Обобщенная архитектура систем управления электроавтоматикой

На сегодняшний день обобщенную архитектуру модулей систем управления электроавтоматикой можно представить в следующем виде (Рис. 2). В представленном виде (схематично) выделяются: прикладная часть, ядро системы управления и аппаратное обеспечение производства (последнее не является программными модулями системы управления).

Для взаимодействия прикладной части и ядра системы управления используется ряд программных технологий (OPC, DDE, API, COM/DCOM) и ряд сетевых технологий (TCP/IP, Profibus, CANopen и т.п.). Соответственно программные технологии используются для организации программного взаимодействия между компонентами системы вне зависимости от их локального или распределённого расположения. Сетевые технологии применяются для организации взаимодействия компонентов распределенных на нескольких ПК, связанных сетью, а также для организации взаимодействия приложений системы, выполняемых на ПК, с компонентами ядра, расположенных на PLC.

Рис. 2 Обобщенная архитектура систем управления электроавтоматикой

Характеристики современного процесса разработки прикладной составляющей электроавтоматики

Процесс разработки прикладных компонентов систем управления электроавтоматикой обладает своей спецификой. Стоит отметить, что более 80% от объема разрабатываемого кода, приходится исключительно на реализацию компонентов прикладной составляющей. С учётом этого и поскольку интерес к развитию и расширению функций прикладной составляющей неуклонно растёт (в частности, к HMI и средствам взаимодействия с MES и ERP системами), появляются фирмы, специализирующиеся на разработке унифицированного прикладного программного обеспечения. Лидером в этой области является разработчик систем управления Smart Software Solutions – 3S, прикладные компоненты ее продукта CoDeSys применяются в системах управления электроавтоматикой TwinCAT (Beckhoff) и IndraLogic (система управления электроавтоматикой, реализованная на основе информационной системы IndraWorks производителя Bosch Rexroth).

TwinCAT PLC Control – редактор управляющих программ поддерживают все 5 стандартных языков программирования логических контроллеров МЭК61131-3. В основу редакторов TwinCAT положен программный продукт CoDeSys фирмы 3S, который Beckhoff использует по лицензионному соглашению.

Таким образом, разработчикам систем управления чаще выгоднее приобрести некоторые готовые и зарекомендовавшие себя прикладные средства, чем вкладывать средства и ресурсы на разработку своих собственных аналогов. Это так же даёт возможность сосредоточить усилия на разработке ядра системы или каких-либо специализированных уникальных прикладных средств.

Растущие требования к эргономичности пользовательского интерфейса, которые предполагают реализацию функций, специфичных скорее офисным приложениям, также не остались без внимания. На рынок выходят новые фирмы, предлагающие компоненты для реализации элементов пользовательского оконного интерфейса, такие как Lidor Systems (продукты LidorSystem.Collector и IntegralUI TreeVeiw), TheUltimateToolbox (продукты Ultimate Toolbox 2005, Ultimate Grid, Ultimate TCP/IP) и Divelements Limited (продукты SandRibbon, SandGrid, SandBar, SandDock, Eyefinder, Navisight).

Заказчики или производители систем автоматизации могут использовать аппаратное обеспечение СУ различных производителей. Это важно, например, при модернизации производства, когда новая система управления должна уметь взаимодействовать с уже использующимися и зарекомендовавшими себя контроллерами.

Ключевое слово “открытая архитектура” наиболее полно раскрывает потенциал новых функциональных возможностей систем электроавтоматики. Важнейшие из них:

• Конфигурирование (настраивание);

• Внедрение покупных программных продуктов;

• Эволюция систем управления;

• Доступ к информации;

• Стандартизация пользовательских интерфейсов;

• Включение системы в сетевую коммуникационную среду.

Обобщенно открытую архитектуру прикладного программного обеспечения можно представить нижеследующим образом (Рис. 3).

Центральное место в архитектуре занимают компоненты, реализующие интеграцию, т.е. взаимодействие и обмен данными между компонентами различных групп, как собственных, так и сторонних разработчиков. Сторонние разработчики поставляют с одной стороны, компоненты, специализированные для реализации пользовательского интерфейса (слева на Рис. 3), с другой стороны, прикладные компоненты инструментария для разработки программ PLC (справа), и прикладные компоненты драйверов и управления контроллера (снизу). В каждой из этих областей присутствуют фирмы-лидеры со своими готовыми компонентами. Для создания прикладного программного обеспечения, на основе наиболее подходящих разработок от ведущих производителей необходимо реализовать компоненты интеграции.

Рис. 3 Обобщенная архитектура открытого прикладного ПО электроавтоматики

Главная роль компонентов интеграции – это обеспечение взаимодействия компонентов, реализация конфигурирования их набора и преобразование данных, необходимых для обмена между компонентами.

Примером системы управления, которая реализует подобную архитектуру, является IndraLogic, а также отчасти CoDeSys и TwinCAT. Как говорилось выше, IndraLogic реализована на базе информационной системы IndraWorks, которая в свою очередь использует компоненты пользовательского интерфейса DDPFramework . В качестве инструментальных средств разработки используются редакторы управляющих программ контроллеров программного продукта CoDeSys. А со стороны аппаратного обеспечения применяются контроллеры нового поколения IndraLogic L20, L40, контроллеры на базе ПК IndraLogic VE, VP, VS.

Использование представленной открытой архитектуры прикладной составляющей в системах управления имеет ряд преимуществ, как для разработчиков, так и для потребителей:

• Разработчики системы управления не тратят определённые ресурсы, т.е. снижаются затраты, на разработку типичных элементов пользовательского интерфейса и зарекомендовавших себя в области систем управления элементов управления, типичных для задач прикладной области (например, редакторов УП, конфигураторов сетевых подключений и т.п.);

• Разработчики имеют возможность определения требуемого набора компонентов и реализуемых ими задач, на ранних стадиях проектирования прикладной составляющей;

• Разрабатываемая система получается открытой и расширяемой для разработчиков программного обеспечения, производителей систем автоматизации и для конечных потребителей;

• Сокращается время выпуска новой системы;

• Потребители получают возможности для расширенной настройки пользовательского интерфейса.

Наряду со всеми преимуществами разработки систем с открытой архитектурой, также присутствуют и проблемные области. Основной из них является интеграция программных компонентов. На данный момент отсутствует единая глобальная концепция внедрения компонентов от различных производителей в состав разрабатываемого прикладного программного обеспечения.