Зачёт. Зачет. 1. Интегрированные системы
 Скачать 70.77 Kb.
|
|
15. Взаимодействия SCADA-систем с контроллерами Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA-системе в настоящее время используются следующие механизмы: - ставший стандартом de facto динамический обмен данными (DDE); - собственные протоколы фирм-производителей SCADA-систем, реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными; - новый OPC-протокол, который, с одной стороны, является стандартным и поддерживается большинством SCADA-систем, а с другой стороны, лишен недостатков протоколов DDE. Изначально протокол DDE применялся в первых человекомашинных интерфейсах в качестве механизма разделения данных между прикладными системами и устройствами типа ПЛК (программируемые логические контроллеры). Для преодоления недостатков DDE, прежде всего для повышения надежности и скорости обмена, разработчики предложили свои собственные решения (протоколы), такие как AdvancedDDE или FastDDE – протоколы, связанные с пакетированием информации при обмене с ПЛК и сетевыми контроллерами. Но такие частные решения приводят к ряду проблем: для каждой SCADA-системы пишется свой драйвер для поставляемого на рынок оборудования; в общем случае, два пакета не могут иметь доступ к одному драйверу в одно и то же время, поскольку каждый из них поддерживает обмен именно со своим драйвером. Основная цель OPC-стандарта (OLE for Process Control) заключается в определении механизма доступа к данным с любого устройства из приложений. OPC позволяет производителям оборудования поставлять программные компоненты, которые стандартным способом обеспечат клиентов данными с ПЛК. При широком распространении OPC-стандарта появятся следующие преимущества: - OPC позволят определять на уровне объектов различные системы управления и контроля, работающие в распределенной гетерогенной среде; - OPC устранят необходимость использования различного нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов; - у потребителя появится больший выбор при разработке приложений. С OPC-решениями интеграция в гетерогенные (неоднородные) системы становится достаточно простой. Применительно к SCADAсистемам OPC серверы, расположенные на всех компьютерах системы управления производственного предприятия, стандартным способом могут поставлять данные в программу визуализации, базы данных и т.п., уничтожая в некотором смысле само понятие неоднородной системы. 16. Динамический обмен данными (DDE) в SCADA. DDE (Dynamic Data Exchange - динамический обмен данными) представляет собой коммуникационный протокол, разработанный компанией Microsoft для обмена данными между различными Windows-приложениями и их синхронизации. Для нормального функционирования DDE необходимо два участника – приложение, запрашивающее данные, и приложение, посылающее данные. Приложение, запрашивающее данные, называется клиентом. Приложение, посылающее данные, называется сервером. Для SCADA–систем имеются модификации: пакетированный DDE-обмен - FastDDE. Применение последнего заметно повышает эффективность и производительность обмена данными благодаря уменьшению общего количества DDE-пакетов, которыми клиент и сервер обмениваются между собой. Но принципиальные недостатки, связанные с надежностью и зависимостью от количества загруженных в текущий момент приложений Windows, остались. 17. Протокол обмена данными OPC OPC (аббр. от англ. Open Platform Communications) – это набор программных технологий, которые предоставляют единый интерфейс для управления различными устройствами и обмена данными. Целью создания OPC было предоставить инженерам универсальный интерфейс для управления различными устройствами. Технология OPC включает несколько стандартов: OPC DA (Data Access)— наиболее распространённый стандарт. Описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК, РСУ, ЧМИ, ЧПУ и другими устройствами. OPC HDA (Historical Data Access)предоставляет доступ к уже сохраненным данным и истории. OPC AE (Alarms & Events)— предоставляет функции уведомления по требованию о различных событиях: аварийные ситуации, действия оператора, информационные сообщения и другие. OPC Batch— предоставляет функции шагового и рецептурного управления технологическим процессом. OPC DX (Data eXchange)— предоставляет функции организации обмена данными между OPC-серверами через сеть Ethernet. Основное назначение — создание шлюзов для обмена данными между устройствами и программами разных производителей. OPC Security— определяет функции организации прав доступа клиентов к данным OPC-сервера. OPC XML-DA (XML-Data Access)— предоставляет гибкий, управляемый правилами формат обмена данными через XML, SOAP и HTTP. OPC Complex Data— дополнительные спецификации к OPC DA и XML-DA, которые позволяют серверам работать со сложными типами данных, такими как бинарные структуры и XML-документы. OPC Commands— набор программных интерфейсов, который позволяет ОРС клиентам и серверам идентифицировать, посылать и контролировать команды, исполняемые в контроллере или модуле ввода-вывода. OPC UA (Unified Architecture)— последняя по времени выпуска спецификация, которая основана не на технологии Microsoft COM, что предоставляет кроссплатформенную совместимость. Обычно технологию OPC применяют для обмена данными между контроллерами и SCADA системой, но также возможна организация сложных систем на разных уровнях АСУ ТП. OPC состоит из двух частей: OPC клиента и OPC сервера. ПО OPC сервера через драйверы устройств по полевым шинам опрашивает различные устройства. ПО OPC клиента обычно встроено в SCADA систему и предназначено для получения данных с OPC сервера. 18. Встроенные языки программирования в SCADA Встроенные технологические языки программирования – это инструмент, который предназначен для решения новых задач на базе уже существующей системы контроля и управления технологическими процессами. Такими задачами являются: - программно-логическое управление технологическим оборудованием; - алгоритмы оптимального (рационального) управления; - расчет значений переменных по формулам; - визуализация значений трендов целевой обработки (т.е. построение каких-либо расчетных трендов на базе полученных в результате измерений); в качестве исходных трендов могут быть использованы тренды реального времени и/или исторические тренды; - архивирование дат и времени определенных событий; - создание сценариев динамики экрана; - интегрирование мгновенных значений расхода в задачах дозирования; - создание альтернативных фильтров входных переменных. В каждой SCADA-системе имеется встроенный набор стандартных алгоритмов, однако для решения уникальных задач приходится прибегать к созданию собственных алгоритмов на встроенных языках. Большинство SCADA-систем имеют встроенные языки высокого уровня, подобные языку VisualBasic. Эти языки позволяют задать адекватную реакцию приложения на события, связанные с изменением значений переменных, с выполнением некоторого логического условия, с нажатием комбинации клавиш. Также возможно создание программных фрагментов, циклически выполняемых с заданной частотой. Встроенные языки программирования - мощное средство SCADA-систем, предоставляющее разработчику гибкий инструмент для разработки сложных приложений. Первые версии SCADA-систем либо не имели подобных языков, либо эти языки реализовывали небогатый набор функций. В современных версиях SCADA-систем функциональные возможности языков становятся существенно богаче. Можно выделить два подхода, используемых разработчиками встроенных в SCADA-системы языков программирования: 1) ориентация языка программирования на потребности и задачи технолога; 2) ориентация языка программирования на потребности и задачи системного интегратора 19. Базы Данных в SCADA Как правило, производственному персоналу всегда не хватает информации. Все они хотели бы иметь какое-то единое средство доступа к информации, обладающее мощью и открытостью РБД. Однако, традиционные БД не всегда применимы в системах промышленной автоматизации. Можно выделить несколько основных ограничений. - Производственные процессы генерируют данные очень быстро. Чтобы хранить производственный архив системы, например, с 7500 рабочими переменными, каждую секунду необходимо вставлять в базу данных 7500 записей. Обычные БД не могут выдержать подобную нагрузку. - Производственная информация не вмещается. Многомесячный архив завода с 7500 рабочими переменными требует под БД дисковой памяти объемом около 1 Терабайта. Сегодняшние технологии такими объемами манипулировать не могут (19.44 ГБ за 1 месяц при опросе раз в секунду!). - SQL как язык не подходит для обработки временных или периодических данных, типичных для производственных систем. В частности, чрезвычайно трудно указать в запросе периодичность выборки возвращаемых данных. Таким образом, при создании каждой SCADA-системы разработчикам приходится решать проблему – как заставить базу данных соответствовать вышеперечисленным требованиям. Существует два основных пути решения данной проблемы. 1. Создание собственной СУБД. Этот путь является длительным и трудоемким. К тому же, возникает проблема интегрирования созданной СУБД со стандартными офисными приложениями. 2. Использование какой-либо существующей СУБД в качестве базовой, и создание лишь «надстройки» над ней, для обеспечения работы в реальном времени. При таком подходе обеспечивается совместимость базы данных с офисными приложениями, возможность обмена данными по Интернет и т.д. В случае, когда разработчики SCADA идут по пути создания «надстройки» над существующей СУБД, для систем, работающих под управлением ОС Windows, в качестве базовой СУБД часто используется Microsoft SQL Server. 20. SCADA в INTERNET Использоавние Интернет в промышленной автоматизации в качестве среды передачи данных между распределенными обектами основано на технологии клиент-сервер. Различают клиентские приложения двух типов: -с возможностью передачи управляющих воздействий; -чисто мониторинговое воздействие. При использовании Интернет-технологий по принципу работы различают 2 типа клиентских приложений: -в режиме сервер-терминал; -бедный.богатый интернет клиент. Основой рассматриваемых типов клиентских приложений служит технология Windows DNA(Distributed Internet Architect). Приложения Windows DNA состоят из трех слоев: Уровень представления данных - уровень пользователя, на нем находится ПО, работающее с человеком. Данное ПО называется клиентским ПО. Оно взаимодействует с ПО уровня бизнес логики через локальную сеть или интернет. Уровень бизнес логики - уровень приложений, обрабатывающих запрос пользоваетля (также относятся Web-серверы). Уровень бизнес логики предназначен для обработки запросов пользователя, передачи их на уровень доступа к данным, получения ответа и передачи его на уровень представления данных. Уровень представления данных уровень, на котором находятся приложения непосредственно взаимодействующие с данными (СУБД, OPC-серверы). Обрабатывают поступающий запрос и возвращают данные на уровень бизнес логики. Реализация клиенткого приложения в режиме терминал-сервер. Терминал - устройство для ввода и отображения информации. Часто в качестве терминалов используются бездисковые ЭВМ. Клиентская сессия - сессия работы для одного пользователя. Одна операционная система может предоставлять несколько клиентских сессий. Иными словами это значит, что одна ЭВМ с установленной на ней ОС может отображать на нескольких мониторах несколько интерфейсов пользователя, работающих независимо друг от друга. Любой компьютер, на котором выполняется клиентская сессия может служить терминалом. Для каждой клиентской сесии сервер выделяет ресурсы(процессорное время, оперативную память, пространство на жестком диске, доступ к внешним устройствам и сети). Каждый пользователь использует свою клиентскую сессию таким образом, как будто он работает на сервере один. Использование терминал-серверной архитектуры позволяет: -уменьшить потребность в высоковоспроизводительных рабочих местах пользователя за счет того, что большая част выполняемых пользователем операций осуществляется на сервере; -повысить надежность промышленных АСУТП за счет использования в качестве терминала специализированных ЭВМ, адаптированных к промышленным условиям; -снизить стоимость использования ПО, в частности SCADA -систем за счет снижения количества приобретаемых лицензий. К достоинству терминал-серверной архитектуры относятся возможность использования различных программных и аппаратных платформ на сервере и терминалах. 21.Выбор SCADA систем Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу, аналогичную принятию решений в условиях многокритериальности, усложненную невозможностью количественной оценки ряда критериев из-за недостатка информации. При этом можно выделить три большие группы критериев их оценки: · технические характеристики; · стоимостные характеристики; · эксплуатационные характеристики. Технические характеристики: Программно-аппаратные платформы для SCADA-систем. Имеющиеся средства сетевой поддержки Встроенные командные языки Поддерживаемые базы данных Графические возможности Разработка собственных программных модулей Драйверы ввода-вывода Разработки третьих фирм Стоимостные характеристики. При оценке стоимости SCADA-систем нужно учитывать следующие факторы: · стоимость программно-аппаратной платформы; · стоимость системы; · стоимость освоения системы; · стоимость сопровождения. На стоимость работ существенное влияние оказывают: – сложность объекта (измеряется количеством экранных форм); – необходима ли покупка комплектующих для сбора и передачи данных; – какие каналы связи (кабель, телефон, радиомодем, GSM и т.д.) предполагается использовать; – необходима ли функция управления объектом; – количество планируемых рабочих мест; – срочность. Эксплуатационные характеристики. Показатели этой группы критериев наиболее субъективны. К этой группе можно отнести: · удобство интерфейса среды разработки - "Windows – подобный интерфейс", полнота инструментария и функций системы; · качество документации – ее полнота, уровень русификации; · поддержка со стороны создателей – количество инсталляций, дилерская сеть, обучение, условия обновления версий и т. д. Далее начинается разработка системы контроля и управления, которая включает следующие этапы: · разработка архитектуры системы автоматизации в целом. На этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации; · решение вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры, необходимостью введения узлов с "горячим резервированием" и т.п.; · создание прикладной системы управления для каждого узла. На этом этапе специалист в области автоматизируемых процессов наполняет узлы архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации; · приведение в соответствие параметров прикладной системы с информацией, которой обмениваются устройства нижнего уровня с внешним миром (датчики технологических параметров, исполнительные устройства и др.); · отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции. 22. scada система trace mode.состав. модули. TRACE MODE состоит из инструментальной системы и из набора исполнительных модулей (рантаймов). В Инструментальной системе создается набор файлов, который называется «проектом TRACE MODE». С помощью исполнительных модулей TRACE MODE проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени на рабочем месте диспетчера или оператора. Особенностью TRACE MODE является «технология единой линии программирования», то есть возможность разработки всех модулей АСУ при помощи одного инструмента. Технология единой линии программирования позволяет в рамках одного проекта создавать средства человеко-машинного интерфейса, системы учёта ресурсов, программировать промышленные контроллеры и разрабатывать web-интерфейс. Для этого в инструментальную систему TRACE MODE встроены специализированные редакторы. Среди них: Редактор графических мнемосхем; -Редактор экранных панелей; -Редактор программ на визуальном языке FBD -Редактор программ на визуальном языке SFC -Редактор программ на визуальном языке LD -Редактор программ на процедурном языке ST -Редактор программ на процедурном языке IL -Редактор шаблонов документов; -Построитель связей с СУБД; -Редактор паспортов оборудования (EAM); -Редактор персонала (HRM); -Редактор материальных ресурсов (MES); Исполнительные модули TRACE MODE имеют разные функции в зависимости от их роли в АСУ ТП. Основными исполнительными модулями программы являются: -Монитор реального времени — МРВ; -Монитор реального времени+ — МРВ+; -Монитор реального времени+ с сервером документирования — ДокМРВ+; -Double Force МРВ+ — 2 МРВ+ с горячим резервированием; -Монитор реального времени+ с поддержкой GSM/GPRS — GSM МРВ+; -Клиентский модуль NetLink Light; -Веб-сервер TRACE MODE — TRACE MODE DataCenter; -Исполнительные модули для промышленных контроллеров — Micro TRACE MODE; |