SCADA: Przepływ informacji pomiędzy operatorem a procesem

Fot. 1. Podstawa przekaźnika pośredniczącego (na zdjęciu w kolorze zielonym) zawiera styki wykonawcze i jest połączona z cewką zaworu elektromagnetycznego. Cewka sterująca (element biały) zasilana napięciem 24 V jest mocowana w górnej części podstawy i realizuje funkcje przełączania styków głównych. Źródło: Shady Yehia, „The Control Blog”

Podróż do wnętrza fabryki (część 3)

Po zainstalowaniu oprogramowania SCADA i zoptymalizowaniu działania systemu rozpoczyna się obieg informacji od maszyn do operatora i z powrotem. Aby mieć wpływ na przebieg procesu, użytkownicy muszą zadbać o dostarczenie wygenerowanych automatycznie bądź „ręcznie” poleceń sterujących.

W celu zrozumienia działania systemu SCADA na obiekcie zacznijmy od wyjaśnienia funkcji sterowników PLC. Powód posłużenia się sterownikiem PLC wyda się oczywisty, gdy przeanalizujemy przypadek przetwornika mierzącego temperaturę w zbiorniku i elektrozaworu sterującego dopływem pary wodnej do nagrzewnicy utrzymującej stosowną temperaturę w zbiorniku. W tym przykładzie to sterownik PLC (nie SCADA) steruje otwarciem elektrozaworu.

Regulacja za pomocą sterownika PLC

Załóżmy, że temperatura w zbiorniku powinna być utrzymywana na poziomie 75°C, z możliwością odchyłek pomiędzy 70°C a 80°C. Regulacja jest prowadzona następująco:

-> gdy temperatura w zbiorniku spadnie poniżej 72°C, elektrozawór jest otwierany,

-> gdy temperatura w zbiorniku wzrośnie powyżej 78°C, elektrozawór jest zamykany.

Jednokreskowy schemat regulacji przedstawia rys. 1.

Kolejnym etapem jest symulacja działania systemu zgodna ze schematem. Logika działań wydaje się być jednoznaczna, ale zobaczmy, w jaki sposób system SCADA zakłóci tę logikę.

Rys. 1. Po zdefiniowaniu parametrów regulacji są one przekształcane w jednokreskowy schemat regulacji. Źródło: Shady Yehia, „The Control Blog”

Modyfikacja oprogramowania PLC

Oprogramowanie PLC musi przyjąć polecenia systemu SCADA. W pierwszym kroku musimy zdefiniować i udokumentować działania operatora dotyczące elektrozaworu. Operator musi więc:

-> obserwować status zaworu,

-> mieć możliwość zmiany rodzaju sterowania: automatyczne z wykorzystaniem PLC lub ręczne za pomocą systemu SCADA,

-> mieć możliwość wydawania poleceń zamknięcia lub otwarcia zaworu z systemu SCADA.

Drugi krok polega na przyporządkowaniu w pamięci sterownika PLC obszaru dla każdej z tych funkcji tak, że gdy z poziomu systemu SCADA deklaruje się którąś z nich, w pamięci tej zapisuje się (lub odczytuje) stosowna informacja. W naszym przykładzie w pamięci przydzielone są trzy bity (nazywane też przekaźnikami lub markerami – nazwy zależą od producentów sprzętu, ale dotyczą tego samego). Wybrano bity, a nie słowa, gdyż mają one charakter cyfrowy.

Oto przyporządkowanie pamięci:

-> dla statusu zaworu przydzielono komórkę M10,

-> dla sterowania AUTO przydzielono komórkę M11,

-> dla sterowania MANUAL przydzielono komórkę M12.

Zmodyfikowany program PLC przedstawio-
no na rys. 2. Teraz program może przyjąć polecenia z systemu SCADA, można też dodać nowe zmienne do serwera OPC.

Zwróćmy uwagę, że w zmodyfikowanej aplikacji operator polega teraz na sygnale zwrotnym z obiektu, informującym o aktualnym statusie zaworu. Przy wykorzystaniu jedynie samodzielnego sterownika PLC nie można zidentyfikować ewentualnej usterki zaworu.

Rys. 2. Po przyporządkowaniu pamięci w sterowniku PLC dla nowych zmiennych zmodyfikowano program sterownika. Źródło: Shady Yehia, „The Control Blog”

Modyfikacja serwera OPC

W związku z modyfikacjami oprogramowania należy również dokonać zmian w programie serwera ABC OPC przez dodanie trzech elementów do grupy „Zbiornik” (Tank). Nowa konfiguracja serwera OPC przedstawiona jest na rys. 3. Zmodyfikowane oprogramowanie można przetestować, wpisując stosowne bity 1 lub 0 do odpowiednich komórek pamięci. Po weryfikacji działania można zapisać na stałe dokonane zmiany.

Rys. 3. Zmiana konfiguracji serwera OPC polega na dodaniu trzech elementów do grupy „Zbiornik”. Źródło: Shady Yehia, „The Control Blog”

Modyfikacja systemu SCADA

Teraz należy dokonać modyfikacji programu SCADA, wprowadzając trzy nowe tagi do bazy tagów dla trzech nowych zmiennych:

-> Valve_Status,

-> Valve_Auto,

-> Valve_Manual_Command.

Następnie należy przejść do edytora grafik, otworzyć ekran „Zbiornik”, dodać symbol zaworu, określić adres sygnałów dla informacji o statusie zaworu i zapisać zmiany. Teraz na grafice pojawił się symbol zaworu, który wskazuje jego status.

Dodajemy kilka symboli przełączników na grafice, jeden dla sygnalizacji rodzaju sterowania, drugi dla pokazania aktualnych poleceń ręcznych. Linkujemy je ze źródłem wydawanych poleceń i mamy w pełni funkcjonalny system (rys. 4).

Uruchamiamy system SCADA i sprawdzamy poprawność działania. Wszystko powinno działać bezbłędnie.

Co się dzieje? Zawór się nie otwiera. Dlaczego? Sprawdźmy.

Już wiadomo, że zapomnieliśmy połączyć go z wyjściem sterownika PLC.

Tabliczka znamionowa zaworu informuje, że zawór pracuje na napięciu 220 V, a wyjście sterownika PLC obsługuje jedynie sygnały o napięciu 24 V. Powinno to już być sprawdzone i zaplanowane na etapie projektu, ale nie martwmy się. Problem rozwiążemy dzięki zastosowaniu przekaźników pośredniczących.

Rys. 4. Grafika na ekranie systemu SCADA została zmodyfikowana dla pokazania możliwych rodzajów sterowania zaworem i jego aktualnego statusu. Źródło: Shady Yehia, „The Control Blog”

Przekaźniki pośredniczące

Przekaźniki pośredniczące (zwane niekiedy separującymi) w naszym przypadku muszą być zastosowane w szafie sterownika PLC. Zapewniają one izolacje pomiędzy niskonapięciowym wyjściem ze sterownika PLC (24 V) a cewką elektrozaworu sterowaną napięciem 220 V.

Podobnie jak standardowy przekaźnik, przekaźniki pośredniczące są zbudowane z dwóch części (fot. 1). W podstawie przekaźnika znajdują się styki do połączenia z cewką elektrozaworu oraz mechanizm do mocowania na szynie montażowej. Cewka sterująca zasilana napięciem 24 V jest mocowana w górnej części podstawy i realizuje funkcje przełączania styków głównych.

Dzięki zastosowaniu przekaźnika pośredniczącego wyjście sterownika PLC może sterować elektrozaworem. System SCADA jest teraz w pełni funkcjonalny.

Shady Yehia jest założycielem i autorem blogu „Control” oraz projektantem automatyki.


Poprzednia część z serii „Podróży do wnętrza fabryki” w artykule Oprogramowanie i tagi SCADA.