Особенности архитектуры

Бурмистров А.В., ведущий разработчик SCADA-системы «КАСКАД», 2001 год

Общие сведения

SCADA-система «КАСКАД для WINDOWS» (далее - КАСКАД) представляет собой мощный инструмент наблюдения, анализа и управления технологическими процессами; имеет в своем распоряжении все необходимые инструменты, присущие современным SCADA-системам, а также ряд уникальных особенностей.

Система КАСКАД спроектирована так, чтобы обеспечить максимально удобную работу с ней для пользователей различной квалификации, имеет интуитивно понятный интерфейс и проста в освоении. 

Система имеет мощную сетевую архитектуру, что позволяет легко наращивать ее мощность, гибко конфигурировать под любой технологический процесс, комбинируя нужные модули.

Продуманное применение клиент-серверной технологии позволяет подключать клиентские станции буквально одним нажатием кнопки.

КАСКАД может работать под управлением ОС WINDOWS 98/NT/2000.

Состав

Система КАСКАД включает в себя следующие компоненты:

Серверные модули:

• Сервер Доступа к Данным

• Интерфейсные модули доступа к данным

• Модули расширения Сервера Доступа к Данным

Клиентские модули:

• Модуль визуализации технологического процесса

• Модуль просмотра исторических данных

• Модуль формирования отчетной документации

• Модуль звуковой сигнализации

• Модуль публикации в Web

Серверные модули необходимы только на Рабочих Станциях, которые непосредственно связанны с объектом управления.

Сервер Доступа к Данным является сердцем КАСКАД’а. Он построен по модульному принципу, что позволяет изменять компоновку для каждой задачи. СДД осуществляет получение, обработку и накопление данных, ведение базы данных, анализ и передачу управляющих воздействий. Накопление данных ведется в виде SQL-базы данных под управлением сервера InterBase.

Любое клиентское приложение за данными обращается к СДД. Запрос производится по протоколу TCP/IP, поэтому для СДД, в принципе, не имеет значения, производится ли запрос с локального компьютера, по локальной сети или через телефонную линию. Это позволяет очень просто настраивать клиентские станции.

Связь с источниками данных (микроконтроллерами и т.п.) осуществляется с помощью интерфейсных модулей доступа к данным. Эти модули представляют из себя динамические библиотеки DLL. Для того, чтобы библиотека могла быть интегрирована в архитектуру СДД, она должна экспортировать определенный набор процедур.

Конфигуратор СДД предоставляет унифицированный интерфейс для настройки модулей доступа к данным (формирования набора опрашиваемых устройств, тегов, настройка параметров опроса).

Спецификация на модули доступа к данным является открытой. Квалифицированному программисту требуются минимальные сроки, чтобы на языке, поддерживающем создание динамических библиотек DLL написать модуль для обслуживания специфических устройств сбора информации.

Для распространенных типов микроконтроллерной техники уже имеются готовые модули доступа к данным:

• Ремиконт-130, с возможностью программной эмуляции Блока Шлюза

• Контраст РК131/300, КР300

• ADAM-4000, 5000

• ТКМ-52, МФК (сеть ModBus)

• Ремиконт Р110,112,120,122

• Ломиконт Л110,112,120,122

• Счетчики ВРСГ

Сервер Доступа к Данным может выступать как OPC-клиент. Эта функция так же реализуется с помощью интерфейсного модуля доступа к серверам OPC.

Следует заметить, что одновременно СДД может загружать много модулей доступа к данным, лишь бы они не конфликтовали между собой по используемым ресурсам (COM-порты и т.п.).

Вся обработка информации по алгоритмам пользователя, ведение базы истории технологического процесса реализуются с помощью модулей расширения Сервера Доступа к Данным. Так же как и модули доступа, модули расширения реализуются в виде динамических библиотек DLL.

В составе КАСКАД’а имеются следующие модули расширения:

• Модуль обработки параметров по алгоритмам пользователя (паспортам)

• Модуль регистрации технологических параметров

• Модуль обработки клиентских запросов

• Модуль адаптивного регулирования

Спецификация для создания модулей расширения является открытой. В любой момент можно добавить модуль, реализующий сколь угодно сложные алгоритмы обработки технологической информации, новые интерфейсы для связи клиентов с СДД (интерфейс OPC-сервера, ModBus) и т.п.

Отдельного упоминания заслуживает механизм регистрации технологических параметров. Регистрация производиться в базы данных SQL-сервера InterBase. Этот сервер был выбран ввиду его высокого быстродействия (по сравнению, например, с MS SQL). Благодаря использованию непосредственно InterBase API достигнуты высокая скорость регистрации при минимальном потреблении ресурсов компьютера. Так, например, при регистрации 1000 параметров с периодом 0.1 сек рядовой компьютер Celeron-466 загружается на 10-15% процессорного времени. Благодаря возможности регистрации по апертуре, а так же встроенного механизма сжатия резко уменьшается результирующий объем базы данных (около 300 МГб для базы данных на 1000 параметров с периодом записи 1 сек и длительностью хранения 30 дней).

Кроме того, такие алгоритмы обработки исторической информации, как получение среднего, интегрального значений заданного параметра, поиск минимума, максимума и т.п. реализуются непосредственно сервером InterBase с помощью механизма хранимых процедур. Такая реализация позволяет достигать высокого быстродействия при обработке клиентских запросов, и уменьшения потока информации между сервером и клиентом.

Эти особенности ставят механизм регистрации технологических параметров в SCADA-системе “КАСКАД” на один уровень с такими продуктами, как Industrial SQL Server.

Клиентские модули могут предназначены для предоставления пользователю информации, формируемой Серверами Доступа к Данным. При этом клиенты могут одновременно получать данные от многих СДД, что позволяет легко объединять несколько разных проектов в один.

Модуль визуализации ТП является основным средством визуального контроля текущих параметров ТП, а также главным инструментом управления процессами. Отображаемые данные группируются в виде панелей мнемосхем. Каждая панель может отображать информацию  в любом удобном для восприятия и анализа виде: текстовом, графическом (растровое или векторное изображение), анимированные изображения, видеоролики, тренды, гистограммы и т.д. Причем виды отображения могут комбинироваться в любом сочетании. Навигация по мнемосхемам максимально проста. Настройка мнемосхем производится во встроенном редакторе. Кроме того, заготовки (графика, видео, анимация и т.д.) могут быть созданы в любых специализированных пакетах (Corel, Adobe) и затем импортированы модулем визуализации для использования при оформлении мнемосхем.

Модуль просмотра исторических данных ТП представляет собой мощное и удобное средство просмотра истории технологического процесса, отслеживания динамики ТП благодаря развертыванию данных в графическом виде. Информация может представляться как в двух, так и в трех измерениях, в абсолютных единицах (единицы измерения), в процентах. Возможен просмотр как исторических, так и текущих данных (следящий режим). Данные при отображении логически группируются в виде панелей предыстории. Каждая панель может работать как независимо от других панелей, так и синхронно с ними. Добавление и удаление графиков производится налету, как и изменение масштаба отображения. Количество одновременно отображаемых панелей и графиков на каждой панели в принципе не ограничено и выбирается из соображений удобства восприятия и здравого смысла.

Модуль формирования отчетной документации позволяет создавать отчеты любого вида за любой период времени, вести как сменную, так и сквозную документацию, а также анализ данных. Формирование отчетов производится в формате и под управлением Microsoft Excel. Во-первых,  это дает пользователю возможность настроить вид выходной документации, используя весь мощный инструментарий, предоставляемый программой Microsoft Excel, а во-вторых, позволяет использовать сформированные документы в дальнейшем без дополнительных преобразований. Вид документа настраивается один раз и запоминается в виде шаблона. По этому шаблону в любое время может быть сформирован выходной документ на любой момент времени.

Модуль звуковой сигнализации осуществляет контроль соответствия технологического процесса установленным режимам. В случае нарушений происходит информирование пользователя проигрыванием звуковых файлов. Благодаря чрезвычайно гибкой настройке модуль может быть использован также и для комментирования хода технологического процесса. В качестве звуковой информации могут быть использованы голосовые сообщения; сообщение можно составлять из нескольких элементов, зацикливать произвольный участок цепочки. Узел, вызвавший аларм, отображается модулем визуализации, что позволяет немедленно принять необходимые меры. Каждому контролируемому параметру задается приоритет, что позволяет в первую очередь обрабатывать более важные алармы.

Модуль публикации в Web предоставляет доступ к технологической информации средствами Intranet/Internet. При этом на клиентской рабочей станции не требуется никакого дополнительного программного обеспечения, кроме браузера Internet с поддержкой технологии Java. Архитектурно модуль представляет из себя ISAPI-расширение, с помощью которого любой Web-сервер, поддерживающий спецификацию ISAPI (MS IIS, Apache, Sambar и т.д.), превращается в полноценного клиента SCADA-системы “КАСКАД”. Имеющийся набор инструментария позволяет легко конвертировать проекты КАСКАД’а к виду, пригодному для публикации по технологии Web.

Модули системы КАСКАД работают независимо друг от друга, поэтому можно, например, одновременно формировать отчет, анализировать исторические данные и следить за текущим ходом процесса.

Для разграничения уровней доступа к информации введена система пользователей и паролей. Каждому пользователю определяются права на запуск приложений, просмотр данных и изменение настроек.

Все действия операторов, нарушения в ходе ТП и другие подобные события сохраняются в базе регистрации событий с возможностью экспорта в Microsoft Excel. Просмотр и экспорт событий осуществляется с помощью модуля просмотра событий.