Программно-технические средства для построения интегрированных систем проектирования и управления. Организация взаимодействия с контроллерами (часть 2).

 

Современные SCADA - системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), 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.

Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA - системе в настоящее время используются следующие механизмы:

• динамический обмен данными (DDE);
• собственные протоколы фирм-производителей SCADA - систем, реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными;
• OPC - протокол, который, с одной стороны, является стандартным и поддерживается большинством SCADA - систем, а с другой стороны, лишен недостатков протоколов DDE.

Изначально протокол DDE применялся в первых человеко - машинных интерфейсах в качестве механизма разделения данных между прикладными системами и устройствами типа ПЛК (программируемые логические контроллеры). Для преодоления недостатков DDE, прежде всего для повышения надежности и скорости обмена, разработчики предложили свои собственные решения (протоколы), такие как AdvancedDDE или FastDDE - протоколы, связанные с пакетированием информации при обмене с ПЛК и сетевыми контроллерами. Но такие частные решения приводят к ряду проблем:

• для каждой SCADA - системы пишется свой драйвер для поставляемого на рынок оборудования;

• в общем случае, два пакета не могут иметь доступ к одному драйверу в одно и то же время, поскольку каждый из них поддерживает обмен именно со своим драйвером.

ТЕХНОЛОГИЯ ОРС

Сравнительно давно в АСУ ТП обмен данными между программами и устройствами осуществляется с использованием стандарта OPC. Стандарт разработан ассоциацией OPC Foundation. В настоящее время в ассоциации более 500 членов, и поддержка стандарта осуществляется всеми крупными производителями аппаратных и программных средств АСУ ТП и промышленными ассоциациями.

OPC (OLE for Process Control) – это стандарт взаимодействия между программными компонентами системы сбора данных и управления (SCADA), основанный на объектной модели COM/DCOM фирмы Microsoft. Через интерфейсы OPC одни приложения могут читать или записывать данные в другие приложения, обмениваться событиями, оповещать друг друга о нештатных ситуациях (тревогах), осуществлять доступ к данным, зарегистрированным в архивах (так называемые «исторические» данные). Эти приложения могут располагаться как на одном компьютере, так и быть распределенными по сети, при этом независимо от фирмы-поставщика стандарт OLE for Process Control, признанный и поддерживаемый всеми ведущими фирмами-производителями SCADA-систем и оборудования, обеспечит их совместное функционирование. Особый класс OPC-приложений представляют собой OPC-серверы конкретных аппаратных устройств – они поставляются многими производителями аппаратуры (а также независимыми производителями, но в этом случае они, как правило, не бесплатные). Устройство, для которого есть OPC-сервер, может использоваться вместе с любой современной SCADA-системой.

Технология OPC позволяет различным программным модулям, разработанным самостоятельно или другими компаниями, взаимодействовать друг с другом через унифицированный интерфейс. Стандарт OPC описывает два типа интерфейсов для приложений. Первый тип интерфейса предназначен для обмена большими объёмами информации при высокой пропускной способности. Это специализированный интерфейс OLE custom interface. Второй тип интерфейса – OLE Automation interface – позволяет получать доступ к данным более простым способом. Он предназначен для использования в программах, написанных на языках Visual Basic (VB). Основным объектом данной технологии является OPC-сервер, который отвечает за получение данных, запрошенных клиентом, от соответствующего устройства управления процессом. На каждом сервере имеется некоторое количество OPC-групп, объединяющих наборы данных, запрос на получение которых поступил от клиента. Группы на сервере могут быть доступны нескольким клиентам одновременно или только одному клиенту. OPC-группа содержит набор OPC-элементов, в которых хранятся данные, поступившие от соответствующего устройства управления процессами. Клиент может произвольно объединять элементы в группы. Схематично это изображено на рис. 12.1.

Рис. 12.1. Схема компоновки данных ОРС

 

Концепция стандарта OPC

Стандарт состоит из трех основных спецификаций:

1) доступ к данным реального времени (Data Access);

2) обработка тревог и событий (Alarms & Events);

3) доступ к историческим данным (Historical Data Access).

OPC-серверов, соответственно, тоже может быть три вида, хотя не возбраняется совмещать все эти функции в одном. OPC-серверы физических устройств обычно являются только серверами данных (Data Access Servers).

Сервер тревог формирует определенные логические переменные, называемые состояниями (conditions), имея в качестве исходной информации некую переменную (тег), полученную от сервера данных. Состояния изменяют свое значение, если переменная, например, вышла за допустимые границы. Об изменении состояния сервер тревог оповещает клиентов, посылая им событие (тревогу), а клиент возвращает серверу подтверждение, что он тревогу воспринял. Впрочем, могут существовать состояния, не связанные с каким-либо параметром и управляемые сервером тревог по собственному усмотрению (например, если сервер тревог напрямую взаимодействует с аппаратурой, он может устанавливать или снимать состояние неисправности). Серверы исторических данных получают от серверов данных параметры в реальном времени и архивируют их, а затем предоставляют эти данные другим приложениям (например, для построения графиков трендов). Центральное место среди спецификаций OPC занимает доступ к данным реального времени (Data Access). Это самая старая и отработанная спецификация, в настоящее время действует ее вторая версия. Базовым понятием этой спецификации является элемент данных (Item). Каждый элемент данных (то есть фактически – параметр технологического процесса) имеет значение, время последнего обновления (timestamp) и признак качества, определяющий степень достоверности значения.

Процесс стандартизации

Стандарт OPC разрабатывает независимая организация – OPC Foundation (www.opc-foundation.org), насчитывающая более 170 членов, среди которых Siemens, Fisher-Rosemount, Honeywell, Rockwell, Iconics и др., то есть практически все известные (и не очень известные) компании-производители SCADA-систем и оборудования для систем промышленной автоматизации. Техническая деятельность OPC Foundation осуществляется в рабочих группах по направлениям. Среди этих направлений:

– доступ к данным реального времени OPC (Data Access Working Group);

– обработка тревог и событий (OPC Alarms and Events Working Group);

– защита данных (OPC Security Working Group);

– подтверждение соответствия стандартам OPC (OPC Compliance Working

Group);

– доступ к историческим (архивным) данным (OPC Historical Working Gro%

up);

– Windows CE (OPC Windows CE Working Group).

Рис. 12.2. Структурная схема передачи и резервирования ОРС-серверов данных