книги / Проектирование и эксплуатация автоматизированных систем диспетчерского управления объектами критической инфраструктуры современного города
..pdfLONMaker Integration Tool. При помощи добавления интерактивных элементов ActiveX можно создавать простейшие интерфейсы для управления сетью.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ГЛАВЕ 2
Для самопроверки степени усвоения материала данной главы постарайтесь ответить на следующие контрольные вопросы:
1.Каковы основные функции, предоставляемые OPC-сервером?
2.Перечислите основные инструменты инсталляции сети согласно рекомендациям Echelon.
3.Что такое «сетевая переменная»? Дайте основные характеристики концепции сетевых переменных.
4.Перечислите основные инструменты разработкиLON-устройств.
5.Как осуществляется интеграция SCADA-пакетов и сетей LONWorks? Перечислите известные вам подходы.
41
Глава 3. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ АСДУ ОБЪЕКТОВ КРИТИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ НА БАЗЕ LONWORKS.
ЭТАП ПЛАНИРОВАНИЯ
3.1. СТАДИИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИУСВ РАМКАХ ТЕХНОЛОГИИ LONWORKS
Технология LONWorks изначально разрабатывалась для решения всех задач автоматизации, начиная с автоматизации производств и заканчивая автоматизацией зданий. Однако со временем выяснилось, что область применения технологии LONWorks уже не включает в себя тот круг задач, в котором есть жесткие требования к реальному масштабу времени. Поэтому наибольшую популярность эта технология приобрела в тех областях, где требования к «жесткости» реального времени не такие строгие, например, в системах распределенного управления городским транспортом и системах управления зданиями, где она стала фактическим стандартом. Рекомендации компании Echelon по созданию управляющих сетей LONWorks описывают четыре последовательные стадии:
–планирование сети (plan);
–реализация сети (implement);
–тестирование и оптимизация сети (test and optimize);
–документирование и сопровождение сети (document and maintain). Как и в ГОСТе, рекомендации Echelon предполагают деление ста-
дий жизненного цикла на этапы, более подробно описывающие последовательность действий, которые надо совершить проектировщику системы управления, чтобы избежать возможных ошибок. На рис. 3.1 приведена общая схема, иллюстрирующая эту последовательность действий с разбиением стадий на этапы.
Как видно на рисунке, стадии жизненного цикла ИУС, построенной на базе LONWorks, описываются не так детально, как в отечественных ГОСТах, однако многие из них похожи. В данной работе будут более подробно рассмотрены две первые стадии создания ИУС LONWorks: стадия планирования сети и стадия ее реализации. Рассмотрим более подробно стадию планирования сети LONWorks.
42
Рис. 3.1. СтадиижизненногоциклаИУСнабазетехнологииLONWorks
3.2. ПЛАНИРОВАНИЕ СЕТИ LONWORKS
Планирование – это первая стадия создания сети LONWorks. Если провести аналогию с классификацией, предложенной в ГОСТ 34.601-90, то к «планированию» можно отнести все стадии, предшествующие «вводу в действие». Разница состоит в том, что по ГОСТу документация на систему составляется во время проектирования, а в рекомендациях Echelon создание документации выделено в отдельную, последнюю по порядку стадию. Исключая из рассмотрения задачи организационного характера, такие как оформление договоров с заказчиками, осмотр объекта управления, а также часть технических задач, следует сосредото-
43
читься на решении проблем выбора архитектуры сети; рассмотрим, какие сопутствующие задачи должен решить проектировщик, планируя архитектуру, и решим их.
По официальным рекомендациям Echelon планирование сети LONWorks разбивается на два этапа:
–выбор общей архитектуры сети;
–выбор сетевых компонентов.
Каждый из этих этапов может быть разделен на более мелкие и ус- ловно-независимые фрагменты, каждый из которых заслуживает отдельного рассмотрения. Однако ввиду невозможности рассмотреть все вопросы, связанные даже с одним этапом создания ИУС (так как это задача слишком обширная и сложная), в рамках лабораторной работы курса будет исследоваться лишь часть, посвященная выбору инструментальной архитектуры сети LONWorks (см. п. 3.2.2). Остальные этапы планирования сети, такие как выбор сетевых компонентов, физических и логических топологий, будут освещены в ознакомительном порядке.
Выбор инструментальной архитектуры сети является одной из задач, которые приходится решать проектировщику на этапе выбора общей архитектуры сети. Рассмотрим этот этап подробнее.
3.3. ВЫБОР ОБЩЕЙ АРХИТЕКТУРЫ СЕТИ
Для термина «архитектура сети» нет единого определения. Наиболее емкое определение термина в том, что архитектура полностью описывает всю сеть, т.е. разработка архитектуры сети включает в себя вопросы:
–выбора аппаратных и программных компонентов сети;
–выбора сервисов будущей сети;
–выбора сетевых топологий;
–организационные вопросы и др.
Однако часто архитектуре сети приписывают более узкое значение– общую схему объединения компьютеров в сеть. Выделяют 2 основных типа архитектур:
–одноранговая архитектура;
–клиент-серверная архитектура.
В технологии LONWorks понятие архитектуры сети ближе ко второму определению – схеме объединения устройств (сетевых компонентов) в сеть.
44
Вторая задача планирования сети – выбор сетевых компонентов – отчасти решается совместно с первой (о том, почему это так будет уточнено далее). Под сетевыми компонентами вообще понимаются любые устройства с LON-интерфейсом: датчики, исполнительные механизмы, модули ввода/вывода, маршрутизаторы, ПК и пр. Однако в перечне сетевых компонентов в особую группу выделяются устройства, образующие архитектуру сети – повторители, мосты, маршрутизаторы
ишлюзы. Перечень подобных устройств определяется на этапе выбора архитектуры и оказывает ключевое влияние на то, какой она будет. В дальнейшем для удобства будем называть их «активные сетевые компоненты» (АСК). Остальные устройства выполняют прикладные задачи
ивыбираются на этапе сетевых компонентов.
Еще одним важным понятием, которое вводится на этапе выбора общей архитектуры, является понятие инструментальной архитектуры – способа подключения инструментария для управлению сетью (функции СУМ) и технологическим процессом (функции ИУС). Основных инструментальных архитектур (ИА) в технологии LON две: одноранговая и клиент-серверная. Остальные типы ИА получаются из них с небольшими вариациями, обусловленными особенностями создания и сопровождения сетей LONWorks.
После того как решены вопросы общего функционирования сети, т.е. выбрана инструментальная архитектура, остается задача выбора активных сетевых компонентов (АСК) и собственно выбор общей архитектуры: выбор физической и логической топологий сети, выбор передающих сред для формирования каналов, распределение узлов по каналам и пр.
Поскольку выбор общей архитектуры является очень сложной и масштабной задачей, то в рамках лабораторной работы он будет рассмотрен в упрощенном варианте, так что рассмотрены будут только наиболее важный, с точки зрения теории, вопрос выбора инструментальной архитектуры сети. В качестве темы для лабораторной работы выбор инструментальной архитектуры был осуществлен потому, что он больше всего подходит под изучаемые в рамках дисциплины «Передача данных в распределенных информационно-управляющих сетях» вопросы.
45
3.4. ВЫБОР ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ АРХИТЕКТУРЫ СЕТИ
Как уже излагалось ранее, инструментальная архитектура сети описывает способ подключения инструментария для управлению сетью (функции СУМ) и технологическим процессом (функции ИУС). Тип выбранной инструментальной архитектуры определяет возможности по сопровождению сети и влияет на сетевой трафик.
Одной из основных особенностей современной ИУС является развитая система человеко-машинного интерфейса – HMI. Если иначе, то от современных ИУС ожидается наличие широких возможностей по контролю состояния ОУ и управлению им через один и тот же интерфейс. Ранее упоминалось, что такой интерфейс обычно предоставляется посредством переносных панельных ПК, которые надо подключать с сети, или модулей, разработанных в каком-либо SCADA-пакете и запущенных на ПК, который уже подключен к сети. По сути, эти методы одинаковы – разница лишь в том, что один ПК меньше другого и является переносным, хотя и это необязательно. Так что в дальнейшем мы не будем разделять эти методы и будем говорить просто о средствах HMI. Для того чтобы средства HMI могли управлять устройствами сети LONWorks, им должен быть предоставлен доступ к базе данных, содержащей все настройки узлов сети, информацию о связях узлов сети и текущие значения параметров – так называемой LNS-базе. Особенности взаимного расположения LNS-базы и программных инструментов по управлению и определяет тип инструментальной архитектуры (ИА). Существует несколько типовых ИА.
3.4.1. Автономная архитектура сети (базовый фрагмент архитектуры)
Автономная ИА (рис. 3.2) представляет собой распределенную систему управления, в которой не предусматривается возможность подключения инструментария для контроля и мониторинга, т.е. функции HMI и СУМ в такой сети не реализуются. Сетевые компоненты представлены исключительно LON-узлами.
Рис. 3.2. Автономная архитектура сети
46
Достоинства: экономичность решения, так как нет необходимости в постоянном присутствии локальнойоператорской рабочейстанции.
Недостатки: отсутствие HMI. Невозможность реализации функций СУМ. Усложнение процесса сопровождения, восстановления и модернизации, так как в данном случае требуется демонтировать устройство/устройства сети и обновлять сетевую программу в каждом из них по отдельности.
3.4.2. Управление сетью при помощи менеджера устройств
Эта архитектура аналогична предыдущей, однако в ней упрощена реализация задач поддержки, восстановления и модернизации сети благодаря специальному узлу – так называемому «менеджеру устройств» (Device Manager – DM-20/21). Данное устройство обладает LON-интер- фейсом и хранит в своем ППЗУ копию LNS-базы проекта сети, предварительно разработанного на ПК. Будучи подключенным к сети, менеджер устройств самостоятельно конфигурирует все узлы и после этого непрерывно отслеживает их состояние. При сбросе или повреждении настроек в каком-либо из узлов менеджер самостоятельно «перепрошивает» этот узел и восстанавливает его конфигурацию. Разработка и сопровождение проекта сети осуществляются на ПК разработчика, который не является штатным оборудованием сети и подключается к менеджеру только для обновления/замены LNS-базы. Копирование базы в память менеджера осуществляется специальной утилитой (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Схемауправления сетьюприпомощи менеджера устройств
Достоинства: экономичность решения, поддержка автоматизированной замены сетевых компонентов, возможность масштабирования сети.
Недостатки: требуется ручная синхронизация базы данных, что замедляет обновление конфигурации сети. Отсутствие HMI.
47
3.4.3. Стационарное подключение полнофункционального инструментария для управления сетью
Данный вариант архитектуры (рис. 3.4) предусматривает наличие ПК оператора, постоянно подключенного к сети и выполняющего функции управления сетью и оперативного контроля за технологическим процессом.
Рис. 3.4. Стационарное подключение полнофункционального инструментария для управления сетью
Достоинства: быстрая реализация добавлений, перемещений и изменений сетевого проекта. Наличие HMI.
Недостатки: требуется ПК, который нуждается в сопровождении и должен быть постоянно подключен к сети, что создает дополнительный сетевой трафик.
3.4.4. Клиент-сервернаясхема подключения инструментария
Классическая клиент-серверная архитектура (рис. 3.5) включает локальную операторскую рабочую станцию, на которой работают сетевой сервер и приложения АРМ, в то время как на локальном клиентском портативном ПК работает инструментарий для управления сетью, на-
пример LONMaker.
На серверном ПК необходимо наличие LNS-серверного приложения, чтобы иметь возможность осуществлять коммуникационный обмен между клиентским инструментарием и LNS.
Достоинства: возможность для многих инструментов, работающих в режиме удаленного доступа, одновременно и простым естественным способом получать доступ к сетевым данным и управлять устройствами по имеющейся сетевой коммуникационной среде.
48
Рис. 3.5. Клиент-серверная архитектура
Недостатки: производительность сети может ухудшаться за счет возрастания сетевого трафика между клиентским инструментарием и сервером. Серверное LNS-приложение должно работать на серверном ПК для того, чтобы обеспечивать коммуникационный обмен данными между клиентским инструментарием и LNS.
3.4.5.Клиент-сервернаяархитектура с «легким» клиентом
Вархитектуре с «легким» клиентом (рис. 3.6) клиентские приложения ведут коммуникационный обмен данными с LNS серверным ПК по Ethernet для выполнения задач, относящихся к управлению, мониторингу и контролю.
Рис. 3.6. Клиент-серверная архитектура с «легким» клиентом
Достоинства: весь коммуникационный трафик между клиентом и сервером осуществляется по IP-протоколу, что приводит к сокращению времен отклика и к отсутствию отрицательного воздействия на сетевой трафик.
49
Недостатки: все запросы клиента должны маршрутизироваться через LNS серверный ПК. Критический участок, ограничивающий производительность сети, может присутствовать на LNS серверном ПК.
3.4.6.Клиент-серверная архитектура
с«полновесным» клиентом
Вархитектуре с использованием «полновесных» клиентов (рис. 3.7) клиентские приложения ведут коммуникационный обмен данными с LNS серверным ПК по Ethernet для выполнения задач, относящихся к управлению сети, и непосредственно ведут коммуникационный обмен с устройствами через сетевой интерфейс удаленного доступа для выполнения задач, относящихся к мониторингу и контролю.
Рис. 3.7. Клиент-серверная архитектурас «полновесным» клиентом
Достоинства: сетевая база данных поддерживается на вынесенном узле, который является безопасным центром по работе с данными; никаких ПК, устанавливаемых на месте эксплуатации, не требуется. Клиентский инструментарий может получать доступ к информации об устройствах непосредственно, если сервер не доступен, создавая приложения мониторинга и контроля на основе резервной избыточности. Экономичный сетевой интерфейс на основе удаленного доступа оказывается доступным при использовании Ethernet-адаптера i.LON10. Аварийные сигналы могут передаваться на многочисленные LNS-приложения при помощи программного обеспечения LNS xDirect.
Недостатки: клиентский инструментарий должен вначале подключиться к LNS-серверу при запуске LNS-приложений.
50