Интегрированные SCADA-системы

Организация доступа к SCADA-приложениям

SCADA-приложения, по определению, являются потребителями технологических данных, но, с другой стороны, они должны быть и их источником. Информация со SCADA-приложений потребляется многочисленными клиентами (прежде всего, специалистами и руководителями среднего звена).

Для автоматизированного доступа к информации реального времени с любого рабочего места необходимо установить компьютер, подключенный к локальной сети. Организованное таким образом автоматизированное рабочее место (АРМ) предназначено для реализации вполне определенных функций. Поэтому программное обеспечение компьютера (системное и прикладное) должно обеспечить соответствующий данному АРМ набор пользовательских услуг. К их числу можно отнести:

- объем предоставляемой информации;

- форма представления информации;

- реализуемые функции (только информационные или с возможностью выдачи управляющих воздействий);

- протяженность и надежность канала связи «источник-потребитель»;

- простота освоения пользователем и т.д.

В периодической прессе последних лет за системным и прикладным программным обеспечением, которое необходимо компьютеру АРМ для получения удаленного доступа к производственной информации, закрепился термин «клиентское приложение». Клиентские приложения различного типа могут предоставлять информацию в любом объеме и приемлемом для пользователя виде.

Клиент-серверная организация SCADA-систем предполагает применение клиентских приложений двух типов: c возможностью передачи управляющих воздействий с клиентского приложения и чисто мониторинговые приложения. Пользователю необходимо лишь определить достаточный набор услуг.

Но за услуги, как известно, надо платить. Поэтому весьма существенным критерием при организации клиентского узла (АРМ) является его стоимость (аппаратное и программное обеспечение).

В настоящее время существует несколько решений поставленной задачи, базирующихся на применении различных технологий. Но и стоимость предлагаемых решений тоже различна. Отсюда и появились такие понятия, как «бедные/богатые и тонкие/толстые клиенты».

Самыми простыми и распространенными клиентскими приложениями в настоящее время являются клиенты в локальной сети (рис. 2.7). Такие клиентские приложения в SCADA-системах традиционно объединяются с серверными приложениями протоколами локальных сетей. Часто таким протоколом является TCP/IP.

Рис. 2.7. Организация доступа к информации через локальную сеть.

Большинство современных SCADA-пакетов работает на платформах Windows 2000/NT/XP. Отсюда следует, что для организации АРМ потребуется компьютер достаточно хорошей конфигурации и лицензионное программное обеспечение SCADA. Когда речь идет об организации большого количества автоматизированных рабочих мест на базе программного обеспечения SCADA, то такое решение может оказаться дорогостоящим («богатые» клиенты). К тому же, большинство пользователей SCADA-приложений, в отличие от операторов/диспетчеров, относится к категории нерегулярных, т. е. подключается к системе периодически по мере необходимости.

Технология сервер/терминал

Постоянное появление новых версий программного обеспечения, предъявляющих все более высокие требования к производительности клиентских ПК, привело к тому, что некоторые компании-разработчики программного обеспечения решили разработать технологию, которая бы обеспечила выполнение всех высокопроизводительных вычислений на сервере, оставляя клиентским компьютерам роль терминалов. Наиболее удачные решения предложили корпорация Microsoft (Windows 2000 Terminal Services) и компания Citrix (Metaframe). ПО Metaframe - это дополнение к Windows 2000 Terminal Services, которое дает возможность использовать на клиентских компьютерах операционные системы, отличные от Windows, например, Linux или Macintosh.

Технология сервер/терминал поддерживает режим клиентских сессий, когда один сервер обслуживает несколько клиентов, функционирующих независимо друг от друга. При этом каждый терминал получает свой ресурс: память, время центрального процессора, доступ к дискам сервера и приложениям. Когда клиент запускается, терминальный сервер регистрирует его, предоставляя доступ к ресурсам сервера. Windows Terminal Server создает виртуальный дисплей, изображение которого отображается на локальном мониторе. Операции ввода, активизируемые клиентом с клавиатуры и мыши, обслуживаются сервером. Добавление нового клиента заключается лишь в подключении нового терминала к сети.

Терминальные пользователи имеют доступ к данным, мнемосхемам, трендам, алармам с возможностью обмена информацией в реальном времени без необходимости установки SCADA-системы на локальном компьютере (терминале). Таким образом, речь идет о технологиях терминального доступа с использованием так называемых «тонких» клиентов.

Терминал может играть роль как станции оператора/диспетчера, так и АРМ нерегулярных пользователей (технологов, специалистов службы КИП и т. п.), которые могут иметь доступ к необходимой оперативной информации о технологическом процессе и оборудовании (рис. 2.8).

Для организации взаимодействия между сервером и терминалом/клиентом используются стандартные протоколы:

- для ОС Windows - Microsoft RDP (Remote Desktop Protocol);

- для ОС Linux/CE - Citrix ICA (Independent Computing Architecture).

Рис. 2.8. Архитектура терминал-сервер.

Благодаря терминальным протоколам в качестве клиентов можно использовать рабочие станции, начиная с «супер-тонких» бездисковых, работающих на платформах Linux/CE, Windows 3.11/95/98, до станций, функционирующих под управлением Windows NT/2000.

Применение терминал/серверной технологии позволяет создавать более экономичные решения за счет того, что:

- приложения устанавливаются и поддерживаются администратором

только на сервере;

- обновление программного обеспечения выполняется только один раз и

только на сервере;

- терминальные клиенты могут быть реализованы на различных и, что

особенно важно, недорогих платформах.

При работе в терминальном режиме вся обработка информации производится на сервере. Его конфигурация зависит от установленных на сервере приложений и от количества обслуживаемых им терминалов. При обработке высокоскоростных приложений для большого количества терминалов (десятки) может потребоваться достаточно дорогостоящий сервер (большая оперативная память).

Используя новые архитектурные возможности, компании-разработчики SCADA-систем стали предлагать терминальные сервисы, поддерживающие выполнение SCADA-приложений в режиме сессии. Компания Wonderware внедрила терминал-серверную технологию для SCADA-системы InTouch версии 7.1. Появление версий iFIX (Intellution/GE Fanuc), поддерживающих ОС Windows 2000, открыло возможность применения ПО iClient Terminal Server для поддержки многосеансовой работы «тонких» клиентов. Не отстали и другие ведущие производители SCADA-продуктов.

Internet/Intranet- технологии

Очевидным плюсом сети Internet является ее уникальная протяженность и распределенность, что позволяет передавать информацию через тысячи километров между любыми двумя точками земного шара. Кроме этого, сеть отличается уникальной стандартизацией передаваемых данных, что обеспечивает одинаковую читаемость, информативность и однозначность передаваемых данных вне зависимости от операционной системы, в которой работает компьютер – Windows 9x/NT/2000, Unix или OS/2. Эту возможность дает применение стандартного протокола передачи TCP/IP.

Однако наряду с достоинствами Internet следует отметить и основной недостаток - очень низкая скорость передачи данных. Сочетание различных физических сред передачи информации и таких свойств протокола TCP/IP как неопределенность времени получения ответа ведут к тому, что передаваемая информация будет передана правильно и без потерь, но заранее сказать, какое время это займет, нельзя. Очевидно, что Internet -технологии мало подойдут для применения в системах с быстротекущими процессами, однако там, где время не является критичным, Internet является приемлемым решением по обеспечению своевременной и точной информацией оператора системы, инженера-технолога или руководителя.

Удобство и популярность Internet стали основной причиной того, что Web-технологии начали активно применяться во внутренних информационных системах предприятий. Каждое предприятие рано или поздно сталкивается с необходимостью автоматизации своей деятельности. Одной из первых ставится задача централизованного хранения информации и доступа к ней. Если раньше такие технологии использовались лишь на самом верхнем уровне управления - АСУП, то в последнее время все большее распространение они получают и в системах уровня АСУ ТП (в системах класса SCADA/HMI).

Внутренние информационные системы предприятия, построенные с использованием Web-технологий, получили собственное название – «Intranet» (интранет - внутренняя сеть). Интранет совсем не обязательно должна ограничиваться локальной сетью предприятия - она может объединять несколько предприятий, находящихся на значительных расстояниях. Отличие Intranet от Internet заключается в том, что ее информационные ресурсы и пользователи объединены общими задачами и принадлежностью одному коллективу.

Так какие же конкретно технологии и системы можно применить для совместной работы систем АСУ ТП на уровне HMI/SCADA и Интернет? Ниже предлагается краткий обзор уже существующих и на практике широко используемых технологий на базе Internet.

· Самым простым, но очень действенным методом интеграции HMI/SCADA в Интернет является использование электронной почты в качестве средства оповещения при появлении новых записей в журнале тревог. Этими возможностями обладают большинство SCADA-систем, имеющихся сейчас на рынке. Электронная почта, кроме прямой посылки письма адресату через Интернет, может использовать и различные «перевалочные пункты», например, шлюзы пейджинговых компаний для посылки сообщения непосредственно на пейджер адресата.

· Гораздо более информативной является возможность генерирования отчетов о текущем положении дел на объекте в стандарте HTML. Для использования этого метода SCADA-система формирует отчет с диаграммами, графиками, таблицами в виде HTML-файла, который сохраняется на диске (локального или удаленного компьютера). Периодичность обновления отчета зависит только от настроек SCADA-системы и не очень влияет на производительность остальных компонентов системы управления. Сохраненный файл, в свою очередь, может использоваться Web-сервером для предоставления доступа к этим данным через сеть Интернет из любой точки земного шара, используя обыкновенный Web-браузер. Метод не предполагает возможности воздействовать на объект через систему автоматизации, доступны лишь функции мониторинга.

· Большие возможности предоставляет супервизорное управление через Интернет. Для осуществления этого метода управления системой АСУ ТП необходима SCADA-система, поддерживающая функции управления по сети TCP/IP. При этом функционирующая на удаленном компьютере SCADA- система должна иметь в своем распоряжении копию проекта, включая описание используемых переменных, графические объекты, скрипты и т. п. («толстые» клиенты). В этом случае пересылаемые по сети Internet данные будут содержать только текущие значения параметров, считанных из контроллеров (сбор данных), и команды удаленного компьютера (управление). Примерами реализации таких систем могут служить программы WebCast (фирма Intellution, пакет iFix), NetLink (AdAstra, Trace Mode) и Scout (Wonderware, InTouch).

· Другую концепцию предлагает метод связи через браузер (Web- browser). В этом случае используется технология так называемого «тонкого» клиента. При установке связи между Web-браузером и SCADA-сервером в локальный компьютер осуществляется загрузка данных о работающем в системе проекте (включая графические объекты). В этом случае вся математическая обработка данных происходит на удаленном сервере, на локальном же компьютере идет только представление данных, используя ActiveX или другую Web-технологию. Примером реализации могут служить наборы подключаемых модулей WebClient (US Data, FactoryLink/MonitorPro), WebActivator (AdAstra, Trace Mode).

· Особое место в Web-технологиях занимает сбор данных через Интернет от удаленных контроллеров. Этот метод фактически соответствует традиционно принятой структуре построения АСУ ТП с использованием SCADA-систем, но в данном случае между самой системой и ПЛК может лежать не одна тысяча километров. В такой конфигурации может работать любая SCADA-система, умеющая посылать сообщения по протоколу TCP/IP (что могут делать практически все системы). Аналогично и ПЛК могут работать в такой системе, если они имеют Ethernet или последовательный порт с поддержкой TCP/IP. Практически все крупнейшие производители контроллеров имеют такие модели.

· Совершенно новой технологией для управления через Интернетявляются встраиваемые в ПЛК Web-серверы. Сейчас можно говорить лишь о наметившихся перспективах. Одна из главных особенностей этой «революционной» технологии (кроме универсальности связи с ПЛК) - отказ от использования SCADA-систем. Web-сервер находится в контроллере, который подключен непосредственно к сети Internet. Имеющийся в контроллере сопроцессор осуществляет формирование необходимых HTML-страниц и связывает их с данными, поступающими с объекта. Однако в данном случае основная тяжесть работы по обработке данных будет ложиться на плечи самого контроллера, который вынужден будет кроме первичной обработки данных осуществлять и вторичную обработку, что может потребовать применения гораздо более мощного процессора ПЛК, чем в случае работы без Web-сервера.

Во всех Internet/Intranet-решениях по обмену данными кроме технологического сервера как поставщика данных и клиента как получателя информации задействован Web-сервер (рис. 2.9). Информация на сервере хранится в виде страниц, на которых, кроме текста, могут находиться разные объекты: графические изображения, аудио - и видеоролики, формы для ввода данных, интерактивные приложения и т.д.

Рис. 2.9. Интеграция SCADA и Internet.

Взаимодействие между Web-сервером и клиентами осуществляется на основе протокола HTTP (HyperText Transfer Protocol ‑ протокол передачи гипертекста).

Для просмотра приложений Web-клиентом могут использоваться навигатор Microsoft Internet Explorer соответствующей версии или SCADA-система в режиме Runtime.

Web-сервер работает на базе Microsoft Internet Information Server (IIS) и связывает установленные на нем приложения с Internet.

Практически все ведущие фирмы-разработчики SCADA-систем занимаются созданием программных продуктов с использованием Internet-технологий, в том числе и технологий с использованием «тонких» клиентов.

Одним из наиболее значимых факторов развития SCADA-систем становится то, что некоторые ведущие производители расширяют функции SCADA «по вертикали» иерархии многоуровневой системы управления.

С одной стороны, идет расширение функций в сторону непосредственного управления технологическими процессами (автоматическое регулирование и программно-логическое управление). Функции непосредственного управления реализуются в пакетах прикладных программ как для контроллеров, построенных на основе PC-совместимых контроллеров (SoftPLC), так и для компьютерной реализации функций непосредственного управления (SoftControl).

Широкое использование IBM PC платформы в контроллерах (softlogic) началось в 90-х годах ХХ века и было обусловлено многими факторами, один из которых – лучшее соотношение «производительность - цена». А для России того времени это было определяющим. И вот отечественная фирма AdAstrA интегрирует свою SCADA-систему с системой программирования PC-контроллеров. Так появилась новая технология сквозного программирования компонентов нижнего и верхнего уровней АСУТП.

Говоря о компьютерной реализации функций непосредственного автоматического управления технологическим процессом, следует отметить, что практически все известные инструментальные SCADA-системы обеспечивают эту возможность. Хотя такое совмещение и позволяет экономить на аппаратных средствах, оно может иметь ряд негативных последствий. Во-первых, операционная система операторской станции может не обеспечить необходимую для конкретного технологического процесса скорость реакции SCADA-системы. Во-вторых, никто не гарантирован от «зависания» системы, хотя для некоторых объектов (инерционных) это может быть и не критично.

С другой стороны, первичная информация, собранная SCADA-системами от технологических установок и производств для принятия оперативных (тактических) решений на уровне операторов/диспетчеров, должна быть доступна в реальном времени всем уровням управления с целью ее анализа и принятия управленческих (стратегических) решений. Но до недавнего времени в силу различных причин (подробнее см. главу 4) эта задача не была решена, что являлось существенным тормозом повышения эффективности предприятий.

Для ее решения на рынке программных продуктов стал появляться новый класс программного обеспечения – интегрированные пакеты промышленной автоматизации. В этих пакетах SCADA/HMI является лишь одним из компонентов. Другой важнейший компонент таких систем – базы данных реального времени или архивы исторических данных, предназначенные для хранения огромных массивов информации с возможностью доступа к ней с различных АРМ. Сюда же можно отнести специализированные пакеты для управления периодическими процессами, для выявления и минимизации простоев оборудования, для просмотра производственной информации с помощью Интернет-технологий и т. п.

К классу интегрированных систем можно отнести такие программные продукты ведущих производителей SCADA, как FIX Dynamics (Intellution/GE Fanuc), FactorySuite 2000 (Wonderware) и другие. Эти системы представляют собой мощные программные комплексы, обеспечивающие интеграцию системы управления производством в целом. Использование в системах разных уровней единого стиля оформления, единой терминологии, инструментария, служебных средств и т. д. значительно облегчают разработчикам проектирование систем, а предприятиям - их освоение и эксплуатацию.

Дата добавления: 2014-01-13