Функциональные потребности SCADA-системы

Любая SCADA-система в рабочем режиме мониторинга какого-либо процесса выполняет одновременно множество задач, среди которых: получение данных в РВ от объектов управления; запись данных в архив предыстории; визуализация данных на анимированных мнемосхемах; отображение критических параметров в виде трендов; прием и протоколирование действий оператора, передача его управляющих команд исполнительной системе объекта; генерация и обработка "событий и тревог". Последний пункт включает множество последовательных действий: формирование сообщений о преодолении параметрами пороговых и критических значений; выдача этих сообщений на экран, а также при необходимости их пересылка удаленным операторам; прием подтверждений о получении "событий и тревог" оператором; автоматическая выработка управляющих воздействий в критических ситуациях, например, в отсутствии своевременной реакции оператора или блокирующие его неверные действия. Задача обработки событий и тревог имеет высокий приоритет, поскольку одной из самых важных функций SCADA-системы является предотвращение аварий ТП. Обработка "событий и тревог" является задачей, которая может отнимать весьма большие компьютерные ресурсы, прежде всего, процессорное время. С ростом числа тегов загрузка растет быстрее линейной зависимости, так как при выходе ТП из нормального режима для многих параметров генерируются тревоги. Для MS Windows время, требуемое на переключение между задачами с ростом числа точек и тревог, растет очень резко. С ростом числа тегов SCADA-системы на MS Windows реакция замедляется, и уже в приложениях с числом тегов более тысячи они периодически могут зависать на несколько секунд. Разработчики SCADA пакета Phocus учитывают важные требования обработки событий и тревог, а большое число приоритетов, доступных в ОС РВ QNX, позволяет обрабатывать поступающие тревоги в правильном порядке. Поэтому производительность SCADA-системы Phocus и в приложениях с десятками тысяч тегов остается достаточной для правильной работы без потери данных.

Особенности встроенной SCADA-системы.Повышение производительности встроенных систем способствует тому, что таким системам управления, как PLC, передается все больше функций, которые ранее выполнялись SCADA-системой на выделенном ПК. В PLC передаются функции сбора данных – с целью предотвращения потери данных при обрыве связи или в случае использования коммутируемого канала связи с периодической доставкой данных. Современные PLC предоставляют развитые встроенные функции программирования и отладки технологических программ. Для этого PLC снабжается дисплеем и средствами ввода (клавиатурой, указательным устройством), образуя систему HMI или панельный ПК. Фактически HMI-система – это промышленный компьютер со встроенным экраном, готовый к интеграции функций управления, сбора данных и мониторинга со стороны оператора. Популярность QNX как ОС для контроллеров определяется двумя аппаратными особенностями встроенной системы по сравнению с настольными ПК, продиктованными требованиями по надежности:

1) менее производительные процессоры, не требующие активного охлаждения вентилятором;

2) небольшой объем Flash-памяти, которая замещает малонадежные магнитные жесткие диски.

ОС QNX, обладающая высокой производительностью и компактностью кода, как никакая другая ОС, поддерживающая развитой графический интерфейс, способна удовлетворить этим требованиям.

Встроенная SCADA-система, совмещающая функциональность управляющей системы, HMI и собственно SCADA, является сложным мультизадачным приложением с большим числом задач, чем в PLC. Поэтому использование в качестве базовой ОС QNX более оправданно.

Помимо функций, которые выполняют системы HMI, SCADA-системы за счет поддержки полевых шин могут осуществлять распределенный сбор данных, а благодаря развитым коммуникационным средствам верхнего уровня способны взаимодействовать с удаленными операторами и осуществлять двустороннюю передачу данных в различные БД корпоративных приложений.

В Phocus реализована поддержка таких протоколов полевых шин, как Modbus, Profibus, CAN, C-bus и др. Что касается взаимодействия с системами на верхнем уровне, Phocus предлагает целый набор разнообразных средств. Для взаимодействия с системами на базе MS Windows имеются OPC серверы и клиенты для Phocus/OPUS. Сервер OPC Data Access поддерживает доступ к данным РВ по протоколу DA 2.0, сервер OPC Alarms&Events реализует передачу данных тревог/событий по протоколу OPC AE 1.1, а сервер OPC Historical Data Access предоставляет доступ к данным предыстории по протоколу OPC HDA 1.2. Для двустороннего обмена данными с БД в MS Windows для Phocus разработано программное средство PhocusBase, позволяющее сохранить в БД MS SQL и автоматически поддерживать в актуальном состоянии данные (точки, предыстория, тревоги/события), получаемые по сети с сервера Opus/Phocus. В качестве универсального способа передачи данных, доступного из любого Web-браузера, функционирующего на любой платформе, предлагается модуль OpusXML, который обеспечивает удобный способ связи SCADA-системы с разнообразными клиентскими устройствами, доступными по сети. С помощью Web-сервера Apache, работающего в QNX, OpusXML рассылает Java-аплеты, доступные для авторизованных пользователей, которые предоставляют функции мониторинга и управления удаленным пользователям Phocus.

Использование Phocus в "интегрированных" приложениях без выделенного PLC будет очень эффективным. Логика работы управляющей части может быть запрограммирована с помощью BASIC-подобного скриптового языка Phocus SBL.

SCADA пакет Phocus 4 для ОС РВ QNX обладает следующими существенными качествами, важными для встроенных приложений:

· реализация работы в режиме жесткого РВ, позволяющая совместить функции SCADA с управлением PLC в едином приложении;

· высокая производительность и нетребовательность к ресурсам системы, позволяющая использовать низкочастотные процессоры для встроенных систем с пассивным охлаждением;

· высокая устойчивость и надежность, позволяющая реализовать работу системы с высокой степенью доступности в необслуживаемом режиме даже без резервирования;

· возможность дублированной конфигурации системы с реализацией режима активного резервирования, обеспечивающего высокую степень надежности и непрерывности управления, необходимую для бортовых встраиваемых приложений;

· наличие BASIC-подобного скриптового языка Phocus SBL для программирования логики управляющей части в приложениях без выделенного PLC позволяет создавать эффективные интегрированные системы "все-в-одном" (SCADA/HMI/Control);

· чрезвычайная компактность, позволяющая разместить весь полнофункциональный программный пакет вместе с ОС РВ QNX на карте Flash-памяти размером более 125 Мб, что дает возможность отказаться от таких малонадежных механических элементов, как HDD;

· опция поставки разработчикам оборудования исходных кодов SCADA пакета, что обеспечивает адаптации ПО к аппаратной части, сертификации кодов на отсутствие недекларированных возможностей (так называемых "программных закладок") и предоставляет выгодные условия при создании тиражируемых продуктов.

Свойства SCADA пакета Phocus 4 для ОС РВ QNX позволяют использовать его и во многих других проектах АСУТП с высокими требованиями к надежности и отказоустойчивости. Применение ОС РВ QNX и архитектурные особенности Phocus делают его чрезвычайно эффективным и надежным средством для разработки ответственных приложений с большим числом точек данных.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные типовые ОС РВ и дайте их краткие характеристики.

2. Сформулируйте требования к современным ОС.

3. Приведите блок схему ОС РВ Windows NT и дайте краткий ее анализ

4. Как организуется взаимодействие процессов и потоков в ОС РВ NT?

5. Каковы возможные пути расширения реального времени для NT?

6. Перечислите состояния, через которые проходит поток после инициализации в NT.

7. Какие типы семафоров в NT Вы знаете? Что такое критическая секция и мьютексы, их назначение и особенности использования?

8. Охарактеризуйте особенности борьбы в NT за ресурсы.

9. Как осуществляется обработка прерываний и исключений в NT?

10. Каковы особенности системы ввода/вывода NT?

11. Дайте краткую характеристику особенностей структуры ОСРВ QNX

12. Как осуществляется связь между процессами в QNX?

13. Дайте анализ QNX как сеть.

14. Как осуществляется синхронизация процессов QNX?

15. Опишите кратко оконную систему Photon microGUI и укажите особенности ее применения.

16. Дайте краткую характеристику пакета Phocus 4 при создании встраиваемых SCADA систем для ОС QNX.

17. Дайте классификацию ОС РВ для встраиваемых систем.

18. Особенности встроенной SCADA-системы.