|
Industrijska elektronika |
Autor: Dragan Marinković |
|
|
|
|
|
|
|
OSNOVE PRIKUPLJANJA PODATAKA I UPRAVLJANJA SCADA je akronim od Supervisory Control And Data Acquisition (prikupljanje podataka nadzor, praćenje i upravljanje ) i podrazumeva ceo spektar opreme, sistema i rešenja koja omogućavaju prikupljanje podataka o nekom procesu - udaljenom sistemu, obradu istih, nadzor, i u pojedinim slučajevima i reagovanja na adekvatan način. Ovo je konvencionalan način objašnjenja termina. Da vidimo nešto jasnije gde možemo sresti SCADA sistem. Vodoprivreda, energetika,
poljoprivreda, komunikacije, sigurnosni sistemi i mnogi drugi koriste SCADA
sisteme. Šta se podrazumeva kao najprostiji primer SCADA sitema? Sigurno
pomišljate na više pari žica koje na svom daljem kraju imaju prikačene
prekidače, sonde, releje itd. Na bližem kraju je običan PC
računar koji preko akviziciono-upravljačke kartice prima podatke,
obrađuje ih, formira informacije o procesu i na taj način vrši
nadzor, ali i upravljanje ako je predviđeno na tom nivou. Programska
podrška za ovaj model SCADA sistema se svodi na podršku PC bus magistrali. To
je u osnovi centralizovan sistem akvizicije i upravljanja. Kompleksniji
primer SCADA sistema je mreža računarom podržanih radio vezom
upravljanih terminala TU (Terminal Unit) koji komuniciraju sa
računarskim centrom - distribuirani sistem upravljanja (engl.
Distributed Control System). I najkompleksniji primer SCADA sistema je mreža
SCADA sistema koja funkcioniše po principu server-server, server-klijent.
Gore opisani primer u potpunosti odražava u poslednje vreme dominantan prilaz
projektovanja velikih SCADA sistema - geografski distribuiranih SCADA
sistema, koji se jednim imenom nazivaju WASCAD sistemi (engl. Wide Area
SCADA). Ono što karakteriše projektovanje WASCAD sistema je da u osnovi leži
projektovanje mreže za otvorene sisteme. Razmenom podataka između dva
ili više nezavisnih SCADA sistema koji kontrolišu različite segmente
istog tehnološkog procesa ili privrednog sistema (heterogeni WASCAD sistem),
stiče se celovita slika o njegovom stanju. Isto se podrazumeva i za
homogeni WASCAD sistem, s tom razlikom što se ovde SCADA sistemi brinu o
istim segmentima jedinstvenog tehnološkog procesa ili privrednog sistema
(npr. elektroenergetski sistem jedne države). I da rezimiramo. Klasičan
SCADA sistem orjentisan je ka upravljanju industrijskim procesima ili
automatizaciji laboratorija i odlikuje se malom dislokacijom pojedinih SCADA
elemenata, pouzdanijim izvršenjem komunikacionih aktivnosti, i mnogo
većim stepenom automatizacije upravljačkih aktivnosti. Složeniji
SCADA sistem nazvan WASCAD orjentisan je upravljanju geografski
distribuiranih sistema kod kojih se zbog kompleksnosti procesa i
komunikacionih grešaka najčešće izbegava automatsko vođenje
procesa kako na lokalnom tako i na supervizorskom nivou. Poslednju odluku o
promeni režima procesa daje čovek tako da je naglasak na kvalitetnom
nadzoru - superviziji procesa.
Struktura SCADA sistema Merni davači, pretvarači,
pokazivači, izvršni uređajiPišući o SCADA sistemima
najprimerenije je da se kaže prvo nešto o elementu sistema koji neposredno
prima fizičku veličinu. Taj element je senzor koji je deo mernog davača
(engl. transducer). Merni davač “daje život” senzoru jer tek njegovim
priključenjem na senzor možemo izmeriti promene električne
veličine srazmerne promenama neke fizičke veličine. Ulazne
fizičke veličine mogu da budu sila, temperatura, relativna vlažnost,
dužina, broj obrtaja, brzina, nivo, slanost, intezitet svetlosti, itd.
Naravno, postoje senzori koji odmah daju električnu veličinu
promenom neke fizčke veličine (npr. merimo pritisak uz pomoć
kristala koji na svojim krajevima daju napon proporcionalan pritisku - piezo
efekat) ali je i pored toga neophodno priključiti merni davač jer
je električni signal najčešće mali pa ga je potrebno
pojačati i prilagoditi za analogno-digitalno pretvaranje.
Električni ekvivalent ulazne veličine može da bude osim napona i
struja, otpornost, kapacitivnost. Međutim osnovni elementi koji
sačinjavaju primarno prikupljanje (sl.1a) podataka - primarna
akvizicija, rade samo sa naponskim signalom.U suštini promene otpornosti,
kapacitivnosti, induktivnosti se mogu posmatrati preko promena napona.
Prilagođenje ili priprema mernog signala se izvodi preko mernog modula
koji obavlja i kondicioniranje signala (engl. signal conditioning).Pod
prilagođenjem mernog signala podrazumeva se ; filtriranje,
pojačanje, linearizacija, baferovanje - sample/hold, prigušenje (engl.
damping).Primera radi, ako se signal sa mernog davača menja toliko brzo
da ga A/D konvertor ne može obrađivati potreban je prilagodni stepen
koji vrši uzorkovanje i zadržavanje (engl. sample & hold) mernog signala
dok se konverzija ne završi. Ili npr. ako merni davač daje promene
napona 0,025 mV, a A/D konvertor može da prepozna promene napona od 2,44 mV
(engl. voltage sensitivity range) potrebno je izvršiti prilagođenje
pojačanjem 100x da bi merni signal bio u opsegu osetljivosti A/D
konvertora. Ako merni davač daje na izlazu normalizovan signal koristi
se izraz merni pretvarač (engl. transmitter).Deo mernog pretvarača
koji obezbeđuje pretvaranje standardnog signala u drugi, s tim da im je
ista fizička priroda (električna), naziva se pretvarač signala
(engl signal converter).Često se sondom nazivaju merni davač i
merni pretvarač u jednom kućištu. Međutim, možemo sresti i
više mernih davača povezanih na jedan merni pretvarač-transmiter.
Rezultat merenja sondom može biti prikazan preko analognog pokazivača,
digitalnog pokazivača (engl. panel display) kome prethodi analogno
digitalna pretvorba, ali i preko PC računara kome takođe prethodi
analogno-digitalno pretvaranje preko AD kartica. Postoje uređaji koji
prihvataju merne veličine sa mernog pretvarača i rezultat merenja
prikazuju u obliku: ispisa na internom displeju, analognog i/ili digitalnog
izlaznog signala i izlaza u obliku direktne veze sa PC računarom. Taj
uređaj se naziva elektronski pretvarač (engl. transceiver) i obično
je u mogućnosti da prikaže rezultate merenja sa više mernih
pretvarača.U poslednje vreme imamo nov prilaz pretvaranju fizičkih
veličina u električne. Gore naveden način je konvencionalan
način pretvaranja fizičke u električnu veličinu, koja
podrazumeva hardversku obradu mernog signala. Novi prilaz podrazumeva
programski podržano kondicioniranje mernog signala, dok je sam prihvat mernog
signala i dalje naravno ostavljen analogno - digitalnom pretvorniku ali sa
većom rezolucijom. Povratni uticaj na merno-regulacioni sistem ostvaruje
se preko izvršnog mehanizma, aktivatora (engl, actuator),kome prethodi
izvršni pretvarač (sl.1b).I ovde, kao i kod prikupljanja podataka
pretvarač omogućava “rad na daljinu”, u ovom slučaju
aktiviranje izvršnog mehanizma standardnim strujnim (4-20mA) ili naponskim
signalom (0-10V,24V).Najčešći aktivatori su: ventili, klapne itd.
Aktivator se sastoji od mehaničkog uređaja kojim se menja izvršna
veličina (ventil,klapna,..) i pogonskog uređaja (solenoid, servomotor-električni,pneumatski
ili hidraulički).
Terminalske jedinice (TU),
davači, pretvarači, aktivatori - SCADA podsistem Terminalske jedinice su elektronska
oprema instalirana na mestima gde se vrši praćenje stanja, događaja
ili merenje veličina preko senzora ili praćenje rada nekog drugog
uređaja. Jedinica pretvara izmeren signal ili status u formu koja se
može poslati preko komunikacionog medija prema nadzorno upravljačkoj
jedinci SCU (engl. Supervisory Control Unit ).Mora se naglasiti da je još
jedan termin za TU našao mesto u SCADA sistemima, a to je telemetrijska
stanica (engl. Telemetry Station), međutim zbog opšteg pokrivanja ove materije
ostaću na prvobitnom terminu. Takođe terminalska jedinica prima
podatke sa nadzorno-upravljačke jedinice (SCU) i pretvara ih u formu
komandi za neki izvršni uređaj.Kao terminalske jedinice
najčešće srećemo PLC (engl. Programmable Logic Contoller) programabilni
logički kontroler. U suštini Terminalska jedinica (TU), odnosno PLC,
poseduje aplikacioni softver u memoriji, mikroprocesor i komponente za
kontrolu uključivanja / isključivanja nekog drugog uređaja.
Međutim, sofisticiranije TU ili PLC predstavlja PC računar koji
poseduje akviziciono-upravljačku karticu ili proširen BUS namenjen za
praćenje i upravljanje sistemima-drugim uređajima. U zavisnosti od
prirode primene TU (PLC) zavisi hardverska i programska podrška ; merenje analognih
signala preko A/D kartica, praćenje statusa u realnom vremenu preko DI
kartica, upravljanje analognim uređajima preko D/A kartica, ON / OFF
upravljanje preko DO kartica itd. Obrada mernih podataka, uočavanje
alarmnih uslova i događaja ali i izvršavanje upravljačkih funkcija
SCADA sistema, mogu se u celosti izvršavati lokalno na samoj terminalskoj
jedinici TU (PLC).
Komunikacija TU - SCU - SCU, topologija SCADA mreže Komunikacija
između terminalskih jedinica TU i nadzorno upravljačkih jedinica
SCU, kao i komunikacija SCU - SCU, se odvija preko komunikacionog media u
zavisnosti od mogućnosti i zahteva korisnka. Tako npr imamo prenos
podataka preko javne telefonske mreže, zakupljenih telefonskih parica,
ostalih dodeljenih žičnih veza, dvosmernih radio sistema, satelitskih
veza, fiber-optčkih veza, dostupnih LAN mreža ili bilo kojeg medija koji
omogućava prenos digitalnih podataka. Lokalne mreže koje omogućavaju
dobro znane topologije, (magistrala - engl. bus - open multipoint, zvezda -
engl. star - point to point, prsten - engl. ring - closed multipoint )
idealne su za SCADA sisteme sa malom dislokacijom elemenata nekog procesa
upravljanja. Moderni SCADA sistemi, a naročito WASCAD sistemi kombinuju
gore nabrojene komunikacione medie i topologije u cilju formiranja snažnog
informatičkog WASCAD čvora (slika 2,slika 3). U suštini ovakva
SCADA mreža je distribuirana mreža sa razgranatom strukturom (engl. tree
structure). Dakle jedina razlika između SCU jedinica u razgranatoj
strukturi SCADA sistema bi bila u nivou nadležnosti prilikom odlučivanja
u procesu upravljanja. Nadzorno upravljačke jedinice (SCU ) i programska
podrška - centralno mesto SCADA sistemaNadzorno upravljački centri
opremljeni su obično PC računarom ili nekim snažnim
računarskim sistemom.Ti računari su progamski podržani aplikacijom
tipa MMI (engl. Man-Mashine Interface) koja omogućava
interaktivan dijalog sa računarom za konkretan sistem nadzora i
upravljanja. Osnovu za donošenje odluka i upravljanje na ovom nivou čine
podaci primljeni od terminalskih jedinica TU.
|
