Технические характеристики

Программно-аппаратные платформы для SCADA-систем. Анализ перечня таких платформ необходим, поскольку от него зависит ответ на вопрос, возможна ли реализация той или иной SCADA-системы на имеющихся вычислительных средствах, а также оценка стоимости эксплуатации системы (будучи разработанной в одной операционной среде, прикладная программа может быть выполнена в любой другой, которую поддерживает выбранный SCADA-пакет). В различных SCADA-системах этот вопрос решен по разному. Так, FactoryLink имеет весьма широкий список поддерживаемых программно-аппаратных платформ:

Операционная система	Компьютерная платформа
DOS/MS Windows	IBM PC
OS/2	IBM PC
SCO UNIX	IBM PC
VMS	VAX
AIX	RS6000
HP-UX	HP 9000
MS Windows/NT	Системы с реализованным Windows/NT, в основном на РС-платформе.

В то же время в таких SCADA-системах, как RealFlex и Sitex основу программной платформы принципиально составляет единственная операционная система реального времени QNX. Подавляющее большинство SCADA-систем реализовано на MS Windows платформах. Именно такие системы предлагают наиболее полные и легко наращиваемые MMI - средства. Учитывая позиции Microsoft на рынке операционных систем (ОС), следует отметить, что даже разработчики многоплатформных SCADA-систем, такие как United States DATA Co (разработчик FactoryLink), приоритетным считают дальнейшее развитие своих SCADA-систем на платформе Windows NT. Некоторые фирмы, до сих пор поддерживавшие SCADA-системы на базе операционных систем реального времени (ОСРВ), начали менять ориентацию, выбирая системы на платформе Windows NT. Все более очевидным становится применение ОСРВ, в основном, во встраиваемых системах, где они действительно хороши. Таким образом, основным полем, где сегодня разворачиваются главные события глобального рынка SCADA--систем, стала MS Windows NT/2000 на фоне всё ускоряющегося сворачивания активности в области MS DOS, MS Windows 3.xx/95.

Имеющиеся средства сетевой поддержки. Одной из основных черт современного мира систем автоматизации является их высокая степень интеграции. В любой из них могут быть задействованы объекты управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, рабочие места операторов, серверы баз данных и т.д. Очевидно, что для эффективного функционирования в этой разнородной среде SCADA-система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Желательно, чтобы она поддерживала работу в стандартных сетевых средах (ARCNET, ETHERNET и т.д.) с использованием стандартных протоколов (NETBIOS, TCP/IP и др.), а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов (PROFIBUS, CANBUS, LON, MODBUS и т.д.) Этим требованиям в той или иной степени удовлетворяют практически все рассматриваемые SCADA-системы, с тем только различием, что набор поддерживаемых сетевых интерфейсов, конечно же, разный.

Встроенные командные языки. Большинство SCADA-систем имеют встроенные языки высокого уровня, VBasic-подобные языки, позволяющие генерировать адекватную реакцию на события, связанные с изменением значения переменной, с выполнением некоторого логического условия, с нажатием комбинации клавиш, а также с выполнением некоторого фрагмента с заданной частотой относительно всего приложения или отдельного окна.

Поддерживаемые базы данных. Одной из основных задач систем диспетчерского контроля и управления является обработка информации: сбор, оперативный анализ, хранение, сжатие, пересылка и т. д. Таким образом, в рамках создаваемой системы должна функционировать база данных. Практически все SCADA-системы, в частности, Genesis, InTouch, Citect, используют ANSI SQL синтаксис, который является независимым от типа базы данных. Таким образом, приложения виртуально изолированы, что позволяет менять базу данных без серьезного изменения самой прикладной задачи, создавать независимые программы для анализа информации, использовать уже наработанное программное обеспечение, ориентированное на обработку данных.

Графические возможности. Для специалиста-разработчика системы автоматизации, также как и для специалиста - "технолога", чье рабочее место создается, очень важен графический пользовательский интерфейс. Функционально графические интерфейсы SCADA-систем весьма похожи. В каждой из них существует графический объектно-ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий набор операций над выбранным объектом, а также быстро обновлять изображение на экране, используя средства анимации. Крайне важен также вопрос о поддержке в рассматриваемых системах стандартных функций GUI (Graphic Users Interface). Поскольку большинство рассматриваемых SCADA-систем работают под управлением Windows, это и определяет тип используемого GUI.

Открытость систем. Система является открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней "внешние", независимо разработанные компоненты.

Разработка собственных программных модулей. Перед фирмами-разработчиками систем автоматизации часто встает вопрос о создании собственных (не предусмотренных в рамках систем SCADA) программных модулей и включение их в создаваемую систему автоматизации. Поэтому вопрос об открытости системы является важной характеристикой SCADA-систем. Фактически открытость системы означает доступность спецификаций системных (в смысле SCADA) вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это может быть и доступ к графическим функциям, функциям работы с базами данных и т.д.

Драйверы ввода-вывода. Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода-вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с использованием стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том, достаточно ли только спецификаций доступа к ядру системы, поставляемых фирмой-разработчиком в штатном комплекте (система Trace Mode), или для создания драйверов необходимы специальные пакеты (системы FactoryLink, InTouch), или же, вообще, разработку драйвера нужно заказывать у фирмы-разработчика.

Разработки третьих фирм. Многие компании занимаются разработкой драйверов, 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 необходимости разрабатывать программы с использованием языков С или Basic).

Стоимостные характеристики

При оценке стоимости SCADA-систем нужно учитывать следующие факторы:

• стоимость программно-аппаратной платформы;

• стоимость системы;

• стоимость освоения системы;

• стоимость сопровождения.

Эксплуатационные характеристики

Показатели этой группы критериев наиболее субъективны. Это тот самый случай, когда лучше один раз увидеть, чем семь раз услышать. К этой группе можно отнести:

• удобство интерфейса среды разработки - "Windows - подобный интерфейс", полнота инструментария и функций системы;

• качество документации - ее полнота, уровень русификации;

• поддержка со стороны создателей - количество инсталляций, дилерская сеть, обучение, условия обновления версий и т. д.

Особенности лицензирования SCADA-систем на примере CitectSCADA

Схема лицензирования CitectSCADA основана на учете числа одновременно работающих компьютеров, а не на общем числе компьютеров, на которых установлен пакет. Так, если Citect установлен на 100 компьютерах, но одновременно из них работают только 15, то нужно приобрести лишь 15 лицензий.

Цена каждой лицензии зависит от следующих факторов:

1. Число сигналов ввода-вывода. Сигнал ввода-вывода – это дискретная или аналоговая переменная, считываемая из физического устройства ввода-вывода. Citect регистрирует только число тегов ввода-вывода (теги, расположенные в памяти, на диске, и переменные CiCode не учитываются). Максимальное число сигналов ввода-вывода, то есть адресов устройства, с которого работает та или иная версия, ограничено и может составлять 75, 150, 500, …, 150000 или любое другое;

2) Фяункциональные различия. В сетевых приложениях не все функциональные возможности CitectSCADA используются на каждом компьютере. Чтобы не платить за то, что не требуется, можно использовать лицензии Менеджера или Оператора вместо полных лицензий.

• Компьютер с лицензией оператора может выполнять все функции интерфейса оператора и обмениваться данными с серверами, но не может сам исполнять роль сервера.

• Компьютер с лицензией менеджера может отображать процесс только в режиме просмотра.

2. Одно- и многопользовательские лицензии. Могут поставляться как одно-, так и многопользовательские лицензии. Многопользовательская лицензия позволяет запускать Citect с любого компьютера, установленного в сети. При этом не нужно на каждом компьютере устанавливать аппаратный и программный ключ защиты. Это также означает, что доступ к информации можно получить с любого компьютера.

Лекция 10

Программный комплекс TRACE MODE 6

TRACE MODE 6 – это программный комплекс, предназначенный для разработки и запуска в реальном времени распределенных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и решения ряда задач управления предприятием (АСУП). Для решения задач АСУП в TRACE MODE 6 интегрирован пакет T-FACTORY. Обобщенная структура АСУТП, которую можно разработать на базе TRACE MODE 6 показана на рисунке.

TRACE MODE 6 состоит из инструментальной среды разработки и исполнительных модулей.

Интегрированная среда разработки проекта – единая программная оболочка, содержащая все необходимые средства для разработки проекта. Итогом разработки проекта в ИС является создание файлов, содержащих необходимую информацию об алгоритмах работы АСУ. Эти файлы затем размещаются на аппаратных средствах (компьютерах и контроллерах) и выполняются под управлением исполнительных модулей TRACE MODE.

Исполнительные модули – программные модули различного назначения, под управлением которых в реальном времени выполняются составные части проекта, размещаемые на отдельных компьютерах или в контроллерах.

Интегрированная среда разработки TRACE MODE 6 включает более десяти редакторов:

• Редактор графических мнемосхем и экранных форм;

• Редактор программ на визуальном языке FBD;

• Редактор программ на визуальном языке SFC;

• Редактор программ на визуальном языке LD;

• Редактор программ на процедурном языке ST;

• Редактор программ на процедурном языке IL;

• Редактор шаблонов документов;

• Построитель связей с СУБД;

• Редактор паспортов оборудования (EAM);

• Редактор персонала (HRM);

• Редактор материальных ресурсов (MES);

Исполнительные модули TRACE MODE 6

Монитор реального времени (МРВ) это основной исполнительный модуль SCADA/HMI системы TRACE MODE® 6. Включает сервер реального времени и графический клиент. Продукт может быть использован в АСУТП и в системах телемеханики.

Монитор реального времени плюс (МРВ+) включает сервер АСУТП, СУБД РВ SIAD/SQL и графический клиент. МРВ+ аналогичен стандартному МРВ с двумя отличиями: в МРВ+  встроена промышленная СУБД реального времени и поддержка ODBC. В остальном их функции полностью совпадают.

Double Force МРВ+ 6 это два монитора реального времени с системой автоматического горячего резервирования. Double Force МРВ+ предназначен для построения высоконадёжных отказоустойчивых систем управления. Double Force МРВ+ устанавливается на два ПК - равноправных сервера АСУТП. Каждый из двух мониторов реального времени, образующих в совокупности Double Force МРВ+,  способен функционировать самостоятельно, и, кроме того, обладает рядом дополнительных функций, обеспечивающих работу в режиме дублирования:

• автоматическая синхронизация данных реального времени между основным и резервным серверами;

• автоматическое переключение потоков данных на резервный сервер TRACE MODE 6 в случае отказа основного;

• автоматическое определение статуса сервера "основной" или "резервный" при старте системы и автоматическое разрешение конфликтов статуса при восстановлении основного сервера после сбоя;

• протоколирование всех сбоев и переключений на резервные серверы.

Для повышения надежности АСУТП Double Force МРВ+ также обеспечивает:

• горячее резервирование отдельных сигналов ввода информации;

• горячее резервирование плат УСО;

• горячее резервирование сетевых адаптеров.

Tri Force МРВ+ 6 это три монитора реального времени с функцией тройного автоматического горячего резервирования (троирования).

Монитор реального времени со встроенным сервером документирования (ДокМРВ+) по своим функциям аналогичен стандартномуМРВ+, однако в него встроен Локальный сервер документирования TRACE MODE, позволяющий в реальном времени создавать документы (отчеты, ведомости, наряды, заказы и т.д.) и сохранять их в формате HTML. Документы могут включать как данные реального времени, так и результаты расчетов или выборки из СУБД.

Документы создаются на основе произвольных шаблонов, создаваемых пользователем в визуальном редакторе Интегрированной среды разработки TRACE MODE. ДокМРВ+ предназначен для использования в небольших АСУ или в локальных системах документирования. Для более крупных задач следует использовать выделенные Серверы документирования TRACE MODE:

• глобальные сервер документирования;

• корпоративынй сервер документирования.

Adaptive МРВ+ это разновидность исполнительных модулей, предназначенная для автоматического расчета оптимальных настроек ПИД и ПДД регулятров, непосредственно на АРМ оператора. Adaptive МРВ+ поддерживает следующие адаптивные алгоритмы и другие алгоритмы управления:

• Адаптивный ПИД регулятор (APID);

• Адаптивный ПДД регулятор (APDD);

• Идентификация объекта (IDNT);

• Модальный регулятор (MREG);

• Настройка ПИД регулятора по параметрам объекта (CALC);

• Настройка ПИД по скачку задания (RJMP);

• ПИД регулятор (PID);

• ПДД регулятор (PDD);

• Трехпозиционный  регулятор (PREG);

• Нечеткий регулятор (FZCTR).

GSM-МРВ+ (Монитор реального времени с поддержкой обмена по GSM) является функциональным аналогом МРВ+. Кроме того, в этот продукт включен сервер обмена по GSM-интерфейсу, позволяющий:

• осуществлять автоматический прием данных через GSM-модем в формате SMS-сообщений;

• генерировать тревоги, визуализировать их и передавать на GSM-телефоны и/или ПК сотрудникам или группам сотрудников;

• передавать на GSM-телефоны и/или ПК произвольные сообщения, вводимые оператором интерактивно;

• выдавать по запросу с GSM-телефонов мобильных сотрудников информацию из каналов TRACE MODE и T-Factory в числовом, текстовом виде ( в т.ч. с использованием словарей);

• запрашивать с мобильных телефонов GSM при помощи SQL-запросов данные из внешних реляционных СУБД (MS SQL Server, MS Access, Oracle, Informix, DB2, Sybase и т.д.).

Телемеханические системы на базе Micro TRACE MODE GSM+ и GSM-МРВ+ защищены от несанкционированных подключений. В этих программных продуктах осуществляется контроль доступа к серверу по номеру SIM карты, а также контроль разрешенных операций.

Регистраторы - это исполнительные модули выполняют функции выделенных серверов архива (СУБД реального времени) SIAD/SQL 6. Глобальные регистраторы предназначены для обработки, быстрого сохранения данных реального времени в БД SIAD/SQL 6 и быстрого доступа к ним. Существует два типа серверов архива, предназначенных для работы в АСУ различного масштаба:

• Глобальный регистратор SIAD/SQL 6 на 64000 каналов;

• Корпоративный регистратор SIAD/SQL 6 на 1.000.000.000 (1 млрд.) каналов.

NetLink Light 6 - это клиентский исполнительный модуль - графическая консоль SCADA/HMI системы TRACE MODE 6. Консоль NetLink Light предназначена для создания дополнительных автоматизированных рабочих мест.

TRACE MODE Data Center является специализированным web-сервером SCADA TRACE MODE, обеспечивающим удаленный доступ к информации реального времени через веб-браузер по Internet/Intranet сетям или по беспроводной сети (GSM, GPRS, Wi-Fi, Bluetooth). TRACE MODE Data Center обеспечивает выполнение следующих функций:

• предоставление графического операторского интерфейса удаленным web пользователям в т.ч. и с функциями управления (Web SCADA);

• предоставление графического операторского интерфейса пользователям мобильных телефонов (SCADA Mobile);

Микро мониторы реального времени (Микро МРВ) - исполнительные модули, предназначенные для установки в промышленных контроллерах. Микро МРВ TRACE MODE 6 поставляются в различных конфигурациях. Существуют версии для разных операционных систем, таких как: MS DOS; MiniOS7; ОСРВ Windows CE.net. 

T-Factory МРВ+является основным сервером приложений АСУП (автоматизированных систем управления производством) реального времени, предназначенным для исполнения проектов класса:

• EAM (Enterprise Asset Management) – управление основными фондами предприятия - ремонтом и техническим обслуживанием;

• MES (Manufacturing Execution System) –управление производством; 

• HRM (Human Resources Managemrnt) – управление работами персонала.

Лекция 11

Элеметны проекта АСУ ТП в TRACE MODE 6

Проект – это совокупность всех математических и графических компонентов ПО для операторских станций и контроллеров одной АСУТП, объединенных информационными связями и единой системой архивирования.

Узел – устройство, в котором запущено программное обеспечение TRACE MOD, реализующее серверные функции. Это может быть контроллер, операторская или архивная станция. Узлы одного проекта могут быть связаны между собой по локальной сети, по последовательным интерфейсам, по коммутируемым линиям или по радиоканалу.

Канал – это структура, состоящая из набора переменных (атрибутов) и процедур, имеющая настройки на внешние данные, идентификаторы и период пересчета ее переменных. Канал – это базовое понятие системы. Данные с внешних устройств записываются в каналы. Данные из каналов посылаются на внешние устройства и отображаются на экране монитора. Значения из каналов записываются в архивы и отчеты. В каналах осуществляется преобразование данных. Совокупность всех каналов – база каналов – составляет математическую основу программного обеспечения каждого узла проекта.

Алгоритм работы любого монитора TRACE MODE заключается в анализе каналов. В зависимости от класса и конфигурации канала, по результатам его анализа монитор выполняет ту или иную операцию – запись значений переменных канала в архив, запрос значения источника данных по указанному интерфейсу и запись этого значения в канал, вызов графического экрана оператора на дисплей и т.п.

Основные атрибуты каналов

Имя – имя канала (при создании канала задается по умолчанию и может быть изменено в этом поле);

Кодировка – кодировка класса канала, задаваемая по умолчанию в TRACE MODE. Кодировку можно изменить с помощью этого поля;

Комментарий – комментарий, представляет собой текстовую строку длиной до 40 символов (редактируется).

Входное значение (IN)

Реальное значение (R)

Аппаратное значение (A);

Выходное значение (Q);

Тенденция – этот атрибут индицирует результат сравнения реальных значений канала на текущем и предыдущем тактах пересчета. В каналах классов FLOAT и DOUBLE FLOAT атрибут Тенденция принимает следующие значения: 0 – значение не изменилось; 1 – значение уменьшилось; 2 – значение увеличилось. В каналах классов HEX16 и HEX32 каждый бит данного атрибута (соответственно 16- и 32-разрядного) индицирует изменение соответствующего бита реального значения. Если по сравнению с предыдущим тактом пересчета значение бита реального значения канала изменилось, то соответствующий бит атрибута Тенденция принимает значение 1, в противном случае – 0;

Время изменения – значение этого атрибута соответствует времени последнего изменения реального значения канала или времени выставления каналу признака недостоверности. Данный атрибут возвращает 4-байтовое число секунд с 01.01.70;

Миллисекунды – в этот атрибут записываются миллисекунды времени изменения значения канала (дополнение к атрибуту Время изменения).

Достоверность – аппаратная достоверность значения числового канала, связанного с аппаратурой ввода/вывода. Значение 1 этого атрибута, индицирующее аппаратную недостоверность значения канала, формируется только автоматически в случае сбоя при обмене данными.

Достоверность программная – программная достоверность значения канала. Значение 1 этого атрибута, индицирующее программную недостоверность значения канала, может быть сформировано или задано вручную в профайлере (в отличие от аппаратной недостоверности). Программная недостоверность формируется автоматически для канала FLOAT типа INPUT, если его реальное значение выходит из диапазона [LL, HL].

Тип – тип канала: INPUT (0 в реальном времени) или OUTPUT (1). Числовые каналы типа INPUT предназначены для приема данных от источников, типа OUTPUT – для передачи данных приемникам. У канала класса FLOAT с обработкой алгоритм обработки зависит от типа канала. Монитор автоматически устанавливает для канала тип, соответствующий привязанному источнику/приемнику;

Размерность – размерность реального значения канала. Этот параметр выбирается из списка, который хранится в текстовом файле  tmcf/dimension.tmc. Если требуемая размерность в списке отсутствует, то ее можно добавить, отредактировав указанный файл. Текст размерности не может содержать более 8 символов, а количество строк в списке не должно превышать 255;

Период – значение периода пересчета канала;

Единица измерения –единицы измерения периода пересчета канала, выбирается из списка: цикл – период в циклах; сек – период в секундах (1-60); мин – период в минутах (1-60); час – период в часах (1-24); F1 – период в циклах с отставанием на 1 цикл; F2 – период в циклах с отставанием на 2 цикла; F3 – период в циклах с отставанием на 3 цикла; F4 – период в циклах с отставанием на 4 цикла; на старте – канал пересчитывается один раз при старте монитора; в нач. часа – один раз в сутки в начале часа, заданного атрибутом Период; в нач. дня – один раз в месяц в начале суток, номер которых задается атрибутом Период; по времени – в указанное время (в секундах с 01.01.70); однократно – канал пересчитывается один раз и выключается; в потоке Idle – пересчет в потоке idle; в потоке TF – пересчет в потоке T-Factory.

Включить – (автопосылка) при установке этого флага монитор будет передавать в сеть реальное значение канала при каждом его изменении в виде широковещательного сообщения. На других узлах такое сообщение принимается каналами, которые связаны с данным;

СПАД – признак архивирования атрибутов канала в SIAD, выбирается из следующего списка: нет – не архивировать, 1 – архивировать в SIAD1, 2 – в SIAD2, 3 – в SIAD3 (в реальном времени в атрибут нужно послать соответственно 0, 1, 2 и 3);

Регистратор – признак архивирования атрибутов канала в регистратор.

Дамп –признак использования дампа (файла восстановления), выбирается из следующего списка: NO – не использовать; READ – считывать значение канала из дампа при старте; WRITE – обновлять информацию по данному каналу в дампе; READ/WRITE – выполнять обе операции.

Отчет тревог – признак генерации сообщений для отчета тревог.

Классы каналов

В TRACE MODE 6 определены каналы нескольких классов. Каналы одного класса обладают идентичным набором атрибутов и предопределенных алгоритмов их обработки. Существуют также атрибуты, которыми обладают все каналы вне зависимости от их класса. Атрибуты могут быть изменены в реальном времени (например, из графической оболочки профайлера).

Каналы для работы с данными (числовые каналы):

HEX16 – для работы с 2-байтовыми целыми числами;

HEX32 – для работы с 4-байтовыми целыми числами;

FLOAT – для работы с 4-байтовыми вещественными числами (существуют две разновидности канала этого класса – с обработкой и без обработки в канале);

DOUBLE FLOAT – для работы с 8-байтовыми вещественными числами;

TIME – для работы со значениями времени (дата и время);

Каналы для мониторинга:

Событие – для мониторинга объекта с целью фиксирования возникновения/исчезновения на этом объекте некоторого события или ситуации (например, аварии). Канал хранит историю события и допускает его квитирование.

Каналы для задания прав пользователей:

Пользователь – для задания прав пользователя на разработку и/или запуск проекта.

Каналы многофункционального назначения:

CALL –  свойство вызов канала этого класса конфигурируется для выполнения различных функций. В инструментальной среде можно создать следующие каналы этого класса с предустановленным свойством вызов (при создании такого канала в соответствующем слое шаблонов создается шаблон, вызываемый каналом):

Экран – канал с вызовом шаблона экрана;

Программа – канал с вызовом шаблона программы;

Документ – канал с вызовом шаблона документа;

Связь с БД – канал с вызовом связи с базой данных.

Каналы T-FACTORY:

Единица оборудования – для учета единицы оборудования и вычисления ряда его характеристик в процессе эксплуатации, планирования и мониторинга ее техобслуживания;

Персонал – для учета работника, а также планирования и мониторинга его участия в техобслуживании оборудования.

M-ресурс – предназначен для учета любого вида материального ресурса в физическом и стоимостном выражении, а также брака. Канал M-Ресурс может быть неинтегрирующим и интегрирующим, вследствие чего при учете, например, электроэнергии может работать как с текущими значениями потребленной энергии, так и с текущими значениями потребляемой мощности.

D-ресурс – предназначен для планирования работы (например, техобслуживания единицы оборудования) и мониторинга ее выполнения.