Модульные SCADA-пакеты — универсальный инструмент для создания АСУ ТП любой сложности и функциональности

01/11/2005

Модульные SCADA-пакеты — универсальный инструмент для создания АСУ ТП любой сложности и функциональности

До недавнего времени SCADA-системы обычно представляли собой комплексы программных и аппаратных средств, обеспечивавших решение задач телемеханики и АСУ ТП. С развитием вычислительной техники все более значительные объемы этих задач стали решаться программными средствами верхнего уровня управления предприятием, в результате чего определение SCADA-системы стало обозначать модульный пакет программ сбора, обработки и представления информации на пункте управления технологическим процессом.

Современные информационные технологии позволяют создавать SCADA-пакеты, удовлетворяющие требованиям организации обработки, передачи и представления данных как для больших промышленных предприятиях со сложной иерархической структурой и огромным числом пользователей (например, АСУ «РАО ЕС» в России включает около 20 тыс. рабочих мест с пакетом Genesis32, так и для небольшого цеха с одним рабочим местом оператора. При этом большая часть SCADA-пакетов разрабатывается как приложения ОС Windows, что обусловлено необходимостью стандартизации способов создания интегрированных систем управления на основе продуктов разных производителей, решающих не только задачи технологического, но и хозяйственного управления предприятием (ERP-системы).

Лишь очень немногие SCADA-пакеты поддерживают другие операционные системы. В основном, это многозадачные ОС реального времени Linux и QNX. Однако пакеты, поддерживающие только эти ОС, применяются в основном в системах жесткого реального времени, где управляющие алгоритмы реализуются не в программируемом контроллере, а SCADA-пакетом.

Все предлагаемые в настоящее время на рынке программных средств автоматизации SCADA-пакеты содержат инструменты, позволяющие описать конфигурацию системы и ее режимы работы простым и интуитивно понятным технологу способом. При этом нет необходимости разрабатывать дополнительное ПО (хотя такая возможность также предоставляется для более полного соответствия требованиям конкретного проекта).

Описание конфигурации системы, часто называемое созданием проекта, заключается в разработке перечня параметров технологического процесса, подлежащих контролю, и набора экранных форм, отражающих состояние этого процесса. При этом между параметрами (тэгами) и экранными формами с помощью задания их свойств устанавливаются связи, которые определяют зависимость состояния экранных форм от состояния тэгов в каждый момент времени (и наоборот, если речь идет об управляющем воздействии).

Экранные формы можно использовать из библиотеки или создать самостоятельно. Шаблоны из библиотеки являются не только рисунками элементов технологического процесса, но могут быть «ярлыками» небольших подпрограмм — элементов ActiveX, реализующих определенные функции (например, окно тревог). Программист имеет возможность создавать собственные элементы ActiveX, используя встроенный в ОС Windows язык Visual Basic for Applications (VBA) и включать их в проект. Задаваемые свойства экранных форм определяют их поведение при изменении параметров процесса (изменение цвета, размера, формы, движение и т. д.).

Свойства тэгов определяют их привязку к конкретным внешним каналам программируемого контроллера, работающего непосредственно с датчиками и исполнительными механизмами технологического процесса (в таком случае речь идет о SCADA-сервере) или к тэгам базы данных другого компьютера (в этом случае речь идет о SCADA-клиенте). То есть SCADA-пакеты могут настраиваться как серверы, если они получают информацию непосредственно от контроллеров, или как клиенты, если они ее получают от SCADA-пакетов, установленных на других компьютерах.

Такое разделение определяет понятие «клиент-серверная технология», которую поддерживает подавляющее большинство современных SCADA-пакетов и которая позволяет стандартными способами организовывать распределенную обработку информации. «Клиент-серверная» технология определяет не только взаимодействие между SCADA-пакетами, но и программ внутри пакетов. Если программа предоставляет информацию другим программам SCADA-пакета, она является сервером, если получает — клиентом.

Если программа SCADA-пакета собирает информацию от контроллеров определенного типа и стандартным способом — в соответствии со спецификацией ОРС (OLE for Process Control), предоставляет ее другим программам, то она является ОРС-сервером, a SCADA-пaкет — поддерживающим ОРС-технологию. Эта технология позволяет любому контроллеру работать с любым SCADA-пакетом, если они оба ее поддерживают (отметим, что все современные контроллеры комплектуются ОРС-серверами). ОРС-технология использует механизмы обмена данными ОС Windows COM/DCOM, поэтому используется только в Windows-приложениях.

Кроме ОРС-технологии в большинстве SCADA-пакетов продолжается использование библиотек специализированных драйверов различных устройств (за исключением пакета Genesis32). Способ привязки тэга к каналу контроллера через драйвер или через ОРС-сервер также задается в его свойствах.

Стандарты взаимодействия в сети

Система управления предприятием представляет собой сложный комплекс программных пакетов, которые устанавливаются на компьютерах, работающих в локальных подсетях глобальной корпоративной сети. Пакеты используют данные, расположенные в различных серверах этой сети или в сетях других предприятий, передают необходимую информацию в Интернет и на мобильные телефоны. Очевидно, что решение всех этих задач с помощью SCADA-пакетов было бы невозможно без реализации в них стандартных способов обмена информацией с другими программными пакетами различного назначения и базами данных, а также без стандартных средств межсетевого взаимодействия.

Наиболее распространенные SCADA cистемы (более 20 тыс. инсталляций)

Базовым стандартом межсетевого взаимодействия является протокол передачи данных TCP/IP, поддерживаемый всеми программными пакетами распределенных систем и встроенный в ОС Windows. А основным способом взаимодействия с различными базами данных является язык структурированных запросов SQL, определяющий стандартные формы обращения к системе управления базой данных для их чтения или модификации.

Задача обмена информацией с пакетами ERP многими разработчиками SCADA-пакетов решена кардинально: они дополнили свои продукты ERP-программами, предлагая пользователям пакет управления предприятием в целом. Так, корпорация Iconics — разработчик SCADA-пакета Genesis32 — дополнила его программным обеспечением BizViz.NET, компания Wonderware включила в In Touch пакет Factory Suite, а компания Intellution дополнила свой продукт iFIX пакетом Prof icy iFIX.

Однако такой подход может привести к неоправданному повышению стоимости пакета и нагрузки на ресурсы системы, не всегда при этом решая все необходимые задачи. Другой подход — применение стандартного интерфейса для создания отчетности и объединения в ней данных из различных источников. Таким продуктом является технология Crystal Report компании Microsoft. SCADA-пакет, поддерживающий эту технологию, может работать в общей системе с любым современным ERP-пакетом.

При решении задачи взаимодействия SCADA-пакета с другими программными системами, особенно самостоятельно разрабатываемыми пользователем, важное значение имеет открытость ресурсов SCADA-пакета, т. е. возможность просмотра программами используемых файлов данных. Такую возможность предоставляет технология XML, представляющая все файлы созданного с помощью SCADA-пакета проекта в виде XML-файлов, доступных любому приложению Windows.

Другим важным аспектом взаимодействия SCADA-пакета с различными подсистемами предприятия является безопасность данных и регламентирование доступа пользователей к ресурсам системы, особенно это важно для пищевой и фармацевтической промышленности. Все современные SCADA-системы соответствуют требованиям международного стандарта безопасности FDA 21CFR часть 11, определяющим возможность настройки прав пользователей и групп на выполнение доступа к узлам и различных операций с приложениями, тегами, файлами, и т. д.

АСУ ТП в мобильном телефоне

Одним из SCADA-пакетов, широко распространенных на промышленных предприятиях Европы, Америки, Австралии, Юго-Восточной Азии и Китая, является программный продукт Movicon. Разработанный в 1993 году итальянской компанией Progea, он используется на десятках тысяч объектов. Последняя его версия Movicon X (Movicon 10.1) представляет собой инструментальную клиент-серверную SCADA-систему на Windows-платформе, которая поддерживает технологию ОРС и все стандарты создания АСУ ТП, а также взаимодействие с подсистемами управления предприятием (XML, ActiveX, VBA, TCP/IP, SQL, report engine из Crystal Report, FDA 21CFR часть11).

Поскольку Movicon X основан на языке XML, проект приложения в нем является обычным XML-файлом. И, следовательно, его можно открывать и редактировать с помощью других редакторов.

Проект может быть зашифрован с использованием 128-битового алгоритма кодирования. При этом система управления пользовательскими паролями гарантирует безопасный доступ к уровням и областям приложения.

Пакет работает под управлением всех ОС Windows от XP до CE, а также Windows 2003 Server и может устанавливаться на ПК, в операторских панелях, карманных компьютерах и даже в мобильных телефонах, поддерживающих на платформе Mobile технологию Java. При этом установленное в мобильном телефоне Run-Time-прило-жение позволяет пользователю наблюдать за технологическим процессом и управлять им. Однако очевидно, что проект для мобильного телефона имеет ряд ограничений по использованию графических объектов и баз данных.

Библиотеки и протоколы

В Movicon X использовано новое поколение коммуникационных драйверов, содержащих функции автоматического импортирования тэгов, удаленное подключение через модем. Они реализуют проверку соединения, концепции мультистанций для протоколов типа «точка-точка» и моста для обслуживания удаленных ПЛК. Драйверы обеспечивают конфигурирование и возможность соединения в пользовательском режиме, а также с использованием логики VBA. Отдельно от встроенной библиотеки драйверов обеспечивается соединение через OPC.

Библиотека коммуникационных драйверов пакета Movicon X содержит ModBus TCP/IP, ABDF1X, EthernetIP и некоторые фирменные драйверы — Aplicom, OMRON, Mitsubishi (MELSEC-FX, MELSEC-Q TCP, MELSEC-Q Serial Format 1), Siemens (SapiS7, PC Adapter). Поддерживаются и другие технологии и стандарты современных распределенных информационных систем:

  • для создания эффективных сетевых подключений в дополнение к TCP/IP поддерживаются протоколы UDP и HTTP, а также технологии управления сетями SOAP (Simple Object Access Protocol) и SOA (Service Oriented Application);
  • технология веб-клиент, позволяющая осуществить доступ в систему в режиме двунаправленной безопасной передачи данных через Интернет-браузер с платформ Windows, Linux, Palm и мобильных телефонов с J2ME, позволяет создать бесплатные клиентские рабочие места;
  • связь с БД осуществляется с использованием стандартного драйвера ODBC, а при разработке дополнительных программных средств при помощи VBA с применением новой технологии ADO (ActiveX Data Objects);
  • в дополнение к VBA поддерживаются два языка программирования стандарта IEC 61131 — IL и — SL (о языках стандарта IEC 61131 читайте на с. 10);
  • технология RAS (Remote Access Services — служба удаленного доступа) позволяет входить в систему через модем с домашнего компьютера, например, руководителя;
  • соединения через GSM/GPRS-сети;
  • горячее резервирование серверов с синхронизацией баз данных.

Применение Movicon X практически не имеет ограничений. Пакет может работать в локальной или распределенной системе управления любой величины, включая АСУ ТП цеха, АСУП завода, диспетчерские системы управления предприятиями и объединениями, системы телемеханики и коммерческого учета энергии, АСУ зданиями и даже блочные щиты управления отдельными установками.

Александр Задорожный