Описание SCADA-системы GENESIS32

5.2.1.GENESIS 32 является одним из наиболее ярких примеров реализации SCADA-системы, отвечающей самым современным требованиям. Знакомство с возможностями пакета GENESIS 32 позволяет утверждать, что составляющие его программные компоненты GraphWorX 32, TrendWorX 32 и AlarmWorX 32 обладают необходимой функциональной полнотой и сбалансированностью функций. Они могут работать автономно на разных узлах локальной и/или глобальной вычислительной сети, так и совместно на одной рабочей станции. Тем самым обеспечивается максимальная гибкость и возможность масштабирования системы

Модульная структура Genesis for Windows (GFW)(рис.5.1), основанная на принципе “клиент–сервер”, позволяет создавать из отдельных полностью независимых составных частей пакета интерфейс оператора, управляющую программу или другое приложение, которое наиболее подходит для решения конкретной задачи. Это позволяет значительно оптимизировать затраты на программное обеспечение по сравнению с аналогичными пакетами подобного класса.

OLE Express (COM/DCOM)

Рис.5.1.Модульная архитектура GENESIS32.

Встроенный язык программирования GFW, созданный на базе наиболее популярного в мире макроязыка VBA фирмы Microsoft, унаследовал его мощь, гибкость и простоту освоения. Он содержит более 600 команд, позволяющих реализовать любые необходимые функции, включая специальные вычисления, запись и чтение файлов, интерфейс SQL с базами данных и многое другое.

Для непрограммистов предусмотрен специальный инструмент разработки программ - Мастер Скриптов (Script Wizard), позволяющий программировать сотни типичных задач на основе простого выбора. Нужно просто последовательно ответить на предлагаемые вопросы, а Мастер Скриптов сам напишет текст программы.

Сервер Реального Времени (Real Time Server, RTS) выполняет функции многозадачного ядра реального времени и отвечает за отсутствие потерь в потоке данных от аппаратуры нижнего уровня АСУ ТП. RTS выполняет задачи в соответствии с назначенным для них приоритетом, обеспечивая именно ту частоту опроса источников информации, которая необходима для каждого из них.

GFW имеет драйверы к более чем 250 из производимых в мире контроллеров и систем ввода/вывода, превосходя в этом все существующие на сегодня программы подобного назначения. Объектно-ориентированный графический язык программирования RTS максимально рост в освоении и позволяет достигнуть нужного результата в короткий срок.

5.2.2.В состав системы входят следующие модули, которые могут работать в автономном режиме и обладают перечисленными ниже функциональными возможностями

GraphWorX+ является инструментальным средством, предназначенным для визуализации контролируемых технологических параметров и оперативного диспетчерского управления на верхнем уровне АСУТП, который полностью соответствует требованиям к клиенту ОРС и поддерживает технологии ActiveX и OLE.

Основные характеристики GraphWorX+следующие:

многопоточное 32 – разрядное приложение;

возможность обмена данными с любыми серверами ОРС;

мощные инструменты для создания экранных форм и динамических элементов отображения;

возможность встраивания элементов управления ActiveX и объектов OLE;

встроенная среда редактирования сценарных процедур VBA5.0;

динамичное отображения со временем обновления графической информации 50мс;

средства разработки шаблонов экранных форм, содержащих наиболее часто используемые слои графических объектов;

возможность встраивания в HTML – страницы и серверы OLE (MS Word, MS Excel, MS Access и др.);

возможность просмотра браузерами Интернет, такими как MS Internet Explorer;

обширная библиотека элементов отображения, ориентированных на построение мнемосхем промышленных объектов;

возможность встраивания графиков TrendWorX32 и журналов событий и тревог AlarmWorX32;

средства импорта графических метафайлов (WMF) и растровых изображений (BMP);

практически любой объект может быть скопирован в GraphWorX+ через Clipboard.

GraphWorX является клиентом ОРС, поддерживающем механизмы обмена ActiveX/OLE с другими приложениями Windows посредством модели распределенных компонентных объектов (DCOM/COM). Средства поиска и просмотра тэгов Tag Browser обеспечивает возможность простого подключения каналов контроллеров и устройств к создаваемым мнемосхемам объектов автоматизации через серверы ОРС, поставляемые производителями аппаратных средств. Имеется возможность подключения каналов ввода – вывода устройств, которые обслуживаются удаленными серверами ОРС, исполняющимися на разных узлах локальной вычислительной сети или в глобальной сети.

TrendWorX+ является многооконным приложением, которое предназначено для выполнения следующих функций:

представление контролируемых параметров в виде графиков (трендов);

архивирование значений контролируемых параметров;

вычисление статистических характеристик выборок значение контролируемых параметров;

извлечение значений контролируемых параметров из архивов и представление в виде графиков различных типов;

вывод графиков на печатающее устройство.

TrendWorX+ является клиентом ОРС, поддерживающим технологии ActiveX и OLE, может использоваться как совместно с другими компонентами Genesis, так и с приложениями других производителей.

TrendWorX+ является контейнером ActiveX, который может запускаться как автономно, так и одновременно с другими компонентами Genesis. Каждое окно TrendWorX+ содержит элементы управления TWXView32ActiveX, с помощью которых выполняется графическое представление неограниченного количества контролируемых параметров и внутренних переменных проекта. Поскольку TrendWorX+ является клиентом ОРС, имеется возможность построения графиков значений параметров, сбор которых ведется на узлах глобальной сети Интернет и локальной вычислительной сети предприятия.

Поддерживаются следующие виды трендов:

зависимость параметра от времени;

логарифмическая зависимость параметра от времени;

гистограмма параметра;

зависимость параметра от времени с использованием единиц времени в качестве вертикальной оси;

зависимость одного параметра от другого.

Двойной щелчок левой клавиши мыши в окне TrendWorX+ во время исполнения приводит к появлению инструментальной панели Trend Viewer, которая позволяет выполнить конфигурирования трендов, добавить и удалить отображаемые параметры, изменить диапазоны вдоль осей, вывести статистику отображаемых параметров на текущем интервале (математическое ожидание, минимальное и максимальное значения), а также выполнить просмотр данных архива.

TrendWorX+ позволяет одновременно работать с 64 активными окнами трендов. Каждое окно настраивается и функционирует независимо и может отображать до 122 кривых. Во время исполнения TrendWorX+ позволяет “заморозить” картинку и выполнить детализацию требуемого фрагмента графика, что обеспечивает возможность оперативного анализа характера мзменения контролируемых параметров.

TrendWorX+ представляет возможность одновременно работать с сотнями источников информации. Данные могут записываться в простой двоичный файл или храниться в виде базы данных, совместимой с ODBC. В первом случае достигается максимальная возможность регистрации данных, а во втором – возможность одновременного доступа к данным из других приложений.

AlarmWorX+ - модуль тревог является мультимедийным приложением, которое предназначено для выполнения следующих функций:

голосовое оповещение персонала об обнаруженных аварийных ситуациях

рассылка электронных извещений об аварийных событиях посредством пейджинговой связи и электронной почты

оповещение персонала путем автоматического дозвона по коммутируемым каналам связи с передачей сообщений об аварийных событиях и приемом подтверждений восприятия от ответственных лиц

персональное планирование оповещения для привлечения к мероприятиям по устранению аварийной ситуации только дежурного персонала;

анализ аварийных событий и действий ответственного персонала;

объединение всех аварийных событий и подтверждений восприятия системных сообщений ответственным персоналом в сводки аварийных событий;

отображение вспомогательной информации для аварийных событий, позволяющей локализовать и устранить причины аварии;

связь с аппаратными средствами системы через интерфейсы ОРС;

связь с другими приложениями посредством технологии ODBC;

AlarmWorX+ является клиентом ОРС, поддерживающим технологии ActiveX и OLE, и может использоваться как совместно с другими компонентами Genesis, так и с приложениями других производителей.

AlarmWorX+ позволяет составить персональный план оповещения для всех лиц, ответственных за принятия мер по устранению аварии. Для каждого аварийного события может быть создан и в последствии воспроизведен звуковой файл, содержащий речевое сообщение об аварии. Создание и воспроизведение звуковых файлов выполняются средствами операционной системы с помощью звуковой карты SoundBlaster.

AlarmWorX+ отображает информацию об аварийных и других событиях, связанных с системой в окнах журнала событий и архива событий. Имеется возможность просмотра сводок аварийных событий и действий персонала, как в текущей момент времени, так и за прошедшее время.

AlarmWorX+ работает как с локальными данными, так и с сообщениями других узлов сети. Для разделения сообщений предусматривается возможность их фильтрации по различным признакам, что позволяет сконцентрировать внимание оператора на наиболее важной информации. Поддерживается отображение сообщений в различных окнах, вывод информации на два принтера и запись на диск. Возможно создание окон с независимыми инструкциями оператору для каждой аварийной ситуации. Модуль имеет встроенный инструмент программирования на языке, совместимом с VBA. Встроенный макроязык, помимо совместимости с VBA, предусматривает наличие Мастера Скриптов для автоматической генерации кодов и Редактора/Отладчика в режиме on – line.

DataSpy осуществляет чтение и запись любого источника данных в GFW, обеспечивает совместимость с OLE2.0, поддерживает универсальный интерфейс на основе DDE с другими приложениями Windows.

Gen-Net – улучшенный сетевой протокол, разработанный специально с учетом требований управления процессами реального времени. Gen-Net использует легко наращиваемую архитектуру на основе принципа “клиент - сервер”.

Выход из строя одного из узлов сети не влияет на функционирование всей сети в целом. Данные передаются по сети только в случае их изменения, что значительно снижает объем передаваемой информации. Аварийные сообщения посылаются в широковещательном режиме для быстрой передачи во все узлы сети. В Gen-Net предусмотрен режим одновременной передачи файлов и данных, не приводящий к потере последних или замедлению обмена информацией с оборудованием. Синхронизация единого сетевого времени происходит автоматически.

Для создания дополнительных диспетчерских мест в сети Gen–Net предназначен пакет GFW-Browser. Он предоставляет возможность просматривать тренды и дисплеи, работать с информацией об авариях и событиях. GFW-Browser не предусматривает возможности локального ввода/вывода. Информация о процессе поступает только из сети Gen-Net.

Real-Time Server обладает следующими функциональными возможностями:

монитор реального времени с приоритетной многозадачностью;

графический объектно-ориентированный язык функциональных блоков;

библиотека алгоритмов.

I/O Server является новым средством для подключения оборудования АСУ ТП к приложениям Windows. Каждый I/O Server реализует интерфейс с каким – либо определенным типом оборудования, например ПЛК или другим популярным классом аппаратуры. Информация от I/O Server к Windows передается при помощи высокоскоростного программного интерфейса. I/O Server может применяться автономно в качестве DDE – сервера для обмена данными с другими приложениями Windows.

I/O Server состоит из двух частей: конфигуратора и исполнительной системы (run - time). Утилита конфигурирования использует формат ODBC для определения базы данных каналов ввода/вывода. Это делает возможным импорт нужных частей программного обеспечения многих типов оборудования, например ПЛК, непосредственно в конфигурации I/O Server.

Исполнительная часть I/O Server оптимизирована для высокоскоростного обмена с оборудованием и отвечает только за передачу данных и сигналов аварий. Несколько I/O Server могут работать одновременно.

При необходимости разработки собственного I/O Server нужно воспользоваться специальным инструментальным пакетом I/O Server Tool Kit. При этом разработчику нужно лишь определить структуру конфигурационного окна и параметры коммуникационного протокола – все остальное сделает сам Tool Kit.

Функциональные возможности Механизма DDE следующие:

обмен данными между приложениями Windows;

поддержка функции Paste Link;

инструменты отладки с отображением DDE – сообщений, посылаемых приложениями.

Функции Project Manager:

координация действий всех модулей GFW;

запуск приложений GFW;

256 – уровневая защита от несанкционированного доступа;

ведение архива системных событий.

Помимо этого для написания собственных драйверов служит инструментальный пакет DD-KIT. В нем содержится полный набор инструментов, инструкции и примеры реализации интерфейсов ввода/вывода для RTS. Кроме DD-KIT, для разработки собственного драйвера необходим компилятор Microsoft Cv.6 или выше.

5.3.OPC – единый стандарт взаимодействия программ и аппаратуры

Использование в своем пакете общепризнанных стандартов – один из основных принципов фирмы Iconics. Обмен данными с другими приложениями для Windows осуществляется при помощи механизмов OLE и DDE. Для работы с базами данных применяются ODBC и SQL. При сетевом обмене используется протокол TCP/IP. В качестве встроенного языка программирования применяется VBA. Все это направлено на экономию времени при разработке приложений и повышение их надежности.

В отличие от многих известных SCADA – систем, имеющих либо собственный формат драйверов аппаратуры, либо встроенную поддержку аппаратуры ограниченного числа производителей, Genesis-32 представляет наиболее универсальный способ взаимодействия с аппаратными средствами любого производителя.OPC – единый стандарт взаимодействия программ и аппаратуры. Для фирм, занимающихся самостоятельным производством устройств сбора данных и управления, фирма Iconics предлагает комплект разработчика OPC ToolWorX, который позволяет в кратчайшие сроки создавать серверы OPC собственных технических средств. При этом разработанный OPC – сервер будет совместим с любыми приложениями – клиентами, поддерживающими спецификацию OPC1.1 и выше.

Приложения, соответствующие спецификации клиента OPC, исполняющиеся на рабочих станциях, которые объединены в локальную вычислительную сеть, могут иметь доступ к каналам ввода-вывода аппаратуры, обслуживаемой серверами OPC, которые исполняются на любых узлах сети. Одно из уникальных качеств, присущее данной технологии состоит в том, что клиенты OPC имеют возможность получения данных от удаленных серверов OPC через глобальную сеть Интернет. Разработчики систем промышленной автоматизации по достоинству оценили указанную функциональную возможность. Теперь не придется выезжать к заказчикам, расположены за тысячи километров, для контроля состояния технических средств системы и модификации реализованных системных функций. Все эти операции могут быть выполнены с помощью браузера Интернет и Genesis –32.

OPC (механизм связывания и внедрения объектов для сбора данных и управления в системах промышленной автоматизации) обеспечивает интерфейс между приложениями-клиентами и серверами путем реализации стандартного механизма связи между источниками данных (серверами) и получателями данных (клиентами). В традиционной идеологии клиент-сервер различные серверы или устройства имеют различные интерфейсы или драйверы для каждого приложения-клиента. Поскольку аппаратные средства разных производителей имеют различные и притом фиксированные протоколы обмена, архитектура приложений-клиентов также является уникальной в каждом конкретном случае. Это приводит к увеличению времени разработки и стоимости АСМ ТП, а любое изменение, внесенное производителем в устройство или протокол обмена, требует внесения изменений в функционирующую систему.

Архитектура клиент-сервер, основанная на технологии OPC, позволяет решить данную проблему.

В данном случае устройство каждого производителя имеет единственный стандартный драйвер, совместимый с ОРС (ОРС-сервер). Приложения соответствующие спецификации, выработанной для клиента ОРС (ОРС-клиенты), могут при этом обмениваться данными с устройствами любого производителя при наличии ОРС-совместимых драйверов для указанных устройств. Большинство ведущих производителей аппаратных средств для промышленной автоматизации уже поставляет ОРС-совместимые драйверы для своих контроллеров и других устройств сбора данных и управления.

Технология связывания и внедрения объектов для систем промышленной автоматизации OPC (OLE for Process Control) предназначена для обеспечения универсального механизма обмена данными между датчиками, исполнительными механизмами, контроллерами, устройствами связи с объектом и системами представления технологической информации, оперативного диспетчерского управления, а также системами управления базами данных. Производители аппаратных средств, пользуясь спецификацией OPC, имеют возможность разрабатывать единственный сервер OPC для обеспечения единственного и наиболее общего способа организации доступа к данным и передачи в адрес приложений-клиентов различных производителей программного обеспечения для промышленной автоматизации.

OPC основана на модели распределенных компонентных объектов Microsoft DCOM и устанавливает требования к классам объектов доступа к данным и их специализированным (custom) интерфейсам для использования разработчиками клиентских и серверных приложений. Для обмена данными с приложениями-клиентами, разработка которых ведется на языках типа MS Visual Basic, а также с популярными приложениями типа Excel, спецификация OPC содержит дополнительные (но необязательные для реализации) требования к интерфейсу OLE-автоматизации (OLE Automation).

Структура взаимодействия между приложениями-клиентами и серверами OPC различных производителей показана на рис.5.3.

OLE

Рис.5.3. Схема взаимодействия нескольких приложений с несколькими серверами ОРС.

Хотя ОРС в основном разрабатывалась для обмена данными через серверы, расположенные на узлах вычислительных сетей, интерфейсы ОРС могут быть применены в самых различных областях промышленной автоматизации. Возможные варианты взаимосвязи клиентов и серверов ОРС показаны на рис.3.1.

Приложение

Рис.5.4. Схема взаимодействия клиентов и серверов ОРС.

В качестве примера приведено программное обеспечение системы мониторинга РЦ-Монитор, главная экранная форма которого приведена на рис.5.5.

Рис.5.5. Главная экранная форма системы РЦ-Монитор.

На главной экранной форме приложения изображен весь контролируемый участок железной дороги, а именно: 2 участка – Пятилетка – Безымянка и Безымянка – Стахановская и двух-путный перегон между ними. Схема участка разбита на более мелкие блоки, которые реализованы в виде кнопок со связью “Изменение цвета”. Собранные вместе, эти блоки и представляют всю схему перегона полностью.

В случае попадания значения какого – либо из параметров (или группы параметров) в диапазон “аварийных значений”, аварийный участок мигает красным цветом. Мигание сопровождается звуковым оповещением (сигнал тревоги).

Нажатие на блок(кнопку) приводит к развертке более подробного схематического изображения данного участка перегона, с окнами тревог и трендов. Окно тревог отображает сведения о времени и виде неисправности.

Окно трендов отображает график “аварийного” параметра (или группы параметров, соответственно, это будет группа трендов) и их значения.

Промежуток “аварийных значений” заложен с тем расчетом, чтобы успеть предотвратить аварийную ситуацию, а не констатировать факт таковой.

Дата добавления: 2015-07-24