книги / Проектирование и эксплуатация автоматизированных систем диспетчерского управления объектами критической инфраструктуры современного города
..pdf
Рис. 2.1. Интерфейс пакета LONMaker
Проектирование сети осуществляется переносом сначала объек- тов-устройств на лист проекта, а затем – функциональных блоков и установлением связи между ними. Устройства в проекте изображают физические устройства сети, а функциональные блоки и сетевые переменные (рис. 2.1), на основе которых строится сетевая программа, – параметры этих устройств.
Сетевая переменная (рис. 2.2) представляет собой любой элемент данных, который прикладная программа устройства ожидает получить от других устройств (вход) по сети, или же элемент данных, который, возможно, станет доступным (выход) для других устройств в сети. Сетевые переменные облегчают процесс интеграции устройств и формируют базис для взаимодействующих друг с другом продуктов. Они позволяют абстрагироваться от реальных физических величин тока и напряжения, которые передаются по каналам связи и позволяют разработывать логику работы программы, основываясь на привычных
31
Рис. 2.2. Программная модель LON-узла (цветом выделены сетевые переменные)
физических величинах: температуре в градусах Цельсия, давлении в мм. рт. ст., влажности, освещенности и т.д. Каждому функциональному блоку соответствует некоторый набор сетевых переменных, путем связывания которых и формируется сетевая программа.
Еще одним важным этапом создания сетевой программы является настройка конфигурационных свойств – особых параметров для настройки LON-узла.
Конфигурационное свойство (CP) представляет собой механизм для настройки конкретного приложения и стандартный механизм, который может быть использован сетевым инструментарием для загрузки настроечных данных в устройство LONWorks (рис. 2.3).
Используется для определения поведения устройств, таких как значения уставок, верхние пределы, дросселирование и т.п.
Организацией LONMark определены стандартные типы конфигурационных свойств (SCPT), для которых известны и документированы их структура, формат, диапазон и т.п., что позволяет настраивать узлы без вспомогательного программного обечпечения – плагинов.
32
Рис. 2.3. Программная модель LON-узла (цветом выделены конфигурационные свойства)
UCPT представляют собой типы, определяемые пользователем и описывающие методику использования ресурсных файлов устройств (DRF) для того, чтобы все остальные могли стандартным образом получать доступ к этим данным.
Примером конфигурационного свойства может быть значение конкретной уставки (например, 62 град) или предельное значение (например, 75 %).
Производители или разработчики могут предоставлять в распоряжение пользователей плагин или ресурсный файл с описанием своих пользовательских типов конфигурационных свойств.
Обычноиспользуютсястандартныетипыконфигурационныхсвойств:
–тактовые импульсы – SCPTmaxSndT;
–дросселирование – SCPTminSndT.
Сфера применения: Конфигурационные свойства могут применяться ксетевым переменным и функциональному блоку или ковсему узлу.
По сути, разработка сетевой программы сводится к выбору нужных функциональных блоков, соединению сетевых переменных и настройке конфигурационных свойств узлов, если это необходимо. Пример того, как выглядит сетевая программа, разработанная в пакете LONmaker, приведен ниже (рис. 2.4).
33
Рис. 2.4. Модель сетевой программы, разработанной в LONMaker
Блоки голубого цвета – функциональные блоки, черные треугольники изображают сетевые переменные.
2.3. АНАЛИЗАТОРЫ ПРОТОКОЛА
Помимо создания профилей устройств и программирования сети существует еще одна важная функция, без которой разработка и сопровождение сети невозможны, – анализ сетевого трафика. Эту задачу выполняют программы анализаторы протокола, функции которых мы рассмотрим на примере программы LONscanner Protocol Analyzer как одного из наиболее продвинутых анализаторов протокола для сетей LONWorks.
34
LONscanner предоставляет функции мониторинга, анализа и диагностирования сетей LONWorks, введенных в эксплуатацию. LONscanner собирает все пакеты, циркулирующие в сети, ставит на них метку времени и записывает всю сопутствующую информацию в лог-файлы. Кроме того, анализатор протокола способен распознавать целостность пришедшего пакета, адрес получателя, тип сервиса доставки сообщений, типы сетевых переменных, передаваемых в пакете, и пр. Будучи запущенным на длительное время, LONscanner собирает статистику по функционированию сети, количеству и доле испорченных и потерянных пакетов, может отслеживать нагрузку на каналы связи и многое другое (рис. 2.5, 2.6). LONscanner обладает развитой системой настройки фильтров пакетов, что позволяет точно настроить анализатор на нужные события сети, такие как, например, потеря пакетов или перегрузка канала.
LONscanner устанавливается на ПК и требует доступа к сети LON, пакеты которой должен собирать. В качестве интерфейса доступа может быть использована либо сетевая карта (PCI-карта PCLTA-21 или USBкарты U10 или U20), либо один из маршрутизаторов: iLon600 или
iLon100/SmartServer.
Рис. 2.5. Окно сбора статистики LONscanner
35
Рис. 2.6. Окно анализа пакетов LONscanner
Основная область применения LONscanner – верификация сетевого проекта на стадии ввода в эксплуатацию, диагностика сети и поиск неисправностей.
2.4. ДРАЙВЕРЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И OPC-СЕРВЕРА
До появления стандарта OPC, если производитель оборудования выпускал новое устройство, всем разработчикам клиентских приложений, кто хотел бы обеспечить работу с данным оборудованием, также приходилось выпускать новый клиентский драйвер. Тысячи людей, работающих над созданием систем автоматизации технологических процессов, были заняты обеспечением поддержки того или иного оборудо-
вания для выпускаемых ими SCADA – (Supervisory, Control And Data Acquisition) или HMI – (Human Machine Interface) систем. Справедлива и обратная ситуация, когда производитель оборудования, не имея достаточного авторитета, был вынужден сам договариваться с несколькими известными разработчиками программного обеспечения о включении драйвера его оборудования в комплект поставки той или иной SCADAсистемы. При невозможности последнего варианта производителю приходилось самому писать программное обеспечение или заказывать его у специализированной фирмы, тем самым распыляя свои силы и уменьшая область применения выпускаемых им приборов.
36
Разработка стандарта OPC стала важным шагом, призванным, с одной стороны, позволить разработчикам оборудования и SCADAсистем сконцентрировать свои усилия на улучшении основного функционала выпускаемых ими продуктов, а с другой – обеспечить масштабируемость и взаимозаменяемость программных и аппаратных средств для конечного пользователя.
Однажды созданный OPC-сервер позволяет подключать устройство к широкому кругу программного обеспечения, поддерживающего спецификацию OPC. Таким образом, интегратор становится независим от производителей оборудования, а производитель оборудования больше не зависит от разработчиков программного обеспечения.
Эта ситуация характерна и для сетей LONWorks. В связи с тем, что протокол LONTalk отличается от стандартного протокола Ethernet TCP/IP, для построения систем человеко-машинного интерфейса, а также для организации взаимодействия LON-сети и какого-либо SCADAпакета необходимо вводить дополнительные программные средства, позволяющие преобразовывать пакеты протокола LONTalk в IP-пакеты. Решений этой проблемы традиционно два: поиск необходимых драйверов для SCADA-пакета или использование OPC-сервера.
Поскольку драйверы для LON-сетей крайне тяжело найти, а найденные не отличаются надежностью, то можно сделать вывод, что сама идея использования драйверов для LON-сетей не поддерживается разработчиками программного обеспечения, а это означает, что необходимо обратиться к технологии OPC.
В качестве аналога OPC-сервера было решено использовать фир-
менный продукт Echelon LNS DDE Server.
Программное обеспечение LNS DDE компании Echelon предназначено для организации работы сетей LONWorks, установленных при помощи LNS-инструментария, например LONMaker Integration Tool. Главной задачей программы LNS DDE является обеспечение информационного обмена между устройствами LONWorks и приложениями
Windows, работающими в качестве DDE (Dynamic Data Exchange) кли-
ента, а также для интеграции приложений HMI (Human Machine Interface) c LON-сетями. Кроме того, это ПО поддерживает объекты LONMark (функциональные блоки), обеспечивает одновременный доступ многочисленных пользователей к единой базе данных и возможность с одного ПК управлять несколькими LON-сетями. Оно совместимо с протоколами Wonderware SuiteLink и FastDDE, имеет встроенный
37
браузер для настройки точек сети и поддерживает работу IP-каналов, что повышает пропускную способность соединений между рабочими станциями.
Данное ПО может работать совместнос DDE-приложениями Won-
derware InTouch, Intellution Fix, USDATA Factory Link, National Instruments Lab View, BridgeView и др. При использовании базы LNS, где хранятся данные обо всех установленных в LON-сети устройствах, обеспечиваются широкие возможности управления, настройки и тестирования LONWorks-оборудования. Благодаря использованию LNS-сервера DDE совместно с вышеназванными приложениями и SuiteLink Microsoft Windows возможно графическое представление информации в системах регистрации и контроля данных без программирования. При этом DDE совместимые Windows-приложения позволяют выполнять следующие операции в сетях LONWorks:
–считывание, контроль и изменение значения любой сетевой переменной;
–контроль и изменение конфигурационных свойств;
–прием и отправка сообщений;
–тестирование, активация, деактивация и ручная блокировка объектов LONMark (функциональных блоков);
–тестирование и контроль устройств;
–работа со многими пользователями и приложениями. Операционная система LNS допускает одновременную работу множества клиентов и приложений. Несколько ПК с установленным на них сервером LNS DDE могут обращаться к одной и той же сети, используя при этом разные HMI и обслуживающие средства. Эта функция особенно полезна при автоматизации многоэтажных зданий и объектов крупных предприятий, где используется несколько диспетчерских станций, которые обслуживает многочисленный персонал. В системах автоматизации зданий и технологических процессов, где одно приложение, например HMI, должно взаимодействовать с несколькими сетями, это также обеспечивается сервером LNS DDE.
Данное ПО не требует для своей работы создания специальной базы данных и особых настроек. После запуска DDE-Server обращается
кбазе LNS, созданной в процессе проектирования LON-сети. Встроенный браузер точек обеспечивает перемещение между сетями, подсетями, устройствами, их функциональными блоками и сетевыми переменными. Это ПО позволяет быстро настроить клиентские приложения,
38
поддерживающие протокол вставки данных Microsoft, а благодаря возможности работы с объектами LONMark (функциональными блоками) можно управлять свойствами точек с использованием стандартных ресурсных файлов устройств, предоставляемых производителем. В процессе работы LNS DDE постоянно считывает и документирует сетевые переменные, конфигурационные свойства и сообщения клиентских программных приложений.
Сервер LNS DDE может быть установлен на персональный компьютер, подключенный к магистральному IP-каналу. Соединение сегментов сети LONWorks и магистрали поддерживается интернет-серверами i.LON 100 e3, которые обеспечивают эффективный обмен трафиком между IP-каналом и стандартными каналами LONWorks. В качестве интерфейсов LNS Fast Network можно использовать адаптеры PCC-10, PCLTA-20 или PCLTA-10. При работе в сети с такой конфигурацией быстродействие ограничивается только мощностью процессора персонального компьютера. Например, сервер LNS, запущенный на процессоре 866 МГц Celeron, осуществляет свыше 1200 обновлений в секунду.
2.5. SCADA-ПАКЕТЫ И СРЕДСТВА HMI
Важной для большинства систем автоматизации является функция «человеко-машинный интерфейс». Необходимость в подобных средствах возникает на этапе ввода в эксплуатацию, когда необходимо проверить, правильно ли сконфигурирована сеть и все ли оборудование находится в рабочем состоянии, и на этапе эксплуатации, когда оператор следит за состоянием технологического процесса, а администратор промышленной сети следит за состоянием оборудования сети.
Одним из средств создания человеко-машинного интерфейса явля-
ются SCADA-пакеты. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition,
системы диспетчерского управления и сбора данных) – программный пакет для сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте управления. Существует двоякое толкование того, что понимать под термином SCADA-система: «программную систему для технологии SCADA» или «систему автоматизации и управления, реализованную по технологии SCADA». Употребление во втором смысле очень часто встречается в англоязычной литературе. Например, достаточно взглянуть на название книги [3], при этом очевидно, что под словом «SCADAсистема» здесь понимается именно как САиУ, выполненная по техноло-
39
гии SCADA. Так же и в русскоязычной литературе встречается аналогичное понимание данного термина, например в работах [4–5]. Исходя из этого, с цельюустранения неоднозначностейв дальнейшем для обозначения специализированного программного средства реализации ПО в рамках концепции SCADA будем пользоваться термином «SCADA-пакет». Тем более, что этот термин довольно часто используется как в русскоязычных текстах (см. например [4]), так и в англоязычных (см. например [5], где при-
меняется термин «SCADA-package»).
Основное назначение SCADA-пакетов – создание человеко-машин- ного интерфейса для различных систем автоматизации. К основным преимуществам создания HMI в SCADA-пакете можно отнести более простой и быстрый процесс разработки, к недостаткам же – повышенную требовательность SCADA-пакетов к ресурсам компьютера, проблемы, возникающие при необходимости создать графический элемент управления, отличный от предустановленных, и достаточно высокую стоимость SCADA-пакетов. Однако, несмотря на недостатки, SCADA-пакеты являются популярным средством при реализации HMI для сложных систем автоматизации.
Другим подходом, также довольно популярным, является создание HMI на основе веб-технологий. Преимуществами такого подхода являются бесплатная среда разработки веб-интерфейса, низкие требования к компьютеру оператора и возможность использовать в качестве ПО оператора обыкновенный веб-браузер. Однако создание веб-интерфейса требует от разработчика серьезных навыков в веб-программировании, и поэтому такой вариант реализацииHMI не подходит для лабораторных работ.
Некоторые LON-устройства, например, маршрутизатор iLon SmartServer или iLon100 поддерживают технологию, лишенную недостатка традиционного веб-ориентированного HMI. Разработчики заранее создали веб-интерфейс для своих устройств, пригодный как для настройки маршрутизатора, так и для построения простейшего интерфейса для управления сетью, к которой он подключен. В данном случае от разработчика сети не требуется умение программировать на веб-языках, что упрощает создание HMI. Однако, как и все универсальное и созданное заранее, оно оказывается малопригодным для реального применения, хотя для простых и небольших сетей автоматизации такой подход тоже стоит рассматривать.
Частично функции HMI могут реализовываться инструментарием для инсталляции сети, в частности, такие возможности предоставляет
40