Компьютерные технологии управления с применением SCADA-системы TRACE MODE 6

Москва  2018

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ  
И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Кафедра автоматизации

Л.В. Маркарян

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 
УПРАВЛЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ  
SCADA-СИСТЕМЫ TRACE MODE 6

Лабораторный практикум

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3326

УДК 004 
 
М25

Р е ц е н з е н т 
канд. техн. наук, доц. Б.Ф. Коньшин

Маркарян Л.В.
М25  
Компьютерные технологии управления с применением 
SCADA-системы TRACE MODE 6 : лаб. практикум / Л.В. Маркарян. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2018. – 104 с.
ISBN 978-5-907061-74-3

Лабораторный практикум предназначен для студентов направления 
27.04.04 «Управление в технических системах», изучающих дисциплину 
«Компьютерные технологии управления с применением SCADA-системы 
TRACE MODE», и может быть использован при самостоятельной работе студентов и проведении практических и лабораторных работ.
Описание каждой темы содержит: краткую теоретическую справку, основные требования к освоению материала, лабораторный практикум и варианты 
заданий для самостоятельной проработки студентами.
Наличие конспектов практических занятий позволяет студентам закрепить 
полученные на лекциях знания и использовать в дальнейшем полученные навыки, а варианты заданий лабораторных работ – работать самостоятельно.

УДК 004

 Л.В. Маркарян, 2018
ISBN 978-5-907061-74-3
 НИТУ «МИСиС», 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 5
1. Компьютерные технологии управления в технических системах ....6
1.1 Основные задачи, решаемые SCADA-системами .......................... 9
1.2. Основные компоненты SCADA ..................................................... 10
1.3. Основные структурные компоненты SCADA-системы ..............11
1.4. Наличие и качество технической поддержки .............................. 12
1.5. Программное обеспечение систем промышленной 
автоматизации SCADA-системами TRACE MODE 6 ........................ 14
1.6. Принцип работы монитора. Канал TRACE MODE 6 ................. 15
1.7. Привязка аргументов ...................................................................... 17
1.8. Языки программирования в TRACE MODE 6 ............................ 17
Техно ST .............................................................................................. 18
Техно FBD ........................................................................................... 19
Техно IL ............................................................................................... 19
1.9. Отчет тревог и генерация сообщений .......................................... 20
2. Лабораторный практикум ...................................................................21
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1. Создание системы мониторинга 
на основе простого проекта ...............................................................21
Связь по протоколу DDE с приложением MS Windows  
на примере Excel ................................................................................ 49
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2. Реализация логических  
функций при помощи scada-системы trace mode 6 ..........................52
Задания для лабораторной работы ................................................... 66
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3. Создание статического  
и динамического изображения ..........................................................68
Создание статического изображения ............................................... 69
Вопросы для самоконтроля .............................................................. 76
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4. Программирование  
на языках Texno ST и Texno FBD ......................................................77
Вопросы для самоконтроля .............................................................. 85
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5. Программирование  
на языках Texno IL и Texno SFC ........................................................86
Вопросы для самоконтроля .............................................................. 94

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6. Создание отчета тревог  
и спад архива .......................................................................................95
Вопросы для самоконтроля ............................................................ 102
Библиографический список  ............................................................... 102

ВЕДЕНИЕ

В процессе изучения дисциплины «Компьютерные технологии 
управления в технических системах» студенты овладевают знаниями 
по следующим темам: 
интегрированные системы проектирования и управления производствами отрасли; основные понятия интегрированной системы; 
функции и структуры интегрированных систем; взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством; математическое, методическое и организационное обеспечение;
программно-технические средства для построения интегрированных систем проектирования и управления; SCADA-системы, их 
функции и использование для проектирования автоматизированных 
систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами отрасли; примеры применяемых в отрасли 
SCADA-систем.
Целью выполнения лабораторных работ является изучение студентами интегрированной платформы для управления производством 
Trace Mode 6.
Сборник описаний лабораторных работ содержит наименования 
лабораторных работ согласно плану учебной программы. Для каждой 
лабораторной работы изложены цель и задачи работы, порядок выполнения и форма отчетности. В конце лабораторного занятия имеются 
контрольные вопросы для закрепления полученных знаний и навыков.
Для самоподготовки приведен библиографический список рекомендуемой литературы.
Лабораторный курс основан на материале, предоставленном составителю компанией-разработчиком AdAstra Research Group, Ltd(http://
www.adastra.ru) в ходе прохождения программы учебных курсов для 
преподавателей вузов по специальности «Автоматизация технологических процессов».

1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 
УПРАВЛЕНИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Современный уровень развития технических систем предъявляет 
принципиально новые требования к информационному обеспечению: 
к скорости, достоверности и своевременности предоставления информации конечному пользователю. Поэтому неотъемлемой частью систем 
управления являются компьютерные технологии. Под влиянием новых 
информационных компьютерных технологий происходят радикальные 
изменения в технологии управления. Автоматизируются процессы обоснования и принятия решений, автоматизируется организация их выполнения, повышаются квалификация и профессионализм специалистов, 
занятых управленческой деятельностью. Применение компьютерных 
технологий обеспечивает эффективное управление производственными 
процессами, возможность принятия своевременных управленческих решений на основе моделирования, анализа и прогнозирования.
Основной целью применения компьютерных информационных 
технологий является переработка первичных информационных данных различных подсистем технологических объектов с целью получения информации нового качества для принятия оптимальных 
управленческих решений. Основные классификационные признаки 
компьютерных информационных технологий приведены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Классификационные признаки компьютерных  
информационных технологий

Основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления в сложных технических системах является принцип 
диспетчерского управления и сбора данных.
В случае сложных систем автоматизации и управления, в частности для сложных технологических предприятий, могут быть реализованы проекты комплексной автоматизации, которые предполагают 
автоматизацию не только технологического процесса, но и других 
процессов более высокого уровня.
Одной из моделей для описания таких проектов является пятиуровневая модель, так называемая пирамида комплексной автоматизации предприятия, представленная на рис. 1.2. Количество уровней 
может варьироваться в зависимости от сложности системы автоматизации:
 – на уровне оборудования (Input/Output) расположены датчики, 
исполнительные механизмы, регулирующие органы, относящиеся 
к управляемым объектам;
 – на уровне управления (CONTROL) расположены программируемые контроллеры, регуляторы, промышленные управляющие компьютеры, осуществляющие управление объектом по информации, получаемой от датчиков;
 – на 
уровне 
диспетчерского-операторского 
управления 
(SCADA) расположены ведущие контроллеры, управляющие компьютеры, человеко-машинные интерфейсы, позволяющие следить за 
ходом управляемого процесса, получать и накапливать необходимую 
информацию о нем и при необходимости корректировать его;
 – на уровне управления технологическим процессом (MES – 
Manufacturing Execution System) расположены компьютеры, позволяющие управлять производственными и людскими ресурсами в ходе 
технологического процесса, управлять качеством продукции и следить за обслуживанием оборудования. Этот уровень обеспечивает необходимые связи между 3-м и 5-м уровнями;
 – на уровне офисного управления предприятием (ERP, MRP) 
расположены системы, оснащённые компьютерным оборудованием 
с программным обеспечением, позволяющим иметь полную информацию о всем производстве и осуществлять планирование ресурсов.
Первые три уровня образуют: АСУ ТП – Автоматизированная Система Управления Технологическим Процессом, а четвертый и пятый 
АСУП – Автоматизированная Система Управления Предприятием.

Рис. 1.2. Пирамида комплексной автоматизации предприятия

Разделение функций зависит от программного обеспечения:
 – ERP (Enterprise Resource Planning) – планирование ресурсов 
предприятия;
 – MRP (Manufacturing Resource Planning) – планирование ресурсов 
производства. Системы ERP ориентированы на предприятие в целом, 
а MRP – на его производственные подразделения. 
 – SCADA (supervisory control and data acquisition – диспетчерское 
управление и сбор данных) – программный пакет, предназначенный 
для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем 
сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объ

екте мониторинга или управления. SCADA может являться частью 
АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного 
эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA – системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать 
автоматическое управление технологическими процессами в режиме 
реального времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и для связи с объектом использует драйверы вводавывода или OPC/DDE-серверы.
Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для 
программирования промышленных контроллеров. Такие SCADAсистемы называются интегрированными и к ним добавляют термин 
SoftLogic.
Разработка АСУ ТП, использующих SCADA-системы, вне зависимости от процесса и конкретного пакета SCADA подразумевает следующие основные этапы:
 – разработка архитектуры системы в целом. АСУ ТП строится 
в клиент-серверной архитектуре. Определяются функциональное назначение отдельных узлов автоматизации и их взаимодействие;
 – создание прикладной системы управления каждым узлом автоматизации (вернее, алгоритма автоматизированного управления этим узлом);
 – анализ и устранение аварийных ситуаций;
 – решение вопросов взаимодействия между уровнями АСУ ТП; 
подбор линий связи, протоколов обмена; разработка алгоритмов логического взаимодействия различных подсистем;
 – решение вопросов возможного наращивания или модернизации 
системы;
 – создание интерфейсов оператора;
 – программная и аппаратная отладка системы.
Все эти вопросы необходимо решать на этапе проектирования и создания именно верхнего уровня АСУ ТП, иначе могут возникнуть ситуации, когда разнообразные функциональные модули технологического 
процесса будет затруднительно увязать с единой системой управления. 

1.1 Основные задачи, решаемые SCADAсистемами

SCADA-системы решают следующие задачи:
 – обмен данными с «устройствами связи с объектом» (то есть 
с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы;

– обработка информации в реальном времени;
 – логическое управление;
 – отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме;
 – ведение базы данных реального времени с технологической информацией;
 – аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;
 – подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического 
процесса;
 – осуществление 
сетевого 
взаимодействия 
между 
SCADAстанциями (компьютерами);
 – 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.
SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУТП в клиент-серверной или в распределённой архитектуре.

1.2. Основные компоненты SCADA

SCADA-система обычно содержит следующие подсистемы:
 – драйверы или серверы ввода-вывода – программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счётчиками, 
АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации;
 – система реального времени – программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов;
 – человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine 
Interface) – инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку-оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им. Программа-редактор для разработки человекомашинного интерфейса;
 – система логического управления – программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического 
управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки;
 – база данных реального времени – программа, обеспечивающая 
сохранение истории процесса в режиме реального времени;
 – система управления тревогами – программа, обеспечивающая 
автоматический контроль технологических событий, отнесение их 

к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также 
обработку событий оператором или компьютером;
 – генератор отчетов – программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов 
для их разработки;
 – внешние интерфейсы – стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями. Обычно используют:
а) DDE (Dynamic Data Exchange) – динамический обмен данными;
б) ОРС – протокол, который является стандартным и поддерживается большинством SCADA-систем;
в) собственные протоколы фирм-производителей SCADA-систем, 
реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными и т.д.

1.3. Основные структурные компоненты  
SCADA-системы

Рис. 1.3. Основные структурные компоненты SCADA-системы

Remote Terminal Unit (RTU) – удаленный терминал, осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. 
Спектр его воплощений широк: от примитивных датчиков, осуществляющих съем информации с объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме жесткого 
реального времени. Конкретная его реализация определяется конкретным применением. Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом.
Master Terminal Unit (MTU), Master Station (MS) – диспетчерский 
пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку дан

ных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого 
(квази-) реального времени; одна из основных функций – обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой (HMI, 
MMI). В зависимости от конкретной системы MTU может быть реализован в самом разнообразном виде – от одиночного компьютера 
с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до 
больших вычислительных систем (мэйнфреймов) и/или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов. Как правило, и 
при построении MTU используются различные методы повышения 
надежности и безопасности работы системы.
Communication System (CS) – коммуникационная система или каналы связи необходимы для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера 
и передачи сигналов управления на RTU (или удаленный объект в зависимости от конкретного исполнения системы). 

1.4. Наличие и качество технической поддержки

Необходимо обращать внимание не только на наличие технической поддержки SCADA-системы как таковой, но и на ее качество, 
основными показателями которого являются:
 – наличие и состав, полнота документации на русском языке;
 – наличие русифицированной версии SCADA-программы, полнота и уровень русификации;
 – полнота и ясность представляемой документации;
 – особенности сопровождения SCADA-программы;
 – место, сроки и особенности обучения 
 проектировщиков работе со SCADA-программой;
 – ознакомление с новыми версиями SCADA-программы и политика их распространения;
 – наличие и число фирм на территории России, осуществляющих 
распространение, поддержку и обслуживание SCADA-программы;
 – наличие и число фирм, создающих дополнительное программное обеспечение для конкретных SCADA-программ.
Многие отделы АСУ крупных металлургических предприятий, 
как правило, имеют свои наработки в этой области. Однако есть фирмы, специализирующиеся на разработке универсальных SCADAпрограмм, и выбор наиболее подходящей SCADA-системы представляет собой сложную задачу. При выборе SCADA-системы на первый