Разработка концепции SCADA-системы

На этапе разработки концепции SCADA-системы проводится выбор варианта SCADA-системы, удовлетворяющего требованиям пользователя. В общем случае проводят:

· разработку альтернативных вариантов концепции создаваемой SCADA-системы и планов их реализации;

· оценку необходимых ресурсов на их реализацию;

· оценку преимуществ и недостатков каждого варианта;

· сопоставление требований пользователей и характеристик предлагаемой системы и выбор оптимального варианта.

Для создания системы управления пользователи, приступая к разработке прикладного программного обеспечения (ППО), оказываются перед выбором: программировать с использованием «традиционных» средств (традиционные языки программирования, стандартные средства отладки и пр.) или применить готовые – COST (Commercial Of The Shelf) – инструментальные проблемно-ориентированные средства. Конечно, качественное, хорошо отлаженное ППО, написанное высококвалифицированным программистом специально для того или иного проекта, решение наиболее оптимальное. Но следующую задачу программисту придется решать опять-таки практически с нуля. Таки образом, процесс создания сложных распределительных систем становится недопустимо длительным, а затраты на их разработку – высокими. Сегодня, в условиях, когда затраты на ППО все более возрастают и соответственно все более ожесточаются требования к интенсификации труда программистов, вариант с непосредственным программированием привлекателен лишь для простых систем или небольших фрагментов большой системы, для которых нет стандартных решений (не написан, например, подходящий драйвер) или они не устраивают разработчиков в принципе. В любом случае процесс разработки собственного ППО важно упростить, сократить временные и финансовые затраты на его разработку, минимизировать затраты труда высококлассных программистов, по возможности привлекая к разработке специалистов в области автоматизированных процессов. Логика развития современного бизнеса в области разработки ППО для конечных систем управления подталкивает к использованию все более развитых инструментальных средств типа SCADA-систем (Supervisory Control And Data Acquisition). Разработка современной SCADA-системы требует больших вложений и выполняется в длительные сроки. Именно поэтому в большинстве случаев разработчикам управляющего ППО, в частности ППО для АСУ ТП, целесообразно осваивать и адаптировать какой-либо готовый, уже апробированный, универсальный инструментарий. Возникает вопрос выбора SCADA-системы. В табл. 5. перечислены некоторые популярные SCADA-системы, имеющие поддержку в России. На основе этих пакетов предлагается рассмотреть некоторые основные возможности и характерные особенности SCADA-систем.

Таблица 5

SCADA	Фирма-изготовитель	Страна
Factory Link	United states DATA Co	США
IN touch	Wonderware	США
Genesis	Iconios	США
RealFlex	BJ Software Systems	США
Sitex	Jade Software	Англия
FIX	Intellution	США
Trace Mode	AdAstra	Россия
IGSS	Seven technologies	Дания
Image	Технолинк	Россия
RSView	Rockwell Software Ino	США

Анализ технических характеристик. Анализ перечня программно-аппаратной платформы, для которой существуют SCADA-системы, необходим, поскольку от нее зависит распространение SCADA-системы на имеющиеся вычислительные средства, а также оценка стоимости эксплуатации системы (будучи разработанной в одной операционной среде, прикладная программа может быть выполнена в любой другой, которую поддерживает выбранный SCADA-пакет). В различных SCADA-системах этот вопрос решен по разному. Так, Factory Link имеет весьма широкий список поддерживаемых программно-аппаратных платформ (табл. 6.).

Таблица 6

Операционная система	Компьютерная платформа
DOS/MS Windows	IBM PC
OS/2	PS/2
SCO UNIX	IBM PC
VMS	VAX
AIS	RS6000
HP-UX	HP9000
MS Windows/NT	Системы с реализованным Windows/NT

В то же время в таких SCADA-системах, как RealFlex и Sitex, основу программной платформы принципиально составляет единственная, хотя и удовлетворяющая многим требованиям операционная система реального времени QNX. Подавляющее большинство SCADA-систем реализовано на MS Windows платформах. Именно такие системы предлагают наиболее полные и легко наращиваемые MMI (Man Machne Interface) средства. Учитывая продолжающееся усиление позиций Microsoft на рынке операционных систем (ОС), следует отметить, что даже разработчики многоплатформных SCADA-систем, такие, как компания United States DATA, приоритетным считают дальнейшее развитие своих SCADA-систем на платформе Windows NT. Некоторые фирмы, до сих пор поддерживающие SCADA-системы на базе ОС реального времени (РВ), начали менять ориентацию, предпочитая системы на Windows NT платформе. Современный мир систем автоматизации характеризует высокая степень интеграции этих систем. В любой из них могут быть задействованы объекты управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, рабочие места операторов, серверы баз данных и т.д. очевидно, что для эффективного функционирования в этой разнородной среде SCADA-система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Желательно, чтобы она поддерживала работу в стандартных сетевых средах (Arcnet, Ethernet и т.д.) с использованием стандартных протоколов (NetBIOS, TCP/IP и др.), а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов (Profibus, Canbus, LON, ModBus и т.д.). Этим требованиям в той или иной степени удовлетворяют практически все рассматриваемые SCADA-системы, с тем только различием, что набор поддерживаемых сетевых интерфейсов, конечно же, разный. Большинство SCADA-систем имеют встроенные языки высокого уровня, Visual Basic-подобные языки, позволяющие сгенерировать адекватную реакцию на события, связанные с изменением значения переменной, с выполнением некоторого логического условия, с нажатием комбинации клавуш, а также с выполнением некоторого фрагмента с заданной частотой относительно всего приложения или отдельного окна. Практически все SCADA-системы, в частности Genesis, InTouch, используют ANSI SQL-синтаксис, который не зависит от типа базы данных. Для специалиста-разработчика системы автоматизации, так же как и для специалиста-“технолога”, очень важен графический пользовательский интерфейс. Функционально графические интерфейсы SCADA-систем очень похожи. В каждой из них существует графический объектно-ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий набор операций над выбранным объектом, а также быстро обновлять изображение на экране, используя средства анимации. Крайне важен также вопрос о поддержке в рассматриваемых системах стандартных функций (графического пользовательского интерфейса) GUI (Graphic Users Interface). Поскольку большинство рассматриваемых SCADA-систем работают под управлением Windows, это и определяет тип используемого GUI.

Анализ открытости систем. Система считается открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней “внешние”, независимо разработанные компоненты. Фирмы-разработчики систем автоматизации часто вынуждены создавать собственные (не предусмотренные в рамках систем SCADA) программные модули и включать их в создаваемую систему автоматизации. Поэтому открытость системы важно для характеристики SCADA-систем. Фактически открытость системы означает доступность спецификаций системных (в смысле SCADA) вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это может быть и доступ к графическим функциям, функциям работы с базами данных и т.д. Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляют большой набор драйверов и серверов ввода-вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с использованием стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том, достаточно ли для доступа к ядру системы только спецификаций, поставляемых фирмой-разработчиком в штатном комплекте (система Trace Mode), или для создания драйверов необходимы специальные пакеты (системы Factory Link, InTouch), или же вообще разработку драйвера нужно заказывать у фирмы-разработчика. Для подсоединения драйверов ввода-вывода к SCADA используются два механизма – стандартный DDE (Dynamic Data Exchange) и обмен по внутреннему (известному только фирме-разработчику) протоколу. Взамен DDE компания Microsoft предложила более эффективное и надежное средство передачи данных между процессами – OLE (Object Linking and Embedding – включение и встраивание объектов). Механизм OLE поддерживается в RSView, Fix, Factory Link, InTouch и др. На базе OLE появляется новый стандарт OPC (OLE for Process Control), ориентированный на рынок промышленной автоматизации. Новый стандарт, во-первых, позволяет объединять на уровне объектов различные системы управления и контроля, функционирующие в распределенной среде; во-вторых, ОРС устраняет необходимость использования различного нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов. С точки зрения SCADA-систем появление ОРС-серверов означает разработку программных стандартов обмена с технологическими устройствами. Поскольку производители полностью разбираются в своих устройствах, то эти спецификации являются для них руководством к разработке соответствующих серверов. Так как эти программные драйверы уже появляются на рынке, разработчики SCADA-систем предлагают свои механизмы связи с ними. ОРС-интерфейс допускает различные варианты обмена: получение “сырых” данных с физических устройств, их распределенной системы управления или из любого приложения. На рынке появились инструментальные пакеты для написания ОРС-компонентов, например QPC-Toolkits фирмы FactorySoft, включающий ОРС Server Toolkit, OPC Client Toolkit, примеры ОРС-программ. Многие компании занимаются разработкой драйверов, другого программного обеспечения для SCADA-систем. Этот факт очень важен при выборе SCADA-пакета, поскольку это расширяет область применения системы непрофессиональными программистами.

Анализ эксплуатационных характеристик. Эксплуатационные характеристики SCADA-системы имеют большое значение, поскольку от них зависит скорость освоения продукта и разработки прикладных систем. Они в конечном итоге отражаются на стоимости проектов. Следует отметить, что уровень сервиса, предоставляемый SCADA-системами на этапе разработки прикладного ПО, обычно очень высок – это вытекает из основных требований к таким системам. Почти все они имеют Windows-подобный пользовательский интерфейс, что во многом повышает удобство их использования как в процессе разработки, так и в период эксплуатации прикладной задачи. Необходимо обращать внимание не только на наличие технической поддержки SCADA-систем как таковой, но и на ее качество. Для зарубежных систем в России возможны следующие уровни поддержки: услуги фирмы-разработчика; обслуживание региональными представителями фирмы-разработчика; взаимодействие с системными интеграторами. Судя по числу установленных зарубежных систем (InTouch – 80000, Genesis – 30000), можно предположить, что поддержка их достаточно эффективна. Отечественные системы, несмотря на сравнительно небольшое число установок по сравнению с системами ведущих зарубежных фирм (имеется в виду глобальный рынок), создавались и поддерживаются фирмами-разработчиками, содержащими штаты высокопрофессиональных программистов, которые имеют все предпосылки для качественного технического обслуживания своих продуктов. Так, для освоения Trance Mode фирма AdAstra предоставляет на русском языке полную документацию, организует периодические курсы обучения, “горячую линию”, готова по заказу внести в систему функциональные изменения или разработать необходимые драйверы. Любая система управления, имеющая интерфейс с оператором, должна общаться с человеком на его родном языке. Для некоторых систем (Image, Trance Mode) эта проблема вообще не существует, так как они разрабатывались отечественными фирмами. Для многих зарубежных продуктов проблема русификации в значительной мере снимается, во всяком случае для подсистем исполнения или RunTime подсистем, если они используют наборы шрифтов Windows. У части зарубежных систем документация переведена на русский язык (InTouch). Нужна ли русифицированная среда разработки? Положительный ответ не очевиден. Но если “да”, то среда должна быть обязательно протестирована и рекомендована фирмой-разработчиком. SCADA-системы ответственны за получение информации “снизу” с уровня управления, то есть от различных датчиков через устройства сопряжения, от программируемых контроллеров, поставляющих информацию для непосредственного управления производственным процессом. Далее информация с уровня управления поступает на вход SCADA-систем. На SCADA-уровне возможно оперативное управление процессом, принятие тактических решений на основе информации, полученной на уровне управления. Информация поступает на производство “сверху” и “снизу”. “Сверху” формируется информация, отвечающая за работу предприятия в целом, осуществляется планирование производства. Точная, своевременная, достоверная информация на каждом уровне производства позволяет оценить издержки, качество и конкурентоспособность продукции. Для организации связи между информацией “сверху” и “снизу” необходим класс инструментальных средств управления производством, ответственный за доставку информации с возможной обработкой данных в реальном времени с уровня управления “наверх” и наоборот. Поэтому критерием сравнения инструментальных средств, поддерживающих разработку АСУТП, является наличие средств доставки информации со SCADA-уровня наверх, на уровень планирования производства. Ряд фирм (Intellution, Wonderware) предлагает продукты (Fix BOS, InTrack, InBatch), представляющие собой системы управления производством. Основное их назначение заключается в создании прикладных программ, моделирующих и прослеживающих каждую стадию производственных процессов – от загрузки сырья до выпуска готовой продукции. Огромное значение имеет то, насколько инструментальные системы АСУТП связаны с Microsoft BackOffice Suite, поскольку последние стали распространенными офисными программными продуктами. Все более актуальным становится требование передачи на Web-узлы как статической (в определенные моменты времени), так и динамической (постоянно) информации. Появившиеся ActiveX-объекты позволяют передавать данные из SCADA-системы на Web-страницы. Но есть и более многофункциональные компоненты типа Scout фирмы Wonderware, обеспечивающие возможность доступа к системам автоматизации на базе InTouch через Internet/intranet, позволяющие удаленному пользователю взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации, как с простой Web-страницей.

Выбор SCADA-системы проводится в первую очередь по следующим характеристикам:

- качество документации;

- техническая поддержка в России;

- открытость и масштабируемость;

- полнофункциональность;

- надежность;

- эффективность;

- цена.

Низкое качество документации (например, ее неполнота или англоязычность) приведет к фактическому ухудшению качества сопровождения.

Техническая поддержка определяет, сколько времени и сил придется затратить системному интегратору на освоение всех возможностей системы. При ее отсутствии зачастую оказывается,что проще и быстрее написать программу самим, нежели разобраться, как пользоваться готовой.

Вопрос масштабируемости значим потому, что любой системный интегратор, имеет проекты разного масштаба (от сотен сигналов до десятков тысяч). Иметь SCADA-пакет, применяемый либо только в малых, либо только в больших системах, непрактично.

Требование открытости имеет несколько основных аспектов.

· Во-первых, это возможность сопряжения данной SCADA с различными продуктами других фирм-производителей(ПО технических контроллеров, СУБД, другие SCADA).

· Во-вторых это наличие мощного и универсального скриптового языка.

· В-третьих, это возможности встраивания в SCADA готовых компонентов (в первую очередь-ActiveX).

Под полнофункциональностью понимается способность пакета решать весь комплекс задач промышленной автоматизации, выдвигаемом перед программным обеспечением на верхнем уровне АСУ ТП, а некоторое их подмножество.

Надежность - это не только отсутствие ошибок в программном коде самого пакета, но и его устойчивость к ошибкам во внешних компонентах и к некорректным действиям обслуживающего персонала.

Эффективность SCADA–системы в первом приближении сводится к тому, насколько мощный компьютер требуется для реализации с ее помощью конкретных проектов. Так как в составе реальных проектов одновременно используется множество функций SCADA-системы, желательно чтобы каждая из ее подсистем(графическая, ввода –вывода, архивирования и т.п.) обладала необходимой функциональностью и быстродействием.

Цена - это и цена лицензий на исполнительные модули пакета (run-time модули); и зависимость этой цены от числа тегов и запрошенного набора функций, а так же стоимость документации и обучения.

Дата добавления: 2014-01-15