 |
Структура интегрированной системы проектирования и управления технологическим процессом на основе CASE и SCADA.
|
|
|
|
МЕТОДОЛОГИИ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИС (CASE-СРЕДСТВА)
Методологии, технологии и инструментальные средства проектирования (CASE-средства) составляют основу проекта любой ИС. Методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают выполнение процессов ЖЦ.
Технология проектирования определяется как совокупность трех составляющих:
• пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования;
• критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций;
• нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы.
Технологические инструкции, составляющие основное содержание технологии, должны состоять из описания последовательности технологических операций, условий, в зависимости от которых выполняется та или иная операция, и описаний самих операций.
Технология проектирования, разработки и сопровождения ИС должна удовлетворять следующим общим требованиям:
• поддерживать полный ЖЦ ПО;
• гарантировать достижение целей разработки ИС с заданным качеством и в установленное время;
• обеспечивать возможность выполнения крупных проектов в виде подсистем (т.е. возможность декомпозиции проекта на составные части, разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности с последующей интеграцией составных частей);
• обеспечивать возможность ведения работ по проектированию отдельных подсистем небольшими группами (3 – 7 человек). Это обусловлено принципами управляемости коллектива и повышения производительности за счет минимизации числа внешних связей;
|
|
|
Реализация и тестирование обеспечивать минимальное время получения работоспособной ИС. Речь идет не о сроках готовности всей ИС, а о сроках реализации отдельных подсистем. Практика показывает, что даже при наличии полностью завершенного проекта внедрение идет последовательно по отдельным подсистемам;
• предусматривать возможность управления конфигурацией проекта, ведения версий проекта и его составляющих, возможность автоматического выпуска проектной документации и синхронизацию ее версий с версиями проекта;
• обеспечивать независимость выполняемых проектных решений от средств реализации ИС (систем управления базами данных (СУБД), операционных систем, языков и систем программирования);
• поддерживаться комплексом согласованных CASE-средств, обеспечивающих автоматизацию процессов, выполняемых на всех стадиях ЖЦ.
Реальное применение любой технологии проектирования, разработки и сопровождения ИС в конкретной организации и конкретном проекте невозможно без выработки ряда стандартов (правил, соглашений), которые должны соблюдаться всеми участниками проекта. К таким стандартам относятся следующие:
• стандарт проектирования, который должен устанавливать: набор необходимых моделей (диаграмм) на каждой стадии проектирования и степень их детализации; правила фиксации проектных решений на диаграммах, в том числе: правила именования объектов (включая соглашения по терминологии), набор атрибутов для всех объектов и правила их заполнения на каждой стадии, правила оформления диаграмм, включая требования к форме и размерам объектов, и т.д.; требования к конфигурации рабочих мест разработчиков, включая настройки операционной системы, настройки CASE-средств, общие настройки проекта и т.д.; механизм обеспечения совместной работы над проектом, в том числе: правила интеграции подсистем проекта, правила поддержания проекта в одинаковом для всех разработчиков состоянии (регламент обмена проектной информацией, механизм фиксации общих объектов и т.д.), правила проверки проектных решений на непротиворечивость и т.д.
|
|
|
• стандарт оформления проектной документации, который должен устанавливать: комплектность, состав и структуру документации на каждой стадии проектирования; требования к ее оформлению (включая требования к содержанию разделов, подразделов, пунктов, таблиц и т.д.); правила подготовки, рассмотрения, согласования и утверждения документации с указанием предельных сроков для каждой стадии; требования к настройке
издательской системы, используемой в качестве встроенного средства подготовки документации; требования к настройке CASE-средств для обеспечения подготовки документации в соответствии с установленными требованиями.
• стандарт пользовательского интерфейса, который должен устанавливать: правила оформления экранов (шрифты и цветовая палитра), состав и расположение окон и элементов управления; правила использования клавиатуры и мыши; правила оформления текстов помощи; перечень стандартных сообщений; правила обработки реакции пользователя.
SCADA
Проектирование интегрированных автоматизированных системы производится с помощью программного пакета SCADA. SCADA-пакеты, имеют в
своём составе основные прикладные программные модули-компоненты,
поддерживающие функции:
- сбора и обработки аналоговой и цифровой информации с объекта (датчиков, локальных систем управления, ПЛК, СЧПУ, АСУТП, РТК);
- регистрации сигналов об аварийных ситуациях, диагностика отказов оборудования;
- хранения и архивации, учёта и анализа, текущих и прошлых показателей производственного процесса с возможностью обработки и представления данных различным потребителям;
- вывода информации и сообщений диспетчеру, оператору, руководящему персоналу, исполнителям;
- передачи и ввода в устройства управления систем нижнего уровня команд оператора с верхнего уровня.
Система, построенная на одном или нескольких компьютерах в том числе и на персональных, со станцией/панелью оператора-диспетчера, оснащённая SCADA-пакетом называется SCADA-системой.
|
|
|
Основные функциональные возможности SCADA-систем заложены в её архитектуре, которую мы рассмотрим на примере системы iFIX, являющейся совместным продуктом компаний Intellution, Fanuc GE и Xerox. Распределённая архитектура, компонентная технология системы iFIX облегчает интеграцию и взаимодействие между системами
автоматизации, производственными уровнями и другими бизнес- процессами производства, позволяет уменьшить время на разработку проектов автоматизации, обслуживание и внедрение разработок третьих
фирм. Система iFIX содержит основные программные компоненты:
- SCU (System Configuration Utility) – системная программа конфигурации;
- Workspace – интегрированная среда проектирования;
- OPC – (Ole Process for Control) – стандарт взаимодействия между программными компонентами;
- VBA – (Visual Basic for Applications) – прикладная программа графического интерфейса;
- SAC – (Scan, Alarm and Control) – сканирование, тревоги и управление.
Прежде чем представлять компоненты и их назначение с точки зрения разработки интегрированной автоматизированной системы, введём понятие узла iFIX.
Узел – это персональный компьютер или другое программно - управляемое вычислительное устройство, на котором работает программное обеспечение iFIX.
Дополнительные компоненты:
• Пользователи, контроль доступа
• SCU конфигуратор
• Списки теговых групп Workspace, Run/Configure 90
SCADA-сервер
На SCADA-сервере (или SCADA-узле) работает компонента системы iFIX, обеспечивающая сбор данных и управление. Обычно SCADA-узел располагается непосредственно на производственном участке и имеет прямую связь с оборудованием, занятым в производственном процессе.
В функциональное ядро пакета SCADA встроены программные компоненты для приёма и передачи информации между устройствами интегрированной системы на основе стандартов OPC, COM/DCOM, ActiveX, DDE, OLE. На рисунке показана передача данных, когда OPC- сервер и OPC-клиент установлен не на одном компьютере (ЭВМ), то есть связаться с любым локальным OPC-сервером Workspace может напрямую
через OPC интерфейс. С удалённым OPC-сервером Workspace не может напрямую связаться. Для связи с удалённым OPC-сервером используется драйвер OPC-клиента. Этот драйвер позволяет связываться с любым локальным или удалённым OPC-сервером и хранить информацию в базе данных процесса. Когда драйвер OPC-клиент связывается с удалённым OPC-сервером, он использует Microsoft’s Distributed Component Object
|
|
|
Model (DCOM). Workspace не поддерживает применение DCOM напрямую с удалённым OPC-сервером. ActiveX представляет собой набор технологий программирования Microsoft, который позволяет программным компонентам, написанным на разных языках, взаимодействовать друг с другом в сетевой среде. Он создан на базе стандарта проектирования OLE, который за последние годы вышел далеко за рамки концепции object linking and embedding (связывание и внедрение объектов), давшей название
первоначальному акрониму. iFIX является контейнером для ActiveX-объектов.
Подобно OLE, ActiveX построен на базе программной модели COM и предназначен для поддержки полной интеграции программных компонент.
Он поддерживает технологию DCOM (Distributed COM – Распределенная компонентная объектная модель),обеспечивающую прозрачную интеграцию этих же компонент враспределенных сетях, включая Интернет и сети интранет. Однакооптимизация объема и скорости работы ActiveX позволяет проектировщикам использовать подмножества
сложного интерфейса OLE для создания приложений с высокой степенью интерактивности. Чтобы защитить систему от возможных проблем с ActiveX-объектами, iFIX обеспечивает безопасное внедрение (Secure Containment) этих элементов. В отличие о многих систем, поддерживающих ActiveX объекты, iFIX при фатальном сбое ActiveX объекта во время работы
База данных процесса и источники данных (RTU,DCS)94 изолируется от него, в результате чего система продолжает нормальное функционировать. Технология Secure Containment гарантирует от потери данных или прерывания процесса управления.
DDE (Dynamic Data Exchange - динамический обмен данными) - форма
связи, которая для организации обмена данными между приложениями использует общую память. Поддержка DDE обеспечивает изменение базы данных процесса при изменении данных в присоединенном приложении (например, электронной таблице или текстовом процессоре) и наоборот. В лабораторных работах иллюстрируется работа базы данных комплекса с DDE-сервером и DDE-клиентом.
Visual Basic for Applications (VBA) – важнейшая компонента iFIX системы, является инструментом для обеспечения оператору «окна в процесс».
Реализация VBA в iFIX обеспечивает:
- доступ ко всем открытым свойствам, методам и событиям объектов iFIX;
- поддержку различных источников данных – базу данных процесса, OPC-серверы, свойства других объектов и баз данных SQL;
|
|
|
- поддержку ActiveX-объектов;
- создание скриптов для стандартных задач (создание панели управления, панели навигации, кнопок управления и так далее);
- Secure Containment (безопасное внедрение) для
ActiveX-объектов третьих фирм.
iFIX обеспечивает доступ к VBA, встроенному редактору и отладчику Visual Basic, что позволяет просматривать, останавливать, прерывать и возобновлять активные скрипты. Реализация VBA в рамках iFIX имеет функции поиска и замены, содержит расширенные функции вырезания и вставки, которые позволяют копировать формы, модули и скрипты,
относящиеся к выбранному объекту. Эти усовершенствования существенно сокращают время проектирования и улучшают характеристики системы в целом.
Следующая системная компонента – это программа SAC, предназначенная для обработки данных от различных источников. Пример создания тревог и отражения их на панели оператора рассмотрен в практических 0,44000 работах.
Программа SAC (Scan, Alarm, and Control - Cканирование, тревоги и управление) является системным приложением, которое работает на SCADA узле.
Состояние тревоги называется алармом (Alarm). Аларм – это некоторое сообщение (событие), предупреждающее оператора о возникновении определенной ситуации, которая может привести к серьезным последствиям, и потому требующее его внимания и
часто вмешательства. Аларм считается подтвержденным (квитированным), если оператор отреагировал на сообщение об аларме. Аларм считается неподтвержденным, если нет реакции оператора.
Существуют разные типы событий:
- «аларм был подтвержден»;
- «возникла аварийная ситуация»;
- «возникло аварийное событие»;
- «переменная перешла из аварийной границы в обычное состояние»;
- «оператор ввел новые значения переменной».
Дискретные алармы срабатывают при изменении состояния дискретной переменной. Для срабатывания дискретного аларма можно использовать любое из двух состояний: TRUE/ON (1) или FALSE/OFF (0). Аналоговые алармы срабатывают, если выходные значения переменной достигли верхней и нижней границы. Организация сообщений об алармах может быть произведена путем конфигурации системы тревог. основанных на зонах тревоги, представляющих собой производственные линии, участки, цехи,
производства. Типы тревог и сообщений формируются в блоках базы данных.
Программный модуль SAC отвечает за выполнение следующихфункций:
- считывает данные из различных источников данных;
- преобразует данные в формат базы данных;
- проверяет данные на предмет нарушения пределов тревог и генерирует тревожные сообщения;
- выполняет логику управления;
- обнаруживает особые ситуации (exceptions) – изменения;
- делает необходимые записи в базу данных.
Каждая цепочка базы данных содержит также информацию о том, как программа SAC должна ее обрабатывать. Возможные варианты - обработка по времени, обработка по
изменениям и однократная обработка. Узел может производить одновременную обработку по времени и по изменениям. В результате вы получаете возможность использовать в системе наилучшую стратегию обработки для каждой точки сбора данных.
Большинство приложений запрашивает и вычисляет данные через регулярные интервалы времени, определяемые в секундах, минутах или часах. Система iFIX может реализовывать любые комбинации вариантов обработки по времени. Это позволяет оптимально распределять ресурсы системы с учетом того, что для одних данных требуется большая частота выборки, а для других - значительно меньшая.
В программе SAC предусмотрены следующие периоды обработки по времени:
- субсекундные (от 0.05 сек до 0.95 сек);
- секундные;
- минутные;
- часовые.
Период, с которым SAC считывает данные, называется периодом сканирования, который устанавливается в базе данных в поле «период
сканирования».
Часто обработка данных, которая производится после того, как происходит какое-то важное событие, например, изменение уставки или замыкание контакта, оказывается более эффективной. Обработка данных, которая запускается событиями, а не по времени, называется обработкой по изменениям.
Обработка по изменениям особенно важна в случае существенно распределенных SCADA-приложений, которые ведут мониторинг большого количества устройств ввода/вывода. Пусть, например, для мониторинга системы нефтяных трубопроводов на нефтяном месторождении используется большая сеть удаленных терминалов.
Данные, поступающих с этих терминалов, изменяются редко, поэтому нет необходимости производить их выборку с фиксированным периодом сканирования. Однако, когда такое изменение происходит, оператор должен сразу узнать об этом. Система iFIX воспринимает информацию об изменении данных и немедленно ее обрабатывает. Программа SAC может выполнять обработку по изменениям в зависимости от следующих событий:
• изменений данных в базе данных;
• непредусмотренных (unsolicited) сообщений от аппаратуры процесса;
• действий оператора;
• команд программных приложений;
|
|
|
