П.2.ОРС DA-сервер

Сервер ОРС DA является наиболее широко используемым в промышленной автоматизации. Он обеспечивает обмен данными (запись и чтение) между клиентской программой и физическими устройствами.

Данные состоят из трех полей: значение, качество и временная метка.

Параметр качества данных позволяет передать от устройства клиентской программе информацию о выходе измеряемой величины за границы динамического диапазона, об отсутствии данных, ошибке связи и другие.

Существуют четыре стандартных режима чтения данных из ОРС-сервера:

1) синхронный режим: клиент посылает запрос серверу и ждет от него ответ;

2) асинхронный режим: клиент отправляет запрос и сразу же переходит к выполнению других задач. Сервер после выполнения функции запроса посылает клиенту уведомление и тот забирает предоставленные данные:

3) режим подписки: клиент сообщает серверу список тегов, значения которых сервер должен отправлять клиенту только в случае их изменения. Для того, чтобы шум данных не был принят за их изменение, вводится понятие «мертвой зоны», которая слегка превышает максимально возможный размах помехи;

4) режим обновления данных: клиент вызывает одновременное чтение всех активных тегов. Активными называются все теги, кроме обозначенных как «пассивные». Такое деление тегов уменьшает загрузку процессора обновлением данных, принимаемых из физического устройства.

Запись данных в физическое устройство может быть выполнена только двумя методами: синхронным и асинхронным, и выполняется сразу в устройство без промежуточной буферизации.

В синхронном режиме функция записи выполняется до тех пор, пока из физического устройства не поступит подтверждение, что запись выполнена. Этот процесс может занимать много времени, в течение которого клиент находится в состоянии ожидания завершения функции и не может продолжать выполнение своей работы. При асинхронной записи клиент отправляет данные серверу и сразу продолжает свою работу. После окончания записи сервер отправляет клиенту соответствующее уведомление.

В соответствии со стандартом, ОРС-сервер во время инсталляции автоматически регистрируется в реестре Windows. Запуск сервера осуществляется так же, как любой другой программы, или автоматически из клиентской программы.

Клиентская программа и ОРС-сервер могут быть установлены на одном и том же компьютере (рис.8), или на разных компьютерах сети Ethernet (рис.9).

В качестве ОРС-клиента может выступать программа на языке С++ (например, SСАDА-пакет) или программа на языке Visual Basic, VВА, Delphi или любая другая программа, поддерживающая внедрение СОМ-объектов (рис.8).

ОРС-сервер и ОРС-клиенты могут работать только на компьютерах и контроллерах с операционными системами, поддерживающими технологию DCOM (например Windows ХР и Windows СЕ).

ОРС-сервер подключается к физическим устройствам любым способом; эти способы стандартом не предусмотрены.

При наличии нескольких компьютеров каждый из них может содержатъ ОРС-сервер и подключенные к нему физические устройства. В такой системе любой ОРС-клиент с любого компьютера может обращаться к любому ОРС-серверу, в том числе к расположенному на другом компьютере сети (рис.9).

Это достигается благодаря технологии DCOM, использующей удаленный вызов процедур (RPC – Remote Procedure Саll). Например, SCADA на рис.9 может обратиться за данными к модулю ввода-вывода по пути, указанному штриховой линией.

Обмен данными с ПЛК, работающими с ОС Windows СЕ, выполняется точно так, как с компьютерами.

При использовании оборудования разных производителей на компьютере (контроллере) может быть установлено несколько ОРС-серверов разных производителей, однако ОРС-сервер монопольно занимает СОМ-порт компьютера, поскольку непрерывно выполняет обновление данных. Поэтому число портов должно быть равно числу ОРС-серверов. Для наращивания количества портов можно использовать преобразователи интерфейса USB в RS-2З2. К разным портам компьютера могут быть подключены разные промышленные сети. В этом случае ОРС-серверы выполняют функцию межсетевых шлюзов.

п.3 Спецификация ОРС UA (Unified Architecture)

Недостатки ОРС технологии:

- доступность только на операционных системах семейства Мicrosoft Windows;

- связь с технологией DCOM, исходные коды которой являются закрытыми. Это не позволяет решать вопросы надежности ПО, а также выявлять и устранять программные отказы;

- проблемы конфигурирования, связанные с DCOM;

- неточные сообщения DCOM о прерываниях связи;

- неприспособленность DCOM для обмена данными через Интернет;

- неприспособленность DCOM для обеспечения информационной безопасности.

В связи с этим в 2006 г. ОРС Fоundаtiоn предложил новую стандартную спецификацию для обмена данными в системах промышленной автоматизации, получившую название «ОРС U nifiеd Architecture » – «ОРС с унифицированной архитектурой».

Стандарт ОРС UA устанавливает методы обмена сообщениями между ОРС- сервером и клиентом, не зависящие от аппаратно-программной платформы, от типа взаимодействующих систем и сетей. ОРС UА обеспечивает надежную и безопасную коммуникацию, противодействие вирусным атакам, гарантирует идентичность информации клиента и сервера.

ОРС UA основан на Micrisoft.Net Framework и предназначен для использования возможности объектно-ориентированных языков, таких как С#.

Под объектом в новом стандарте понимается физический или абстрактный элемент системы. Примерами объектов могут быть физические устройства, включающие их системы и подсистемы. Датчик температуры, к примеру, может быть представлен как объект, который включает в себя значение температуры, набор параметров сигнализаций и границы срабатывания.

Объект, по аналогии с объектно-ориентированным программированием, определяется как экземпляр класса, а класс рассматривается как тип данных. Объекты включают в себя переменные, события и методы.

ОРС UA использует несколько различных форматов данных, основными из которых являются бинарные структуры и ХМL-документы. Во многих случаях используется автоматическое распознавание формата данных во время их передачи.

ОРС UA обладает высокой помехоустойчивостью (робастностью) данных и уведомлений о событиях. Серверы могут иметь доступ как к текущим, так и архивированным данным, к событиям и аварийным сигналам.

Основным отличием ОРС UA является отказ от технологии СОМ и DCOM фирмы Microsoft и переход к архитектуре SOA (Service Оriеntеd Architecture – архитектура, ориентированная на сервисы) с целью обмена информацией и обеспечения совместимости с множеством различных аппаратно-программных платформ.

Под сервисом в ОРС UA понимается некоторая функциональность, заключенная в программном компоненте, который может быть транспортирован от сервера к клиенту или обратно и вызван удаленно. Вызов сервиса аналогичен вызову метода в языках объектно-ориентированного программирования. Интерфейс между клиентом ОРС UA и сервером определяется как набор сервисов. Сервисы включают в себя средства для обеспечения информационной безопасности.

Построение сервера ОРС UA на основе сервисов позволяет изменять размер сервера для его использования с разными вычислительными ресурсами: для встроенных приложений может быть использован сокращенный набор сервисов, для корпоративных сетевых серверов – полный набор.

Сервисы ОРС UA делятся на логические группы:

- сервисы безопасных каналов;

- сервисы взаимодействия приложений по инициативе пользователя;

- сервисы для управления узлами. Узел – представление объектов, их определений и ссылок в пространстве ОРС UA. Позволяют клиентам добавлять, модифицировать или удалять узлы в адресном пространстве; задавать индивидуальные наборы видимых узлов для разных клиентов;

- сервисы атрибутов позволяют модифицировать атрибуты узлов;

- сервисы методов, которые вызывают функции, исполняемые элементами системы;

- сервисы для мониторинга узлов в режиме подписки. Эти сервисы периодически контролируют переменные, атрибуты и события, а также генерируют уведомления при наступлении заданных условий;

Для обеспечения информационной безопасности в ОРС UA используются стандартные веб-сервисы безопасности, такие как WS-Sесurity, WS- Trust или WS-SесurеСоnvеrsаtiоn. Диапазон возможноcтей средств безопасности простирается от простой аутентификации с помощью пароля и обмена цифровыми подписями до полного шифрования передаваемых сообщений.

Система на базе ОРС UA может содержать множество клиентов и серверов. Каждый клиент может работать параллельно с несколькими серверами, и каждый сервер может обслуживать нескольких клиентов. Пользовательское приложение (например, SCADA) может создаватъ комбинированные группы клиентов и серверов для ретрансляции сообщений, которыми оно обменивается с другими клиентами и серверами (рис.10)

Клиентом является прикладная программа, например, SCADA (рис.11). Клиентская программа выполняет запросы сервисов ОРС-сервера через внутренний интерфейс, который является изолирующей прослойкой между программой и коммуникационным стеком. Коммуникационный стек конвертирует запросы программы в сообщения для вызова необходимого сервиса, которые посылает серверу. После получения ответа на запросы коммуникационный стек передает их в клиентскую программу.

Структура сервера ОРС UA представлена на рис.12. Здесь «Реальные объекты» - это модули ввода- вывода, интеллектуальные устройства и программы, которые могут поставлять данные через ОРС-сервер. Серверное приложение представляет собой программную реализацию функций, которые должен выполнять сервер. Взаимодействие ОРС UA-сервера с клиентом выполняется через интерфейс прикладной программы путем отправления запросов и получения ответов.

Адресное пространство ОРС-сервера представляет собой множество узлов, доступных клиентской программе с помощью сервисов ОРС UA. «Узлы» используются, чтобы представить реальные объекты, их определения и перекрестные ссылки. В адресном пространстве выделяется подпространство узлов, которые сервер делает «видимыми» для клиента. Видимые узлы организуются в виде иерархической структуры, для удобства навигации в клиентской программе.

Обмен данными между клиентом и сервером может выполняться как путем получения мгновенных ответов на запросы, так и по схеме «издатель-подписчик». Для реализации режима подписки сервер осуществляет непрерывный контроль (мониторинг) узлов и соответствующих им объектов с целью обнаружения изменений. При обнаружении изменений в данных, событиях или аварийных сигналах (алармах) сервер генерирует уведомление, которое передается клиенту по каналу подписки.

ОРС UA допускает обмен между двумя серверами. Для этого один из серверов выступает в роли клиента, второй – в роли сервера. Таким образом, можно соединить несколько серверов цепочкой, при этом каждый из них будет выступать с одной стороны цепочки в качестве клиента, с другой стороны – в качестве сервера (рис.8 или 10?).

п.4 Применение ОРС-сервера с программными приложениями

ОРС DA-сервер работает с MS Excel (и другими приложениями Microsoft) c помощью технологии Automation. Эту технологию поддерживает Visual Basic, входящий в состав MS Excel.

Технология Automation позволяет одному приложению (клиенту) использовать объекты другого приложения (сервера). Приложение-клиент может использовать объекты ОРС-сервера, который, в свою очередь может получать данные из физического устройства или записывать их в него.

Automation позволяет использовать в среде MS Excel также объекты других приложений, например, ActiveX-объекты, объекты MS Word, Outlook Express и др., имеющими встроенный Visual Basic for Application.

В MATLAB, начиная с версии 7, входит пакет ОРС Toolbox, поддерживающий ОРС-серверы версии v2.05а. Он содержит также блоки Simulink для обмена данными с ОРС-серверами.

Аналогично, LabVIEW, начиная с версии 7, также имеет встроенную поддержку стандарта ОРС.

Более ранние версии MATLAB и LabVIEW не поддерживают ОРС, однако поддерживают OLE Automation.

Дата добавления: 2014-01-03