Лекции - Интегрированные системы проектирования и управления
Подождите немного. Документ загружается.
131
Каналы связи (CS)
Каналы связи современных диспетчерских систем отличаются
большим разнообразием; при этом выбор конкретного решения зависит от
архитектуры системы, расстояния между диспетчерским пунктом (MTU) и
RTU, от числа контролируемых точек, требований по пропускной
способности и надежности канала, наличия доступных коммерческих
линий связи.
Тенденцией развития CS как структурного компонента SCADA-
систем можно считать использование не только большого разнообразия
выделенных каналов связи (ISDN, ATM и пр.), но также и корпоративных
компьютерных сетей и специализированных индустриальных шин.
В современных промышленных, энергетических и транспортных
системах большую популярность завоевали индустриальные (полевые)
шины - специализированные быстродействующие каналы связи,
позволяющие эффективно решать задачу надежности и
помехоустойчивости соединений на разных иерархических уровнях
автоматизации. Существует три основных категории индустриальных
шин, характеризующие их назначение (место в системе) и сложность
передаваемой информации: Sensor, Device, Field. Многие индустриальные
шины охватывают две или даже все три категории.
Из всего многообразия индустриальных шин, применяемых в мире,
(только в Германии их установлено в различных системах около 70 типов)
следует выделить промышленный вариант Ethernet и Profibus, наиболее
популярные в настоящее время и, по-видимому, наиболее перспективные.
Применение специализированных протоколов в промышленном Ethernet
позволяет избежать свойственного этой шине недетерминизма, и в то же
время использовать преимущества Ethernet как открытого интерфейса.
Шина Profibus в настоящее время является одной из наиболее
перспективных для применения в промышленных и транспортных
системах управления; она обеспечивает высокоскоростную (до 12 Мбод)
помехоустойчивую передачу данных на расстояние до 90 км. На основе
этой шины построена, например, система автоматизированного
управления движением поездов в варшавском метро.
Важной тенденцией развития каналов связи является
совершенствование физической среды передачи данных. Сокращается
количество проводов, более того, в системах промышленной
автоматизации все большее распространение получает связь по
радиоканалам, в частности, при помощи связи по стандарту GSM.
Диспетчерские пункты управления (MTU)
Главной тенденцией развития MTU (диспетчерских пунктов
управления) является переход большинства разработчиков SCADA-систем
132
на архитектуру «клиент-сервер», состоящую из следующих
функциональных компонентов.
1. User (Operator) Interface (интерфейс пользователя/оператора)
исключительно важная составляющая SCADA-систем. Для нее
характерны:
1) поддержка нескольких наиболее распространенных платформ;
2) все более возрастающее влияние Windows NT/2000;
3) использование стандартных средств и возможностей
графического интерфейса пользователя;
4) применение технологий объектно-ориентированного
программирования: DDE, OLE, ActiveX, OPC, DCOM;
5) стандартные средства разработки приложений, наиболее
популярным среди которых является Visual Basic for Applications
(VBA), Visual C++;
6) появление коммерческих вариантов программного обеспечения
класса SCADA для широкого спектра задач.
Применение технологий ActiveX и DCOM позволяет интерфейсу
пользователя использовать виртуальные объекты, созданные сторонними
разработчиками. В результате происходит расширение возможностей по
построению и оптимизации человеко-машинного интерфейса.
2. Data Management (управление данными). Характерен отход от
узкоспециализированных баз данных в сторону поддержки большинства
корпоративных реляционных баз данных (Microsoft SQL Server, Oracle).
Функции управления данными и генерации отчетов осуществляются
стандартными средствами SQL. Эта независимость данных отделяет
функции доступа и управления данными от целевых задач SCADA, что
позволяет легко разрабатывать дополнительные приложения для анализу
и управлению данными.
3. Networking & Services (сети и сетевые службы). Наблюдается
переход к использованию стандартных сетевых технологий и протоколов.
Службы сетевого управления, защиты и управления доступом,
мониторинга транзакций, передачи почтовых сообщений, сканирования
доступных ресурсов (процессов) могут выполняться независимо от
системы SCADA, разработанной другим поставщиком.
4. Real-Time Services (службы реального времени). Их развитие
характеризуется освобождением MTU от нагрузки перечисленных выше
компонентов, что дает возможность сконцентрироваться на требованиях
производительности для задач реального и квази-реального времени.
Данные службы представляют собой быстродействующие процессы,
которые управляют обменом информацией с RTU и SCADA,
осуществляют управление резидентной частью базы данных, оповещение
о событиях, выполняют действия по управлению системой, осуществляют
передачу информации о событиях на интерфейс пользователя (оператора).
133
Операционные системы
Несмотря на продолжающиеся споры среди специалистов по
системам управления на тему, что лучше - UNIX или Windows NT, рынок
однозначно сделал выбор в пользу последней. Решающими для быстрого
роста популярности Windows NT стала ее открытая архитектура и
эффективные средства разработки приложений, что позволило
многочисленным фирмам-разработчикам создавать программные
продукты для решения широкого спектра задач.
Рост применения Windows NT в автоматизированных системах
управления обусловлен в значительной степени появлением ряда
программных продуктов, которые позволяют использовать ее в качестве
платформы для создания приложений в системах реального времени, а
также во встраиваемых системах, т.е. в качестве ОС контроллеров.
Наиболее известными расширениями реального времени для Windows NT
являются продукты компаний VenturCom, Nematron, RadiSys.
Решения фирмы VenturCom стали стандартом де-факто для создания
ответственных приложений жесткого реального времени на платформе
Windows NT. При разработке интерфейса для приложений реального
времени разработчики фирмы пошли по пути модификации модуля
Windows NT слоя аппаратных абстракций (HAL - Hardware Abstraction
Layer), отвечающего за выработку высокоприоритетных системных
прерываний, мешающих задаче осуществлять управление в жестком
реальном времени. Программный продукт Component Integrator компании
VenturCom является средством ускоренной разработки и внедрения
приложений реального времени для Windows NT; он поставляется в виде
интегрированного пакета, состоящего из инструментов для создания
встраиваемых приложений (ECK - Embedded Component Kit) и собственно
расширений реального времени (RTX 4.1), позволяющих приложениям,
создаваемым для работы под Windows NT, работать в режиме реального
времени.
Компания RadiSys применила другой подход к разработке
расширений реального времени: Windows NT загружается как
низкоприоритетная задача под хорошо проверенной и известной вот уже
более двадцати лет операционной системой реального времени iRMX. Все
функции обработки и управления реального времени выполняются как
высокоприоритетные задачи под iRMX, изолированные в памяти от
приложений и драйверов Windows NT механизмом защиты процессора.
Данный подход имеет преимущество по сравнению с решением
VenturCom, связанное с тем, что задача реального времени не зависит от
работы Windows NT. В случае сбоя или катастрофической системной
ошибки в работе Windows NT управляющая задача реального времени
будет продолжать работать. Это решение позволяет информировать
134
основную задачу о проблемах, возникших в работе NT, и оставлять только
за ней право продолжения работы или остановки всей системы (см.
рис. 44).
Рис. 44. Разделение задач реального и квази-реального времени.
Следует отметить, что в SCADA-системах требование жесткого
реального времени (т.е. способность отклика/обработки событий в четко
определенные, гарантированные интервалы времени) относится, как
правило, только к удаленным терминалам (RTU); в диспетчерских пунктах
управления (MTU) происходит обработка данных и управление
событиями (процессами, объектами) в режиме мягкого (квази- ) реального
времени.
Прикладное программное обеспечение
Ориентация на открытые архитектуры при построении систем
диспетчерского управления и сбора данных позволяет разработчикам этих
систем сконцентрироваться непосредственно на целевой задаче SCADA:
сбор и обработка данных, мониторинг, анализ событий, управление,
реализация человеко-машинного интерфейса.
Как правило, целевое программное обеспечение для
автоматизированных систем управления разрабатывается под конкретное
применение самими поставщиками этих систем. Однако в последнее
время на рынке появилось большое количество программных продуктов
класса SCADA для индустриальных систем, позволяющих решать задачи
автоматизации для дискретного производства, индустрии процессов,
производства электроэнергии.
135
РАЗДЕЛ 3. ПРИМЕРЫ СУЩЕСТВУЮЩИХ
SCADA-СИСТЕМ.
22. Системы InTouch и Citect.
1. Фирма-производитель
InTouch Citect
Wonderware (США) Ci Technologies (США)
2. Аппаратная платформа и операционная система
InTouch Citect
PC, Windows NT
Процессор – i80386 и выше,
ОЗУ не менее 8 Мб
(более 30000 инсталляций)
PC, Windows NT
Процессор – i80386 и выше
(более 45000 инсталляций)
3. Графический интерфейс пользователя и средства разработки
Безусловно, графический интерфейс рассматриваемых систем
достаточно многообразен, и во многом реализует одни и те же
функциональные возможности. Но следует отметить, что подход к
инструментарию различен.
InTouch Citect
Wonderware - компания с большим
опытом разработки
инструментальных прикладных
систем. Многим знакомый
Windows-подобный интерфейс (по
предлагаемым панелям, по способу
создания окон) позволяет
интуитивно использовать навыки
работы в Windows.
Переменная - Tag – это собственно
переменная, связанная или не
связанная с объектом плюс
атрибуты (алармы, группа
переменных, описание и т.д.).
Объект – графическое
изображение, связанное с
переменной.
Образ – совокупность объектов.
Образы могут объединяться в
компоненты. Компонент – это
CiT - компания имеет большой опыт
в разработке проектов. Взгляд CiT-
это взгляд разработчика, который из
опыта «ощущает», какие готовые
решения следует предложить для
ускорения и упрощения разработки
мнемосхем технологического
процесса.
Переменная – Tag – больше
похожа на Tag в Genesis32.
Объект – графическое
изображение, связанное с тегом.
Джин – группа объектов. С джином
может быть связана одна или
несколько переменных.
Суперджин – динамическое окно
или страница. Переменные,
связанные с этим окном, могут быть
определены во время исполнения.
Графика – векторная. Допускается
136
специфический образ (либо
совокупность образов) связанный
только с одной переменной.
Графика – векторная, объектно-
ориентированная.
Библиотеки Wizards в InTouch
включают тысячи мастер-объектов.
Воспользоваться Wizard - объектом
просто хотя бы потому, что любое
неправильное действие по его
конфигурированию проверяется при
закрытии каждого диалога. Если
какое-то поле заполнено
неправильно, то об этом
предлагается информация с целью
модификации неправильных
параметров.
InTouch ориентирован на более
широкий круг разработчиков
операторских интерфейсов, так как
он не предъявляет высоких
требований к пользователю с точки
зрения программирования. С этой
работой после небольшой
подготовки справится специалист-
технолог или инженер по
автоматизации технологических
процессов.
расположение до 2000 объектов на
одной странице. Поддержка
разрешения экрана от 640х480 до
4000х4000.
Citect предлагает библиотеки
символов, джинов и суперджинов.
Также, предоставляется бесплатная
среда разработки, имеются
встроенные возможности
резервирования, вплоть до
резервирования контроллеров.
Использование всего арсенала
названных средств предполагает:
концептуальное понимание
пользователем совершаемых
действий. Заполнение диалоговых
панелей свойств объектов
сопровождается диагностикой лишь
серьезных ошибок, а весь список
ошибок появляется лишь на этапе
компиляции проекта.
Citect предлагает более гибкий
инструментарий, оставляя
возможность пользоваться
простыми средствами. Однако, для
полного использования
возможностей Citect желателен
достаточно высокий уровень
квалификации разработчиков
приложений.
4. Подсистемы алармов в InTouch и Citect
Основные задачи подсистемы алармов реализованы в обеих SCADA-
системах. Но особенностей ее реализации достаточно много.
Подсистема алармов в InTouch и Citect является распределенной; при
этом используется архитектура «клиент-сервер».
InTouch Citect
В InTouch допустимо произвольное
количество серверов и клиентов,
если брать во внимание
распределенную, а не стандартную
систему.
Доступность информации обо всех
Исполняющая система Citect всегда
передает информацию об
аппаратных алармах в Citect-
приложениях. За разработчиком
остается только решение по
использованию конфигурируемых
137
аварийных ситуациях в InTouch
зависит от разработчика
приложения.
В InTouch существуют
специальные графические объекты
(Alarm Wizards) для отображения
алармов, которые могут
помещаться в любое окно
приложения. При конфигуриро-
вании каждого объекта в окне
определяются группы алармов с
приоритетами, которые будут
отображаться в объекте на этапе
исполнения.
Для сохранения алармов на диске
используются ASCII - файлы в .CSV
- формате
Алармам могут быть присвоены
приоритеты от 1 до 999, имеется 8
уровней и 16 групп алармов.
В частности, при возникновении
аларма может быть выполнен
сценарий.
В InTouch аналогичные решения
можно получить с использованием
базовых "кубиков", давая волю
фантазии разработчика.
алармов.
В Citect в рамках одного домена
(domain) в локальной сети
допустимо использование только
одного сервера алармов. Остальные
компьютеры могут выполнять лишь
функцию клиентов по отношению к
этому серверу.
Для сохранения алармов на диске
допустимыми форматами хранения
являются .TXT для ASCII - файлов,
а также форматы .RTF и .DBF.
Алармам может быть присвоено 250
приоритетов. Есть специальный
сервер алармов, а также
возможности фильтрации алармов.
В Citect предлагается два
дополнительных типа алармов: с
меткой времени и составные
алармы. Последний тип алармов
дает большую свободу
разработчику в вопросе генерации
алармов по любому условию.
В Citect разработаны шаблоны
страниц (Alarm Pages), специально
ориентированные на вывод как
текущих и аппаратных алармов, так
и сводки алармов, являющихся
достаточно высокоуровневыми
средствами Предлагаемый
инструментарий является
отражением большого опыта
компании в области разработки
проектов.
5. Подсистемы архивирования и отображения в InTouch и Citect
Среди программных продуктов рассматриваемого класса SCADA-
системы InTouch и Citect выделяются своими подсистемами
архивирования и отображения регистрируемых на жесткий диск данных
технологического процесса.
5.1. Подсистема архивирования
И в Citect, и в InTouch используется кольцевой буфер, принцип
построения которого предполагает автоматическое уничтожение файла с
138
самыми старыми в настоящий момент данными. Архивные файлы обеих
подсистем имеют скрытый формат, что логично, но предоставляются
утилиты для доступа к ним.
InTouch Citect
В InTouch указывается количество
дней в буфере, но исполняющая
система InTouch ежедневно создает
новый архивный файл (количество
дней в буфере равно количеству
файлов, так как исполняющая
система InTouch ежедневно создает
новый архивный файл.)
Параметры архивирования в
InTouch задаются на этапе создания
переменной приложения. Таким
образом, любая переменная,
независимо от ее типа, может быть
включена в список для
архивирования (опция Log Data).
Основным режимом регистрации в
InTouch является режим по
изменению значения, т.е.
регистрация переменной
производится только в тот момент,
когда изменение значения
переменной превысило величину,
указанную в Log Deadband.
В Citect непосредственно
указывается количество файлов в
буфере и продолжительность
регистрации в файл.
В Citect предлагается вводить
дополнительную переменную
(переменную типа Trend) и с ней
связывать переменную (тэг) Citect –
приложения
С переменной типа Trend также
может быть связано математическое
выражение.
В Citect основной режим
регистрации - периодический (через
определенные интервалы времени)
либо по событию.
5.2. Подсистема отображения
InTouch Citect
Для графического отображения
архивной информации в InTouch
используются два стандартных
объекта (Real Time Trend, Historical
Trend), либо и Wizard-объект,
настраиваемый пользователем.
Особенность данных объектов в
том, что они могут вставляться в
окно, и в них может выводиться до
четырех (тренд реального времени)
и восьми переменных (архивный
тренд). Входящий в базовую
поставку комплект Productivity Pack
В Citect предлагается большое
количество шаблонов различных
типов трендов: один тренд (до 8
графиков) на странице, два тренда
на странице и т.д. Это говорит о
том, что Ci Technologies считает
подобные шаблоны типичными для
использования в проектах (свой
опыт компания выразила в
шаблонах) и предлагает их
пользователям Citect.
Шаблоны подсистемы отображения
Citect едины для трендов реального
139
включает специальный компонент
«16 Pen Trend», позволяющий
выводить до 16 переменных или
выражений. Каждый из указанных
объектов масштабируется и поэтому
может быть размещен в части окна
или на всем окне.
Средства отображения архивных
данных в InTouch отличаются
простотой встраивания в
приложение и связывания с
переменными.
В InTouch предлагаются
стандартные объекты тренда
реального времени и архивного
тренда. Исторически сложилось так,
что эти объекты разделены. Деление
это условное хотя бы потому, что
«16 Pen Trend» из Productivity Pack
функционирует в режиме и тренда
реального времени, и архивного
тренда.
Для отображения графических
данных в основном используются
средства Windows.
времени и архивных трендов. Они
позволяют выводить на страницы
трендов архивные данные для их
последующего анализа, отображая в
то же самое время значения
переменных в реальном времени.
Имеется возможность создания
собственных шаблонов.
Отчет – документ, отражающий
некоторые производственные
показатели и выдаваемый
периодически, по запросу или по
событию. Отчеты могут содержать
текст, технологические данные,
математические выражения и
команды (макросы).
Возможен обмен данными трендов
с другими приложениями через
DDE. Имеется возможность
сравнения трендов (вычисление
разности).
Подсистема отображения построена
на базе многопоточного ядра
реального времени. При увеличении
числа параметров время отклика
изменяется незначительно.
Возможно отображение до 5000
параметров в секунду.
6. Языки программирования в системах InTouch и Citect
Системы InTouch и Citect предлагают пользователю языки
программирования двух типов: ориентированные на технолога и
ориентированные на системного интегратора.
InTouch Citect
Специальный «язык сценариев»,
ориентированный на программиста.
Однако в его состав входит более
100 функций, ориентированных на
технолога.
Следует отметить, что: 1)
существуют десятки
дополнительных библиотек с
InTouch- функциями, которые
Языки CiCode и Citect VBA.
Полная поддержка многопоточного
исполнения сценариев. Мощные
встроенные средства разработки и
отладки.
Язык CiСode в Citect разработан на
базе С/С++. Набор встроенных
функций в системе превышает 700.
Разработка новых функций
140
загружаются отдельно; 2) в InTouch
возможна разработка Quick -
функций на базе имеющихся
операторов, встроенных функций и
ранее созданных Quick - функций
(после сохранения Quick - функции
она автоматически появляется в
общем списке функций InTouch); 3)
возможна разработка новых
функций с использованием
FactorySuite Toolkit и Visual C/C++.
Синтаксический анализ
программного кода в редакторе
скриптов системы InTouch
осуществляется в момент
сохранения скрипта. При наличии
ошибок диалог редактора скриптов
не закрывается кнопкой «Ok» до тех
пор, пока все ошибки не будут
исправлены. При этом курсор
каждый раз указывает на первую
ошибку в списке.
В InTouch существуют функции для
отладки, которые позволяют
выводить в специальный файл
(Wonderware Logger) статусную
информацию о выполнении
скриптов.
производится способом,
свойственным традиционным
языкам программирования.
В CiСode синтаксический анализ
программы выполняется на этапе
компиляции файла CiСode. В этом
языке используются свойственные
традиционным языкам средства
отладки: точки останова, пошаговое
исполнение и т. д.
Использование CiСode требует
более квалифицированной
подготовки разработчиков
приложений, особенно, если
планируется создание
многочисленных дополнительных
функций.
7. Базы данных
В обеих системах используются базы данных реального времени
(БДРВ), функционирующие на базе Microsoft SQL Server. Преимущества
такого подхода следующие:
- большое количество пользователей владеют продуктом и потому
в проектных решениях могут использовать не только
возможности БДРВ, но и создавать собственные базы данных или
таблицы в рамках существующей базы данных реального
времени;
- новые технологические решения (например, OLE DB),
предлагаемые Microsoft и реализуемые в MS SQL Server, не
требуют серьезных вложений со стороны поставщиков БДРВ.
Проведение адаптации возможностей MS SQL Server для БДРВ