Программное обеспечение систем управления

    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 Интернет являются 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.  

5. Интегрированные SCADA-системы

    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.