5.4. Реализация связи scada - системы с устройствами ввода/вывода.

5.4.1. Аппаратная реализация связи с устройствами ввода/вывода

Для организации взаимодействия с контроллерами могут быть использованы следующие аппаратные средства:

COM - порты. В этом случае контроллер или объединенные сетью контроллеры подключаются по протоколам RS-232, RS-422, RS-485.

Сетевые платы. Использование такой аппаратной поддержки возможно, если соответствующие контроллеры снабжены интерфейсным выходом на Ethernet.

Вставные платы. В этом случае протокол взаимодействия определяется платой и может быть уникальным. В настоящее время предлагаются реализации в стандартах ISA, PCI, CompactPCI.

5.4.2. Программная реализация связи с устройствами ввода/вывода

Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня.

Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA - системе в настоящее время используются следующие механизмы:

• ставший стандартом de facto динамический обмен данными (DDE);

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.

DDE – это передача данных между приложениями, совершаемая без вмешательства или контроля со стороны пользователя. В среде Windows DDE осуществляется с помощью набора типов сообщений, рекомендованных процедур (протоколов) обработки этих типов сообщений и некоторых вновь определенных типов данных. Следуя протоколам, приложения, которые были написаны независимо друг от друга, могут обмениваться данными без вмешательства со стороны пользователя. Например, InTouch и Excel.

Изначально протокол DDE применялся в первых человеко - машинных интерфейсах в качестве механизма разделения данных между прикладными системами и устройствами типа ПЛК (программируемые логические контроллеры).

Но из-за своих ограничений по производительности и надежности он не совсем пригоден для обмена информацией в реальном масштабе времени.

• собственные протоколы фирм-производителей SCADA - систем, реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными;

Для преодоления недостатков DDE разработчики предложили свои собственные решения (протоколы), такие как AdvancedDDE или FastDDE - протоколы, связанные с пакетированием информации при обмене с ПЛК и сетевыми контроллерами. Недостаток: разработчик оборудования пишет свой драйвер для каждой SCADA-системы.

• новый OPC - протокол, который, с одной стороны, является стандартным и поддерживается большинством SCADA - систем, а с другой стороны, лишен недостатков протоколов DDE.

OLE (Object Linking and Embedding)

Oбъектная технология для скрытия информации и предоставления сервисов по взаимодействию между процессами и компьютерами.

OPC (OLE for Process Control)

Cтандартный механизм доступа программных приложений к данным технологического процесса. Основан на технологии взаимодействия между приложениями COM/DCOM. Архитектура — клиент/сервер.

ОРС-технология создана консорциумом OPC Foundation, куда входят более 170 ведущих производителей аппаратно-программных средств промышленной автома­тизации. Среди этих фирм — Siemens, Fisher-Rosemount, Honeywell, Rockwell, Iconics и др. Деятельность OPC Foundation осуществляется в рабочих группах по направле­ниям (OPC Date Access Working Group, OPC Alarm and Events Working Group, OPC Historical Working Group, OPC Security Working Group, OPC Windows CE Working Group и др.).

Основная цель OPC стандарта (OLE for Process Control) заключается в определении механизма доступа к данным с любого устройства из приложений. OPC позволяет производителям оборудования поставлять программные компоненты, которые стандартным способом обеспечат клиентов данными с ПЛК. При широком распространении OPC - стандарта появятся следующие преимущества:

Новый стандарт, во-первых, позволяет объединять на уровне объектов различные системы управления и контроля, функционирующие в распределенной гетерогенной среде; во-вторых, устраняет необходимость использования различного нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов.

O PC-интерфейс допускает различные варианты обмена: получение сырых данных с физических устройств, из распределенной системы управления или из любого приложения (рис.2). На рынке появились инструментальные пакеты для написания OPC-компонентов, например, OPC-Toolkits фирмы FactorySoft Inc., включающий OPC Server Toolkit, OPC Client Toolkit, примеры OPC-программ.

Рис. 2. Варианты обмена SCADA-систем с приложениями и физическими устройствами через OPC-интерфейс

ОРС-серверы разрабатываются и поставляются производителями контроллеров и др. аппаратуры или поставщиками SCADA-систем. Стандарт OPC включает 3 основных спецификации [13]:

1. Доступ к данным реального времени (Data Access) или стандарт DA.

ОРС-серверы физических устройств (контроллеров) являются, как правило, сер­верами данных (Data Access Servers).

2. Обработка тревог и событий (Alarm&Events) или стандарт А&Е.

Сервер тревог по состоянию тега, полученного от сервера данных, оповещает клиентов, посылая сигнал тревоги, и получает от клиентов подтверждение полу­ченного сигнала.

3. Доступ к историческим данным (Historical Data Access) или стандарт HDA.

Серверы исторических данных также используют данные, получаемые в реаль­ном времени от сервера данных, и архивируют их, предоставляя затем эти данные др. приложениям для построения, например,трендов, гистограмм или таблиц.

Обмен данными между клиентом и ОРС-сервером может быть в трех режимах:

• синхронный режим чтения/записи данных

При синхронном режиме ОРС-клиент запрашивает у ОРС-сервера интересую­щие его переменные и находится в режиме ожидания. После выполнения запроса ОРС-клиент считывает значения переменных.

• При асинхронном режиме обмена ОРС-клиент запрашивает у ОРС-сервера зна­чения переменных с заданной частотой обновления данных, определенной при со­здании ОРС Group, и продолжает работать.

После выполнения запроса ОРС-сервер сам оповещает об этом ОРС-клиента. Этот режим является наиболее распростра­ненным в силу экономии вычислительных ресурсов и времени.

• Режим подписки аналогичен асинхронному режиму с той лишь разницей, что ОРС-сервер посылает ОРС-клиенту уведомление лишь в случае изменения значе­ний переменных.