Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Systemy SCADA i przemysłowe bazy danych
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EELT-2-309-AP-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Automatyka przemysłowa i automatyka budynków
Kierunek:
Elektrotechnika
Semestr:
3
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr inż. Hayduk Grzegorz (hayduk@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł dotyczy roli, aplikacji i prawidłowego projektowania systemów nadrzędnych i ich interfejsu użytkownika. Podane są również przykłady złożonych systemów przemysłowych i budynkowych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 zna i rozumie architekturę systemów SCADA-HMI, w tym poziomy systemu sterowania oraz przypisanie typów sterowania do poziomów sterowania ELT2A_W08, ELT2A_W06 Zaliczenie laboratorium,
Aktywność na zajęciach
M_W002 zna i rozumie funkcje i zadania pełnione przez systemy SCADA-HMI ELT2A_W08, ELT2A_W03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie projektu
M_W003 zna języki programowania systemów SCADA ELT2A_W04 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie projektu
M_W004 zna i rozumie zasady komunikacji i zbierania danych w systemach nadrzędnych: od poziomu obiektowego, przez poziom sterowania, do poziomu nadrzędnego ELT2A_W08, ELT2A_W06, ELT2A_W03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie projektu
Umiejętności: potrafi
M_U001 umie optymalnie zaprojektować wizualizację zadanego procesu technologicznego, interfejs użytkownika systemu nadrzędnego ELT2A_U05, ELT2A_U11, ELT2A_U01 Wykonanie projektu
M_U002 umie zaprojektować zmienne procesowe, alarmowanie, archiwizację zdarzeń, rejestrację historyczną ELT2A_U03, ELT2A_U11 Wykonanie projektu,
Sprawozdanie
M_U003 umie napisać podprogramy realizujące zadania sterowania nadrzędnego ELT2A_U05 Wykonanie projektu
M_U004 umie zaprogramować procedury przetwarzające dane procesowe i wykonujące analizy ciągu (serii) danych procesowych ELT2A_U05, ELT2A_U11, ELT2A_U01 Wykonanie projektu
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 jest gotów poznawać nowoczesne i zmieniające się architektury systemów SCADA-HMI oraz wykorzystanie technik internetowych w powiązaniu z tymi systemami ELT2A_K01 Aktywność na zajęciach,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 jest gotów propagować w społeczeństwie wiedzę nt. roli systemów SCADA w funkcjonowaniu przedsiębiorstw i infrastruktury o zasięgu lokalnym, regionalnym i krajowym oraz ich wpływu na bezpieczeństwo, użyteczność, efektywność ELT2A_K02 Sprawozdanie
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
48 28 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 zna i rozumie architekturę systemów SCADA-HMI, w tym poziomy systemu sterowania oraz przypisanie typów sterowania do poziomów sterowania + - + - - - - - - - -
M_W002 zna i rozumie funkcje i zadania pełnione przez systemy SCADA-HMI + - + - - - - - - - -
M_W003 zna języki programowania systemów SCADA + - + - - - - - - - -
M_W004 zna i rozumie zasady komunikacji i zbierania danych w systemach nadrzędnych: od poziomu obiektowego, przez poziom sterowania, do poziomu nadrzędnego + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 umie optymalnie zaprojektować wizualizację zadanego procesu technologicznego, interfejs użytkownika systemu nadrzędnego - - + - - - - - - - -
M_U002 umie zaprojektować zmienne procesowe, alarmowanie, archiwizację zdarzeń, rejestrację historyczną - - + - - - - - - - -
M_U003 umie napisać podprogramy realizujące zadania sterowania nadrzędnego - - + - - - - - - - -
M_U004 umie zaprogramować procedury przetwarzające dane procesowe i wykonujące analizy ciągu (serii) danych procesowych - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 jest gotów poznawać nowoczesne i zmieniające się architektury systemów SCADA-HMI oraz wykorzystanie technik internetowych w powiązaniu z tymi systemami + - + - - - - - - - -
M_K002 jest gotów propagować w społeczeństwie wiedzę nt. roli systemów SCADA w funkcjonowaniu przedsiębiorstw i infrastruktury o zasięgu lokalnym, regionalnym i krajowym oraz ich wpływu na bezpieczeństwo, użyteczność, efektywność + - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 84 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 48 godz
Przygotowanie do zajęć 10 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 16 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):
  1. Wprowadzenie do systemów sterowania nadrzędnego i zbierania danych

    Akronimy SCADA i HMI.
    Typy procesów technologicznych.
    Ewolucja systemów sterowania.
    Hierarchiczne sieciowe systemy sterowania.
    Rodzaje sterowania nadrzędnego.
    Ewolucja systemów wizualizacji.
    Podział systemów HMI.
    Cechy charakterystyczne systemów SCADA-HMI.
    Środowisko pracy systemów SCADA-HMI.
    Sieciowe struktury systemów SCADA-HMI.

  2. Architektura systemów SCADA-HMI

    Architektury dostępnych systemów SCADA-HMI: wady i zalety. Funkcje, możliwości i powiązania składników systemów SCADA.

  3. Funkcje systemów SCADA-HMI i wymagania im stawiane

    Funkcje w zakresie: zbierania danych, ich przetwarzania, rejestracji, alarmowania, prezentacji (wizualizacji), raportowania, sterowania nadrzęnego.
    Bezpieczeństwo systemów sterowania nadrzędnego.
    Integracja z pozostałymi systemami (ERP, MES, SAP).
    Rodzaje przetwarzania danych procesowych.
    Przetwarzanie danych analogowych i dwustanowych.
    Oddziaływanie operatorskie.

  4. Typy zmiennych w procesowej bazie danych systemów SCADA

    Klasyfikacja.
    Przykłady na bazie różnych pakietów systemów SCADA.
    Projektowanie procesowej bazy danych wykonującej zadania monitorowania, alarmowania i sterowania nadrzędnego – przykłady łańcuchów sterowania i kontroli ciągłości komunikacji.

  5. Komunikacja w systemach SCADA-HMI

    Komunikacja z warstwami sterowania.
    Protokół DDE.
    Protokół OPC i jego odmiany.
    Infrastruktura komunikacyjna. Komunikacja z oprogramowaniem biurowym.
    Komunikacja z oprogramowaniem do analizy i dalszego przetwarzania danych procesowych.

  6. Alarmowanie w systemach SCADA

    Grupy alarmowe, strefy alarmowe.
    Priorytety, progi i warunki alarmowe.
    Rejestracja zdarzeń alarmowych.

  7. Programowanie systemów SCADA-HMI

    Klasyfikacja języków programowania systemów SCADA-HMI: języki specjalizowane oraz ogólnego przeznaczenia.
    Cechy i możliwości wynikające z zastosowanego języka.
    Funkcje systemu SCADA-HMI podlegające programowaniu.
    Tryby wykonania podprogramów.
    Środowiska programistyczne IDE dla systemów nadrzędnych.
    Przykłady procedur.
    Szeregowanie zadań.
    Przegląd języków programowania zastosowanych w pakietach SCADA dostępnych na zajęciach laboratoryjnych.

  8. Użycie relacyjnych baz danych oraz języka SQL do zastosowań w systemach SCADA-HMI

    Wprowadzenie do języka SQL, relacyjnych baz danych.
    Przykłady baz danych, zapytań, realizacji przykładowych funkcji.
    Możliwości realizacji komunikacji z relacyjną bazą danych z poziomu systemu SCADA: programowe i systemowe.

  9. Przykłady systemów SCADA-HMI z przemysłu oraz automatyki budynku

    Przykłady wizualizacji, sterowania nadrzędnego, zastosowanej architektury, szczegółów rozwiązań technicznych zastosowanych w przedstawianych systemach SCADA w kilku dziedzinach przemysłu i automatyce budynku.
    Przykład systemu zdalnego monitoringu, rejestracji i raportowania zużycia energii elektrycznej w budynkach.

Ćwiczenia laboratoryjne (20h):
  1. Zarządzanie projektami SCADA i funkcje edytora graficznego
  2. Konfiguracja okien wizualizacji i dobór typów okien
  3. Tworzenie zmiennych (tagów) i połączeń animacyjnych
  4. Możliwości programowania w SCADA (QuickScript)
  5. Konfiguracja funkcji alarmowania
  6. Konfiguracja komunikacji SCADA z systemem sterowania
  7. Archiwizacja wartości historycznych, trendy
  8. Wymiana danych z innymi aplikacjami oraz pomiędzy węzłami SCADA
  9. Kontrola dostępu do systemu SCADA (użytkownicy, uprawnienia)
  10. Zmienne typu wskaźnikowego, zmienne bitowe i kontrolki GUI
  11. Publikacja projektu, migracja i typy plików w projekcie
  12. Agregacja danych procesowych
  13. Opracowanie danych statystycznych i raportowania
  14. Wykorzystanie relacyjnych baz danych w systemie SCADA
  15. Opracowanie zadanego projektu systemu SCADA od podstaw
Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odpowiednich funkcjonalności systemów SCADA odnoszące się do prezentowanych na bieżąco zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do pogłębiania wiedzy i umiejętności oraz poszerza zakres wiedzy o systemach SCADA dodatkowymi pokazami, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną. Wszystkie niezbędne materiały do zajęć laboratoryjnych znajdują się na stronie przedmiotu i są publikowane sukcesywnie z przystępowaniem do kolejnych ćwiczeń.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:
  1. Warunkiem otrzymania pozytywnej oceny końcowej w przedmiotu jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium.
  2. Do zaliczenia laboratorium konieczne jest wykonanie wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych – zaprojektowanie składowych systemu SCADA wg podanego przepisu oraz zaprojektowanie systemu SCADA od podstaw wg podanych wytycznych (ostatnie ćwiczenie, tzw. projekt końcowy). Po każdym ćwiczeniu studenci prezentują wykonane ćwiczenie i odpowiadają na pytania kontrolne, co jest podstawą zaliczenia ćwiczenia.
  3. Maksymalna liczebność zespołu ćwiczeniowego w trakcie laboratorium wynosi 2 osoby oraz w razie potrzeby 1 osoba odrabiająca zajęcia z danego ćwiczenia.
  4. Obecność na zajęciach laboratoryjnych jest obowiązkowa. Maksymalna dopuszczalna ilość nieobecności to dwie. Trzy oraz większa ilość nieobecności (30% zajęć i więcej) skutkuje brakiem zaliczenia. Jako usprawiedliwienie nieobecności uwzględniane jest zwolnienie lekarskie lub oficjalne pismo dotyczące udziału w konferencjach, stażach, zawodach sportowych itp. potwierdzone przez Rektora lub Dziekana.
  5. Ćwiczenie, na którym student był nieobecny należy odrobić najdalej do końca zajęć semestru. Studen w miarę wolnych stanowisk może również odrobić nieobecność w innym terminie niż zgodny z jego planem zajęć.
  6. Po wykonaniu projektu końcowego, student przygotowuje sprawozdanie z raportem nt. utworzonego systemu SCADA. Sprawozdanie powinno być oddane najpóźniej w terminie jednego tygodnia od wykonania ćwiczenia i wysłane w postaci pliku PDF, nazwanego wg szablonu: [Nazwisko] [Imię] – [dzień:Pn,Wt,Sr,Cz,Pt]___[HH.MM].pdf (np. Kowalski Jan – Wt___12.00.pdf), na adres email prowadzącego, wraz z własnym projektem systemu SCADA. Zaliczenie sprawozdania jest warunkiem koniecznym do uzyskania oceny z laboratorium i oceny końcowej.
  7. Student oceniany jest w następujący sposób:
    a) obowiązuje system punktowy; maksymalna liczba punktów w semestrze wynosi 100,
    b) do 28 punktów można uzyskać za wykonanie ćwiczeń od 1 do 14 (do 2 punktów za ćwiczenie),
    c) do 42 punktów można uzyskać za projekt końcowy (ćwiczenie 15),
    d) punkty za obecności: 20 punktów przy obecności na wszystkich zajęciach lub jednej nieobecności usprawiedliwionej (zwolnienie lekarskie), 10 punktów przy jednej nieobecności nieusprawiedliwionej lub dwóch usprawiedliwionych, 0 punktów przy dwóch nieobecnościach nieusprawiedliwionych,
    e) sprawozdanie oceniane jest w zakresie 0–10 punktów.
  8. Oceny z laboratorium i końcowa w skali od 2,0 (nzal) do 5,0 (bdb) będą wystawione zgodnie z Regulaminem Studiów I i II stopnia AGH (procentowo wyrażony stopień opanowania wiedzy, na podstawie liczby uzyskanych punktów). Aby uzyskać zaliczenie, liczba punktów musi wynosić co najmniej 50.
  9. Podstawowym terminem ukończenia ćwiczeń jest ostatni tydzień zajęć przewidziany wg harmonogramu przedmiotu. Dodatkowe terminy mogą zostać ustalone w kolejnych tygodniach zajęć w semestrze.
  10. Dwa terminy poprawkowe ustalane są podczas ostatnich zajęć laboratoryjnych przewidzianych harmonogramem (co najmniej 3 tygodnie przed końcem semestru) jako terminy w ramach dalszych tygodni zajęć semestru.
Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach kontaktowych w sali wykładowej, prowadzonych w formie prezentacji multimedialnej, ilustrowanej pokazami funkcjonalności systemów SCADA, poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Podczas zajęć kontaktowych w laboratorium, studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do wcześniejszego przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane w formie ustnej lub pisemnej.
Sposób obliczania oceny końcowej:
  1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową, konieczne jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych, na które składają się 1] ćwiczenia realizujące indywidualne funkcjonalności systemu SCADA-HMI (do 28 punktów) oraz 2] projekt końcowy realizowany na podstawie wytycznych (do 42 punktów) oraz sprawozdanie z wykonania projektu końcowego (do 10 punktów). Do sumy punktów wchodzi również do 20 punktów za brak nieobecności, zgodnie z punktem “Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć”.
  2. Suma punktów przeliczana jest na ocenę w skali od 2,0 do 5,0 zgodnie z Regulaminem Studiów I i II stopnia AGH.
  3. Do zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych wymagana jest również obecność na zajęciach. Dopuszczalne są 2 nieobecności. Uwzględnienie nieobecności w ocenie końcowej podano w punkcie 7.d. “Warunków i sposobu zaliczania poszczególnych form zajęć”.
  4. Ocena końcowa jest wyznaczana na podstawie oceny z laboratorium. W przypadku obecności na więcej niż 5-ciu wykładach, ocena końcowa jest podnoszona o 0,5 stopnia, a w przypadku obecności na więcej niż 10-ciu wykładach, o 1 stopień.
Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:
  1. Do zaliczenia Laboratorium konieczne jest wykonanie wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych. Obecność na zajęciach laboratoryjnych jest obowiązkowa. Nieobecności na zajęciach i ich usprawiedliwianie są traktowane zgodnie z punktem “Warunki i sposób zaliczania poszczególnych form zajęć”.
  2. Ćwiczenie, na którym student był nieobecny należy odrobić i zaliczyć najdalej do końca zajęć laboratoryjnych w danym semestrze. Student w miarę wolnych stanowisk może również odrobić nieobecność w terminie innej grupy laboratoryjnej, niż zgodna z jego planem zajęć.
Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Znajomość podstaw z zakresu systemów sterowania i informatyki.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:
  1. Jakuszewski R., Programowanie systemów SCADA – iFix, Wyd. Jacka Skalmierskiego, 2008
  2. Kwaśniewski J., Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, Wyd. BTC, 2008
  3. Stuart A. Boyer, SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition, 2004
  4. Wright E., Practical SCADA for Industry, 2003
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:
  1. Building Management System architecture for large building automation systems, Grzegorz Hayduk, Paweł Kwasnowski, Zbigniew Mikoś.International Carpathian Control Conference 2016
  2. Experiences in implementing of open systems of building automation based on LonWorks technology and commercially available SCADA systems. Paweł Kwasnowski, Grzegorz Hayduk, Czesław Fluder, Jarosław Saferna. InBuS 2004
  3. Utilization of scripting programming languages for aiding the development and operation of SCADA systems. Grzegorz Hayduk, Paweł Kwasnowski, Henryk Zygmunt, Grzegorz Wróbel, Marcin Jachimski. International Carpathian Control Conference, 2004
Informacje dodatkowe:
  1. Maksymalna liczba studentów: 60 osób (4 grupy laboratoryjne)
  • Moduł ten jest polskim odpowiednikiem modułu “Supervisory systems SCADA-HMI and industrial databases". Proszę nie zapisywać się na ten przedmiot wielokrotnie (ta sama osoba nie może być zapisana na ten sam przedmiot w semestrze zimowym i jednocześnie semestrze letnim). Proszę również indywidualne osoby o nie zapisywanie się jednocześnie na wersję polskojęzyczną i angielskojęzyczną. Program zajęć jest ten sam, przedmioty (polski i angielski) nie mogą być prowadzone z tymi samymi studentami.
  • The module is an English version of “Systemy SCADA i przemysłowe bazy danych” module. Please do not enroll multiple times for this module (for fall semester and spring semester). Also, individual students may not enroll for both modules: the English one “Supervisory systems SCADA-HMI and industrial databases” and the Polish one “Systemy SCADA i przemysłowe bazy danych”.