ViS@ 7.6 – SCADA с открытой архитектурой

Аббревиатура SCADA расшифровывается как Supervisor Control and Data Acquisition, что в переводе с английского означает диспетчерское управление и сбор данных. С момента начала использования персональных компьютеров в рабочих станциях оператора-технолога, SCADA-системы стали «краеугольным камнем» в автоматизированных системах диспетчерского управления. Именно с помощью SCADA-систем разрабатывается пользовательский интерфейс оператора-технолога и производится функциональное наполнение верхнего уровня любой современной АСУТП.

Практика показывает, что при создании АСУТП для крупных проектов энергетики, нефтехимии или добычи и переработки природного газа тратится много усилий разработчиков. Это связано с тем, что при реализации пользовательского интерфейса оператора-технолога приходится создавать много однотипных и достаточно сложных объектов и экранных форм. В процессе создания АСУТП, а иногда и в процессе эксплуатации, однажды разработанные экранные формы приходится часто дорабатывать. Например, появляется новое оборудование, вносятся изменения в функциональную схему, изменяется топология и состав мнемосхем и т. п. Поэтому очень важно, чтобы SCADA-система была не только надежной и быстрой, но и «дружелюбной» по отношению к разработчику.

Сегодня на мировом рынке существует большое количество SCADA-систем. Какие возможности они предоставляют разработчику для создания интерфейса оператора? Не все SCADA-системы равноценны в этом отношении. То, что в одной системе осуществляется просто и быстро, в другой системе может потребовать кропотливого труда квалифицированных разработчиков. В большинстве случаев для ответа на поставленный выше вопрос необходимо не только получить подробную документацию по SCADA-системе, но и попробовать ее в деле. Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.

SCADA ViS@ (Visual Software for Automation) предназначена для разработки систем визуализации технологических процессов, обеспечивающих возможность управления и наблюдения за состоянием технологического процесса. SCADA ViS@ выполнена по технологии COM/DCOM, с использованием промышленного стандарта OPC для обмена данными между программными компонентами АСУТП.

Основные компоненты SCADA ViS@:

  • Среда разработки.
  • Среда исполнения.
  • Сервер базы данных реального времени переменных процесса.
  • Сервер доступа к архиву истории технологического процесса.
  • Система формирования, просмотра и печати отчетов.

Требования к аппаратному и программному обеспечению, предъявляемые системой ViS@ приведены в таблице:

  Минимальная конфигурация Оптимальная конфигурация
Процессор Pentium II 300 Pentium IV
ОЗУ 128 Мбайт 256 Мбайт
Операционная система MS Windows 2000 MS Windows XP Pro
Свободное место на диске Не менее 80 Mb Не менее 80 Mb
Другое   Устройство считывания CD-ROM, звуковая карта и колонки

В качестве дополнительных устройств ввода, кроме стандартной клавиатуры и мыши, возможно использование трекбола, сенсорного экрана и других координатных устройств.

Для работы подсистемы рапортов, входящей в состав Среды Исполнения, необходимо установить программу Internet Explorer версии 5.0 или выше.

Защита программ от несанкционированного тиражирования осуществляется с помощью электронного ключа, который устанавливается на параллельный порт и не мешает работе устройств, подключенных к указанному порту. Электронный ключ разрешает использование всех функциональных возможностей приобретенного и зарегистрированного продукта. Защита устанавливается только на Сервер Данных. Таким образом, при наращивании количества рабочих мест исключаются затраты на приобретение дополнительных лицензий.

Среда разработки и исполнения

Среда разработки предназначена для создания и редактирования базы данных технологических параметров проекта, создания и редактирования технологических мнемосхем, а также задания настроек проекта.

Среда исполнения обеспечивает пользовательский интерфейс оператора-технолога с АСУТП, используя экранные формы и различные элементы управления. Экранные формы позволяют отображать текущую и архивную информацию о технологическом процессе в виде мнемосхем, сообщений, графиков/трендов, отчетов (рапортов) оператора различной формы.

Ниже приведены примеры экранов двух разных проектов, выполненных с использованием SCADA ViS@:

Фрагмент структурной схемы эжекторного блока
Рис. 1. Фрагмент структурной схемы эжекторного блока

Фрагмент структурной схемы колонны стабилизации
Рис. 2. Фрагмент структурной схемы колонны стабилизации

Мнемосхемы организованы в виде окон, которые имеют различные свойства: текст заголовка, цвет фона, фоновая картинка, тип окна, тип рамки, положение и размер окна на экране. Разработчик проекта определяет, каким образом будут вызываться на экран различные мнемосхемы: либо через меню, либо по нажатию горячей клавиши на клавиатуре, либо по щелчку мыши в определённой области экрана, либо по срабатыванию логического условия.

Мнемосхемы могут быть объединены в группы замещаемых окон. В этом случае вызов одного из окон замещаемой группы автоматически закрывает ранее открытое окно этой группы. С помощью визуального режима позиционирования окон можно быстро расположить окна на экране и установить им необходимые размеры. Имеется возможность многократного использования разработанных ранее мнемосхем с помощью операции экспорта/импорта окон между проектами.

Среда разработки предоставляет пользователю удобный редактор мнемосхем с возможностью использования следующих графических объектов: линия, окружность, многоугольник, текст, растровое изображение, метафайл, кнопка, ActiveX-объект, документ (с использованием технологии OLE), HTML-страница и другие.

Поддерживается возможность объединения графических объектов в группы, которые могут иметь несколько уровней вложенности. Группа рассматривается как графический объект, и на нее распространяются все особенности работы с объектами.

В каждом окне доступно 10 слоев для редактирования, используя которые можно скрыть объекты или сделать их недоступными для изменения, что особенно удобно при разработке мнемосхем, содержащих большое количество графических объектов.

Среда разработки включает в себя также возможность работы со встроенной библиотекой символов графических объектов, которая может быть расширена пользователем. Единожды нарисованное изображение вместе с атрибутами и сценариями может быть многократно использовано в будущем.

Для реализации специализированных функций используются ActiveX-объекты. Так, в виде ActiveX-объектов реализованы компоненты дерева окон для вызова мнемосхем, просмотра сообщений, графиков/трендов, рапортов, компонент отображения и переключения языка ввода с клавиатуры.

На первый взгляд, функциональные возможности SCADA ViS@ мало чем отличаются от большинства конкурирующих продуктов. Это логично, поскольку все SCADA-пакеты, так или иначе, прошли похожий эволюционный путь развития. Что же делает SCADA ViSA@ уникальной, не имеющей аналогов в других известных нам пакетах? Ответ: представление данных. Среда разработки и среда исполнения понимает два формата хранения всех данных (настройки базы данных, экранные формы, библиотека графических элементов и т.п.): открытый формат (ASCII-текст) и закрытый формат. Используя специальную утилиту можно абсолютно безболезненно преобразовывать файлы из одного формата в другой. Какие это дает преимущества?

Во-первых, используя открытый формат данных на этапе разработки, разработчик проекта получает возможность использования централизованной системы управления версиями, например, Subversion или CVS. Это означает, что несколько разработчиков могут работать над одним проектом одновременно. Разработчики могут сравнивать различные версии файлов, получать историю изменений, а также получить образ проекта за определенную дату (или по номеру ревизии).

Во-вторых, использование открытого формата данных позволяет автоматизировать рутинные операции и даже использовать системы автоматического создания проектов. Это позволяет сократить количество ошибок, обусловленных «человеческим фактором», и существенно сократить сроки разработки проекта.

Закрытый формат данных, в свою очередь, удобен на заключительной стадии, когда проект передается в эксплуатацию. Он позволяет скрыть от посторонних глаз внутренности проекта и тем самым защитить его от несанкционированного или случайного изменения.

В дополнение к стандартным функциям SCADA ViS@ обеспечивает такие возможности:

  • преобразование линий в «трубы» с возможностью их редактирования (изображены ниже). Полученные элементы могут быть анимированы с помощью цвета и других атрибутов. Эта функция не имеет аналогов в других пакетах.

Преобразование  линий в «трубы»
Рис. 3. Преобразование линий в «трубы»

  • задание свойства «объем» у многоугольников для имитации "вырезов" в аппаратах или создания объемных объектов (изображены ниже).
  • Задание  свойства «объем»
    Рис. 4. Задание свойства «объем»

  • раскрашивание растровых изображений в заданные цвета в режиме разработки и в режиме исполнения, а также возможность задания «прозрачного» цвета (изображены ниже). Эта функция не имеет аналогов (по крайней мере, на момент написания этой статьи) в других пакетах. Единственная альтернатива – использование нескольких изображений, специально подготовленных разработчиком и расположенных в одном и том же месте экрана. Изменяя свойство видимости у изображений, можно добиться анимации. Но для реализации этого потребуется существенно больше времени и сил разработчика.

Раскрашивание  растровых изображений
Рис. 5. Раскрашивание растровых изображений

  • создание сложных трехмерных объектов из объемных примитивов и наиболее часто используемых предопределенных изображений с использованием технологии OpenGL (изображены ниже). В отличие от других пакетов, где разработчику предлагается только выбрать элемент из библиотеки, среда разработки SCADA ViSA@ позволяет получить любую проекцию трехмерного объекта.

Создание  сложных трехмерных объектов
Создание  сложных трехмерных объектов
Рис. 6. Создание сложных трехмерных объектов

  • возможность отображения HTML-страницы со сложными формами диалогов, с использованием технологий JavaScript, DHTML и AJAX, а также Java-апплетами.

Анимация объектов выполняется путем задания атрибутов объекта или сценария его поведения. Могут быть определены следующие сценарии:

  • Ввод с помощью клавиатуры аналоговых, дискретных и строковых значений в указанную переменную.
  • Перемещение объекта в окне с помощью мыши в вертикальном и/или горизонтальном направлении. По мере перемещения объекта по экрану меняется значение связанной с ним переменной.
  • Выполнение сценариев при нажатии на объект, его удерживании и отпускании, а также для обработки событий, которые генерируются ActiveX-объектами.
  • Отображение числовых, дискретных и строковых значений в объектах, которые поддерживают атрибут «текст».
  • Изменение цвета объекта. Можно менять не только цвет линии, заполнения и текста, но и их стиль.
  • Изменение положения объекта. Можно перемещать объект по вертикали, горизонтали или в обоих направлениях в зависимости от значения заданного выражения.
  • Изменение размеров объекта. Можно менять высоту и ширину объекта в указанном направлении в соответствии со значением выражения.
  • Изменение степени заполнения объекта. Можно задавать степень заполнения объекта в вертикальном или горизонтальном направлении заданным цветом в зависимости от значения выражения.
  • Поворот объекта относительно заданной точки на угол, который определяется заданным выражением.
  • Мерцание объекта в зависимости от значения выражения. Можно задавать частоту мерцания, а также мерцание цветом линии, заполнения и текста, и их стилями.
  • Видимость объекта в зависимости от значения выражения.
  • Доступность объекта для выбора мышью в зависимости от значения выражения.
  • Сценарии графических объектов. Сценарии могут манипулировать не только с переменными базы данных, но и с графическими свойствами самого объекта.

Анимация объектов выполняется путем выбора опций в специальном диалоговом окне, а также с помощью сценариев. Язык сценариев имеет C-подобный синтаксис и поддерживает арифметические, логические и условные операторы, а также математические функции, функции для работы со строками, датой и временем. Есть специальные функции, обеспечивающие организацию парольного доступа, работу с сообщениями и тревогами, запуск внешних приложений, проигрывание аудио-файлов и выдачу звуковых сигналов.

В проекте могут быть определены следующие сценарии:

  • Сценарии проекта, выполняемые при запуске, циклически или выходе из проекта.
  • Сценарии окон, выполняемые при открытии окна, циклически во время его отображения или при его закрытии.
  • Сценарии изменения данных, выполняемые при изменении значения переменных или выражений.
  • Сценарии нажатия клавиш, выполняемые при нажатии определенного сочетания клавиш на клавиатуре.

Обеспечивается возможность просмотра текущих и архивных технологических сообщений. Доступ к технологическим сообщениям обеспечивается через сервер тревог и событий в соответствии со спецификацией OPC AE 1.10. Поддерживается 1000 приоритетов сообщений с индивидуальной настройкой цвета и необходимости квитации (подтверждения прочтения) оператором. Для удобства просмотра архивных сообщений применяется фильтрация сообщений по времени, типу (приоритету) и фразе (например, по имени технологического параметра).

Модуль для просмотра графиков и трендов получает доступ к данным истории технологического процесса через сервер доступа к архиву, согласно спецификации OPC HDA 1.20. В одном объекте поддерживается одновременный просмотр до 8 графиков. Графики допускается объединять в группы и масштабировать.

Защита от несанкционированного доступа в SCADA ViS@ реализована путем поддержки 10000 уровней доступа с возможностью индивидуальной настройки каждого из уровней и каждого из зарегистрированных пользователей. После регистрации пользователя в среде исполнения доступ к защищенным функциям будет предоставляться только после сравнения его уровня доступа со значением, записанным во внутренней контрольной переменной среды исполнения.

Сервер базы данных реального времени

Сервер базы данных реального времени является ядром системы. Он выполняет следующие функции:

  • обеспечивает доступ к базе данных технологических параметров в соответствии с требованиями спецификации OPC DA 2.04;
  • синхронизирует значения переменных с внешними OPC-серверами;
  • формирует архив истории параметров технологического процесса;
  • получает и обрабатывает уведомления об авариях, нарушениях и других событиях от внешних OPC AE-серверов, в соответствии с требованиями спецификации OPC AE 1.10;
  • получает и обрабатывает сообщения от среды исполнения о действиях оператора;
  • формирует архив технологических сообщений (в том числе сообщений о выходе значений аналоговых переменных за установленные границы или по факту изменения значений дискретных переменных).

Информация из архива истории технологического процесса используется для построения исторических графиков и трендов, а также для генерации отчетов. Сервер доступа к архиву истории технологического процесса обеспечивает универсальный доступ к архиву истории технологического процесса в соответствии с требованиями спецификации OPC HDA 1.20.

База данных реального времени поддерживает переменные аналогового, дискретного и строкового типа. Поля аналоговых переменных наряду с текущим значением переменной содержат единицы измерения, диапазон изменения, предаварийные и аварийные границы, зону нечувствительности для архивации, начальное значение. Поля дискретных переменных содержат тексты сообщений, формируемых при изменении состояния переменной.

При отсутствии встроенных средств поддержки резервирования большинство SCADA-пакетов так и остаются лишь красивыми картинками. Если компьютер, на котором функционирует SCADA, выходит из строя или нарушается связь с аппаратурой, то оператор-технолог теряет контроль над состоянием процесса и не имеет возможность вмешаться в управление процессом. Единственное, что может помочь в этом случае – это использование специального HA кластера для сервера базы данных, довольно дорогое и сложное решение. Далеко не каждый крупный проект по бюджету сможет позволить такое, не говоря уже о проектах средней и малой сложности. А как же сервер базы данных SCADA ViS@ справляется с подобной проблемой?

Сервер базы данных SCADA ViS@ имеет встроенные средства поддержки резервирования. В режиме резервирования все значения переменных базы данных, а также архив технологических сообщений, синхронизируются с базами данных и архивами из резервных серверов. Среда исполнения подключается к любому из работающих серверов базы данных, а в случае его отказа переключается на другой сервер базы данных. Кроме этого, предусматривается возможность получения данных из альтернативных внешних источников – OPC-серверов. Таким образом, даже отказ сервера базы данных не приводит к потере информации и остановке процесса.

Система формирования, просмотра и печати отчетов

Отчет представляет собой HTML-страницу, которая генерируется системой формирования отчетов на основании шаблона, созданного пользователем, и в дальнейшем выводится на экран или принтер. Система формирования отчетов находит в тексте шаблона отчета специальные макроподстановки и заменяет их значениями из архива истории технологического процесса, доступ к которому получает через сервер, согласно спецификации OPC HDA 1.20.

Кроме текущих значений, отчеты могут содержать усредненные, интегральные и другие значения, полученные в результате выполнения операций над данными архива. Создание файлов-шаблонов отчета выполняется любым редактором, который позволяет создать HTML файлы.

С помощью стандартного планировщика заданий Windows обеспечивается автоматическая печатать отчетов в заданные моменты времени, например, по окончанию смены.

Допускается просмотр как текущих рапортов, так и рапортов за предыдущие даты при наличии архивных данных, а также просмотр копий напечатанных отчетов.

Заключение

С помощью SCADA ViS@ в НТФ ”Инкотех” и организациями - системными интеграторами был реализован ряд успешных проектов в различных отраслях промышленности: нефтехимической, газодобывающей, химической, металлургической, энергетике, производстве строительных материалов, пищевой и т.д.

Использование современных технологий делает SCADA ViS@ открытой и расширяемой за счет возможности разработки дополнительно подключаемых ActiveX-объектов, а также позволяет легко интегрировать ее в существующие АСУТП.

SCADA ViS@ сопровождается подробной документацией на русском языке, а также электронной справкой для среды разработки.

На производственной базе НТФ ”Инкотех” проводится обучение работе со SCADA ViS@. Длительность учебного курса составляет 5 дней. В ходе обучения слушатели, которыми являются преимущественно специалисты служб АСУТП, осваивают принципы настройки, разработки и эксплуатации систем визуализации, выполненных средствами пакета.

НТФ ”Инкотех” предоставляет техническую поддержку, которая гарантирует пользователям получение оперативных консультаций по реализации задач и рекомендаций по решению проблем.

Демократичная цена полнофункциональной SCADA ViS@ и указанных выше услуг является важной посылкой для широкого использования SCADA ViS@ в разрабатываемых АСУТП.