27
‒ снижение энергозатрат;
‒ снижения трудоёмкости обслуживания программно-технического
комплекса;
‒ улучшения условий и безопасности труда персонала за счёт
централизованного удалённого управления технологическими процессами;
‒ снижения человеческого фактора на реализацию функций безопасности;
‒ минимизация риска нанесения ущерба экосистеме;
‒ соблюдения законодательства в области промышленной безопасности.
Ключевым критерием качества работы АСУ ТП водозаборного узла является
стабильность заданных характеристик технологического процесса с учётом
противоаварийной защиты для всех стадий технологического процесса.
Требования к структуре системы
АСУТП должна проектироваться как трехуровневая, иерархическая
информационно-управляющая система, базирующаяся на современных аппаратно-
программных средствах, обеспечивающих взаимодействие обслуживающего
персонала c технологическим оборудованием ПК.
При создании АСУТП для технологического объекта, должен быть
предусмотрен минимальный набор аппаратных средств управления
и представления информации, обеспечивающих возможность ведения
технологического процесса по заданным критериям и режимной карте насосного
оборудования.[13]
Контроллерное оборудование, входящее в состав системы автоматизации,
должно предусматривать возможность организации локальной вычислительной
сети, в которую должны включаться другие системы, функционирующие
на водозаборном узле.
АСУТП должна обеспечить выполнение всех функций в соответствии
с требованиями согласно техническим требованиям.
Основными средствами отображения информации и оперативного
управления АСУ ТП должны быть мониторы АРМ оператора и связанная с ними
функциональная клавиатура, относящихся к ПТК АСУТП.С АРМ оператора
должны управляться с использованием виртуальных панелей управления (ВПУ)
ЗРА, механизмы и технологическое оборудование.
28
Архитектура АСУТП должна быть 3-х уровневой.
Верхний уровень управления технологическим процессом:
- АРМ - компьютер, расположенный в оперативном контуре для контроля
текущего состояния и управления технологическим процессом диспетчеру
предоставляется информация в виде мнемосхем, графиков, таблиц и гистограмм
разной степени детализации;
- Звуковая сигнализация - для привлечения внимания персонала к опасным
ситуациям;
Средний уровень сбора, обработки информации, формирования
управляющих воздействий:
- контроллерное оборудование CPU, коммуникационное оборудование для
связи с технологическим оборудованием по протоколам связи типа RS-485;
Нижний уровень:
- датчики, исполнительные механизмы;
Построение автоматизированной системы, в соответствии с указанными
выше требованиями, позволит устранить перечисленные недостатки за счет
внедрения единой многопользовательской информационной базы с разграничением
прав пользователей, позволяющей оперативно определять и реагировать
на возникающие неполадки каждым специалистом, отвечающим за разные участки
системы.
1.2.4. Анализ системы обеспечения информационной безопасности
и защиты информации
Основываясь на предыдущем анализе информационной и технической
системы организации, можно сделать вывод о недостаточном внимании
к хранению, обработке персональных данных, а так же документов, содержащих,
в том числе коммерческую тайну. Так же было выявлено, что текущее
оборудование не всегда может справиться с нагрузкой, что замедляет работу,
а так же создает нежелательные риски.
Исходя из этого, было решено провести анализ существующих решений
по защите персональных данных и документов, основываясь на плюсах и минусах
29
каждого продукта, составить план по возможному внедрению этих продуктов
в одном из отделений организации, а так же подсчитать возможные затраты
на полную реализацию системы. Так же, было решено модернизировать
существующую информационную систему, убрав из сети лишние звенья,
вероятность поломки которых снижает общую работоспособность сети,
в том числе принято решение об апгрейде существующего сервера, либо закупке
ещё одного или нескольких.
Рассмотрим виды средств, которые могут применяться для защиты [39]
Применение межсетевых экранов;
Применение средств антивирусной защиты;
Использование систем защиты сети;
Использование аппаратных шифраторов для передачи данных
по открытым каналам связи
Управление и мониторинг доступом к ресурсам сети.
Межсетевой экран или сетевой экран — комплекс аппаратных
или программных средств, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящих
через него сетевых пакетов в соответствии с заданными правилами. Основной
задачей сетевого экрана является защита компьютерных сетей или отдельных узлов
от несанкционированного доступа. Также сетевые экраны часто называют
фильтрами, так как их основная задача — не пропускать (фильтровать) пакеты,
не подходящие под критерии, определённые в конфигурации. Некоторые сетевые
экраны также позволяют осуществлять трансляцию адресов — динамическую
замену внутрисетевых (серых) адресов или портов на внешние, используемые
за пределами ЛВС.[28]
Антивирусная программа (антивирус) — любая программа для обнаружения
компьютерных вирусов, а также нежелательных (считающихся вредоносными)
программ вообще и восстановления зараженных (модифицированных) такими
программами файлов, а также для профилактики — предотвращения заражения
(модификации) файлов или операционной системы вредоносным кодом.
Система защиты сети – это специальное техническое устройство
со встроенным программным обеспечением, позволяющее дополнительно
проверять всю информацию, получаемую из глобальной сети Интернет на наличие
30
вирусов. Кроме того подобные системы позволяют защитить сеть от сетевых
атак.[34]
Управление и мониторинг доступом к ресурсам сети позволит сократить
вероятность входа на сайты содержащие вредоносный программный код
пользователями организации, кроме того подобная мера позволит выявить
ответственного за нарушение информационной безопасности организации.[21]
1.3. Анализ существующих разработок и выбор стратегии
автоматизации «КАК ДОЛЖНО БЫТЬ»
1.3.1. Анализ существующих разработок для автоматизации задачи
Не смотря 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:
Механизмы обмена;
Масштабируемость;
Базы данных;
Резервирование;
Драйвера;
Цена;
Наиболее распространенные SCADA-системы, представленные на рынке
(Таблица 1.3.1):
Наименование
системы
Обмен
Масштабируем
ость
Базы данных
Резервирование
Драйвера
Цена
Master Scada
OPC,
OLE,
DCOM,
ActiveX,
OLE DB,
ODBC
Неограниченно
MS SQL,
Oracle,
InterBase,
Sybase,
MySQL,
MSAccess
Есть
Adam,
MFC,TCM52
Teconic, TCM410,
Wincon
1000 точек /
48500 руб,
Бесплатная
инструментальная среда и
исполнительная система на
32 точки
TraceMode
OPC
до 64000 точек
ODBC
Есть
2407 устройств
(ABB, AB.),
CAN, Profibus,
FieldBus,
ModBus
1024 точек /
31744 руб,
31
InTouch
OPC,
DDE
От 1 до 1 млн.
вв.-выв.
MS SQL Server
2000/2005 или
MSDE 2000
Отсутствует
240 драйверов для
наиболее
популярных
устройств
Около 2000$
Таблица 1.3.1 – Сравнение распространенных SCADA-систем
1.3.2. Выбор и обоснование стратегии автоматизации задачи
Для предприятия МУП «Видновское ПТО ГХ» назрела необходимость
разработки и внедрения автоматизированной системы управления
водоснабжением.
Существует насколько видов стратегий автоматизации:
хаотичная (кусочная);
по участкам;
по направлениям;
полная (комплексная).
Хаотичная автоматизация является одной из самых неэффективных
стратегий. При таком виде автоматизации предполагается устранение небольших
проблем. При внедрении таких систем решаются проблемы небольших локальных
проблем, а не реальных потребностей предприятия.В процессе эксплуатации такая
информационная система оказывается малоэффективной.
При выборе стратегии по участкам осуществляется автоматизация
определенного подразделения предприятия. Внедрение такой системы является
трудоемким процессом. Такой подход автоматизации используется, когда
предприятие не располагает достаточным количеством средств
на автоматизацию всего процесса.
Автоматизация по направлениям – это автоматизация отдельных бизнес-
процессов, направлений деятельности предприятия. При данной автоматизации
предполагается участие нескольких организационных подразделений, функции
которых связаны с автоматизируемым направлением.
Полная автоматизация (комплексная) стратегия автоматизации является
автоматизацией, которая распространяется на все направления предприятия
в комплексе.
32
После анализа существующих стратегий была выбрана автоматизация
по направлениям, так как, планируется автоматизировать отдельное направление
водоснабжение. Автоматическая система управления будет функционировать сразу
с несколькими подразделениями: участок водоснабжения, диспетчерский пункт,
технический отдел.
1.3.3. Выбор и обоснование способа приобретения АСУ для
автоматизации задачи
Способы приобретения АСУ- это совокупность действий от принятия
решения о необходимости информационной системы до внедрения
еена предприятии. Существует несколько способов автоматизации комплекса
задач:
покупка готового решения;
покупка и доработка;
собственная разработка.
Покупка готового решения- наиболее простой способ приобретения
системы, однако более затратный. При этом невозможно найтипрограммный
продукт, который будет идеально подходить предприятию, и удовлетворять
его необходимые потребности. Кроме этого данному способу присущи длительный
срок адаптации программного продукта под потребности предприятия
инеобходимы постоянные консультации в службы поддержки.
Покупка и доработка программного продукта целесообразны в том случае,
если требуется небольшой объем доработки. При собственной разработке
информационная система будет включатьв себя весь необходимый функционал.
Будет учитываться особенности функционирования предприятия, пожелания
сотрудников. Так как продукт разрабатывается своими силами, то его всегда можно
без особых проблем изменить под индивидуальные потребности внутреннего
заказчика.
Для автоматизации водоснабжения на предприятии МУП «Видновское ПТО
ГХ» предлагается создать SCADA-Систему на платформе MasterSCADA.
33
В затраты предприятия по приобретению информационной системы будут
включены затраты на покупку платформы, разработку модуля на платформе,
затраты на ввод информации в подсистему, затраты на обучение персонала работе
в SCADA-Системе. А также затраты на приобретение необходимых
для реализации АСУ технических средств и инженерного оборудования.
1.4. Обоснование проектных решений
1.4.1. Обоснование проектных решений по информационному
обеспечению
Информационное обеспечение (ИО) – это совокупность единой системы
классификации и кодирования информации, унифицированных систем
документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации,
а также методология построения базы данных (БД).
Информационное обеспечение включает в себя:
систему классификации и кодирования;
систему документации;
информационную базу.
В условиях автоматизации большое значение придается унификации
документации, устанавливающей единые требования к содержанию и построению
документов. При этом определяются сферы назначения и использования
документов и выявляются специфические особенности [10].
При разработке системы информационной системы
водоснабжениенеобходимы следующие виды документов:
Мнемосхема (совокупность сигнальных устройств и сигнальных
изображений оборудования и внутренних связей контролируемого объекта);
Тренд;
Журнал сообщений;
Отчет;
Основой информационного обеспечения является информационная база –
совокупность всей информации, соответствующим образом организованной
и зафиксированной на машинных носителях.
34
Дляорганизации информационной базы для хранения, типизации
и структурирования документов и информации об их движении будет использована
платформа MasterSCADA, которая обеспечивает многопользовательский режим
работы, клиент-серверный вариант использования системы.
При этом платформаMasterSCADA располагается на каждом клиентском
компьютере.
1.4.2. Обоснование проектных решений по программному
обеспечению
Для осуществления управления и диспетчеризации АСУ «Водоснабжение»,
будет использоваться SCADA-Система, для использования которой необходим ПК
под управлением операционной системы Windows XP,7,8,10. На компьютерах
объединения уже установлено лицензионное программное обеспечения
корпорации MicrosoftWindows версий 7 и 8.
В качестве SCADA-Системы была выбрана платформа «MasterSCADA» -
вертикально интегрированный и объектно-ориентированный программный
комплекс для разработки систем управления и диспетчеризацииРоссийского
разработчика ООО «ИнСАТ» (Рисунок 1.10).
35
Рисунок 1.10 – SCADA система MasterSCADA
Основные преимущества MasterSCADA:
Единая среда разработки SCADA системы
Разработка всех элементов проекта MasterSCADA ведется в единой
инструментальной среде. Это и разработка аппаратной архитектуры системы,
и проектирование алгоритмов обработки, описание логической структуры
и базы параметров, настройка первичной обработки, разработка системы
визуализации, отчетов и журналов и прочих компонентов системы.
Двухслойная структура проекта
В MasterSCADA проект разделен на два слоя:
Слой описания аппаратной структуры проекта. Здесь описываются
рабочие станции, контроллеры и модули ввода-вывода, входящие
в проект. Задаются их свойства и настраиваются связи между ними;
Слой описания логики проекта. Здесь описывается логическая
структура проекта: какие технологические объекты автоматизируются в данном
проекте, их свойства, параметры, алгоритмы управления и мнемосхемы. Кроме
того, здесь разрабатываются отчеты, настраиваются журналыи параметры
информационной безопасности системы.
Открытость и следование стандартам
MasterSCADA - это максимально открытый продукт. Это достигается
максимальным использованием стандартных интерфейсов и спецификаций.
Объектный подход
Объект в MasterSCADA — это основная единица разрабатываемой системы,
соответствующая реальному технологическому объекту (цеху, участку, аппарату,
насосу, задвижке, датчику и т.п.), управляемому разрабатываемой
с помощью MasterSCADA системой. С другой стороны, это и традиционный
с точки зрения программирования объект, обладающий стандартными
для программных объектов качествами.
36
Рисунок 1.11 – Пример работы МasterScada совместно с МК
MasterScada - один из лучших представителей программных пакетов
топ-уровня для построения промышленных систем контроля и управления
технологическим процессом. MasterScada имеет мощную объектную базу данных
реального времени с функциональными возможностями контроля,
конфигурирования и архивирования данных. Это программное обеспечение может
применяться во многих отраслях промышленности и является одним из самых
многофункциональных программных продуктов на рынке на сегодняшний день.
Отличительной чертой программного обеспечения является простота
и эффективность использования, как на стадии проектирования, так и в процессе
всего срока эксплуатации объекта. MasterScada является открытой платформой
и построена на архитектуре клиент/сервер.
Интеграция аппаратных средств включает следующие возможности:
‒ создание и сохранение в базе данных конфигурации контроллеров;
разгрузка/выгрузка конфигурации и управляющих программ; автоматическое
обновление настроечных данных системы; сохранение DLOG-данных
и систематизация в исторической базе данных;