9.2. Современные системы scada/hmi

Эти системы хорошо структурированы и представляют собой готовые к применению и согласованные по функциям и интерфей­сам наборы программных продуктов и вспомогательных компонен­тов. В сетевых системах средствами SCADA/HMI реализуются стан­ции разного функционального назначения, взаимодействующие ме­жду собой в АСУТП. Они включают в свою номенклатуру разные типы: станции-серверы и станции-клиенты, взаимодействующие в структуре «клиент — сервер»; станции наблюдения (мониторинга) для руководящих работников; специальные станции архивирования данных и документирования данных и событий и др.

В SCADA/HMI-системах широко применяется принцип мо­дульного построения, реализуемого в двух основных вариантах:

В первом случае для системы, обеспечивающей полный набор базовых функций, создаются дополнительные пакеты-опции, реа­лизующие необязательные в применении функции контроля и управления, например SPC, Batch Control.

Во втором случае система создается из функциональных моду­лей, реализующих отдельные функции контроля и управления. Модули в достаточной мере независимы и могут применяться на отдельных функциональных станциях или свободно компоновать­ся в разных сочетаниях при разработке станций. Таким образом могут создаваться, например, станции наблюдения, станции «.сле­пой узел» (концентратор данных в сети) или станции со свобод­но формируемым набором функций.

Важный аспект в структурном построении сетевых СУ — структура БД РВ в сетевой системе, либо централизованная, либо децентрализованная. Каждая из двух основных структур в SCADA/HMI реализуется разными разработчиками по-разному; от реализации существенно зависят способы и эффективность обеспечения единства целостности БД, ее надежность, возможно­сти модификаций при необходимости и т. д.

С ростом мощности компьютеров и соответствующим ростом информационной мощности операторских станций соответственно потребностям приложений SCADA/HMI-системы становятся мас­штабируемыми, они выпускаются в вариантах, которые при сохра­нении в целом функционального профиля поддерживают от не­скольких десятков или сотен до десятков тысяч входов/выходов.

353

SCADA/HMI-системы ведущих производителей получают рас­ширение в иерархии уровней управления производством «по вер­тикали» — в сторону непосредственного управления процессом (автоматическое регулирование и программно-логическое управ­ление) — и в сторону управления производством. Такие про-

23 - 4869

граммные системы представляют собой мощные программные комплексы, обеспечивающие ИАСУ производством в целом. Ис­пользование в системах разных уровней единых стиля оформле­ния, терминологии, инструментария, служебных средств и т. д. значительно облегчает проектантам и системным интеграторам разработку СУ, а предприятиям — их освоение и эксплуатацию. Функции непосредственного управления реализуются в пакетах прикладных программ для контроллеров, построенных на основе персональных компьютеров (Soft PLC), и для компьютерной реа­лизации функций непосредственного управления (Soft Control).

На уровне управления производством для диспетчерского управления (Manufacturing Executing System MES) вполне прием­лемы SCADA/HMI-системы для АСУТП. Возможность сбора, отображения, архивирования данных и протоколирования хода производства средствами систем SCADA/HMI успешно применя­ется в АСУТП. Однако особенности функций диспетчерского управления привели разработчиков SCADA/HMI-систем к созда­нию специальных программных продуктов для уровня управле­ния производством. В них важную роль играет функция под­держки принятия решений перед перераспределением материаль­ных и энергетических потоков в технологической схеме производства путем оценки результатов предполагаемых решений средствами моделирования. Использование стандарта моделиро­вания существенно облегчает разработчикам создание програм­мных систем, а разработчикам проектов — освоение систем и пе­реход от одной системы к другой.

Прогресс в области SCADA-систем в последние годы получил значительное ускорение. Использование новейших информацион­ных технологий, интеграция приложений, встраивание стандарт­ных языковых средств для программирования пользовательских алгоритмов и экранных взаимодействий значительно повысили эффективность SCADA-систем. В распоряжении пользователей разных групп появился мощный инструментарий. Технологии распределенной межсетевой архитектуры для корпоративных сис­тем DNA (Distributer Internet Architekture) в среде MS Windows, комплексирование продуктов для управления создают новые тех­нологии и новые возможности в ИАСУ и перераспределении фун­кций между ними. Теперь в дежурный список поддерживаемых системами технологий и интерфейсов дополнительно к уже тра­диционным DDE, DLL, OLE, ODBC/SQL включаются объектив­ные компонентные модели COM/DCOM с Active X, технологии Java, универсальный интерфейс связи с внешними устройствами ОРС, языки стандарта IEC 61131-3, языки описаний на основе Visual Basic for Applications, Internet/Intranet и т. д.

В распоряжении разработчиков и пользователей разных уров­ней появился инструментарий современных SCADA-систем, под­держиваемых средствами ОС и сетевых архитектур. Решения прикладных проблем в конкретных проектах становятся многова­риантными благодаря таким возможностям, как распределение функций между станциями и формирование функциональных на­грузок станций; подключение внешних средств обработки данных (электронных таблиц, БД и др.), статистической обработки, кон­троля ТЭП и т. д.

Конечных пользователей не очень интересует перечень техно­логических средств, использованных в конкретной SCADA-систе- ме. Для них важны функциональные и коммуникационные воз­можности и технические характеристики систем, например такие, как возможность через Internet приобрести нужный фрагмент для разрабатываемой станции и без проблем «вставить» его в проект; руководству фирм — «заглянуть» на экраны операторских станций дальнего предприятия и убедиться в соблюдении технологии; программисту — по просьбе заказчика проверить работу своей программы в СУ и после исправлений переслать новый вариант; возможность избавиться от «проблемы драйверов» средствами ОРС-интерфейса. Новации в SCADA-системах обеспечивают зна­чительное снижение затрат труда на разработку и обслуживание операторских станций, повышение скоростей и дальности (т. е. через Internet) обмена данными в системах управления и многие другие. Интеграция СУ на всех уровнях в пределах предприятия теперь обеспечена средствами интегрированных программных систем (наборов) и коммуникаций.

Потенциальный пользователь (производственник) одной из SCADA-систем при выборе подходящего для его задач SCADA-na- кета оказывается в непростом положении, т. е. имеются трудности при составлении задания на проектирование, что обязывает разби­раться в возможностях новых технологий и обновленных SCADA-систем. Для пользователя очень важны оценки отдельных продуктов и их составления — с точки зрения выбора наиболее подходящего средства для конкретного производства.

23'

355

В объективной оценке конкретного продукта или нескольких конкурирующих продуктов, представленных на рынке, заинтере­сованы все основные участники работ в жизненных циклах SCADA-систем и конкретных проектов: «разработка — распро­странение», «проектирование — эксплуатация прикладной систе­мы». Это труд разработчиков и поставщиков программных про­дуктов, распространителей, проектантов и системных интеграто­ров, а также пользователей SCADA-систем. В зависимости от содержательной постановки вопроса речь может идти об анализе

либо отдельного продукта, либо нескольких продуктов. Анализ нескольких продуктов носит сопоставительный характер, и по­требность в нем возникает при конъюнктурном исследовании сектора рынка для определения стратегии перед распространите­лем или при выборе одного из продуктов для конкретного про­екта перед его разработчиками.

Каждый раз перед инициатором оценки стоят задачи: форми­рование критериев оценки потребительских качеств продукта; получение оценки каждого из критериев; формирование общей оценки каждого из продуктов по оценкам критериев.

Формирование критериев оценки сопряжено с совокупностью требований к продукту в задании на проект, однако набор крите­риев принципиально должен быть шире и включать, наряду с техническими и стоимостными характеристиками, еще трудно- формализуемые характеристики удобства применения. Сама по себе формулировка критериев трудна; она обобщается понятием «качество программ», которое составляет содержание междуна­родных и национальных (в том числе военных) стандартов. В этих стандартах обобщен опыт формулировки требований к про­граммам и показателям потребительских качеств программных систем — критериев качества, содержатся перечни и определения рекомендуемых к применению показателей. В них описывается примерно 20—30 показателей качества, которые используются для конкретных программ с назначением и условиями их приме­нения. Стандарты помогают при подготовке состава показателей, которые используются в проектных заданиях на разработку СУ. Целесообразно привести примерный перечень критериев оценки SCADA-систем, которые должны интересовать пользователей. Ус­ловно разделим критерии оценок на три большие группы: техни­ческие характеристики, которые приводятся в документации и описаниях; экономические характеристики и характеристики применения, определяемые по результатам работы с системой.

Технические характеристики

Компьютер: платформа, ОС, частота процессора; требуемые объемы оперативной и дисковой памяти; возможности переноса приложений. Информационная мощность отдельной стан­ции — максимальное число входов и выходов; масштабируемость, ряд мощностей; скорость ввода-вывода данных и т. д.

Структурные характеристики: типы реализуемых станций, способы взаимодействия между ними; опции, модульность; структура БД РВ.

Функциональные характеристики: функциональная полно­та — реализация стандартного состава функций SCADA/HMI-сис- тем (базовые функции, функциональные расширения и их осо­бенности); средства отладки в инструментальной системе, эмуля­ции исполнительной системы.^

Графически-анимационный редактор: библиотеки графических заготовок и графических объектов со встроенными средствами обработки и отображения данных (Wizard; форматы импортируе­мых изображений).

Средства представления и передачи данных и событий: графи­ческие, символьные отображения; поддержка звуковых/речевых сообщений; тренды текущие (архивные), сервис в работе с трен­дами, у(х)-тренды; передача персональных сообщений средствами связи (пейджер, факс и др.).

Коммуникации и интерфейсы, открытость SCADA/HMI-систе- мы: поддерживаемые сетевые протоколы, число (и, при целесо­образности, перечень) драйверов обмена с внешними устройства­ми; серверы и форматы ввода-вывода данных; инструментарий для разработки драйверов и серверов; поддержка интерфейсов межпрограммного и межсистемного обмена; языки создания пользовательских программ и поддержка стандартных языков, в том числе — нечеткой логики.

Надежность, которая определяется надежностью ОС: средст­вами сохранения данных и конфигурации при сбоях и возникно­вении нештатных ситуаций; средствами автоматического переза­пуска; возможностями резервирования компонентов системы в различных вариантах.

Экономические характеристики

К экономическим характеристикам относят стоимость про­граммы и затрат, связанных с ее применением («цена примене­ния»): номинальную стоимость системы и ее компонентов; цено­вую политику производителя и распределителя на рынке; систе­му скидок и оплату услуг; дополнительные затраты — стоимость обучения пользователей, эксплуатационные затраты и т. д.

Характеристики применения

Удобства применения — совокупность средств и качеств, обес­печивающих пользователям достаточно быстрое и успешное при­менение программной системы. К ним относятся:

1. Дружественность диалога — считается, что это качество обеспечивается применением стандартов в оформлении интер­фейса с пользователем; полнота и наглядность представления функций системы на экране, удобства и информативность.

2. Качество документации: полнота, наглядность и ясность описаний системы, наличие ошибок и неточностей; применение устоявшейся терминологии. Для импортных программных про-, дуктов: русификация, подсказки (helps), справочная система, сис­темные сообщения, документация.

3. Удобство сопровождения системы при эксплуатации: полно­та/недостаточность средств диагностики состояния системы при сбоях и отказах, нарушениях внешних связей; трудоемкость и уровень автоматизации работ при инсталляции системы; возмож­ности внесения изменений в БД системы и коррекции экранов без остановки и т. д.

4. Наблюдавшиеся и выявленные ошибки в работе программ, а также их значимость при работе системы управления.

5. Положение программного продукта на рынке: характеристи­ки распространения и поддержки, получаемой пользователя­ми, — тираж, количество инсталляций; число реализованных вер­сий продукта; поддержка пользователей заготовителями и рас­пространителями — дилерская сеть обучения, консультационная поддержка, горячая линия; условия обновления версий (upgrade).

Все показатели имеют либо количественный характер (информа­ционная мощность, требования к ресурсам, стоимость и т. д.), либо качественный (наличие/отсутствие конкретных средств — функций, опций, интерфейсов).

Технические и экономические характеристики программных продуктов в основном документируются и публикуются и долж­ны гарантироваться разработчиками. Их можно получить из до­кументации.

Характеристики удобства применения и качества документации в значительной степени носят субъективный характер и не имеют оценочной меры; о характеристиках применения можно судить только по результатам практического использования продукта: тес­тирования, опубликования, анализа, опыта промышленного вне­дрения; косвенной характеристикой качества и отработанности ти­ражного программного продукта служит его положение на рынке, поскольку большая реализация продукта свидетельствует о солид­ном опыте применений, учтенном при обновлениях продукта, и о завоеванном авторитете у пользователей.

Основу анализа нескольких продуктов составляет сопоставле­ние их технических и экономических характеристик. В анализе отдельного продукта акцент делается на углубленном рассмотре­нии данных системы. Затем проводится сопоставительный анализ SCADA-систем, существенный при выборе их для проекта.Использование опыта применения

Собственный предварительный опыт в работе с конкретной системой можно приобрести, воспользовавшись действующей де- моверсией продукта. Однако ограниченность демоверсий не по­зволяет оценить возможности и качество продукта в полной мере, например при отсутствии в них средств связи с внешними устройствами или документации. Другая возможность — времен­ное использование арендованного экземпляра продукта. В каж­дом случае апробирование SCADA-системы на простых продук­тах следует предварять разработкой продуманного текстового проекта, который должен выявить основные аспекты будущей СА; апробирование достаточно трудоемко, и его возможности ог­раничены двумя-тремя продуктами.

Особенно ценным является опыт промышленного примене­ния внедренных систем на предприятиях, т. е. лучше учиться на чужом опыте. Конечно, конкретный опыт субъективен, он зави­сит от квалификации и личных качеств разработчиков проекта, эксплуатационников и конечных пользователей. Поэтому наряду с конкретным опытом представляет интерес и статистический материал, получить который довольно трудно.