Сравнительный анализ  отечественных SCADA-систем

А. В. Болонкин
ИПУ РАН, г. Москва

Программное обеспечение (ПО), используемое для автоматизации управления технологическим процессом (ТП), играет одну из главных ролей в успешном достижении цели. Наша организация занимается разработкой новой технологии физико-химического разделения сахаросодержащего сырья на спектр продуктов, и перед нами встала задача выбора SCADA-системы для автоматизации управления технологической линией, состоящей из 10 блоков. Для этого можно самостоятельно разработать специальное ПО или использовать уже готовый коммерческий продукт.

Несколько лет назад, когда технология только зарождалась, был выбран первый путь. При этом было использовано ПО, созданное ранее под другую задачу. Поэтому трудовые, временные и финансовые затраты оказались существенно меньшими, чем если бы такое ПО создавалось «с нуля». Вариант самостоятельной разработки ПО привлекателен тем, что позволяет создать систему, в точности удовлетворяющую всем требованиям. Но для реализации этого варианта требуется наличие в штате компании специалистов необходимого уровня и значительные временные затраты. Поэтому в большинстве случаев имеет смысл задуматься о приобретении готовой SCADA-системы.

Правильный выбор SCADA-системы во многом определяет дальнейший ход всего процесса автоматизации конкретного технологического процесса. На данный момент в мире создано и эксплуатируется большое число коммерческих SCADA-пакетов. Они различаются по назначению, своим возможностям, стоимости и другим особенностям. Разработаны как специализированные, так и универсальные системы. И хотя существует множество зарубежных SCADA-систем, отечественный рынок представлен весьма серьезными пакетами, заслуживающими особого внимания.

К преимуществам отечественных SCADA-систем можно отнести бОльшую приспособленность к российским условиям, удобную техническую поддержку и, как правило, низкую стоимость по сравнению с зарубежными аналогами. В рамках данной работы будут рассмотрены основные коммерческие SCADA-пакеты российского производства: «Trace Mode» (AdAstra), «Master SCADA» (НПФ «ИнСАТ»), «Круг-2000» (НПФ «Круг»), «САРГОН» («НВТ-Автоматика»).

Среди критериев оценки SCADA-систем, которые в первую очередь должны интересовать пользователя, можно выделить три группы показателей:

-     технические характеристики;

-     стоимостные характеристики;

-     эксплуатационные характеристики.

В свою очередь технические характеристики имеют следующие аспекты: структура SCADA-системы, поддерживаемые программно-аппаратные платформы, организация взаимодействия с контроллерами, поддерживаемые базы данных, графические возможности, встроенные командные языки и т. д.

При рассмотрении стоимостных характеристик необходимо учитывать особенности компонентов SCADA и требования к ним в зависимости от выбранной архитектуры АСУ.

Эксплуатационные характеристики являются наиболее субъективными. К ним относятся удобство документации, легкость освоения системы, надежность ее работы. Рассмотрим указанные выше системы в соответствии с перечисленными критериями.

Технические характеристики

С точки зрения структуры SCADA-системы можно разделить на модульные и интегрированные, причем это относится как к системе в целом, так и к инструментальной системе (т. е. системе разработки АСУ ТП). В первом случае все рассматриваемые системы состоят из набора модулей, предназначенных для различных целей: мониторы реального времени, сетевая поддержка, инструментальная система, коммерческий учет и т. д. Если рассматривать только инструментальную систему, то в одних пакетах она представляет собой единый интегрированный комплекс (как в «Master SCADA»), а в других — набор самостоятельных средств разработки (как в «Круг-2000», «САРГОН»). В стабильной на данный момент 5-ой версии «Trace Mode» инструментальная система представлена в виде отдельных компонентов, в то время как в 6-ой версии заявлена интегрированная среда разработки [11].

Подавляющее большинство SCADA-систем в мире реализовано для Windows-платформ, поскольку операционная система Windows имеет широкое распространение. Похожая ситуация наблюдается и на российском рынке: все рассматриваемые системы ориентированы на Windows.

Кроме этого, на нижнем, контроллерном, уровне управления каждая система имеет свою специфику. AdAstra предлагает «Micro Trace Mode», работающий под DOS или Windows. Аналогичная ситуация с системой программирования контроллеров «Master PLC» от «ИнСАТ». В рамках системы «Круг-2000» предусмотрено управление контроллерами под операционными системами QNX, Linux, eCos, что дает большую свободу выбора [1, 2, 3].

Что касается верхнего уровня управления, то пока ни одна система не поддерживает никаких операционных систем, кроме Windows. Хотя некоторые разработчики (в частности «ИнСАТ» [13]) заявляют, что при необходимости не возникнет трудностей с переносом системы на какую-либо другую платформу. А компания AdAstra уже заявила о поддержке многоплатформенности в 6-ой версии своей системы «Trace Mode» [11].

Современные 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. Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA-системе в настоящее время используются следующие механизмы: динамический обмен данными (DDE), собственные протоколы фирм-производителей SCADA-систем, реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными, и OPC-протокол, который, с одной стороны, является стандартным и поддерживается большинством SCADA-систем, а с другой стороны, лишен недостатков протоколов DDE.

Стандарт OPC поддерживают все рассматриваемые системы, но в большинстве систем все же делается упор на использование собственных драйверов. Кроме этого, существуют инструментарии для разработки OPC-серверов или драйверов. В системе «Trace Mode» имеется руководство для создания драйверов. «Master SCADA», хотя и поддерживает использование драйверов, все же основывается на OPC и имеет инструментарий для разработки OPC-серверов. В систему «Круг-2000» тоже входит средство для разработки драйверов.

К промышленным базам данных предъявляются повышенные требования. Особенностями таких баз данных является большой объем информации и необходимость в высокой скорости обмена. Практически все SCADA-системы, и в частности все рассматриваемые здесь, используют ANSI SQL синтаксис, который является независимым от типа базы данных. Таким образом, приложения виртуально изолированы, что позволяет менять базу данных без серьезного изменения самой прикладной задачи, создавать независимые программы для анализа информации, использовать уже наработанное программное обеспечение, ориентированное на обработку данных.

В каждом из представленных здесь пакетов используется свой собственный двоичный формат записи в базу данных. Также данные могут храниться в специальных архивах и в текстовом виде. Например, в «Trace Mode» существует три вида архива: СПАД (локальный архив, реализующий технологию структурированных промышленных архивов данных), отчет тревог (в ASCII-формате) и глобальный регистратор [8].

Функционально средства создания графического интерфейса SCADA-систем весьма похожи. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий круг операций над выбранным объектом. Объекты могут быть простыми (линии, прямоугольники, текстовые объекты и т. д.) и сложные. Все рассматриваемые SCADA-системы включают библиотеки стандартных графических символов, сложных графических объектов, в каждой из них существует графический объектно-ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций. В ряде пакетов (таких как «Trace Mode», «Круг-2000») графический редактор является независимой программой, в то время как в интегрированных системах (как «Master SCADA») мнемосхемы создаются параллельно со всем проектом [1–13].

Большинство SCADA-систем имеют встроенные языки высокого уровня, VBasic-подобные языки, позволяющие генерировать адекватную реакцию на события, связанные с изменением значения переменной, с выполнением некоторого логического условия, с нажатием комбинации клавиш, а также с выполнением некоторого фрагмента с заданной частотой относительно всего приложения или отдельного окна. В современных SCADA-системах явно выделяются два подхода:

·      Ориентация встроенных языков программирования на технологов. Функции в таких языках являются высокоуровневыми, не требующими профессиональных навыков программирования при их использовании.

·      Ориентация на системного интегратора. В этом случае в качестве языков чаще всего используются VBasic-подобные языки.

Все рассматриваемые системы поддерживают языки функциональных блоков (FBD), которые реализуют стандарт МЭК-1131 и позволяют программировать алгоритмы, не прибегая к языкам программирования высокого уровня. В «Trace Mode» помимо языка Техно FBD для создания диаграмм функциональных блоков существует язык Техно IL, на котором можно записывать алгоритмы в виде последовательности инструкций [8].

Стоимостные характеристики

При рассмотрении стоимостных характеристик необходимо учитывать особенности компонентов SCADA и требования к ним в зависимости от выбранной архитектуры АСУ. В рамках принятой нами архитектуры (распределенная двухуровневая АСУ) предполагаемая система управления должна иметь станцию оператора с возможностью визуализации ТП и архивирования данных на верхнем уровне и около десятка контроллеров на нижнем уровне.

Такой комплект предусматривает наличие как минимум двух компонентов SCADA-системы: для верхнего уровня и для нижнего уровня. Используя данные фирм-разработчиков отечественных пакетов по состоянию на осень 2004 г. [1–7] имеем следующую картину стоимости двухкомпонентных SCADA-систем, отраженную в таблице 1. В этой таблице учитывается только стоимость компонентов SCADA-систем без стоимости используемых операционных систем.

Таблица 1

Сравнение SCADA-систем по стоимости

№ п/п

Название пакета

Необходимые компоненты

Приблизительная стоимость, EUR

1

Trace Mode 5

Монитор реального времени (МРВ) на 1024 точки в/в, Micro Trace Mode

3300

2

Master SCADA 2

Исполнительная SCADA-система на 1000 точек в/в, исполнительная SoftLogic-система на 250 точек в/в

1000

3

Круг-2000

Исполнительная среда «Сервер архивной базы данных» на 1000 точек в/в, среда программирования IBM PC-совместимых контроллеров до 300 точек в/в, модули среды исполнения для контроллеров

5000

4

Саргон 5

Инструментальная среда на 1024 точки в/в, монитор реального времени на 1024 точки в/в, исполнительный модуль для PC-совместимых контроллеров

4300

 

Как видно из таблицы, пакет «Master SCADA» при тех же требованиях имеет существенно более низкую стоимость. Большей частью это обусловлено продвижением данного пакета на рынке и его стремительным развитием. Пакет «Круг-2000», имеющий широкое распространение и известность, можно назвать самым дорогим из рассматриваемых. «Trace Mode» и «САРГОН» занимают промежуточную ценовую нишу.

Эксплуатационные характеристики

Характеристики данной группы наиболее сложны для оценки и сравнения, поскольку объективность такой их оценки возрастает только с опытом использования той или иной системы. При этом различные системы можно сравнить, только имея больший опыт эксплуатации сразу нескольких систем. Зато именно такое сравнение позволяет получить более ценные с практической точки зрения результаты.

На начальном этапе (при небольшом опыте использования систем) можно попытаться проанализировать ряд формальных факторов. Во-первых, это удобство документации. Все рассматриваемые пакеты имеют документацию в электронном виде. Стоит также отметить, что электронная документация на «Круг-2000» имеет удобный для распечатки вид и предоставляется бесплатно с демонстрационной версией.

Во-вторых, удобство технической поддержки. Три из четырех представленных компаний-разработчиков находятся в г. Москва, в то время как НПФ «Круг» расположена в г. Пенза, что иногда может быть неудобно при личном контакте с разработчиками.

К другим эксплуатационным характеристикам можно отнести удобство использования и изучения, интуитивность пользовательского интерфейса, наличие бесплатных демонстрационных версий. «Trace Mode», «Master SCADA» и «Круг-2000» распространяются в виде демонстрационных версий, включающих в себя бесплатные инструментальные системы.

Заключение

В соответствии с рассмотренными выше сравнительными характеристиками SCADA-систем можно сделать следующие выводы.

Пакет «Круг-2000» внедрен на ряде ответственных объектов, имеет широкие возможности и удобный пользовательский интерфейс. Структура пакета представляет собой большое число модулей, каждый из которых предназначен для определенных целей, что позволяет точнее собрать необходимый комплект ПО. Кроме этого, на данный момент это единственная из рассматриваемых система, поддерживающая управление на нижнем уровне под ОС QNX или Linux.

SCADA-система «Trace Mode» является наиболее распространенной среди российских системных интеграторов и используется на многих объектах, а также имеет удобную техническую поддержку и более низкую стоимость.

Система «Саргон» характеризуется достаточной специализацией и меньшим распространением. Технические и эксплуатационные особенности примерно соответствуют уровню конкурирующих систем, в то время как сам пакет «Саргон» является достаточно дорогостоящим.

Пакет «Master SCADA» не столь известен на рынке, как конкуренты, но обладает рядом привлекательных особенностей: простая в освоении единая интегрированная среда разработки, существенно более низкая стоимость и удобная техническая поддержка.

В настоящее время под влиянием дилерских связей между производителями отечественных SCADA-систем и системными интеграторами сформировался потребительский рынок, на котором для автоматизации крупных ответственных объектов чаще используется «Круг-2000» и несколько реже «Саргон». Видимо в этих случаях финансовый вопрос отходит на второй план.

Огромное число инсталляций «Trace Mode» на самых различных предприятиях является следствием многолетней успешной работы, интенсивной рекламы, а так же гибкой ценовой политики компании AdAstra.

Пакет «Master SCADA» появился на потребительском рынке в последние несколько лет, но уже успел зарекомендовать себя как SCADA-система не только не уступающая по заявленным характеристикам своим конкурентам, но и обладающая очень низкой ценой. Пока у нас нет достаточной информации по статистике внедрений этого пакета, но привлекает возможность его применения для автоматизации небольших АСУ ТП и мы планируем использовать пакет «Master SCADA» для построения нашей системы управления.

Литература

1.   Рекламные материалы по «Trace Mode» (AdAstra). Москва. 2003–2004

2.   Рекламные материалы по «Master SCADA» (НПФ «ИнСАТ»). Москва. 2003–2004

3.   Рекламные материалы по «Круг-2000». Пенза. 2004

4.   Сайт AdAstra (http://adastra.ru)

5.   Сайт НПФ «ИнСАТ» (http://insat.ru)

6.   Сайт НПФ «Круг» (http://www.krug2000.ru)

7.   Сайт ЗАО «НВТ-Автоматика» (http://nvt.msk.ru)

8.   Справочная система «TraceMode 5» // AdAstrA. Комплект поставки «TraceMode 5»

9.   Справочная система «MasterSCADA 2» // ИнСАТ. Комплект поставки «MasterSCADA 2»

10.Справочная система «Круг-2000» // НПФ «Круг». Комплект поставки «Круг-2000»

11. Материалы конференции «Управление производством в системе Trace Mode» (25–26.02.2004) // Москва. 2004

12. Типовые АСУ ТП на базе ПТК «Саргон-6» // Доклад фирмы «НВТ-Автоматика» на Всероссийской конференции по АСУ ТП и встраиваемым системам (29.09.2004 – 01.10.2004)

13. Вертикально интегрируемая, объектно-ориентированная SCADA-система MasterSCADA, система программирования контроллеров MasterLogic и инструментарий разработки OPC-серверов MasterOPC Toolkit производства компании «ИнСАТ» // Доклад компании «ИнСАТ» на Всероссийской конференции по АСУ ТП и встраиваемым системам (29.09.2004 – 01.10.2004)

14. Андреев Е. Б. SCADA-системы: взгляд изнутри // Сайт Scada.ru (http://scada.ru)

15. Бунин В., Анопренко В., Ильин А., Салова О., Чибисова Н., Якушев А. SCADA-системы: проблема выбора // СТА. 1999. №4

16. Кузнецов А. Genesis for Windows – графическая SCADA-система для разработки АСУ ТП // СТА. 1997. №3

17. Кузнецов А. SCADA-системы: программистом можешь ты не быть... // СТА. 1996. №1

18. Куцевич Н. А. SCADA-системы. Взгляд со стороны // Сайт Scada.ru (http://scada.ru)

19. Локотков А. GENESIS32: нечто большее, чем просто SCADA-система // СТА. 1998. №3

20. Локотков А. Что должна уметь система SCADA // СТА. 1998. №3