Программное обеспечение систем управления

• OPC-интерфейс

    OPC – это аббревиатура от OLE for Process Control (OLE для управления процессами). Технология OPC основана на разработанной компанией Microsoft технологии OLE (Object Linking and Embedding – встраивание и связывание объектов). Под объектами здесь подразумеваются так называемые компоненты, которые представляют собой готовые к использованию мини-приложения. Встраивая и связывая эти компоненты, можно разрабатывать приложения компонентной архитектуры. Этот новый подход к разработке приложений, предложенный компанией Microsoft, получил название технологии COM (Component Object Model – модель компонентных объектов). Теперь приложение-клиент может удаленно вызывать те или иные функции этих объектов так, как будто объекты находятся «рядом». Объект может находиться и в самом деле рядом (в адресном пространстве приложения) - тогда это просто СОМ.

    Если  же объект находится в другой программе  на том же компьютере или на другом узле сети, то это DCOM-Distributed (распределенная) СОМ.

    Так что же такое ОРС ? OPC представляет собой коммуникационный стандарт, поддерживающий взаимодействие между полевыми устройствами, контроллерами и приложениями разных производителей. Стандарт OPC описывает компонентные объекты, методы и свойства (базирующиеся на технологии OLE/COM) для серверов данных реального времени, таких как PLC, DCS, систем архивирования данных и других, и обеспечивает передачу информации, содержащейся на этих серверах, стандартным OLE-клиентам.

    ОРС-взаимодействие основано на клиент-серверной архитектуре. ОРС-клиент (например, SCADA), вызывая определенные функции объекта ОРС-сервера, подписывается на получение определенных данных с определенной частотой. В свою очередь, ОРС-сервер, опросив физическое устройство, вызывает известные функции клиента, уведомляя его о получении данных и передавая сами данные. Таким образом, при ОРС-взаимодействии используются как прямые СОМ-вызовы (от клиента к серверу), так и обратные (от сервера к клиенту).

    Более популярно изложить идею технологии OPC можно на примере стандартов на шины для персонального компьютера (ПК). К шине ПК можно подключать широкий класс устройств, производимых целым рядом компаний, и все они будут иметь возможность взаимодействовать друг с другом, поскольку используют одну и ту же стандартную шину. Также и унифицированный интерфейс OPC позволяет различным программным модулям, производимым самими различными компаниями, взаимодействовать друг с другом.

    OPC-сервер  отвечает за получение данных  от соответствующего устройства  управления процессом. На каждом  сервере имеется некоторое количество OPC-групп, которые представляют  собой логические коллекции данных, запрос на получение которых поступает от клиента. Группы на сервере могут быть доступны нескольким клиентам одновременно или лишь одному клиенту.

    Каждая OPC-группа содержит набор OPC-элементов, в которых хранятся данные, поступившие от соответствующего устройства управления процессами. Запрос клиента серверу на получение данных реализуется посредством указания идентификатора элемента. Идентификаторы элементов – свои у каждого сервера. По уникальному идентификатору сервер умеет находить нужное значение в соответствующем устройстве (например, контроллере). Для ПЛК идентификатор элемента обычно соответствует номеру регистра. Дополнительно сервер может снабжать полученные данные меткой времени.

    Использование технологии OPC в настоящее время возможно лишь в операционных системах, построенных на технологии OLE/COM, т.е. в ОС Microsoft Windows 95/98 и Windows NT. Идут разработки поддержки этой технологии для операционной системы UNIX.

    Таким образом, любое устройство, для которого есть ОРС-сервер, может использоваться вместе с любой современной SCADA-системой, реализованной на платформе MS Windows.

    Развивающая стандарт OPC некоммерческая организация OPC Foundation (http://www.opcfoundation.org),  насчитывает свыше 200 членов. В нее входят почти все ведущие мировые производители программно-аппаратных средств автоматизации.

    Хотя  стандарт ОРС и основан на универсальном фундаменте - COM/DCOM, он разрабатывался специально для использования в промышленной автоматизации и поэтому имеет вполне содержательную концептуальную сторону.

    Стандарт  состоит из трех основных спецификаций:

    - доступ  к данным реального времени  (Data Access);

    - обработка  тревог и событий (Alarms & Events);

    - доступ  к историческим данным (Historical Data Access).

    Соответственно, ОРС-серверов тоже может быть три вида, хотя допускается совмещать все эти функции в одном сервере. ОРС-серверы физических устройств обычно являются только серверами данных. 

     Раньше разработчикам  клиентских приложений приходилось  писать множество драйверов (см. рис. справа) для взаимодействия с каждым из используемых управляющих устройств (контроллеров).

     Стандарт OPC позволяет  написать лишь один-единственный драйвер (рис. справа) для доступа к данным, поступающим в едином формате  от самых различных источников.

     OPC-интерфейс  допускает различные варианты  обмена: с физическими устройствами, с распределенными сетевыми системами  управления и с любыми приложениями (рис.2.5). На рынке имеются и  инструментальные пакеты для  написания OPC-компонентов.

    Рис. 2.5. Обмен данными по OPC-интерфейсу.

    Использование технологии OPC позволяет конечным пользователям  выбирать программно-аппаратные средства, наиболее отвечающие их потребностям, независимо от того, кто их производит.

    Другим  преимуществом описываемой технологии является то, что при ее использовании снижаются риски и стоимость интеграционных работ. Все используемые в системе компоненты работают на одной и той же технологии.

• При разработке систем автоматизации может потребоваться создание собственных программных модулей (не предусмотренных в SCADA- системе) и их включение в систему автоматизации. Поэтому свойство открытости SCADA-систем является очень важной характеристикой программных продуктов этого класса. Открытость SCADA-системы означает возможность доступа к спецификациям системных вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это может быть и доступ к графическим функциям, функциям работы с базами данных и т.д.

    С другой стороны, сегодня в мире существует множество компаний, занимающихся разработкой различных программных компонентов для SCADA-систем, например, ActiveX-объектов. Их использование при разработке систем автоматизации упрощает и ускоряет процесс проектирования. Этот процесс все больше начинает напоминать процесс «сборки» прикладного программного обеспечения из готовых компонентов. Снижаются требования к квалификации программистов – количество задач, решаемых системой с помощью программ собственной разработки на высокоуровневых языка типа C или Visual Basic уменьшается. Все это способствует расширению области применения SCADA-систем.

• ActiveX-объекты

    ActiveX – это технология Microsoft, основанная на COM/DCOM (см. выше) и предназначенная для написания сетевых приложений. Она предоставляет программистам наборы стандартных библиотек, значительно облегчающих процесс кодирования.

    Стандарт ActiveX позволяет программным компонентам  взаимодействовать друг с другом по сети независимо от языка программирования, на котором они написаны (Visual Basic, Visual C++, Borland Delphi, Borland C++, любые средства разработки на Java).

    ActiveX обеспечивает некий «скрепляющий раствор», с помощью которого отдельные программные компоненты на разных компьютерах «склеиваются» в единую распределенную систему.

    Технология ActiveX включает в себя клиентскую и  серверную части.

    Серверная часть технологии ActiveX реализована с помощью Microsoft Internet Information Server (IIS).

    Клиентская технология ActiveX реализуется на машине-клиенте с помощью библиотек, поставляемых вместе с Microsoft Internet Explorer, являющимся полнофункциональным Wев-браузером (WWW - World Wide Web) и контейнером для ActiveX-элементов. Сегодня технология ActiveX успешно внедряется в системы, функционирующие на Windows-платформе. Нет сомнения, что в ближайшее время эти технологии будут использоваться и на других платформах, так как информационные технологии развиваются очень высокими темпами.

    Какое же отношение технология ActiveX имеет  к SCADA-системам? Разработчики SCADA-программ на платформе WindowsNT/2000/XP воспользовались этой технологией Microsoft. Сейчас уже многие SCADA являются контейнерами для ActiveX-объектов. А это значит, что огромное количество готовых к многократному использованию ActiveX-объектов, создаваемых многочисленными производителями подобного программного продукта, могут встраиваться с минимальным программированием в SCADA-приложения. И тогда процесс разработки человеко-машинного интерфейса будет напоминать работу с конструктором, заключающуюся в подборе и встраивании готовых компонентов.

    В режиме исполнения ActiveX-компоненты поддерживают динамический обмен данными с другими сетевыми программно-аппаратными компонентами по OPC-интерфейсу.

     Пример ActiveX-объекта  приведен на рис. 2.6.

    Рис. 2.6. ActiveX-объект «Сводка сигнализации».

    Итак, открытость программного обеспечения  SCADA обеспечивается целым рядом факторов, а именно:

• возможностью создания собственных программных модулей

  и использования программных  модулей разработки других компаний;

• наличием специальных драйверов для связи SCADA с наиболее

     популярными контроллерами разных фирм;

• наличием специальных инструментальных средств для создания новых 

     драйверов;

• возможностью их работы в типовых операционных системах;
• наличием типовых программных интерфейсов (DDE, OLE, OPC, ActiveX, ODBC, SQL и др.), связывающих ПО SCADA с другими программно-аппаратными средствами системы управления, включая и СУБД.

    Сейчас  уже можно сказать, что современные  системы SCADA/HMI хорошо структурированы  и представляют собой готовые  к применению и согласованные  по функциям и по всем интерфейсам наборы программных продуктов и вспомогательных компонентов.

4. 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.