ПЗ АСУ ТП_Гузнин / Лк10

ПЗ АСУ ТП

Тема 3.3. Технологія OLE for process control (OPC).

Лекція 10.

Технологія OLE for process control (OPC).

1. Опис технології OPC.

2. Відкриті стандарти OPC.

1. Опис технології OPC.

Головною метою стандарту ОРС (OLE for Process Control -стандартизовані інтерфейси для Microsoft технології COM) стало забезпечення можливості спільної роботи засобів автоматизації, що функціонують на різних апаратних платформах, в різних промислових мережах. До розробки стандарту ОРС SCADA -пакет треба було адаптувати до кожного нового устаткування індивідуально. Існували довгі списки «підтримуваного устаткування», дуже складною була технічна підтримка. При модифікації устаткування треба було вносити зміни в усі драйвери, кожен з яких підтримував прото-кол обміну тільки з однією клієнтською програмою. Число таких драйверів доходило до сотень.

Після появи стандарту ОРС практично усі SCADA -пакети були перепроектовані як ОРС-клієнти, а кожен виробник апаратного забезпечення став забезпечувати свої контроллери, модулі введення-виведення, интеллектуальні датчики і пристрої виконання стандартним ОРС-сервером. Завдяки появі стандартизації інтерфейсу стало можливим підключення будь-якого фізичного пристрою до будь-якої SCADA, якщо вони обоє відповідали стандарту ОРС. Розробники отримали можливість проектувати тільки один драйвер для усіх SCADA -пакетів, а користувачі отримали можливіть вибору устаткування і програм без колишніх обмежень на їх сумісність.

Стандарт ОРС відноситься тільки до інтерфейсів, які ОРС-сервер надає клієнтським програмам. Метод же взаємодії сервера з апаратурою (наприклад, з модулями введення-виведення) стандартом не передбачений, і його реалізація покладається повністю на розробника апаратури. Тому стандарт ОРС може бути використаний не лише для взаємодії SCADA з «залізом», але і для обміну даними з будь-яким джерелом даних, наприклад з базою даних або з GPS -приймачем. На наступному малюнку представлена архітектура системи OPC.

Рис. 1. Клієнт-серверна архітектура системи OPC.

При обміні даними з ОРС-сервером допускається два режими:

– періодичний режим, коли із заданою частотою дані опитуються ОРС-клієнтом;

– режим по зміні значення, коли обмін відбувається при зміні значення змінної на задану (при конфігурації обміну) величину.

Переважним є другий тип обміну. Формат передаваних даних визначається ОРС-протоколом як V (Value - значення), Q (Quality - якість), Т (Timestamp - мітка часу).

2. Відкриті стандарти OPC.

Стандарт ОРС складається з декількох частин:

ОРС DA (ОРС Data Access) — специфікація для обміну даними між клієнтом (наприклад SCADA) і апаратурою (контроллерами, модулями введення-виведення та ін.) в реальному часі. Дані складаються з трьох полів: значення, якість і тимчасова мітка. Параметр якості даних дозволяє передати від пристрою клієнтській програмі інформацію про вихід вимірюваної величини за межі динамічного діапазону, про відсутність даних, помилці зв'язку і інші.

Існують чотири стандартні режими читання даних з ОРС-сервера:

синхронний режим: клієнт посилає запит серверу і чекає від нього відповідь;

асинхронний режим: клієнт відправляє запит і відразу ж переходить до виконання інших завдань. Сервер після виконання функції запиту посилає клієнтові повідомлення і той забирає надані дані;

режим підписки : клієнт повідомляє серверу список тегів, значення яких сервер повинен відправляти клієнтові тільки у разі їх зміни. Для того щоб шум даних не був прийнятий за їх зміну, вводиться поняття «Мертвої зони», яка злегка перевищує максимально можливий розмах перешкоди;

режим оновлення даних : клієнт викликає одночасне читання усіх активних тегів. Активними називаються усі теги, окрім позначених як «пасивні». Таке ділення тегів зменшує завантаження процесора оновленням даних, що приймаються з фізичного пристрою.

У кожному з цих режимів дані можуть читатися або з кеша ОРС-сервера, або безпосередньо з фізичного пристрою. Читання з кеша виконується набагато швидше, але дані до моменту читання можуть застаріти. Сервер повинен періодично освіжати дані з максимально можливою частотою. Для зменшення завантаження процесора використовують параметр частоти оновлення, яка може бути встановлена для кожної групи тегів індивідуально. Крім того, деякі теги можна зробити пасивними, тоді їх значення не оновлюватимуться даними з фізичного пристрою.

Запис даних у фізичний пристрій може бути виконаний тільки двома методами: синхронним і асинхронним і виконується відразу в пристрої, без проміжної буферизації. У синхронному режимі функція запису виконується до тих пір, доки з фізичного пристрою не поступить підтвердження, що запис виконаний. Цей процес може займати багато часу, впродовж якого клієнт знаходиться в стані очікування завершення функції і не може продовжувати виконання своєї роботи. При асинхронному записі клієнт відправляє дані серверу і відразу продовжує свою роботу. Після закінчення запису сервер відправляє клієнтові відповідне повідомлення.

ОРС Alarms & Events (А&Е) — специфікація для повідомлення клієнта про події і сигнали тривоги, які посилаються клієнтові по мірі їх виникнення. Цей сервер пересилає аварійні сигнали, дії оператора, інформаційні повідомлення, результати контролю стану системи.

ОРС HDA (Historical Data Access) — специфікація для доступу до передісторії процесу (по збережених в архіві даним). Сервер забезпечує уніфікований спосіб доступу за допомогою DCOM технології. Запезпечує читання, запис і зміна даних. Існує два типи HDA -серверів: простий сервер даних передісторії для побудови графіків (трендів); сервер для зберігання даних в упакованому виді з можливістю їх обробки і аналізу. До функцій обробки і аналізу даних відносяться знаходження середнього, мінімального і максимального значення та ін. Робота з даними полягає в читанні, записі або зміні даних.

ОРС Batch — специфікація для особливих фізико-хімічних технологічних процесів обробки матеріалів, які не являються неперервними. У таких процесах виконується завантаження декількох видів сировини в певних пропорціях згідно з рецептом, встановлюються режими обробки, а після виконання циклу обробки і вивантаження готового матеріалу завантажується нова партія сировини. ОРС-сервер виконує обмін між клієнтом і сервером рецептами, характеристиками технологічного обладнання, умовами і результатами обробки;

ОРС Data eXchange — специфікація для обміну даними між двома ОРС DA -серверами через мережу Ethernet;

ОРС Security — специфікація, яка визначає методи доступу клієтів до сервера, які забезпечують захист важливої інформації від несанкціонованої модифікації;

ОРС XML — DA — набір гнучких, таких, що узгоджуються один з одним правил і форматів для представлення первинних даних за допомогою мови XML, веб технологій і повідомлень SOAP (див. гл. 1);

ОРС Complex Data — додаткові специфікації до ОРС DA і XML — DA, які дозволяють серверам працювати із складними типами даних, такими як бінарні структури і XML -документи;

ОРС Commands — набір програмних інтерфейсів, який дозволяє ОРС клієнтам і серверам ідентифікувати, посилати і контролювати команди, що виконуються в технічному пристрої (у контроллері, модулі введення-виведення);

ОРС Unified Architecture — принципово новий набір специфікацій, який вже не базується на DCOM технології.

Стандарт ОРС UA встановлює методи обміну повідомленнями між ОРС-сервером і клієнтом, не залежні від апаратно-програмної платформи, від типу взаємодіючих систем і мереж. ОРС UA забезпечує надійну і безпечну комунікацію, протидію вірусним атакам, гарантує ідентичність інформації клієнта і сервера.

У новому стандарті використовується поняття об'єкту, під яким розуміється фізичний або абстрактний елемент системи. Прикладами об'єктів можуть бути фізичні пристрої, системи, що включають їх, і підсистеми. Датчик температури, приміром, може бути представлений як об'єкт, який містить в собі значення температури, набір параметрів сигналізацій і межі їх спрацьовування. Об'єкт, по аналогії з об'єктно-орієнтованим програмуванням, визначається як екземпляр класу, а клас розглядається як тип даних. Об'єкти включають змінні, події і методи.

ОРС UA використовує декілька різних форматів даних, основними з яких є бінарні структури і XML -документы. Формат даних може бути визначений постачальником ОРС-сервера або стандартом. Для роботи з довільними форматами клієнт може запросити у сервера інформацію про опис цього формату. У багатьох випадках використовується автоматичне розпізнавання формату даних під час їх передачі.