Открытость программного обеспечения

Программные средства автоматизации должны удовлетворять требованиям открытости (см. "Понятие открытой системы" 1). Для этого они должны поддерживать:

· стандартные средства программирования МЭК 61131-3;

· стандарт ОРС для связи с физическими устройствами;

· стандартные сетевые протоколы Ethernet, Modbus, Profibus, CAN и др.;

· стандартный интерфейс ODBC для доступа к базам данных c языком запросов SQL;

· наиболее распространенные операционные системы (Windows XP/CE, Linux);

· веб-технологию;

· обмен данными с Microsoft Office.

Перечисленные средства удовлетворяют общепризнанным или официальным стандартам, имеются в свободной продаже, разрабатываются несколькими независимыми производителями, конкурирующими между собой (последнее не касается MS Windows и MS Office).

Связь с физическими устройствами

Связь программного обеспечения с физическими устройствами в системах автоматизации осуществляется с помощью методов DDE, OLE, COM, DCOM и OPC.

Технология обмена данными между приложениями Windows с аббревиатурой DDE (Dynamical Data Exchange - "динамический обмен данными") - появилась в 1987 г. вместе с Windows 2.0. В промышленной автоматизации DDE использовалась для обмена данными между SCADA в качестве DDE-клиента и физическим устройством, которое поставлялось с DDE сервером.

После появления OLE (Object Linking and Embedding - "связывание и внедрение объектов") фирмы Microsoft, а позже COM (Component Object Model - "модель многокомпонентных объектов") и DCOM (Distributed COM - "СОМ для распределенных систем") [Круглински] технология DDE была полностью вытеснена этими новыми средствами, которые оказались гораздо более эффективными.

Технология COM предоставляет средства для взаимодействия между разрозненными программными модулями, написанными на разных языках программирования, которые собираются в единую систему во время исполнения. Взаимодействие COM объекта с другими программами или программными модулями выполняется через программные интерфейсы c использованием метода "клиент-сервер".

Одной из составляющих COM является Automation - средства взаимодействия программ, написанных на С++ с программами на языке VBA (Visual Basic for Application) или Delphi, а также с программами на языках сценариев (VBScript, JScript). Благодаря автоматизации COM-объект может быть также размещен и исполняться на веб-странице.

Расширение COM в виде DCOM позволяет программам взаимодействовать между собой, даже если они исполняются на разных компьютерах локальной сети. Поэтому DCOM явилась универсальной программной технологией, которая как нельзя лучше позволяет осуществить взаимодействие между SCADA в качестве клиента и сервером, обеспечивающим интерфейс к аппаратным средствам промышленной автоматизации. Именно благодаря этому свойству DCOM была использована в качестве базы для разработки стандарта OPC [Iwanitz] - "OLE for Process Control" - "OLE для управления процессами", который лежит в основе всех современных SCADA пакетов, взаимодействующих с аппаратурой через OPC сервер.

Базы данных

Системы автоматизации работают с большими объемами данных, которые необходимо хранить, сортировать, группировать, извлекать и представлять в виде, удобном для пользователя. Данные извлекаются с помощью языка запросов SQL (Structured Query Language - "структурированный язык запросов"), который стал стандартом в системах автоматизации. Наиболее распространенными системами управления базами данных (СУБД) являются Microsoft SQL Server, Wonderware Industrial SQL Server, Microsoft Access и Excel. Основными свойствами СУБД являются:

· наличие пользовательского интерфейса на базе языка запросов SQL;

· возможность одновременного обслуживания нескольких пользователей;

· корректность работы с данными.

Открытые системы используют обращение к СУБД через драйвер ODBC (Open Database Connectivity - "подключение к открытой базе данных"). ODBC используется, когда необходимо обеспечить независимость прикладной программы от типа СУБД или типа операционной системы и требуется подключиться к нескольким различным СУБД (например, одновременно к MS SQL Server, MS Excel, MS Access, Paradox и др.). При использовании нескольких ODBC драйверов ими управляет менеджер драйверов. ODBC драйвер транслирует стандартный SQL запрос в формат запроса для конкретной СУБД. Таким образом, для работы с новой базой данных пользователю достаточно добавить в систему новый ODBC драйвер, не изменяя прикладную программу.

До недавнего времени задача регистрации информации в реальном времени могла быть решена либо на уровне программного обеспечения контроллера верхнего уровня, либо на уровне SCADA-системы. При этом речь идет о больших потоках данных о процессе, поступающих от большого количества датчиков (нескольких сот или тысяч) в реальном масштабе времени и с высокой частотой (периоды опроса – порядка секунд и даже долей секунд). На уровне АСУТП эта информация нужна для оперативного управления технологическим процессом.

Данные технологических процессов специфичны. Они, как правило, могут быть представлены в виде временных рядов «значение – время». Для их сбора и хранения практически любой SCADA-пакет имеет в своем составе подсистему регистрации исторических данных (архив) с возможностью последующей выборки требуемых для анализа данных и их представления в виде трендов.

Но такие архивы не предназначены для длительного хранения больших объемов информации. К тому же, речь здесь идет о так называемых локальных архивах. Архив SCADA-пакета хранит информацию о переменных лишь одного конкретного технологического процесса. Но предприятие имеет в своем составе целый ряд технологических процессов, системы управления которыми выполнены, как правило, на различной программно-аппаратной платформе.

В получении оперативных и объективных технологических данных сегодня заинтересованы практически все службы предприятия. Однако характер необходимой информации различен для различных уровней управления. На верхнем уровне (АСУП) нужна только интегрированная (предварительно подготовленная) информация о технологических процессах (данные типа «нарастающим итогом», средних значений за определенные промежутки времени, общее количество произведенных продуктов и т.д.).

Для хранения такой информации хорошо адаптированы базы данных реляционного типа (РБД). Данные в этих базах статичны, связаны многими отношениями, должны быть легко выбираемы по различным сложным критериям. Однако РБД не приспособлены для хранения огромного количества значений параметров, получаемых от SCADA-систем и накапливаемых за достаточно длительное время (до трех и более лет).

В результате, информация, имеющаяся и успешно используемая в АСУТП, недоступна для верхнего уровня.

Таким образом, назрела необходимость создания и внедрения в процесс управления так называемых исторических архивов производственных данныхили баз данных реального времени (БДРВ) масштаба предприятия.

Во - первых, такие системы должны обеспечить сбор данных с различных источников производственной информации на предприятии (SCADA-систем, DCS-систем, лабораторных систем - LIMS, различных СУБД и т. п.) и их долговременное хранение в едином формате. Во-вторых - обеспечить доступ к информации специалистам и руководителям всех уровней и служб по стандартным протоколам с помощью специализированных клиентских приложений.

Такие системы от различных производителей (в том числе и от производителей SCADA-систем) уже появились в России и с каждым днем находят все более широкое применение. Среди них IndustrialSQL Server – компонент интегрированного пакета FactorySuite (Wonderware), iHistorian - компонент семейства Intellution Dynamics и другие.

Существует целый ряд задач управления, не перекрываемых ни классом АСУП, ни классом АСУТП. Частично эти задачи не перекрываются из-за отсутствия возможностей программного обеспечения этих уровней системы управления. Среди них находятся и задачи, решение которых может оказать решающее влияние на эффективность предприятия в целом: диспетчеризация производства, оперативное планирование, управление качеством продукции и многие другие.

Наличие базы данных реального времени масштаба предприятия – это только лишь предпосылка для их решения (необходимое, но недостаточное условие). Ряд разработчиков инструментальных систем предлагают использовать с этой целью специальный тип программных продуктов. Это могут быть небольшие системы, предназначенные для решения отдельных типовых задач, например, системы расчета и согласования материальных балансов. Появился ряд интегрированных систем, поддерживающих, наряду с функциями хранения и представления информации, решение задач расчета тепловых и материальных балансов, планирования, оптимизации и т.п. К наиболее известным программным продуктам этого класса ПО относятся InfoPlus компании Aspen Tech, «Калькулятор качества» фирмы ПЕТРОКОМ, PI System (Plant Information System) компании OSIsoft.

Современное развитие информационных технологий (ИТ) создало предпосылки для успешной интеграции всех уровней управления многоуровневой системы и создания интегрированной информационной системы предприятия.