STOP»). С помощью выключателя RUN/STOP можно переключать контроллер между двумя этими режимами. В режиме «RUN» контроллер выполняет заданную программу, в режиме «STOP» выполнение программы не происходит. Программировать контроллер можно в режиме «STOP».

Для работы стенда стенда:

подключить кабель питания в розетку 220 В; включить кнопку питания на стенде, при этом должен загореться

красный индикатор; подключить с помощью кабеля контроллер к компьютеру или

ноутбуку.

Запись, чтение и написание программы ПЛК описано ниже.

ЗАПИСЬ ПРОГРАММЫ В ПЛК И СРЕДСТВА ИЗУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ КОНТРОЛЛЕРОВ СЕРИЙ FX

Для записи и считывания программы из контроллера необходима среда MELSOFT GX-Developer-FX (за ней и другими программами следует обратиться к преподавателю).

Эта среда разработана для связи с контроллером и написания программ на языке релейных диаграмм. При установке программы могут возникнуть трудности в связи с отсутствием среды моделирования EnvMEL. ЕеможноустановитьизпапкиGX Developer FX 8.25 B RU.

Для того чтобы связаться с контроллером необходимо установить драйвер, который установится только при подключении контроллера к компьютеру через кабель (в данном случае будет подключение через USB). Как только кабель подключен, выберите

8

предварительно установленный драйвер. Компьютер сгенерирует виртуальный COM-порт, адрес которого будет использоваться при подключении. Адрес COM-порта можно найти по пути Панель управления – Диспетчер устройств – Контроллеры USB.

После установки драйвера нужно настроить связь с контроллером. Для начала следует запустить среду GX-Developer, в которой нужно создать проект для контроллера, либо открыть уже имеющуюся программу релейно-контактных схем (рис. 3). Затем перейдите к настройке связи: Online – Настройка связи, где щелкните кнопку Порядковый (рис. 4) и выставите настройки согласно рис. 5 и номеру порта, который сгенерировался при установке драйвера. Нажмите ОК и в окне

Настройка передачи (рис. 4) нажмитекнопку Проверка связи.

Как только приложение известит о наличии связи можно записывать программу, пройдя по пути Online – Записать в контроллер. Далее просто пометите основную программу и нажмете ОК, последовательно соглашаясь со всеми окнами, выпадающими при записи. На этом настройка и подключение закончены, и можно приступать к проверке проектов.

При записи/считывании программы контроллер должен быть включен.

Рис. 3. Создание нового проекта

9