книги / SCADA-╤Б╨╕╤Б╤В╨╡╨╝╤Л ╨║╨░╨║ ╨╕╨╜╤Б╤В╤А╤Г╨╝╨╡╨╜╤В ╨┐╤А╨╛╨╡╨║╤В╨╕╤А╨╛╨▓╨░╨╜╨╕╤П ╨Р╨б╨г ╨в╨Я

режим по изменению значения, когда обмен происходит при изменении значения переменной на заданную (при конфигуриро­ вании обмена) величину.

Предпочтительным является второй тип обмена. Формат переда­ ваемых данных определяется ОРС-протоколом как V (Value - значе­ ние), Q (Quality - качество), Т (Timestamp - метка времени) [10].

1.4.5.2.Аппаратная реализация связи с устройствами

ввода-вывода

Для организации взаимодействия с контроллерами могут быть использованы следующие аппаратные средства:

COM-порты; в этом случае контроллер или объединенные сетью контроллеры подключаются по протоколам RS-232, RS-422, RS-485; сетевые платы; использование такой аппаратной поддержки возможно, если соответствующие контроллеры снабжены интер­

фейсным выходом на Ethernet;

вставные платы; в этом случае протокол взаимодействия опре­ деляется платой и может быть уникальным; предлагаются их реа­ лизации в стандартах ISA, PCI, CompactPCI.

1.4.5.3.Технологии ActiveX

Говоря о технологиях ActiveX, можно выделить следующие аспекты:

выбор типов ActiveX-объектов, используемых в конкретной SCADA-системе;

ограничения, накладываемые на применения объектов ActiveX; простота применения в приложении.

Первый аспект является решающим и рассмотрение поддержи­ ваемых типов важно при тестировании.

Объекты ActiveX - это объекты, в основе которых лежит Microsoft COM (Component Object Model - модель составных объ­ ектов). Технология СОМ определяет общую схему взаимодействия компонентов программного обеспечения в среде Windows и пре­ доставляет стандартную инфраструктуру, позволяющую объектам обмениваться данными и функциями между прикладными про­ граммами. Большинство SCADA-систем являются контейнерами, которые уведомляются ActiveX о происшедших событиях. Любые объекты ActiveX могут быть загружены в систему разработки большинства SCADA и использованы при создании прикладных программ. Управление объектами ActiveX осуществляется с ьо-

41

мощью данных, методов и событийных функций, свойственных выбранному объекту.

Объект ActiveX играет роль сервера по отношению к контей­ неру (SCADA-приложению), являющемуся клиентом. Объект ActiveX может быть реализован в двух основных режимах: как сервер, встроенный в процесс (in-process), и как сервер, испол­ няющийся в отдельном процессе (out-of-process). Этим двум спо­ собам исполнения соответствуют две реализации объектов ActiveX: в виде динамических библиотек и в виде исполняемых модулей. Обе реализации обладают и преимуществами, и недос­ татками.

Для передачи данных из одного процесса в другой вводится механизм «маршалинг» (Marshaling). Стандарт СОМ поддержива­ ет маршалинг.

Динамически подключаемые библиотеки ActiveX (ActiveX DLL’s) или встраиваемые ActiveX размещаются в пространстве процесса контейнерного приложения, поэтому нет необходимости в использовании механизма «маршалинг» для организации пере­ дачи данных между приложением-контейнером и объектом ActiveX. Это уменьшает накладные расходы и увеличивает произ­ водительность. Существует ряд преимуществ в реализации объек­ та ActiveX как встраиваемого сервера.

Исполняемые в отдельном процессе объекты ActiveX (out-of- process) загружаются вне пространства приложения-контейнера. Для передачи данных между объектом ActiveX и контейнером ис­ пользуется механизм «маршалинг». Его применение заметно уве­ личивает накладные расходы и сильно влияет на производитель­ ность.

Многие компании занимаются разработкой драйверов, ОРСсерверов, ActiveX-объектов и другого программного обеспечения для SCADA-систем. Этот факт очень важно оценивать при выборе SCADA-пакета, поскольку это расширяет область применения системы непрофессиональными программистами (нет необходи­ мости разрабатывать программы с использованием языков Си или Basic).

Для реализации указанных выше технологий в среде ОС Windows разработаны специальные библиотеки и инструменталь­ ные системы. Использование же только спецификаций стандартов

42

для этого не только достаточно трудоемко, но и требует высокого профессионализма программистов и, следовательно, затрудни­ тельно для HeWindows платформ.

1.5. Жесткое реальное время для Windows NT

Появление Windows NT стимулировало разработку новых подходов в поддержке жесткого реального времени. Прежде всего, сама по себе Windows NT весьма успешно теснит ОС реального времени. Тем не менее Windows NT имеет ряд ограничений. Такие ее особенности, как предпочтение аппаратного прерывания над программным (даже если это простое движение мыши), выполне­ ние в подпрограмме обработки аппаратных прерываний лишь не­ обходимых действий с выполнением последующей обработки че­ рез очередь отложенных процедур, отсутствие приоритетной обработки процессов в очереди отложенных процедур, не позво­ ляют отнести Windows NT к категории классических ОС реального времени.

У разработчиков SCADA-систем на платформе Windows NT появилась возможность использовать расширение реального вре­ мени (RTX), чтобы преодолеть недостатки Windows NT в задачах реального времени. Ряд фирм (LP Elektronik, Imagination Systems, RadSys, Spectron Microsystems, VenturCom) предприняли более ра­ дикальные попытки превратить Windows NT в ОС жесткого реаль­ ного времени. Наиболее широкое распространение получила под­ система реального времени RTX (Real Time Extension), предложенная фирмой Ventur Сот. Фирмы-разработчики SCADAсистем незамедлительно начали предлагать применение RTX. Так, набор прикладных интерфейсов программирования RTX 4.1 (Ventur Com) в FIX позволяет:

осуществлять полный контроль над задачами реального време­

ни;

использовать фиксированную систему из 128 приоритетов для контроля задач RTX;

применять стандартные средства обмена данными между зада­ чами;

обращаться к стандартным функциям из Win32 API. Появление подобных решений наряду с собственными харак­

теристиками Windows NT наносит сильный «удар» по SCАВА-

43

системам на базе ОС реального времени, поскольку отнимает у них очень важный «козырь» - преимущества жесткого реального времени, и, для некоторых приложений, теснит применение ОС реального времени во встраиваемых системах.

1.6. Интеграция многоуровневых систем автоматизации

SCADA-системы ответственны за получение информации с нижнего уровня управления, «снизу», т. е. от различных датчиков через устройства сопряжения, от ПЛК, поставляющих информа­ цию для непосредственного управления производственным про­ цессом. Информация с уровня управления поступает на вход SCADA-систем. На SCADA-уровне осуществляется оперативное управление процессом, принятие тактических решений на основе полученной информации. Сам процесс поступления информации на производстве происходит и «сверху», и «снизу». «Сверху» формируется информация, отвечающая за работу предприятия в целом, осуществляется планирование производства.

Точная, своевременная, достоверная информация на каждом уровне производства позволяет оценить уровень издержек, качест­ во и конкурентоспособность продукции. Для организации связи между информацией «сверху» и «снизу» необходим класс инстру­ ментальных средств управления производством, ответственный за доставку с возможной обработкой данных в реальном времени с уровня управления «наверх», и наоборот. Поэтому достаточно важным критерием сравнения инструментальных средств, поддер­ живающих разработку АСУ ТП, является наличие средств доставки информации со SCADA-уровня наверх, на уровень планирования производства. Ряд фирм (Intellution, Wonderware, AdAstra) предла­ гает продукты (Fix BOS, InTrack, InBatch, Т-Factory), представляю­ щие собой системы управления производством. Основное их назначение заключается в создании прикладных программ, моде­ лирующих и прослеживающих каждую стадию производственных процессов от загрузки сырья до выпуска готовой продукции.

Огромное стратегическое значение имеет то, насколько инст­ рументальные системы АСУ ТП связаны с Microsoft BackOffice Suite, поскольку последний стал наиболее распространенным офисным программным продуктом. Составляющие SCADA-систем должны легко интегрироваться с такими продуктами, как Microsoft

44

SQL Server, Windows NT Server, System Management Server, SNA Server и Mail-Server. Такие решения существенно расширяют воз­ можности всего производственного персонала в смысле возможно­ сти доступа к полной информации о любом этапе производства.

Все более актуальным становится требование передачи на Web-узлы как статической (в определенные моменты времени), так и динамической (постоянно) информации. Объекты ActiveX позволяют передавать данные из SCADA-системы на Webстраницы. Но имеются и более многофункциональные компонен­ ты типа Web-Client в Monitor Pro, Web-Aktivator в Трейс Моуд или Scout в Factory Suit, обеспечивающие возможность доступа к сис­ темам автоматизации через Intemet/Intranet и позволяющие уда­ ленному пользователю взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации как с простой Web-страницей [11].

Следует отметить тенденции включения SCADA-систем в сис­ темы комплексной автоматизации предприятия. Это обеспечивает точную и своевременную информацию на каждом уровне произ­ водства.

Применение в SCADA-системах новых технологий, разработка инструментальных средств комплексной автоматизации предпри­ ятия свидетельствуют о стремлении и возможности фирмразработчиков постоянно совершенствовать свои продукты, что является немаловажным фактором при выборе инструментального средства, даже если не все его технологические решения в бли­ жайшее время будут использованы разработчиком.

1.7. Сравнительный анализ и тестирование SCADA-систем

Выбор наиболее приемлемой SCADA-системы представляет собой сложную многокритериальную задачу, решением которой является компромисс между надежностью, стоимостью, техниче­ ским уровнем, полнотой программного обеспечения, комфортно­ стью, затратами на сервисное обслуживание и т. д.

В большинстве SCADA-систем присутствуют известные базовые свойства, но технологии и средства их реализации достаточно силь­ но различаются. Именно мера реализации каждого свойства в SCADA-системе определяет необходимость в разработке дополни­ тельного программного обеспечения (новые драйверы ввода-вывода, графические объекты; функции, расширяющие список базовых

45

функций, встроенные библиотеки). Для минимизации этой процеду­ ры важны три фактора: степень соответствия выбранного SCADAпакета вашей задаче, понимание тонкостей реализации конкретной прикладной системы поставщиками SCADA-продукта и качество осуществляемой ими технической поддержки [8, 12-17,25].

Существенное влияние на выбор SCADA-системы оказывают следующие свойства: тип, мощность, динамичность объекта авто­ матизации; учет дальнейшего распространения SCADA-системы на другие объекты автоматизации; класс систем автоматизации, контроль и учет; имеющаяся платформа; число и расположение пультов операторов; число и типы контроллеров; имеющаяся сете­ вая архитектура; число измеряемых величин на каждый пульт; не­ обходимость обработки измерительной информации; надежность.

Еще не так давно SCADA-системы различались между собой такими параметрами, как: мощность векторной графики; особен­ ность построения графиков, трендов; формат экспорта и импорта изображений; возможность работы с мультимедиа; тиражирование изображений; проектирование первичной переработки данных; написание пользователем программ; особенности отладки отдель­ ных программ (эмуляция); возможность эмуляции объекта автома­ тизации; обучаемость персонала; открытость протоколов связи с контроллерами и сетями; наличие интерфейса с БД, электронными таблицами и Web-броузерами; перечень драйверов к контролле­ рам; полнота документации; особенности технического сопровож­ дения; цена базового комплекта.

В настоящее время практически все SCADA-системы работают под Windows 2000/NT и в связи с этим используют одну и ту же платформу, обладают примерно одинаковыми функциональными и графическими возможностями, а на первый план при сравнении выходят такие критерии, как надежность работы, обмен данными, удобство работы, техническая поддержка и цена. На рис. 1.11 представлена иерархическая структура критериев, по которым оцениваются в последнее время SCADA-системы [17].

При выборе SCADA-системы необходимо идти от задачи, так как она во многом будет определять дальнейшее решение. Напри­ мер, если понравившаяся вам SCADA-система не поддерживает имеющиеся у вас контроллеры, необходимо подумать, стоит ли вам браться за разработку драйверов.

46

SCADA-системы можно анализировать в разных срезах и один из них: кто выбирает SCADA-продукт - конечный пользователь, т. е. технолог, или системный интегратор, имеющий опыт в облас­ ти создания проектов.

Процедура выбора должна включать в себя следующие эта­ пы [7].

1.Составление технических требований к SCADA-системе.

2.Выделение двух (максимум трех) SCADA-систем, наиболее подходящих к объекту автоматизации.

3.Оценка выделенных SCADA-систем по отзывам пользовате­

лей.

4.Личное ознакомление со SCADA-системами, их тестирова­ ние, конкретизация состава пакета.

5.Определение наилучшей SCADA-системы и принятие реше­

ния.

Методики определения надежности SCADA-систем отсутст­

вуют, хотя важность этого критерия составляет, по оценкам спе­ циалистов, около 70 %. Косвенным показателем надежности счи­ тается количество инсталляций. Однако, по мнению ряда специалистов, роль этого показателя незначительна, если число инсталляций системы превышает 1000. В большей степени вас волнует вопрос: сколько внедрений имеет система не в мире, а в России, если вы - российский производитель, и сколько в Герма­ нии, если ваше производство размещено в Германии.

На втором месте, по мнению многих специалистов, должен быть такой критерий, как обмен данными. Здесь важными подкри­ териями являются поддержка стандартных сетевых протоколов и форматов данных, включая Web-технологии, наличие встроенных драйверов к отечественным и зарубежным контроллерам, а также производительность системы.

Важны протоколы, используемые для организации взаимодей­ ствия между компонентами, расположенными как на одном, так и на разных узлах. Какие протоколы, для какой SCADA-системы предпочтительны и почему? При тестировании они должны быть указаны, поскольку от них зависит как производительность теку­ щего SCADA-приложения, так и параллельно загруженных про­ грамм. Подобный анализ необходим при тестировании конкретных модулей или возможностей системы.

48

Важнейшим российским критерием является цена. Как правило, критерий выбора - это соотношение функциональность/стоимость. Специалисты обращают внимание на зависимость цены системы от конфигурации, возможность получения новых версий и бесплатно­ го обновления релизов, наличие бесплатной системы разработки.

В условиях повышенных требований к оптимальному исполь­ зованию конкретного высокотехнологичного продукта становится более значительной роль технической поддержки при ужесточе­ нии требований к ее квалификации и компетентности менеджеров продуктов. Западные пакеты проигрывают по русификации доку­ ментации и, тем более, программного обеспечения, по «либераль­ ности» технической поддержки, наличию «горячей» линии, а глав­ ное, по возможности поддержки от разработчика. Последнее не может обеспечить ни один западный разработчик, так как работает в России через дистрибьюторов.

Несмотря на то, что критерий «удобство работы» в оценках специалистов имеет незначительный удельный вес, именно он вы­ зывает наибольший интерес. Это возможность автоматического построения проекта, универсальность, наличие стандартных язы­ ков математического описания данных и процессов, удобство пользовательского интерфейса (работа с редакторами), качество графики и стандартных изображений, эмуляция работы.

Так как общее поле деятельности ведущих компанийпроизводителей сегодня концентрируется в области MS Windows NT, а общие технические возможности систем достаточно близки, главный упор делается на качество технической поддержки, на качество обучения пользователей, на концентрацию и качество дополнительных комплексных услуг по освоению и внедрению конечной системы управления, другими словами, на сокращение издержек разработчиков, на инжиниринг и менеджмент своих про­ ектов, на уменьшение стоимости сопровождения конечной систе­ мы. Именно эти показатели сегодня, в основном, влияют на рей­ тинг и рыночный успех той или иной SCADA-системы. Эти показатели даже более важны, чем абсолютные стоимостные ха­ рактеристики SCADA-систем.

Тестирование SCADA-систем затрагивает актуальные вопросы языков программирования, коммуникационных протоколов, новых технологий. Практически каждый из них требует детального изу-

49

нения и анализа, который должен стать основой для разработки методики испытаний с целью определения максимальной произ­ водительности, функциональных возможностей или недостатков конкретной SCADA-системы.

Выбор алгоритмов тестирования и критериев, конечно, зави­ сит от того, кто проводит тестирование - журнал или организация для своих проектов. В первом случае ориентация делается на об­ щие принципы построения продуктов, на многообразие поддержи­ ваемых протоколов, на производительность и т. д., во втором слу­ чае оговариваются особые, ориентированные на определенные проекты условия, следовательно, возможны специализированные алгоритмы тестирования.

Наиболее предпочтительно использование методики сравни­ тельного анализа, базирующейся на косвенных заключениях экс­ пертов, что улучшает достоверность получаемой информации. При этом используется специальное программное обеспечение, разра­ ботанное в учебно-научном центре «Интеллектуальные системы» при МГТУ им. Н.Э. Баумана и основанное на методе анализа ие­ рархий [17].

Пусть перед вами стоит проблема выбора среди трех предла­ гаемых вам SCADA-систем и вы хотите их сравнить (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Выбор наилучшей SCADA-системы

В этом случае глобальная цель задачи - это выбор наилучшей SCADA-системы; критерии - это требования, которым должна удовлетворять SCADA-система; альтернативы - это SCADA 1, SCADA 2, SCADA 3.

50