Особенности подключения SCADA приложений к коммуникационному программному обеспечению на примере SCADA пакета InTouch интегрированной системы FactorySuite

При функционировании lnTouch-приложения в реальном времени информация обо всех его переменных хранится в базе данных. К такой информации относятся: имя переменной, ее тип, минимальное и максимальное значения, уставки, способ отображения (дисплей, журнал) и т. д., а также информация о коммуникационных каналах, по которым происходит обмен данными между технологическим процессом и приложением.

lnTouch-приложение поддерживает взаимодействие с DDE- и ОРС-серверами. Именно на организации взаимодействия с ними и остановимся.

DDE (Dynamic Data Exchange - динамический обмен данными) представляет собой коммуникационный протокол, разработанный компанией Microsoft для обмена данными между различными Windows-приложениями. Этот протокол реализует взаимосвязи типа клиент-сервер между двумя одновременно исполняющимися программами.

В InTouch поддерживается также пакетированный DDE-обмен - FastDDE. Применение последнего заметно повышает эффективность и производительность обмена данными благодаря уменьшению общего количества DDE-пакетов, которыми клиент и сервер обмениваются между собой. Но принципиальные недостатки, связанные с надежностью и зависимостью от количества загруженных в текущий момент приложений Windows, остались. Созрела необходимость в появлении более совершенного технологичного протокола. Но следует отметить, что отказ от DDE-механизма происходит не мгновенно хотя бы потому, что в мире наработано большое количество DDE-серверов.

С целью расширения возможностей стандартного протокола DDE на локальную сеть компания Wonderware предложила NetDDE. Он позволяет приложениям, запущенным на объединенных в локальную сеть компьютерах, вести DDE-обмен. Позднее NetDDE лицензируется компанией Microsoft и поставляется в дистрибутивном пакете Windows.

Следует отметить и то, что NetDDE допускает обмен информацией между приложения­ми на IBM PC и приложениями на машинах другого типа с операционной системой VMS или UNIX. Компания Wonderware предлагает и инструментальные средства для разработки DDE-серверов, в том числе и для не Windows-платформ.

Протокол SuiteLink был специально разработан фирмой Wonderware для того, чтобы удовлетворить таким требованиям, как целостность данных, высокая производитель­ность и простота диагностики. В основе протокола SuiteLink лежит протокол TCP/IP. SuiteLink не является заменой протоколам DDE, FastDDE и NetDDE.

Новый протокол разработан для поддержания быстродействующих промышленных систем и обладает следующими характеристиками:

• передача данных осуществляется в формате VTQ (Value, Time, Quality - значение, время, качество), в соответствии с которым каждая пересылаемая клиенту единица информации сопровождается метками времени и качества данных;

• благодаря системному монитору операционной системы Windows NT (Performance Monitor) стал возможным расширенный анализ производительности по передаче данных, степени загрузки сервера, степени потребления ресурсов компьютера и сети, что особенно важно для проектирования и сопровождения больших распределенных промышленных сетей;

• поддержка обмена данными между приложениями происходит независимо от того, исполняются ли эти приложения на одном узле сети или на разных.

Для реализации функций ОРС-клиента Wonderware предлагает OPCLink-сервер, преоб­разующий ОРС в SuitLink-протокол.

В материалах, предложенных компанией Wonderware, отмечается, что большинство реализованных ОРС-серверов создают для каждого подключаемого к серверу клиента новый канал связи или нить. Для текущей обработки каждого клиента сервер должен переключаться между нитями. Каждая нить использует DCOM (Distributed Component Object Model) для организации обмена данными, и DCOM также управляет пере­ключением нитей. В итоге возможна достаточно низкая производительность в сети.

Тесты, проведенные фирмой Wonderware, показали, что при обслуживании ОРС-сервером 7 клиентов (при передаче 4 целых чисел в режиме обновления) сервер на 95% занимал ресурсы CPU. Это означает, что ресурсы компьютера практически целиком были заняты переключением нитей и DCOM-процедурами.

Поэтому на текущем этапе параметры производительности протокола SuiteLink превосходят параметры DCOM. Поставляемый в комплекте FactorySuite (Wonderware) OPCLink Server обеспечивает прием информации с ОРС-сервера и передачу ее по протоколу SuiteLink в SCADA-систему InTouch и наоборот. Именно OPCLink Server рекомендуется устанавливать на одном узле с ОРС-сервером, чтобы для сетевых передач использовался SuiteLink-протокол, а не DCOM (рис. 5.1).

Все описанные ниже особенности адресации распространяются и на ОРС-серверы с одним лишь ограничением. При разработке lnTouch-приложения создается канал связи с OPCLink-сервером (как с любым другим SuiteLink-сервером). Но рекомендуется использовать встроенный в InTouch OPC Browser для упрощения выбора параметров конфигурации подключаемого ОРС-сервера.

Рис. 5.1. Использование SuiteLink-протокола в SCADA-системах

2-й учебный вопрос:Особенности адресации в InTouch

В InTouch вышеуказанные механизмы положены в основу обмена данными между приложениями InTouch и DDE- и SuiteLink-серверами, которые, в свою очередь, связаны коммуникационными каналами с устройствами нижнего уровня (контроллерами).

Так как InTouch предназначен для разработки и поддержания интерфейса сбора данных и диспетчерского управления (рис. 5.2), среда исполнения Window/Viewer при взаимо­действии с контроллерным уровнем выступает, как правило, в роли приложения-клиента (узел View), запрашивающего данные у приложения-сервера (I/O Server).

Рис. 5.2. Обмен данными между lnTouch-приложением и технологическим процессом

Через сервер ввода/вывода lnTouch-приложение имеет возможность читать данные из контроллера или писать данные в него. Процесс обмена информацией lnTouch-приложения с контроллером можно представить следующей схемой (рис. 5.3).

Здесь и встает один из главных вопросов организации обмена с серверами ввода-вывода: каким образом обеспечить клиенту доступ к запрашиваемой им информации?

Рис. 5.3. Схема обмена информацией lnTouch-приложения с ПЛК

Для организации обмена с приложением определяются каналы обмена или каналы доступа. Их параметры:

• имя узла (Node Name);

• имя приложения (Application Name);

• имя группы данных, или топика (Topic Name);

• имя элемента (Item Name).

Имя приложения - это имя программы Windows, которая выполняет функции DDE-, FastDDE-, SuiteLink-серверов. Имя группы данных (топика) определяется при конфигу­рировании сервера на прием или передачу группы данных, которыми сервер будет обмениваться с контроллером или объединенными в сеть контроллерами.

Определенные параметры группы (топика) зависят от конкретного сервера (поэтому рекомендуется изучать документацию и справочную систему выбранного сервера). Например, при использовании Modbus-сервера, позволяющего обеспечить взаимодей­ствие с контроллером Modicon Micro 984 PLC, в качестве имени приложения (Application Name) должен быть Modbus, в качестве имени группы, или топика (Topic Name) вводится любое имя (текстовая строка), но среди необходимых параметров группы из списка выбирается имя контроллера Modicon 984 PLC. А в качестве имени элемента (Item Name) следует выбирать название конкретного регистра контроллера (например, 40001 для контроллера Modicon Micro 984).

Чтобы узнать правильный синтаксис имени элемента, необходимый для конкретных PLC, нужно обратиться к руководству по соответствующему серверу.

Определены все компоненты коммуникационного канала. С учетом введенных понятий схема обмена информацией для рассмотренного выше примера будет выглядеть следующим образом (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Обмен информацией на примере Modbus-сервера

Фирма Wonderware предлагает DDE- и SuiteLink-серверы, которые поддерживают более 800 типов контроллеров основных производителей и различные протоколы.

Если нужного драйвера все-таки нет, можно воспользоваться пакетом разработки драй­веров FactorySuite Toolkit.

Схемы, приведенные на рис. 5.3 и 5.4, интерпретируют стандартный обмен информа­цией между узлом (приложением) View и контроллером (ПЛК) в режиме сбора данных и управления. В этом режиме, как уже было сказано выше, приложение View - клиент по определению.

3-й учебный вопрос:Обмен данными с Windows приложениями

Приложения InTouch могут взаимодействовать не только между собой, но и с другими Windows-приложениями, например с Microsoft Excel. lnTouch-приложение может считывать и записывать какие-либо значения в любую клетку открытой в Excel электронной таблицы. Аналогично и программа Excel может читать и записывать инфор­мацию в базу данных lnTouch-приложения. Такой механизм обеспечивает одновре­менное обновление данных в одном приложении при изменении их значений в другом.

Если клиентом (приложением, запрашивающим информацию) по-прежнему является узел View, то Excel - это приложение, поставляющее информацию (сервер). В качестве группы (Topic Name) тогда будет выступать имя таблицы Excel, а элемент обмена информацией - ячейка в таблице Excel (табл. 5.1, вариант 1).

Когда клиентом является приложение Excel, а сервером - приложение View, группой в этом случае всегда является словарь переменных InTouch (база данных) с именем Tagname. Элементом обмена будет элемент базы данных - имя переменной (табл. 5.1, вариант 2).

Таблица 5.1.

В случае обмена данными по сети с использованием пакета Wonderware NetDDE необ­ходимо к трехуровневой структуре адреса добавить четвертый уровень - имя удален­ного узла сети (Node Name).

Подводя итог, следует подчеркнуть, что информация по доступу к данным устройств ввода/вывода или других приложений должна храниться в приложении (в словаре пере­менных). И разработчику lnTouch-приложения важно подключиться к вышеописанному каналу доступа. Для этого в InTouch необходимо определить имя доступа (Access Name) и связать его с переменной приложения.

Лекция разработана «___»________20__г.

_______________________(Курнасов Е.В.)

(подпись, фамилия и инициалы автора)