Información detallada del sistema SCADA

El sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) es un sistema de control de supervisión y adquisición de datos. El sistema SCADA es un sistema de monitoreo de automatización de energía y DCS basado en computadora que tiene una amplia gama de aplicaciones y puede usarse en muchos campos, como la recopilación de datos y el control de monitoreo y control de procesos en los campos de energía eléctrica, metalurgia, petróleo, industria química, gas y ferrocarriles.

En el sistema eléctrico, el sistema SCADA es el más utilizado y el desarrollo tecnológico también es el más maduro. Ocupa una posición importante en el sistema de telecontrol y puede monitorear y controlar equipos operativos en el sitio para lograr diversas funciones como recopilación de datos, control de equipos, medición, ajuste de parámetros y varias señales de alarma, que se conocen como los "cuatro" remotos. "Función. RTU (Unidad terminal remota) y FTU (Unidad terminal alimentadora) son sus componentes importantes. Desempeña un papel muy importante en la actual automatización integral de la construcción de subestaciones.

El sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), es decir, un sistema de control de supervisión y adquisición de datos, implica software de configuración y enlaces de transmisión de datos (tales como: transmisión de datos por radio, GPRS, etc.) Introducción básica Chino nombre: Sistema SCADA nombre extranjero: Control de supervisión y adquisición de datos Definición: Sistema de control de supervisión y adquisición de datos campos de aplicación: energía eléctrica, metalurgia, industria química, descripción general del sistema de control de grupos de automatización, descripción, historial de desarrollo, perspectivas de desarrollo, arquitectura, hardware, software , comunicaciones, composición del sistema, computadora de monitoreo, unidad terminal remota, controlador lógico programable, infraestructura de comunicación, interfaz hombre-máquina, descripción general del sistema Descripción El sistema SCADA es un sistema de automatización de programación y control de procesos de producción basado en computadora. Puede monitorear y controlar el equipo operativo en el sitio. Dado que cada campo de aplicación tiene diferentes requisitos para SCADA, el desarrollo de sistemas SCADA en diferentes campos de aplicación no es exactamente el mismo. Sistema SCADA El sistema SCADA es el más utilizado en sistemas de energía y tiene el desarrollo tecnológico más maduro. Como el subsistema más importante del sistema de gestión de energía (sistema EMS), tiene las ventajas de información completa, eficiencia mejorada, control correcto del estado operativo del sistema, toma de decisiones acelerada y puede ayudar a diagnosticar rápidamente las condiciones de falla del sistema. una parte indispensable del despacho de energía. Herramientas faltantes. Desempeña un papel insustituible en la mejora de la confiabilidad, la seguridad y los beneficios económicos de la operación de la red eléctrica, reduciendo las necesidades de los despachadores, realizando la automatización y modernización del despacho de energía y mejorando la eficiencia y el nivel de despacho. SCADA se ha aplicado anteriormente a los sistemas de telecontrol de electrificación ferroviaria y ha desempeñado un papel importante para garantizar el suministro de energía seguro y confiable de los ferrocarriles electrificados y mejorar el nivel de despacho y gestión del transporte ferroviario. En el proceso de desarrollo de los sistemas SCADA de electrificación ferroviaria, con el desarrollo de las computadoras, existen diferentes productos en diferentes épocas. Al mismo tiempo, nuestro país también ha introducido una gran cantidad de productos y equipos SCADA del exterior que han impulsado el ferrocarril. Sistema de telecontrol de electrificación a un nivel superior. Desarrollo de objetivos. Historia del desarrollo Sistema SCADA (Control de supervisión y adquisición de datos), el nombre completo es sistema de control de supervisión y adquisición de datos. Los sistemas SCADA han estado estrechamente relacionados con el desarrollo de la tecnología informática desde su nacimiento. El desarrollo del sistema SCADA ha pasado por tres generaciones. La primera generación del centro de monitoreo informático SCADA es un sistema SCADA basado en computadoras especiales y sistemas operativos especiales, como el sistema SD176 desarrollado por el Instituto de Investigación de Automatización de Energía Eléctrica para la Red Eléctrica del Norte de China y el sistema H-80M diseñado por Hitachi en Japón por el sistema de telecontrol de electrificación ferroviaria de mi país. Esta etapa se inició desde la época en que se utilizaron computadoras en los sistemas SCADA hasta la década de 1970.

La segunda generación es un sistema SCADA basado en computadoras de uso general en la década de 1980. En la segunda generación, otras computadoras como VAX y otras estaciones de trabajo de uso general se utilizan ampliamente. El sistema operativo es generalmente un sistema operativo UNIX de propósito general. En esta etapa, el sistema SCADA se combina con el análisis de operación económica, el control automático de generación (AGC) y el análisis de red en la automatización del despacho de la red eléctrica para formar un sistema EMS (sistema de gestión de energía). La característica común entre los sistemas SCADA de primera y segunda generación es que se basan en sistemas informáticos centralizados y los sistemas no son abiertos, lo que dificulta mucho el mantenimiento del sistema, las actualizaciones y la conexión en red con otros sistemas. En la década de 1990, de acuerdo con el principio de apertura y basado en redes informáticas distribuidas y tecnología de bases de datos relacionales, el sistema EMS/SCADA que podía realizar redes a gran escala se llamó la tercera generación. Esta etapa es la etapa de más rápido desarrollo del sistema SCADA/EMS de mi país, y todas las últimas tecnologías informáticas están integradas en el sistema SCADA/EMS. Esta etapa es también el período en el que mi país ha invertido más en la automatización de sistemas eléctricos y la construcción de redes eléctricas. El país planea invertir 270 mil millones de yuanes en los próximos tres años para transformar las redes eléctricas urbanas y rurales, lo que demuestra la importancia que concede el país. hasta la automatización de sistemas eléctricos y la construcción de redes eléctricas. Han nacido las condiciones básicas para el sistema SCADA/EMS de cuarta generación. La característica principal de este sistema es el uso de tecnología Inter, tecnología orientada a objetos, tecnología de redes neuronales, tecnología JAVA y otras tecnologías para continuar expandiendo la integración de los sistemas SCADA/EMS con otros sistemas para satisfacer las necesidades de un sistema integral seguro y económico. y operaciones comerciales. El sistema SCADA ha logrado grandes avances en la tecnología de aplicación de sistemas de telecontrol ferroviarios electrificados y su aplicación también se ha desarrollado rápidamente. Dado que los ferrocarriles electrificados y los sistemas de energía tienen características diferentes, el desarrollo de los sistemas SCADA no es exactamente el mismo que el de los sistemas de energía. Los productos maduros en el sistema de telecontrol ferroviario electrificado incluyen el sistema de telecontrol por microcomputadora HY200 desarrollado por nuestro instituto y el sistema de telecontrol por microcomputadora DWY desarrollado por la Universidad Southwest Jiaotong. Estos sistemas tienen un rendimiento confiable y funciones potentes. Desempeñan un papel importante para garantizar la seguridad del suministro de energía ferroviaria electrificada y mejorar la calidad del suministro de energía. Son indispensables para la aplicación de los sistemas SCADA en la electrificación ferroviaria. Perspectivas de desarrollo Los sistemas SCADA mejoran y se desarrollan constantemente, y su progreso tecnológico nunca se ha detenido ni por un momento. Hoy en día, con la creciente demanda de sistemas SCADA de sistemas de energía y sistemas de electrificación ferroviaria y el desarrollo de la tecnología informática, se han planteado nuevos requisitos para los sistemas SCADA. En resumen, se encuentran los siguientes puntos: 1. La amplia gama de SCADA/. Sistemas EMS y otros sistemas El sistema SCADA integrado es una fuente de datos en tiempo real para la automatización del sistema de energía y proporciona una gran cantidad de datos en tiempo real al sistema EMS. Al mismo tiempo, se necesitan datos de la red eléctrica en tiempo real en sistemas como los sistemas de entrenamiento de simulación y los sistemas MIS. Sin esta información de datos de la red eléctrica en tiempo real, todos los demás sistemas se convierten en "agua pasiva". Por lo tanto, cómo conectar los sistemas SCADA con otros sistemas que no son de tiempo real se ha convertido en un tema importante en la investigación de SCADA. Los sistemas SCADA existentes se han conectado con éxito con DTS (sistema de capacitación de simulación de despachadores) y sistemas MIS empresariales; La integración de los sistemas SCADA con sistemas de medición de energía eléctrica, sistemas de información geográfica, sistemas de automatización de despacho de agua, sistemas de automatización de despacho de producción y sistemas de automatización de oficinas se ha convertido en una dirección de desarrollo de los sistemas SCADA. 2. La automatización integral de la subestación se basa en RTU y dispositivos de protección de microcomputadoras. Integra los circuitos de control, señal, medición, facturación y otros de la subestación en el sistema informático, reemplazando la pantalla de protección de control tradicional, lo que puede reducir la huella. de la subestación y la inversión en equipos para mejorar la confiabilidad del sistema secundario. La automatización integral de subestaciones se ha convertido en un tema de investigación en partes relevantes, como mi país, Eastern Electronics, ha lanzado productos correspondientes, pero la electrificación ferroviaria aún se encuentra en la etapa de investigación. 3. Investigación y aplicación de nuevas tecnologías como sistemas expertos, toma de decisiones difusas, redes neuronales, etc. Arquitectura Hardware Los sistemas SCADA se suelen dividir en dos niveles, a saber, arquitectura cliente/servidor. El servidor se comunica con el dispositivo de hardware para realizar cálculos y procesamiento de datos. Los clientes lo utilizan para la interacción persona-computadora, como usar texto y animaciones para mostrar el estado del sitio y operar interruptores y válvulas en el sitio.

También existe un "cliente ultraremoto" que se puede monitorear en Internet mediante publicación web. Los dispositivos de hardware (como PLC) generalmente se pueden conectar al servidor a través de conexiones punto a punto o conexiones de bus. Las conexiones punto a punto generalmente se realizan a través del puerto serie (RS232) y el método de bus puede ser RS485, Ethernet y otros métodos de conexión. El software SCADA se compone de muchas tareas y cada tarea completa una función específica. El servidor ubicado en una o más máquinas es responsable de la recopilación y el procesamiento de datos (como conversión de rango, filtrado, verificación de alarmas, cálculo, registro de eventos, almacenamiento de historial, ejecución de scripts de usuario, etc.). Los servidores pueden comunicarse entre sí. Algunos sistemas dividen además el servidor en varios servidores especializados, como servidores de alarmas, servidores de grabación, servidores de historial, servidores de inicio de sesión, etc. Cada servidor está unificado lógicamente como un todo, pero puede estar ubicado físicamente en diferentes máquinas. La ventaja de la clasificación es que se pueden administrar varios datos de múltiples servidores de manera unificada y se puede coordinar la división del trabajo. La desventaja es que la eficiencia es baja y las fallas locales pueden afectar a todo el sistema. Diagrama típico de configuración de hardware SCADA Comunicación La comunicación en el sistema SCADA se divide en comunicación interna, comunicación con dispositivos de E/S y comunicación con el mundo exterior. Generalmente existen tres formas de comunicación entre clientes y servidores y entre servidores y servidores: tipo de solicitud, tipo de suscripción y tipo de transmisión. Los controladores de dispositivos generalmente utilizan comunicación por solicitud con dispositivos de E/S. La mayoría de los dispositivos admiten este método de comunicación. Por supuesto, algunos dispositivos admiten la transmisión activa. SCADA se comunica con el mundo exterior de diversas formas. Por ejemplo, OPC normalmente proporciona un cliente OPC para comunicarse con el servidor OPC proporcionado por el fabricante del equipo. Debido a que OPC tiene los estándares predeterminados de Microsoft, el cliente OPC puede comunicarse con los servidores OPC proporcionados por varias empresas sin modificaciones. Estructura de comunicación SCADA Composición del sistema El sistema SCADA consta principalmente de las siguientes partes: computadora de monitoreo, unidad terminal remota (RTU), controlador lógico programable (PLC), infraestructura de comunicación e interfaz hombre-máquina (HMI). Se pueden construir sistemas tanto grandes como pequeños utilizando conceptos SCADA. Estos sistemas pueden tener desde docenas hasta miles de bucles de control, según la aplicación. Los procesos de ejemplo incluyen procesos industriales, de infraestructura y basados ​​en instalaciones, como se describe a continuación: Los procesos industriales incluyen fabricación, control de procesos, generación de energía, fabricación y refinación, y pueden operar en modos continuos, intermitentes, repetitivos o discretos. Los procesos de infraestructura pueden ser públicos o privados e incluyen tratamiento y distribución de agua, recolección y tratamiento de aguas residuales, oleoductos y gasoductos, transmisión y distribución de electricidad y parques eólicos. Procesos de instalaciones, incluidos edificios, aeropuertos, barcos y estaciones espaciales. Supervisan y controlan los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), los pasillos y el consumo de energía. Sin embargo, los sistemas SCADA pueden tener vulnerabilidades de seguridad, por lo que el sistema debe evaluarse para identificar riesgos y soluciones para mitigar estos riesgos. Ejemplos de procesos de monitoreo remoto SCADA utilizados en un entorno de oficina Computadora de monitoreo Este es el corazón del sistema SCADA, que recopila datos del proceso y transmite comandos de control a dispositivos conectados en el campo. Se refiere a las computadoras y el software responsables de comunicarse con los controladores cableados en campo, como RTU y PLC, incluido el software HMI que se ejecuta en las estaciones de trabajo del operador. En sistemas SCADA más pequeños, la computadora de monitoreo puede consistir en una PC, en cuyo caso la HMI es parte de esta computadora. En un sistema SCADA grande, el sitio principal puede contener múltiples HMI alojadas en computadoras cliente, múltiples servidores para recopilación de datos, aplicaciones de software distribuidas y sitios de recuperación ante desastres. Para aumentar la integridad del sistema, a menudo se configuran varios servidores en un formato de doble redundancia o de espera activa para proporcionar control y monitoreo continuos en caso de falla o falla del servidor. Pantalla animada de simulación SCADA típica Unidad terminal remota Una unidad terminal remota, también conocida como (RTU), está conectada a los sensores y actuadores en el proceso y está conectada en red con el sistema informático de supervisión. Las RTU son "E/S inteligentes" y, a menudo, tienen funciones de control integradas, como lógica de escalera, para implementar operaciones lógicas booleanas.

Los controladores lógicos programables, también conocidos como PLC, están conectados a los sensores y actuadores del proceso y conectados en red al sistema de monitoreo de la misma manera que las RTU. En comparación con la RTU, el PLC tiene funciones de control integradas más complejas y está programado en uno o más lenguajes de programación IEC 61131-3. Los PLC se utilizan a menudo en lugar de las RTU como dispositivos de campo porque son más económicos, versátiles, flexibles y configurables. Infraestructura de comunicaciones Esto conecta el sistema informático de monitoreo a unidades terminales remotas (RTU) y PLC, y puede utilizar protocolos estándar de la industria o propietarios del fabricante. Tanto la RTU como el PLC operan de forma autónoma bajo control del proceso casi en tiempo real utilizando el último comando proporcionado por el sistema de monitoreo. La falla de la red de comunicaciones no necesariamente detiene el control del proceso en la planta, y los operadores pueden continuar monitoreando y controlando cuando se restablecen las comunicaciones. Algunos sistemas críticos tendrán autopistas de datos redundantes duales, a menudo conectadas a través de rutas diferentes. Interfaz hombre-máquina La interfaz hombre-máquina (HMI) es la ventana del operador del sistema de monitoreo. Proporciona a los operadores información de la planta en forma de diagramas de simulación, que son diagramas esquemáticos de lo que controla la planta, así como páginas de registro de eventos y alarmas. La HMI está conectada a la computadora de monitoreo SCADA y proporciona datos en tiempo real para controlar diagramas de simulación, visualizaciones de alarmas y gráficos de tendencias. En muchas instalaciones, la HMI es la interfaz gráfica de usuario del operador, recopila todos los datos de dispositivos externos, crea informes, ejecuta alarmas, entrega notificaciones, etc. Los diagramas de simulación consisten en dibujos lineales y símbolos esquemáticos utilizados para representar elementos del proceso, o pueden consistir en fotografías digitales de equipos de proceso superpuestas con símbolos animados. Las operaciones de supervisión en la fábrica se llevan a cabo a través de la HMI, y los operadores emiten comandos utilizando punteros del mouse, teclados y pantallas táctiles. Por ejemplo, un símbolo de bomba puede mostrarle al operador que la bomba está funcionando y un símbolo de medidor de flujo puede mostrar cuánto fluido se bombea a través de una tubería. Los operadores pueden cambiar las bombas desde el simulador mediante clics del mouse o toques en la pantalla. La HMI mostrará la disminución del caudal del fluido en la tubería en tiempo real. El paquete HMI para un sistema SCADA generalmente contiene un programa de dibujo que el operador o mantenedor del sistema utiliza para cambiar la forma en que se representan estos puntos en la interfaz. Estas representaciones pueden ser tan simples como un semáforo en una pantalla que representa el estado de un semáforo real en la escena, o tan complejas como una pantalla de múltiples proyectores que representa la ubicación de todos los ascensores en un rascacielos, o todos los trenes en el tren. "Historial" es un servicio de software en la HMI que almacena datos, eventos y alarmas con marca de tiempo en una base de datos que se puede consultar o utilizar para completar tendencias gráficas en la HMI. Los historiadores son clientes que solicitan datos de los servidores de recopilación de datos. Una animación SCADA más compleja que muestra el control de cuatro reactores químicos discontinuos