9.8. Зарубежные scada-системы

При разработке специализированного прикладного ПО (ППО) для создания СУ системный интегратор или пользователь обычно выбирает одно из следующих направлений:

• программирование с использованием традиционных средств (традиционные языки программирования, стандартные средства отладки и пр.);

• использование существующих, готовых COTS (Commercial Of The Shelf) инструментальных проблемно-ориентированных средств.

Оптимальным считается хорошо отлаженное ППО, написан­ное программистом высокой квалификации специально для кон­кретного проекта. Для сложных РСУ процесс их создания оказы­вается длительным, а затраты на их разработку — высокими. В последнее время в условиях значительно возрастающей доли ППО в затратах на создание конечной продукции (системы) и соответственно ужесточающихся требований к интенсификации труда программистов вариант с непосредственным программиро­ванием приемлем лишь для простых систем или незначительных фрагментов большой системы, для которых нет стандартных ре­шений (например, не написан подходящий драйвер). В этом слу­чае разработку собственного НПО следует упростить, сократить временные и прямые финансовые затраты на создание ППО, ми-, нимизировать затраты труда квалифицированных программистов и, по возможности, привлекать к разработке технологов, т. е. специалистов в области автоматизируемых ТП.

Сфера разработки ПО все более специализируется, а ПО ста­новится сложным и дорогостоящим. При этом разработчики ОС, инструментальных средств, ППО и т. д. по существу общаются на разных языках. Таким образом, логика в области разработок ППО для конечных систем управления требует использования развитых инструментальных средств типа SCADA-систем. Поэтому разра­ботка современной SCADA-системы обусловлена большими фи­нансовыми затратами и реализуется в длительные сроки. Разработ­чикам управляющего НПО для АСУТП целесообразно идти по иному пути, приобретая, осваивая и адаптируя готовый, уже апро­бированный универсальный инструментарий.

В табл. 9.2 приведены некоторые популярные на западном и российском рынках SCADA-системы, имеющие поддержку в России.

Анализ подобных пакетов позволяет сформулировать некото­рые основные возможности и характерные черты SCADA-систем.

Рассматривая SCADA-системы остановимся на традиционном наборе их свойств и характеристик, а также на вновь появив­шихся связях SCADA-систем — ОРС-серверах, расширениях РВ для Windows NT.

Таблица 9.2

Популярные SCADA-системы, имеющие поддержку в России SCADA	Фирма-изготовитель	Страна
Factory Link	United States Data Co	США
In Touch	Wonderwage	США
Genesis	Iconics	США
Win CC	Siemens	Германия
Real Flex	BJ Soft Systems	США
Sitex	Jade Software	Великобритания
FIX	Intellution	США
Trace Mode	Ad Astra	Россия
Simplicity	GE Fanuc Automation	США
RS View	Rockwell Softwage Inc	США

SCADA-системы обеспечивают цеховой уровень автоматиза­ции, связанный с получением и визуализацией информации от

ПЛК. Однако поставляемая на данный уровень информация не доступна системе управления производством, поэтому некоторые фирмы разрабатывают тесно интегрированные со SCADA-пакета- ми системы управления производством и обеспечивают обмен данными между этими уровнями, при этом заметно расширяют сервисные возможности своих продуктов для реализации ком­плексного подхода к автоматизации промышленного предприятия в целом.

Разработка таких комплексных, хорошо интегрированных ин­струментальных средств — главная современная тенденция в соз­дании базового ПО для управления промышленными предприя- тими.

Характеристики SCADA-систем

Согласно требованиям, предъявляемым к SCADA-системам, спектр их функциональных возможностей определен и реализо­ван практически во всех пакетах. Рассмотрим основные возмож­ности и средства, присущие всем системам и различающиеся только техническими особенностями реализации:

• автоматизированная разработка, позволяющая создавать ПО системы автоматизации без реального программирования; средст­ва сбора первичной информации от устройств нижнего уровня;

• средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях;

• средства хранения информации с возможностью ее пост­обработки (это реализуется через интерфейсы к наиболее попу­лярным БД); средства обработки первичной информации;

• средства визуализации информации в виде графиков, гисто­грамм и т. п.;

• возможность работы прикладной системы с наборами пара­метров, рассматриваемых как единое целое (например, установки и т. п.).

Функциональные возможности

Основу большинства SCADA-пакетов составляет несколько программных компонент (БД РВ, ввода/вывЪда, предыстории, аварийных ситуаций) и администраторов (доступа, управления, сообщений). В целом технология проектирования СА на основе SCADA-систем очень проста и заключается в:

— разработке архитектуры всей системы автоматизации (на этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации);

• решении вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры и необходимостью введения узлов с горячим резервированием, и т. п.;

• создании прикладной системы управления для каждого узла, где специалист в области автоматизируемых процессов на­полняет узлы архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации;

• приведении параметров прикладной системы в соответст­вие с информацией, которой обмениваются устройства нижнего уровня (например, ПЛК) с внешним миром (датчиками темпера­туры, давления, состава, свойств и др.);

• отладке созданной прикладной программы в режимах эму­ляции и реального времени.

Перечисленные возможности SCADA-систем в значительной мере определяют стоимость и сроки создания ПО, а также сроки его окупаемости.

Технические характеристики

Анализ программно-аппаратной платформы, на которой реа­лизована SCADA-система необходим, так как от него зависит ее распространение на имеющиеся вычислительные средства, а так­же оценка стоимости ее эксплуатации. По сути дела прикладная программа может быть выполнена любой ОС, которую поддер­живает выбранный SCADA-пакет.

Подавляющее большинство SCADA-систем реализовано на MS Windows-платформах. Именно такие системы предлагают наибо­лее полный и легко наращиваемый ЧМИ. Учитывая главенствую­щие позиции компании Microsoft на рынке ОС, необходимо отме­тить, что даже разработчики многоплатформенных SCADA-систем, например «United States Data Со», приоритетным считают развитие своих SCADA-систем на платформе Windows NT. Некоторые фир­мы, до сих пор поддерживавшие SCADA-системы на базе ОС РВ, уже выбирают системы на Windows NT платформе. Все очевиднее становится применение ОС РВ во встраиваемых системах, где они действительно эффективны.

Таким образом, главной стала MS Windows NT. Быстрое раз­витие ОРС-технологий (OLE for Process Control), низкие цены аппаратурного обеспечения, распространенность Windows NT на офисных рынках — главные причины того, что абсолютное боль­шинство производителей SCADA-пакетов предпочитают эту ОС.

Одной из основных черт СА является высокая степень инте­грации. В любой СА могут быть задействованы ОУ, ИМ, аппара­тура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, АРМ опе­

раторов, серверы БД и т. д. Для эффективного функционирования в этой разнородной среде SCADA-система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Необходимо, 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.). Обобщенная схема типич­ной СА приведена на рис. 9.4, где В/В — ввод/вывод.

Требованиям пользователей в той или иной степени удовле­творяют практически все рассматриваемые нами SCADA-системы с тем лишь различием, что набор поддерживаемых сетевых ин­терфейсов разный.

BusinessLAN

Среда разработки SCADA-системы

Драйверы или серверы в/в

Среда исполнения SCADA-системы

Profibus Netword

Сеть программируемых контроллеров

Среда исполнения и драйверы устройств

В/В

В/В

SQL-Server SQL-Server

Devica Networ

d

Рис. 9.4. Обобщенная схема типовой системы автоматизации •

Большинство SCADA-систем имеет встроенные языки высо­кого уровня, Basic-подобные языки, позволяющие генерировать адекватную реакцию на события, связанные с изменением зна­чений переменной, выполнением некоторого фрагмента с задан­ной частотой относительно всего приложения или отдельного окна

.

Практически во всех SCADA-системах, в частности Genesis, In Touch, применен ANSI-синтаксис, не зависящий от типа БД. Таким образом, приложения системы виртуально изолированы, что позволяет иметь БД без значительного изменения самой прикладной задачи, создавать независимые программы для анализа информации, исполь­зовать уже имеющееся ПО, ориентированное на обработку данных.

Для специалиста — разработчика системы автоматизации, а также для технолога, чье рабочее место создается, очень важен графический ЧМИ. Функционально графические интерфейсы SCADA-систем очень похожи. В каждой из них существует гра­фический объективно-ориентированный редактор с определен­ным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий набор опера­ций над выбранным объектом и быстро обновлять изображения на экране средствами анимации.

Важным фактором является поддержка в рассматриваемых системах стандартных функций GUI (Graphic Users Interfase), так как большинство рассматриваемых SCADA-систем работает под управлением Windows, что и определяет тип используемого GUI.

Большое значение имеют эксплуатационные характеристики SCADA-системы, поскольку от них зависит скорость освоения продукта и разработки ППО, отражающая стоимость реализации продуктов.

Удобство использования. Сервис, предоставляемый SCADA- системами на этапе разработки ППО, обычно очень развит. Поч­ти все они имеют Windows-подобный ЧМИ, что во многом по­вышает удобство их использования как в процессе разработки, так и в период эксплуатации прикладной задачи.

Следует обратить внимание не только на наличие технической поддержки SCADA-систем, но и на ее качество. Для зарубежных систем в России возможны следующие уровни поддержки: услуги и обслуживание региональными представителями фирмы-разработ­чика, взаимодействие с системными интеграторами. Российские партнеры ведущих мировых производителей, как правило, также обеспечивают достаточный уровень сервиса для своих заказчиков в виде русификации документации, регулярных курсов, горячей линии и решения проблем, связанных с индивидуальными требо­ваниями заказчика. Выяснение ситуации о реальном качестве под­держки российскими дистрибьюторами соответствующего продук­та — один из главных вопросов, требующих проработки покупате­лем при выборе конкретной SCADA-системы.

Отечественные системы создавались и поддерживаются фир­мами-разработчиками, содержат штат профессиональных про­граммистов, которые имеют все предпосылки для необходимого технического обслуживания своих продуктов.

Стоимость освоения системы

Процедура освоения SCADA-систем достаточно проста с точ­ки зрения программиста и не требует длительного времени, по­этому эти затраты относительнр невелики. Основной составляю­щей стоимости является оплата труда программистов, осуществ­ляющих эту работу. Стоимость сопровождения или «стоимость владения» зависит от многих факторов:

• стоимости «риска» покупки, который определяется такими параметрами, как рыночная надежность фирмы — дистрибьютора инструментального пакета и рыночная стабильность фирмы — из­готовителя продукта;

• стоимости коммуникаций с фирмой-поставщиком;

• времени реакции поставщика на проблемы покупателя;

• наличия реального прикладного опыта и хорошего знания поставляемого продукта специалистами фирмы-поставщика;

• степени открытости, адаптируемости и модернизируемое™ продукта.

Концентрация разработчиков SCADA-систем на поле Windows NT способствует снижению стоимости владения пользователем этими продуктами.

Стоимость, связанная с трудозатратами на разработку при­кладных программ при использовании SCADA-систем, сущест­венно ниже по сравнению со стоимостью традиционного про­граммирования.

Для оценки времени окупаемости SCADA-системы необходи­мо учесть число проектов, реализуемых на основе этой системы, их стоимость и т. д. При реализации двух-трех проектов в ходе приобретения системы разработки SCADA она окупается.

Важным свойством SCADA-систем всегда была открытость, но в настоящее время она дополняется новыми средствами пере­дачи данных между процессорами (OLE — Object Linking — вклю­чение и встраивание), стандартом общения с технологическими устройствами — ОРС, встраиваемыми программными объектами (Active-X).

Открытость системы. Система является открытой, если опре­делены и описаны используемые форматы данных и процедур­ный интерфейс, что позволяет подключить к ней «внешние» не­зависимо разработанные компоненты, адаптировать пакет под конкретные нужды с минимальными затратами, любой SCADA- пакет отличается открытостью.

Перед фирмами — разработчиками СА часто встает вопрос о создании собственных (не предусмотренных в рамках SCADA- систем) программных модулей и включении их в СА. Поэтому открытость — важная характеристика SCADA-систем. По сущест­ву она означает доступность спецификаций, системных вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это обеспечивает доступ к графическим функциям, функциям работы с БД и т. д.

Драйверы ввода/вывода

Современные SCADA-системы имеют широкий набор аппа­ратуры нижнего уровня, большой спектр драйверов или серве­ров ввода/вывода, а также хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов — новых уст­ройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с ис­пользованием стандартных языков программирования. При этом возникает вопрос, достаточно ли количество спецификаций дос­тупа к ядру системы, поставляемых фирмой-разработчиком в штатном комплекте (система Trace Mode), или для создания драйверов необходимы специальные пакеты (системы Factory Link, In Touch), и нужно ли разработку драйверов заказывать у фирмы-разработчика.

Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA-систе- ме используются два механизма: стандартный DDE (Dynamic Data Exchange) и обмен по внутреннему (известному только фир­ме-разработчику) протоколу. До сих пор DDE остается основным механизмом связи с внешним миром в SCADA-системах. Однако он не вполне пригоден для обмена информацией в РВ из-за сво­их ограничений по производительности и надежности. Взамен DDE компания Microsoft разработала более эффективное и на­дежное средство передачи данных между процессами, т. е. OLE. Механизм OLE поддерживается в RS View, FIX, In Touch, Factory Line и др. Ha OLE появляется новый стандарт — ОРС, ориенти­рованный на промышленные СА.

Новый стандарт, во-первых, позволяет объединять на уровне объектов различные СУ, функционирующие в распределенной ге­терогенной среде; во-вторых, ОРС устраняет необходимость ис­пользования различного нестандартного оборудования и соответ­ствующих коммуникационных программных драйверов. Для SCADA-систем появление ОРС-серверов означает разработку программных стандартов обмена данными с технологическими устройствами. Так как производители полностью ориентируются в своих устройствах, то эти спецификации являются для них ру­ководством к разработке соответствующих серверов. Эти про­граммные драйверы появляются на рынке, разработчики

SCADA-систем предлагают свои механизмы связи с ОРС-драйве- рами; ОРС-интерфейс допускает различные варианты обмена: получение «сырых» данных от физических устройств, РСУ или любого приложения.

SCADA- 'ч

Физический ввод/вывод

СА DA- и нтс рфе йс

к^Фмзичсскнй интерфейс

.

ОРС- сервер

Приложение ^рс-инт«р<|«вс>

Физический ввод/вывод

Рис. 9.5. Архитектура ОРС «клиент — сервер»

Рынок пополнился инструментальными пакетами для написа­ния ОРС-компонент, например OPC-Toolkit фирмы Factory Soft Inc, включающий OPC-Server Toolkit, ОРС Client Toolkit, приме­ры ОРС-программ.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ, ТЕМЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

1. Роль SCADA-системы в современном производстве.

2. SCADA-система КОНТУР, состав и функциональные возможности.

3. Программное обеспечение АСУТП и SCADA-системы.

4. Технические и экономические характеристики программных продуктов.

5. Опыт использования открытых SCADA-программ.

6. SCADA-система Трейс Моуд, ее состав и функциональные возможности.

7. Программные продукты фирмы Ин-Сат для АСУТП.

8. Программный комплекс VNS-Garden.

9. Зарубежные SCADA-системы, их характеристики.

10. Архитектура ОРС «клиент — сервер».

И. Какие особенности имеет SCADA-система КОНТУР?

12. Что относят к характеристикам применения программных продуктов?

13. Поясните порядок создания разработчиками программных продуктов.

14. В чем состоит технология проектирования СА на основе SCADA-систем?

15. В чем состоят функциональные возможности применения SCADA-систем?

16. Поясните назначение каждого элемента типовой системы автоматизации.

17. От каких факторов зависит стоимость освоения системы автоматизации?

Физический интср<(>ейс

Оцените стоимость освоения системы автоматизации

.