ПРОЕКТЫ

Александр Лавров,

Сергей Филиппов

Архитектура современной автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) предприятием основывается на применении сервера промышленных приложений (Industrial Application Server, IAS). В статье рассматриваются пример построения АСОДУ на Котласском ЦБК с использованием программных продуктов Wonderware, роль IAS в этом проекте, а также современные тенденции развития функциональных и технических возможностей таких серверов и особенности сервера промышленных приложений компании Wonderware.

Задачи АСОДУ на Котласском ЦБК

Проект построения АСОДУ производства сульфатной беленой целлюлозы на Котласском целлюлозно-бумажном комбинате (ЦБК) был выполнен компанией "НПФ Ракурс". Назначение АСОДУ на комбинате - представление оперативных данных диспетчерской службе, руководству производства целлюлозы и комбината в целом. Система выполняет автоматический сбор технологических параметров выпуска продукции, формирование БД и подготовку данных для АСУ предприятия, составление отчетов и показ при помощи мнемосхем состояния технологических процессов и оборудования (в том числе расчет времени простоев), контроль результатов работы основных подразделений в ходе выполнения всего цикла (в частности, контроль выработки полуфабрикатов) и, наконец, функции складского учета: контроль запасов химикатов и полуфабрикатов в емкостях, оперативное регулирование выработки и потребления волокна.

Системно-техническое решение АСОДУ на Котласском ЦБК

АСОДУ построена как иерархическая система с тремя уровнями управления. На нижнем уровне производится сбор и первичная обработка информации на базе контроллеров Siemens S7-300 и объединенных в сеть Profibus станций распределенного ввода ET200M.

Типовая архитектура построения системы

На среднем уровне системы находится сервер производства, который отвечает за хранение данных, выполнение расчетных задач, а также организацию взаимодействия с клиентами.

Ядром АСОДУ является новый программный продукт - сервер промышленных приложений Industrial Application Server компании Wonderware. Он поддерживает централизованный сбор данных, хранение объектов всех приложений, выполнение скриптов и некоторых других задач.

Архивирование собранных и рассчитываемых данных осуществляется в БД реального времени Wonderware Industrial SQL. Открытая архитектура InSQL позволяет построить оптимальную структуру для сетевых приложений в среде Internet - intranet, обеспечить интеграцию новой системы с уже имеющейся АСУП, а также использовать стандартные средства отчетности.

Клиентский уровень АСОДУ реализован на основе технологии терминальных сессий. "Тонкие" клиенты организованы при помощи установки на производственном сервере специальной версии пакета InTouch для терминального сервиса InTouch TS на стандартных ПК, которые на момент построения системы уже работали на предприятии под управлением разных ОС (Windows 98, Windows 2000, Windows XP). Этот подход позволяет установить InTouch на сервере один раз, а затем для каждого пользователя запускать свой терминальный сеанс. Терминальный сеанс InTouch выполняет те же задачи, что и обычный пакет InTouch с возможностью просмотра мнемосхем, графиков процесса, отчетных и оперативных документов, но без необходимости инсталляции InTouch на каждой клиентской машине. Основные преимущества использования терминальных клиентов заключаются в централизованной эксплуатации приложений и управлении ими. Администратор может, не прерывая работу клиентов, вносить необходимые изменения в систему, которые тут же отображаются на экране пользователя. Это дает возможность проводить быстрое и эффективное внедрение новых клиентских приложений, а также снижает совокупную стоимость владения системой. Сетевой трафик, создаваемый одним терминальным клиентом, составляет около 5 кбит/с при обновлении информации на экране один раз в секунду, что позволяет использовать даже медленные модемные соединения при сохранении комфортных условий работы.

В реализованном проекте программные продукты IAS, InSQL, InTouch физически установлены на одном сервере на базе Intel Xeon, мощности которого с запасом хватает для решения этих задач. Однако при дальнейшем расширении системы допускается установка каждого продукта на выделенный сервер для увеличения общей производительности АСОДУ.

Преимущества использования IAS на Котласском ЦБК

Специалисты "НПФ Ракурс" первыми в России разработали и внедрили АСОДУ на основе IAS компании Wonderware. Полученный ими при выполнении этого проекта опыт позволяет подытожить преимущества, которые обеспечивает применение IAS в АСОДУ на Котласском ЦБК.

Схема производства

На базе IAS была создана простая и понятная модель производства, так что всю бизнес-логику удалось сконцентрировать в рамках единой иерархической модели и в результате сократить время на разработку и сопровождение системы. Изменения, которые вносятся в большую АСОДУ уровня диспетчерского управления комбинатом, прозрачны и не приводят к кардинальному реинжинирингу всей системы.

IAS не имеет ограничений на размер приложения, хорошо масштабируется, поддерживает оперативное управление приложениями, возможность внесения изменений в отдельные узлы и элементы без остановки системы. Впоследствии принятая модель оперативного диспетчерского управления, обработки соответствующих параметров и выполнения вычислительных задач будет перенесена на серверы других производств, причем сделать это можно будет просто и быстро, без модернизации клиентского ПО.

Упростилось проектирование АСОДУ. Инженеры при создании системы смогли воспользоваться преимуществами мощного языка скриптов и библиотек Microsoft.NET, встроенных в IAS средств безопасности и тесной интеграции IAS с другими продуктами Wonderware.

Тенденции в развитии сервера промышленных приложений

Еще десять лет назад концепция типовых систем промышленной автоматизации была довольно простой. Оборудованием и производственными циклами можно было управлять с помощью программируемых логических контроллеров (ПЛК). К ним подключали цеховые датчики, исполнительные механизмы и записывающие устройства. Средством визуализации управляемого процесса служило ПО человеко-машинного интерфейса (HMI).

Проблема заключалась в том, что прикладные программы становились все более функциональными и сложными, в них добавлялось все больше тегов данных, сценариев и сигналов тревоги. Так, при расширении мощностей в систему необходимо было добавить еще большее количество ПК, ПЛК и управляющих устройств.

Прогрессивным шагом в развитии систем промышленной автоматизации стало применение знакомой из мира ИТ модели вычислений "клиент-сервер" для построения систем управления производственными объектами. Однако один лишь этот шаг не позволил решить всех проблем, связанных с усложнением задач управления производством. Да, стали возможными перенос общих тегов и сценариев на один сервер, применение коммуникационных серверов для отвода трафика данных и т. д. Но каждый сервер, как правило, был связан с определенной прикладной задачей. Например, сервер тегов мог использоваться для запроса данных с некоторого устройства, проверки их на наличие сигнала тревоги и определенных событий и оповещения операторов о необходимости вмешательства человека в ход процесса. Именно серверы тегов в основном отвечают за уменьшение нагрузки по обработке данных и передачу данных между уровнем HMI и уровнем управляющего устройства. В крупных системах может использоваться несколько серверов. В результате возникает еще одна проблема, поскольку каждый сервер тегов должен быть запрограммирован на работу в качестве отдельного элемента прикладной системы.

Простое увеличение числа серверов позволяло решать проблемы в краткосрочном и локальном плане, а в долгосрочном плане приводило к еще большим проблемам, связанным с администрированием сложной системы и ее модернизацией в случае добавления новых производственных объектов.

Сервер промышленных приложений должен учитывать специфику задач промышленной автоматизации, а именно:

- действовать в масштабе реального времени с возможностью обрабатывать входные сообщения и события за несколько миллисекунд;

- обрабатывать большие объемы асинхронных данных и сообщений о событиях (тысячи сообщений в секунду);

- представлять собой одноранговую систему для реализации взаимодействия с тысячами устройств, а также обеспечивать доступ к приложениям с нескольких узлов, как локальных, так и удаленных;

- быть детерминированным и поддерживать выполнение операций в заданном порядке;

- использовать генерируемые по ходу контролируемого процесса данные, поскольку определенные события основываются на получении данных в процессе производства, а не по его завершении;

- поддерживать надежную среду разработки приложений.

Технологии Wonderware

Построенная на основе новой программной архитектуры ArchestrA*1 линия Wonderware FactorySuite A включает в себя ПО, которое применяется для управления промышленными процессами, а также для сбора информации, визуализации и их анализа, отслеживания, моделирования и оптимизации технологических операций; управления оборудованием и процессами и их контроля, автоматизации смешения и дозирования. Открытая среда FactorySuite A может интегрироваться фактически с любыми новыми или унаследованными устройствами, системами автоматизации, БД, архивами или системами управления бизнес-процессами. Преимущество FactorySuite A состоит в том, что пользователи могут работать с существующей инфраструктурой, не воздействуя на унаследованные системы и не нарушая хода производства.

_____

*1 Об особенностях архитектуры ArchestrA читайте, например, PC Week/RE, N 13/2002, с. 25.

Платформой для создания прикладных решений Wonderware FactorySuite A служит сервер промышленных приложений новой версии Industrial Application Server 2.0, который реализует масштабируемую модель распределенной обработки данных и экономичную систему резервирования, что позволяет удовлетворять самые высокие требования приложений промышленной автоматизации. IAS поддерживает расширенные возможности по наращиванию ресурсов от 250 до 1 млн. точек ввода-вывода и самонастраивающийся протокол связи для передачи данных по низкоскоростным каналам связи. Кроме того, прикладная система с помощью всего лишь установки соответствующего флага может быть сконфигурирована таким образом, что при выходе из строя одного узла управление автоматически передается на выделенный узел или два узла резервируют друг друга. При использовании c программным пакетом визуализации InTouch 9.0, базой данных IndustrialSQL Server и другими интегрированными программными продуктами пользователи получают единую мощную среду создания и поддержки законченных прикладных решений.

Благодаря развитой интегрированной среде разработки (Integrated Development Environment, IDE) IAS существенно упрощает и удешевляет процесс создания и эксплуатации приложений.

Перечислим новые возможности IAS/IDE.

IDE поддерживает групповую работу над проектом прикладной системы; при этом инженеры могут выбирать различные способы представления системы - в виде взаимодействия объектов, производственной модели и/или с точки зрения развертывания системы.

Производственная модель представления системы - это мощный инструмент проектирования, так как она позволяет оперировать производственными объектами, а не ресурсами ИС. Такая модель поддерживает иерархическое построение системы так, что каждый уровень может изменяться независимо от других уровней. Это свойство обеспечивает возможность повторного применения готовых проверенных подсистем в других проектах построения прикладных систем. Также иерархическая модель хорошо настраивается в соответствии с требованиями конкретного предприятия.

IDE поддерживает объектный подход к разработке приложений и открывает принципиально новые возможности по созданию и повторному использованию приложений. Объекты содержат все необходимые элементы, присущие средствам автоматизации: параметры журнализации, теги, события и тревоги, скрипты, элементы безопасности и параметры коммуникаций. Разработчики могут в соответствии с отраслевым опытом и стандартами предприятия создавать библиотеки шаблонов компонентов и в результате фактически вести сборку системы из компонентов. При изменении шаблонов объектов IDE поддерживает заданные связи между шаблонами так, что изменение шаблона влечет за собой автоматическое изменение всех связанных с ним объектов.

Скриптовый язык Wonderware поддерживает все типы данных и скриптовые функции языков VisualBasic.NET и Visual C.NET.

Industrial Application Server 2.0 содержит развитые средства коммуникаций с приложениями третьих фирм: большой выбор серверов ввода-вывода практически для всех известных контроллерных устройств, в том числе выпускаемых фирмами Foxboro, Rockwell, Siemens, General Electric, Schneider, Fisher-Rosemount и многих других производителей, имеют доступ к протоколам связи с устройствами при помощи фирменного протокола Wonderware SuiteLink, а также стандартных средств OPC, DDE, fastDDE и NetDDE.

Средства защиты Industrial Application Server 2.0 развивают возможности модели защиты данных Microsoft Windows. Как и в другом ПО Windows, пользователи авторизуются централизованно при помощи имени и пароля, однако IAS поддерживает специальные атрибуты, удовлетворяющие требованиям приложений промышленной автоматизации. Для приложений по автоматизации производственных объектов широко применяемая в SCADA-системах модель доступа, которая предоставляет пользователю неограниченные возможности редактирования, является неприемлемой. Как правило, администраторы SCADA-системы преодолевают этот недостаток с помощью разработки многочисленных скриптов. Но даже после этого приложение оказывается защищенным на уровне Windows-интерфейса, но не на уровне данных, и такие технологии, как OPC и DDE, легко реализуют доступ к ним. Напротив, IAS поддерживает защиту на уровне отдельных объектов как с точки зрения редактирования программного кода, так и с точки зрения изменения данных при исполнении программы. Атрибутами системы защиты является информация о пользователе, как то: кто запрашивает данные, роль пользователя, статус и в ряде случаев пароль. Также отслеживается история редактирования программного кода.

Сегодня Klinkmann уже поставляет на российский рынок Industrial Application Server 2.0 компании Wonderware. Последняя позиционирует IAS как платформу для построения АСОДУ, АСУ ТП, АСКУЭ и других систем.