Операционные системы, технологии, и протоколы передачи данных SCADA

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра автоматизации обработки информации (АОИ)




Производственная практика:
ПРАКТИКА ПО ПОЛУЧЕНИЮ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ УМЕНИЙ И ОПЫТА
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

РАЗВИТИЕ ФУНКЦИОНАЛА ПРОГРАММНО-ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА SCADA НА БАЗЕ СВОБОДНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ







Научный руководитель магистранта:  
Канд. техн. наук, 
доцент кафедры АОИ
_________ П.В.Сенченко.
«____» _________________ 2017 г. 
Магистрант группы № 405-М
_________ Богомолова О.Н.
«____» _________________ 2017 г. 


Томск 2017
Содержание
1 Введение	3
2 Изучение предметной области диссертационного исследования	5
     2.1 Автоматизированная система управления технологическим процессом	5
     2.2 Классификация и функционирование АСУ ТП	7
     2.3 Проблемная ситуация в области АСУ ТП	10
3 Система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA)	13
     3.1 Области применения SCADA	13
     3.2 Компоненты управления SCADA	17
     3.4 Модуль HMI SCADA	18
     3.5 Операционные системы, технологии, и протоколы передачи данных SCADA	20
4 Развитие программно-инструментального комплекса SCADA на базе 
   свободного ПО	24
     4.1 Анализ конкурентов SCADA систем	25
       4.1.1 TRACE MODE	26
       4.1.2 Wonderware InTouch	29
       4.1.3 Vijeo Citect (CitectSCADA)	30
       4.1.4 SIMATIC WinCC	33
     4.2 Результаты сравнения ПК с аналогами	35
5 Заключение	36
Список использованных источников	37
Приложение А(справочное)Таблица сравнения основных характеристик 
                         программного комплекса с конкурирующими системами	39




       1 Введение
       За последние годы научные исследования по изучению основных причин технологических повреждений и аварийных ситуаций на различных промышленных объектах выявляют, что главной причиной большей части аварий является человеческий фактор. 
       Автоматизация управления технологическими процессами (АСУ ТП) стала основополагающим процессом в развитии промышленной отрасли, который направлен на передачу функции управления и контроля от человека к высокотехнологичным автоматическим устройствам. Возросла значимость систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA-система), которые заняли существенную позицию в информационной инфраструктуре производственных предприятии? и критически важных объектов промышленности.
       Использование SCADA-систем применяется в таких отраслях как энергетика, транспорт, космическая и военная область, различные государственные структуры, при управлении нефте- и газопроводами, в системах дистанционного мониторинга на транспорте, учета комплексного потребления энергетических ресурсов, управления автоматизированным производством в строительстве, металлургии, машиностроении и др.
       Основная масса SCADA-систем, представленных сейчас на рынке, зависимы от программного обеспечения, являющегося частной собственностью крупных зарубежных игроков в области системного программного обеспечения. В свете чего возросла потребность в направлении развития отечественных продуктов на базе свободного программного обеспечения (СПО).
       В «Стратегии развития отрасли информационных технологий в РФ на 2014 – 2020 годы и на перспективу до 2025 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ от 1 ноября 2013 года № 2036-р, обозначены задачи импортозамещения продукции сферы ИТ для решения задач государственных структур и организаций [1].
       Необходимость в импортозамещении обусловлено рядом факторов, а именно:
       а) рост цен на европейские товары, вызванный падением курса рубля;
       б) санкционные ограничения со стороны Евросоюза и США на поставку в РФ высокотехнологичных комплектующих и программного обеспечения, а также на товары двойного назначения;
       в) снижение зависимости в ИТ сфере и обеспечение «цифрового суверенитета» страны;
       г) обеспечение кибербезопастности в основных секторах (АЭС, газовая энергетика, металлургия, промышленность и оборона).
       Целью данной работы является разработка рекомендаций развития функционала (проектирование архитектуры и разработка требовании к реализации) подсистемы HMI программно-инструментального комплекса SCADA для реализации системы управления технологическими процессами (путем построения функциональной модели и написания технического задания).
       Объектом исследования является автоматизация систем управления технологическими процессами с использованием SCADA-систем на базе свободного программного обеспечения.
       Предмет исследования — особенности функционала подсистемы HMI программно-инструментального комплекса SCADA на базе свободного программного обеспечения для применения в управления технологическими процессами.
       В отличие от автоматических систем, где человек полностью исключен из управления, АСУ предполагает активное участие человека в контуре управления. Благодаря дружественности человеко-машинного интерфейса (HMI — Humain Machine Interface), предоставляемого SCADA-системами обеспечиваются необходимые гибкость и адаптивность системы управления, что повышают эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводят к минимуму его критические ошибки при управлении [2].
       В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
       а) исследовать область применения АСУ ТП (SCADA - систем); 
       б) изучить особенности архитектуры и функционирования АСУ ТП (SCADA-систем), проблемы систем и используемые технологии, роль подсистемы HMI в общем комплексе SCADA;
       в) провести обзор и сравнительный анализ современных продуктов на рынке SCADA-систем для определения специфики проектирования SCADA-системы;
       г) построить функциональную модель архитектуры подсистемы HMI и сформировать требования на её разработку.
       Методической основой исследования являются труды следующих авторов: Андреева Е.Б, Куцевич Н.А, Гриценко Ю.Б., Тартышкина А.В, Андраханова А.А., Шерешевского Л. А., Рождественского Д. А, Благовещенской М.М, Деменкова Н.П, Богданова Н, Киселевой О.С. и других авторов.
       При анализе информационной базы исследования были использованы следующие методы: изучение и анализ научной литературы, изучение и обобщение отечественной и зарубежной практики, структурно-функциональный метод анализа сложной системы, а также методы проектирования с использованием языка UML и методологии IDEF.
       
2 Изучение предметной области диссертационного исследования
       2.1 Автоматизированная система управления технологическим процессом 
       Рост масштаба производства, стоимость технологических комплексов и усложнение систем как объектов управления, высокие требования к безопасности персонала, качеству продукции, а также потребность в росте производительности труда послужили экономическими и социальными предпосылками развития систем управления.
       Управление современным предприятием являет собой довольно сложный, многогранный процесс. Иерархическую структура управления таким предприятием включает в себя 4 уровня: принятие стратегических решений, тактическое управление, оперативное управление и низовой уровень — уровень АСУ ТП. Функции уровней иерархии управления реализуются теми или иными аппаратно-программными средствами.
      
Рисунок 2.1 – Уровни автоматизации предприятия
       Пользователями информации уровня принятия стратегических решений занимаются эффективным управления компанией путем выработки показателей эффективности бизнеса, что позволяет принимать ключевые решения и определять стратегии развития.
       Пользователями уровня оперативного управления являются всего менеджеры (начальники) производства, занимающиеся контроль и управление производственным процессом и загрузкой оборудования, контроль исполнения заказов, а также задачами управления фондами предприятия.
       Низовой уровень — это технологический уровень, на котором собираются данные с цехового оборудования, обрабатываются и обобщаются. Это базовый уровень с точки зрения получения информации о фактическом выполнении производственных заказов и отдельных операций по ним. Здесь же происходит управление базовыми процессами — технологией производства [2].
       АСУ ТП предназначена для [3]:
       а) целевого применения как законченное изделие под определенный объект автоматизации;
       б) стабилизации заданных режимов технологического процесса путем измерения значений технологических параметров, их обработки, визуального представления, и выдачи управляющих воздействий в режиме реального времени на исполнительные механизмы, как в автоматическом режиме, так и в результате действий технолога-оператора;
       в) анализа состояния технологического процесса, выявление предаварийных ситуаций и предотвращение аварий путем переключения технологических узлов в безопасное состояние, как в автоматическом режиме, так и по инициативе оперативного персонала;
       г) обеспечения административно-технического персонала завода необходимой информацией с технологического процесса для решения задач контроля, учета, анализа, планирования и управления производственной деятельностью.
       Целями создания АСУ ТП являются [3]:
       а) обеспечение надежной и безаварийной работы производства;
       б) стабилизация эксплуатационных показателей технологического оборудования и режимных параметров технологического процесса;
       в) увеличение выхода товарной продукции;
       г) уменьшение материальных и энергетических затрат;
       д) снижение непроизводительных потерь человеческих, материально - технических и топливно-энергетических ресурсов, сокращение эксплуатационных расходов;
       е) выбор рациональных технологических режимов с учетом показаний промышленных анализаторов, установленных на потоках, и оперативной корректировки стратегии управления по данным лабораторных анализов;
       ж) улучшение качественных показателей конечной продукции;
       з) предотвращение аварийных ситуаций;
       и) автоматическая и автоматизированная диагностика оборудования АСУТП. 
       В наиболее общем случае автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) представляет собой замкнутую систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с заданными критериями, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект.
       Под технологическим объектом управления понимается совокупность технологического оборудования и реализованного на нем (по соответствующим алгоритмам и регламентам) технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП в качестве технологического объекта управления могут выступать технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический процесс.
       В АСУ ТП, которые дают наибольший социальный и экономический эффект, за работой технологического комплекса следят многочисленные датчики — приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (например, температуру подшипников турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта.
       Таких приборов в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч. Датчики постоянно передают сигналы, меняющиеся в процессе функционирования агрегата, в устройство связи с объектом (УСО) компьютера. Компьютер сравнивает полученную от датчиков информацию с заданными параметрами работы агрегата и вырабатывает управляющие сигналы, которые через другую часть УСО поступают на регулирующие органы агрегата. Например, если датчики подали сигнал о том, что лист прокатного стана выходит толще, чем предписано, компьютер вычислит, на какое расстояние нужно сдвинуть валки прокатного стана и подаст соответствующий сигнал на исполнительный механизм, который выполнит нужное перемещение [3].
       2.2 Классификация и функционирование АСУ ТП
       Многие автоматизированные системы управления технологическим процессом представляются из себя двухуровневую или трехуровневую систему (рисунок 2.2, 2.3).
       
       Рисунок 2.2 – Уровни АСУ ТП
       
       Рисунок 2.3 – Структура трехуровневой АСУ ТП
       Нижний уровень — уровень оборудования, который включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC — Programming Logical Controller), которые могут выполнять следующие функции [2]:
       а) сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса;
       б) управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;
       в) решение задач автоматического логического управления и др.
       В трехуровневой системе часто контроллеры PLC относят к отдельному среднему уровню (уровню управления оборудованием).
       Информация в контроллерах частично используется на месте и предварительно обрабатывается, за чет чего значительно снижаются требования к пропускной способности каналов связи.
       В качестве локальных PLC в системах контроля и управления различными технологическими процессами в настоящее время применяются контроллеры как отечественных, так и зарубежных производителей. На рынке представлены сотни типов контроллеров, способных обрабатывать от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч переменных [2].
       К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции.
       Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня. В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) реализуют функции, перечисленные ниже [2]: 
       а) сбор данных с локальных контроллеров; 
       б) обработка данных, включая масштабирование; 
       в) поддержание единого времени в системе; 
       г) синхронизация работы подсистем; 
       д) организация архивов по выбранным параметрам; 
       е) обмен информацией между контроллерами и верхним уровнем; 
       ж) работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем; 
       з) резервирование каналов передачи данных.
       Верхний уровень — диспетчерский пункт (ДП). Он включает одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов. Станции управления предназначены для отображения технологического процесса и осуществления оперативного управления.  На этом уровне идет контроль хода производства: обеспечивается связь с нижними уровнями, откуда осуществляется сбор данных, визуализация и диспетчеризация (мониторинг) хода технологического процесса [5]. Диспетчер получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии, с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов [2].
       Пример работы диспетчера при управлении режимом работы энергосистемы отображен на рисунке 2.4:
       
       Рисунок 2.4 – Регионального диспетчерского управления энергосистемами
       Особенности процесса управления в современных диспетчерских системах [6]: 
       а) процесс диспетчерского управления и сбора данных применяется в системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);
       б) процесс диспетчерского управления и сбора данных реализуется для систем, в которых любое неправильное воздействие может привести к отказу (потере) объекта управления или даже катастрофическим последствиям;
       в) оператор несет ответственность за управление системой, которая при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимальной производительности;
       г) активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы, нештатные ситуации);
       д) действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (нескольким и минутами или даже секундами). 
       Решение этих задач обеспечивают SCADA системы. 
       Требование повышения надежности систем диспетчерского управления является одной из предпосылок появления нового подхода, реализованного в концепции SCАDA (Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор данных) и предопределенного ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса [2].
       Обеспечение взаимодействия SCADA – систем с локальными контроллерами, контроллерами верхнего уровня, офисными и промышленными сетями осуществляет коммуникационное программное обеспечение.
       2.3 Проблемная ситуация в области АСУ ТП 
       Перспективы и актуальность развития российского рынка АСУ ТП неразрывно связаны с развитием российской экономики. Данная взаимосвязь обусловлена спецификой рынка АСУ ТП в разрезе отраслей потребления.
       В последние годы на крупных энергетических объектах России внедрялись, преимущественно, программно-технические комплексы крупнейших американских, немецких и японских производителей средств автоматизации.
       В ходе исследования MReseach анализировалась доля импорта в общем объеме потребления, а также доля импортной продукции в общем объеме сегмента программно-технических компонентов (ПТК) для АСУ ТП. В 2014 году импорт составлял 43% в общем объеме потребления и 80,4% в сегменте ПТК для АСУ ТП. В 2015 году импорт составлял 50,8% в общем объеме потребления и 82% в сегменте ПТК для АСУ ТП. При этом отмечается, что импорт фактически на100% состоит из различных технических устройств и оборудования, которое используется для построения АСУ ТП, а также из программных продуктов для работы АСУ ТП. Естественно, что такая большая доля импортных компонентов в общем объеме компонентов для АСУ ТП влияет на стоимость реализации проектов построения АСУ ТП на российском рынке [11].
       Изменение политической ситуации в мире делает применение импортной продукции в данной сфере чрезвычайно рискованным, так как технические средства и системы нашей страны оказываются легко уязвимыми для воздействия государств.
       С каждым годом число кибератак увеличивается. Известны случае разработанных кибератак на системы АСУ ТП [12].
       Инцидент, произошедший в 2015 году в Ивано-Франковске (Украина), когда около половины домов остались без электричества из-за кибератаки на энергокомпанию «Прикарпатьеоблэнерго» — одну из многочисленных жертв APT-кампании BlackEnergy. 
       Инцидент, информация о котором была опубликована в бюллетене Verizon Data Breach Digest, произошел в 2015 году — тогда была атакована инфраструктура АСУ ТП коммунальной компании Kemuri Water Company. В ходе атаки злоумышленникам удалось проникнуть в систему управления компании и изменить количество химических реагентов, применяемых в ходе очистки воды, подаваемой в водопровод.
       В 2015 году имели место и другие инциденты с АСУ ТП — например, атаки на сталелитейный завод в Германии или на аэропорт им. Фредерика Шопена в Варшаве.
       В 2010 году пять промышленных комплексов в Иране подверглись нападению с целью выведения из строя центрифуг, на которых иранцы обогащают уран. Вирус нанес ущерб физической инфраструктуре и замедлили ядерную программу Ирана. Эксперты считают, что подобный вирус могла разработать лишь какая-то государственная структура. В ходе исследования были обнаружены уязвимости в SCADA -системе Siemens SIMATIC WinCC, которая также используется на важных и потенциально опасных объектах инфраструктуры в России и в других странах — в атомной энергетике, в нефтегазовой и химической промышленности, на транспорте (например, в скоростных поездах «Сапсан») [13].
       С 1 января 2016 г. государственным учреждениям запрещено закупать иностранное ПО за исключением случаев, когда российские аналоги отсутствуют или не соответствуют по своим характеристикам требованиям заказчиков. С 1 января 2017 г. также были введены в действия новые правила закупок для госкомпаний (с долей государства более 50%), согласно которым приоритет должен отдаваться российским продуктам и услугам.
       С 2016 г. идет процесс формирования Реестра отечественного ПО, исключительные права на которое принадлежат РФ, либо ее гражданам, либо некоммерческой организации, управляемой без помощи иностранцев, либо коммерческой организации с суммарной долей российского участия более 50%. Именно программы, внесенные в реестр, разрешено внедрять в госорганах.
       Идея госпрограммы предусматривает увеличение доли отечественных разработок на основе свободного программного обеспечения (СПО). Целый ряд российских Linux-систем уже имеют веские основания позиционировать себя именно как отечественные продукты, в том числе потому, что их разработчики вносят все более весомый вклад в развитие базового международного проекта. Эту идею поддерживает государство внесением законопроекта «Об особенностях закупок проприетарного (закрытого) и свободного программного обеспечения», предусматривающий установление преференций при осуществлении госзакупок поставщикам свободного ПО и сопутствующих услуг.
       Импортозамещение направлено на повышения технологической независимости российской экономики и государства в целом от иностранных продуктов и производителей и в этом контексте СПО является фундаментальным базисом для решения этой задачи.
       Такие корпоративные структуры, как Министерство обороны, Федеральная служба охраны, Федеральная служба судебных приставов, государственные корпорации Ростех и Росатом, где планово внедряют программное обеспечение на основе открытого ПО, а именно решения на базе отечественной ОС Astra Linux.
       Таким образом, все это позволяет говорить не только об актуальности развития отечественного программного обеспечения в области автоматизации систем управления, но и о потребности в совершенствовании архитектуры и используемых технологий с задействованием свободного программного обеспечения.


       3 Система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA)
       В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами).
       SCADA (аббр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition. — диспетчерское управление и сбор данных) представляет собой пакет программ, предназначенный для разработки и реализации компьютерных рабочих станции операторов в системах автоматизации производства, т. е. программные средства, реализующие основные функции визуализации измеряемой и контролируемой информации, передачи данных и команд системе контроля и управления. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач обеспечения систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления [7].
       Термин «SCADA» имеет несколько толкований и со временем его трактовка претерпевает изменения вместе с развитие самой технологии в целом. Наиболее широко с 90 годов распространено понятие как программный комплекс, обеспечивающий выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако, часто под данным подразумевают программно-аппаратный комплекс.
       В сферу задач, решаемых современными SCADA-системами, входят следующие пункты, а именно [8]:
       а) сбор и обмен данными с “устройствами связи с управляемым объектом” (PLC, устройства ввода-вывода.) и обработка получаемой информации;
       б) логическое управление контролируемым оборудованием;
       в) реализация удобного интерфейса, позволяющего оператору эффективно
       анализировать системные данные;
       г) подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса;
       д) синхронизация с системой аварийной сигнализации и управление сообщениями о тревоге и неполадках в системе;
       е) обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.
       3.1 Области применения SCADA
       В условия динамично развивающегося рынка промышленности и жесткой конкуренции даже самые консервативные предприятия не могут позволить себе отказаться от столь мощного средства эволюции, как автоматизация. Сегодня без АСУ ТП не обходится ни одна отрасль производства: ни сфера ЖКХ, ни предприятия АПК, ни энергетика, ни нефтяная и ни газовая важную роль играют полученный значительный экономический эффект от автоматизации производства. В конечном итоге технические, технологические, организационные и социальные преимущества использования в производстве промышленных роботов должны материализоваться в повышении показателей экономической эффективности.
       Необходимость и эффективность промышленной автоматизации определяются потребностями управления производством, что даёт возможность достичь высоких технико-экономических показателей за счёт уменьшения потерь конечного продукта, расходов сырья, топлива, энергии. Эффективные автоматические и автоматизированные системы управления различного уровня дают возможность не только обеспечивать поддержку отдельных технологических параметров на заданном уровне, но и осуществлять оперативное управление с определением оптимальных технологических режимов работы как отдельных объектов, так и технологических комплексов [8].
       Важным фактором, оказывающим влияние на развитие технологий на рынке автоматизации и управления, стало стремление удовлетворить приоритетные требования потребителей, таких как:
       а) уменьшение времени поставки на рынок;
       б) уменьшение времени поставки на рынок;
       в) уменьшение себестоимости изделия;
       г) оптимизация путей модернизации установленного оборудования;
       д) увеличение гибкости (быстрое изменение производственного процесса); 
       е) доступ к информации, как для производственной исполнительной системы (MES), так и для технического обслуживания с целью оптимизации стоимости производства и сокращения времени простоя.
       Ответом на вышеперечисленный запрос послужила замена традиционного централизованного иерархического подхода, основанного на идеях интегрированного производства с использованием компьютерных технологий (Computer Integrated Manufacturing) для дискретных процессов и глобальной системы управления (Plant Wide Systems) для непрерывных процессов, на децентрализованную архитектуру, распределяющую функции автоматизации (технологический процесс, управление энергоснабжением, безопасность) для того, чтобы обеспечить специализацию и автономность функций локального технологического процесса.
       В настоящее время огромная часть компонентов систем имеет возможность непосредственного подключения к коммуникационной сети, что способствует быстрого снижения цены и проникновению. электроники в электромеханические устройства.
       За последние десять лет средства автоматизации и языки программирования приобрели принципиально новые возможности, пройдя путь от аппаратно-ориентированного программного обеспечения к мощным стандартизированным инструментальным средствам. Это развитие дает следующие преимущества: уменьшает время разработки приложений, расширяет возможности работы с повторно-используемыми типовыми функциональными блоками и совместной работы с компонентами, разработанными разными пользователями.
       Согласно результатам исследования глобальной консалтинговой компании, Frost & Sullivan «Стратегический анализ мирового рынка систем СКАДА», в 2009 году выручка рынка составила 4 623,1 млн долл., а к 2016 году, по прогнозам, достигнет 7 074,1 млн долл. В число проанализированных в этом исследовании продуктов входит также программное обеспечение, компьютерное оборудование и IT услуги [9].
       «Газпром нефть» благодаря внедрению системы АСУ ТП вдвое увеличила производительность бизнес-сервисов и снизила нагрузку на ресурсы корпоративных дата-центров с 95 до 60%. Масштабное внедрение современных систем в «Газпром нефти» происходит в рамках стратегии по удвоению добычи углеводородов до 2020 года [10].
       Новые электростанции в России также строятся с использованием автоматизированных систем. В частности, такая система будет установлена на второй очереди Благовещенской ТЭЦ. В сентябре новое оборудование подключили к действующей схеме ТЭЦ, были проведены установка и проверка системного и базового программного обеспечения. Всего в управлении новым энергоблоком будут задействованы 73 сотрудника. Еще больших успехов удалось добиться в атомной энергетике. Как стало известно в октябре 2015 года, АСУ ТП для Белорусской АЭС будет полностью сделана в России. Ранее российские АЭС были вынуждены использовать разработки французской Areva [10]. 
       На рисунке 3.1 показано как рынок автоматизации в России распределяется по долям и сегментам согласно данным ПТА.
       
Рисунок 3.1 – Сегменты рынка автоматизации РФ
       Лидерами по использованию автоматизированных систем?управления технологическими процессами в России являются прежде всего компании нефтегазового, энергетического и машиностроительного сегмента рынка. 
       Говоря о диспетчерском управлении, нельзя не затронуть проблему технологического риска. Технологические процессы в энергетике, нефтегазовой и ряде других отраслей промышленности являются потенциально опасными и при возникновении аварий приводят к человеческим жертвам, а также к значительному материальному и экологическому ущербу. Статистика говорит, что за тридцать лет (с начала 60-х до конца 80-х годов XX века) число учтенных аварий удваивалось примерно каждые десять лет. В результате анализа большинства аварий и происшествий на всех видах транспорта, в промышленности и энергетике были получены интересные данные. В 60-х годах ошибка человека была первоначальной причиной аварий лишь в 20% случаев, тогда как к концу 80-х доля «человеческого фактора» стала приближаться к 80% [5]. 
       3.2 Компоненты управления SCADA
       SCADA системы часто представляют из себя комплексные системы с распределённой клиент-серверной архитектурой. 
       При этой архитектуре контроллеры по промышленной сети связаны с серверами, а клиенты (рабочие станции операторов) взаимодействуют по информационной сети с серверами. Такая архитектура для малых систем может быть локальной, тогда и сервер, и клиент размещаются на одном компьютере; а для больших систем — распределенной, тогда клиент и серверы распределены по разным узлам информационной сети. Обычно, в больших системах при наличии многих серверов каждый клиент может информационно взаимодействовать с рядом серверов [15].
       SCADA—система обычно содержит следующие подсистемы [7]:
       а) драйверы или серверы ввода-вывода — программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счётчиками, АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации;
       б) система реального времени — программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов;
       в) человеко-машинный интерфейс —инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им. Программа-редактор для разработки человеко-машинного интерфейса;
       г) система логического управления — программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки;
       д) база данных реального времени — программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени;
       е) система управления тревогами — программа, обеспечивающая автоматически контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером;
       ж) генератор отчетов — программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки;
       з) внешние интерфейсы — стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями. Обычно OPC, DDE, ODBC, DLL и т. д.
       Компонентный подход позволяет собирать системы автоматизации с определенным числом подсистем под конкретные нужды производства. При этом выбор коммуникационных систем также отличаются большим разнообразием и зависит от архитектуры системы, расстояния между диспетчерским пунктом управляемыми терминалами, числа контролируемых точек, требований по пропускной способности и надежности канала, наличия доступных коммерческих линий связи.
       SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня.
       3.4 Модуль HMI SCADA
       Средства визуализации одно из базовых свойств SCADA - систем. Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии, с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов [17].
       Основное назначение системы HMI — это разработка, визуализация и управление объектами технологического процесса на мнемосхемах в реальном масштабе времени.
       Мнемосхема — совокупность сигнальных устройств и сигнальных изображений оборудования и внутренних связей контролируемого объекта, размещаемых на диспетчерских пультах, операторских панелях или выполненных на персональном компьютере. Наглядно отображая структуру системы, мнемосхема облегчает оператору запоминание схем объектов, взаимосвязь между параметрами, назначение приборов и органов управления. В процессе управления мнемосхема является для оператора важнейшим источником информации о текущем состоянии системы, характере и структуре протекающих в ней процессов, в том числе связанных с нарушением технологических режимов, авариями и т.д [16]. Пример мнемосхемы котельной отображен на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – Мнемосхема котельной
       Диалоговый интерфейс включает в себя все функции, необходимые для контроля за работой ма.......................