Программное обеспечение систем управления

    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.

6. Надежность SCADA-систем

    Понятие надежности SCADA-пакетов включает в себя два аспекта: надежность самого программного продукта SCADA и возможность программного резервирования компонентов системы в различных вариантах.

    Надежность  SCADA-пакета определяется несколькими характеристиками: надежностью операционной системы, наличием средств сохранения данных и конфигурации при сбоях, наличием средств автоматического перезапуска системы.

    По  надежности современные SCADA-продукты, также как и по функциональности, незначительно отличаются друг от друга. Тем не менее, при выборе пакета можно обратить внимание на список его внедрений. Наличие в таком списке проектов для опасных и ответственных производств, проектов с большим числом параметров, территориально и функционально распределенных АРМов говорит о достаточно высокой надежности SCADA-пакета.

    Но  система управления может полностью выйти из строя не только по причине отказа программного обеспечения, но и оборудования.

     Получившая  наиболее широкое распространение  распределенная система управления, представленная на рис. 2.10, выйдет из строя, если всего лишь в одном компоненте (сервере) возникнет неисправность.

    Реализация  SCADA-пакетами функций резервирования позволяет устранять отказы в системе без потери ее функциональных возможностей и производительности. Программное обеспечение SCADA поддерживает реализацию резервирования различных компонентов системы управления как вследствие особенности архитектуры, так и наличия встроенных механизмов.

                                                             Рис. 2.10. Сетевая архитектура SCADA.

• Дублирование сервера ввода/вывода

     Для повышения  надежности системы управления достаточно явно просматривается вариант с  резервированием сервера (рис.2.11). Здесь  возможны два варианта. В одном  случае оба сервера (основной и резервный) взаимодействуют с устройствами ввода/вывода, удваивая нагрузку на промышленную сеть и снижая производительность системы. В штатном режиме клиенты взаимодействуют с основным сервером. При выходе его из строя они направляют свои запросы к резервному серверу.

                                                                  Рис. 2.11. Резервирование сервера.

    В распределенной клиент-серверной архитектуре  SCADA-систем лишь один (основной) сервер взаимодействует с контроллерами. При этом основной сервер постоянно обновляет базу данных резервного сервера, обеспечивая его постоянную готовность.

• Резервирование сети и контроллеров

     Структура, приведенная  на рис. 2.11, увеличивает надежность системы, устраняя одно из основных «слабых» мест – отказ сервера. Другим «слабым» местом распределенной системы управления может быть сама сеть. Выход ее из строя нарушает управление, так как станции операторов/диспетчеров в этом случае оказываются отрезанными от системы. Повышение надежности системы управления обеспечивается дополнительной сетью (рис. 2.12).

    Большинство контроллеров может поддерживать дополнительную (резервную) связь с сервером ввода/вывода. При отказе основного канала гарантируется обмен данными между контроллером и сервером.   

    Достичь полного резервирования можно путем  дублирования контроллеров (рис. 2.12).

                                                                Рис. 2.12. Варианты резервирования.

    Рассмотренные выше способы повышения надежности системы управления хорошо известны. Важным здесь является то, что именно встроенные в SCADA-систему механизмы позволяют конфигурировать распределенную клиент-серверную архитектуру, определяя на стадии проектирования основные и резервные устройства системы управления. А в режиме исполнения именно SCADA- система определяет неисправность того или иного компонента системы и автоматически производит переключение на резервное оборудование, предупреждая об этом оперативный персонал.

7. Программно-аппаратная платформа

    К этой группе можно отнести следующие  характеристики: компьютерная платформа, операционная система, конфигурация компьютера (частота процессора, требуемые ресурсы оперативной и дисковой памяти), возможность переноса приложений в другую операционную систему.

    Анализ  платформ и операционных систем необходим, поскольку они определяют возможность распространения SCADA-системы на имеющиеся вычислительные средства и стоимость системы.

    Программное обеспечение SCADA, как и любое другое ПО, выполняется под управлением той или иной операционной системы. Какая же операционная система наиболее приемлема для программного обеспечения верхнего уровня? Обязательно применение ОСРВ или достаточно операционной системы общего назначения? Этот вопрос обсуждался на протяжении нескольких лет в различных периодических изданиях, посвященных автоматизации технологических процессов. В итоге, компромисс найден: требования к параметрам операционной системы должны определяться автоматизируемым объектом и прикладной задачей.

    С одной стороны, в нефтегазовой отрасли  существует довольно широкий класс  инерционных объектов. Нельзя также и забывать, что неотъемлемой частью верхнего уровня АСУ ТП является человек, время реакции которого на события недетерминировано и зачастую достаточно велико. И, наконец, нельзя не учитывать тенденции развития мирового рынка программного обеспечения.

    В результате, подавляющее большинство SCADA-систем реализовано (и об этом уже  говорилось в главе 1) на MS Windows-платформах (Windows NT/2000). Это и InTouch, и FIX, и Genesis, и российский Трейс Моуд. Из четырнадцати систем, приведенных выше, двенадцать предназначены для работы в различных вариантах ОС MS Windows. Здесь, безусловно, сказались позиции компании Microsoft на рынке операционных систем. Известно, что именно компания Microsoft была и остается «законодателем моды» в этом классе программного обеспечения.

    А вот такие популярные SCADA-системы, как RealFlex, Sitex, RTWin функционируют под управлением операционной системы реального времени QNX. Эта ОСРВ для IBM PC является одной из наиболее широко используемых при построении систем управления и сбора данных прежде всего за счет того, что гарантирует время реакции системы в пределах от нескольких десятков микросекунд до нескольких миллисекунд (в зависимости от быстродействия ПЭВМ и версии QNX).

    Широко  известная SCADA FactoryLink имеет целый список поддерживаемых ей программно-аппаратных платформ: OS/2 (IBM PC), UNIX (IBM PC), VMS (VAX), HP-UX (HP 9000) и MS Windows (IBM PC).

    Компьютерные  ресурсы, требуемые для установки  и нормального функционирования различных компонентов SCADA-систем, определяются многими факторами, в том числе, назначением сетевого компьютера (рабочая станция оператора, сервер БД, АРМ специалиста и т. п.), количеством обрабатываемых переменных, используемой операционной системой (Windows 95/98/NT/2000, QNX) и т. п.

    В качестве клиентских компьютеров наибольшее распространение в настоящее время находят IBM-совместимые ПК (от 486 до Pentium II 500/800 МГц).

    Оперативная память, требуемая для SCADA-пакетов различных производителей, колеблется от 32 до 128/256 Мб.

    Требования  к свободному объему памяти на жестком диске также достаточно минимальны (100 – 200 Мб).

    Могут накладываться также ограничения  на качество и объем памяти видеокарты, разрешение экрана монитора, размеры  монитора.

    Требования  к аппаратным средствам, призванным поддерживать серверные функции, могут быть существенно более высокими. Это относится и к объему оперативной памяти, и к объему жесткого диска, который может измеряться уже десятками и сотнями Гб.

    С другой стороны, многие клиентские компьютеры при использовании современных сетевых технологий, таких, как архитектура Server/Terminal, Internet-технологий (WEB-сервер), могут быть достаточно слабых конфигураций (IBM 286/386) с минимальными требованиями как к оперативной, так и к дисковой памяти, а то и вовсе бездисковыми.

    Масштабируемость - это способность ПО SCADA наращивать размеры системы управления, обеспечивая при этом преемственность по отношению ко всем ранее установленным программно-аппаратным средствам.

    С ростом мощности компьютеров и соответствующим  ростом информационной мощности операторских станций SCADA-системы становятся масштабируемыми. Они выпускаются в различных вариантах, которые при сохранении в целом функционального профиля поддерживают от нескольких десятков или сотен до десятков тысяч входов/выходов (лицензируемых точек).

    Естественно, стоимость таких пакетов различна: чем больше переменных поддерживает SCADA-пакет, тем он дороже. Но это удобно потребителю - можно приобрести пакет под проект практически любого масштаба.

    Градация  количества лицензируемых точек в различных SCADA-пакетах различна. В ряде пакетов она более равномерна, чем в других. Например, на рынке программных продуктов можно найти SCADA-пакеты на 75, 150, 500, 1 500, 5 000, 15 000, 50 000, 150 000 и 450 000 переменных. При этом учитываются только внешние переменные, считываемые с устройств ввода/вывода. Внутренние переменные, которые будут определены разработчиком при проектировании, не являются лицензируемыми (бесплатны), хотя и будут храниться в памяти компьютера или на жестком диске. Другие фирмы-производители SCADA в общее количество лицензируемых точек включают и внутренние переменные. Например, приобретение такого пакета на 500 лицензируемых точек означает следующее. Если в соответствии с проектом разработчику потребуется создать 100 внутренних переменных, то система способна будет обрабатывать лишь 400 переменных ввода/вывода. Но и о возможном расширении системы не надо забывать.