2.4.3. Модели Plant Intelligence и ipm корпорации ge Fanuc
Значительные усилия к развитию концепций Plant Intelligence прилагает и корпорация GE Fanuc. В 2002г. Fanuc приобрела также и известную фирму Intellusion, специализирующуюся на SCADA-системах линий FIX32 и iFIX. В продуктах iFIX реализация модели ИП основывается на использовании программной системы iHistorian (текущая версия – 2.0). В 2003г. для iHistorian были выпущены несколько модулей развития ПО (Software Improvement Modules или SIM). Два основных из них – коллектор для сбора данных с узлов FIX32 и OLEDB-провайдер.
Общая архитектура системы iHistorian представлена на рис.32.
Рис.32. Архитектура iHistorian 2.0
Средствами iHistorian можно организовать как небольшие архивы, так и хранилища производственных данных всего предприятия (до 100000 параметров на одном сервере). iHistorian поддерживает многосерверную архитектуру, т. е. архив с распределенной базой данных (БД). Добавляя серверы, можно создавать хранилища с неограниченным числом архивируемых переменных.
Сбор данных в iHistorian осуществляется с помощью коллекторов — специальных программных модулей, работающих, как правило, на одном ПК с источником данных. Коллекторы поддерживают технологию «store-and-forward» («сохрани и передай»), т.е. «умеют» в случае потери связи с сервером хранить данные локально, чтобы потом передать их на сервер, а также функцию автоматического восстановления связи. Эти функции и возможность создания резервных копий серверного архива обеспечивают надежный механизм доставки и хранения данных. Конфигурирование коллекторов происходит удаленно средствами Администратора iHistorian. Коллекторы поддерживают автоматический броузинг источника данных, в связи с чем процедуры формирования баз переменных практически сводятся к выбору нужных идентификаторов из списков объектов соответствующих коллекторов. Коллекторы делятся на две основные группы:
1. Plant Data Collectors обеспечивают сбор производственных данных с различных источников (ПЛК, SCADA, ручной ввод и т.д.);
2. Transformation Collectors реализуют вычислительные задачи и задачи обмена данными между серверами.
К первой группе относятся коллекторы для FIX32, iFIX, OPC и файл-коллектор. Два первых собирают данные с одного или нескольких SCADA-узлов. Это позволяет использовать широкие возможности пакетов по взаимодействию с различными контроллерами. OPC-коллектор производит сбор данных с серверов, удовлетворяющих спецификациям OPC 1.0 или 2.0. В этом случае, OPC-драйвер, созданный, например, с помощью Intellution OPC Server Toolkit, выступает самостоятельным источником данных. Файл-коллектор загружает данные из файлов в формате CSV или XML, что обеспечивает сбор данных с устаревших систем, возможность ручного ввода и т.п. Для отладки и тестирования можно использовать встроенный коллектор-симулятор. В группу Data Transformation входят коллекторы Вычислений и Сервер-сервер. Как видно из названия группы, задача этих модулей – преобразование уже собранных в архиве данных. Им свойственны все базовые функции коллекторов, такие как «Store-and-Forward», удаленное администрирование, работа по времени или по событию, а также возможность функционирования на ПК, на котором не установлен сервер iHistorian. Коллектор Вычислений производит необходимые преобразования данных и сохраняет результаты на сервере iHistorian в новом теге с той же временной меткой. Для конфигурации вычислений можно использовать математические выражения или специальный Wizard, который позволяет быстро настроить сбор, например, средних значений за сутки и т.п. Встроенный Visual Basic Script позволяет организовывать сложные вычисления с подключением внешних источников и возможностью организации так называемой обратной связи с помощью выполнения операций записи во внешние БД, например в iFIX. Коллектор Сервер-сервер обладает всеми возможностями коллектора Вычислений, однако может взаимодействовать с несколькими серверами, а также осуществлять копирование данных с одного сервера iHistorian на другой. Этот коллектор позволяет применять iHistorian для построения корпоративных систем, охватывающих несколько удаленных друг от друга предприятий.
Сервер iHistorian обеспечивает управление архивом и сервисом сообщений. Менеджер архива управляет мультифайловой структурой хранилища. Модуль «Администратор архива» позволяет создавать резервную копию данных, не прерывая работы сервера. Многофункциональная система защиты предусматривает возможности детального разграничения прав пользователей и исключение несанкционированного доступа. Благодаря своей нереляционной природе, сервер iHistorian единовременно выполняет десятки тысяч операций записи/чтения, причем с субсекундным временным интервалом. Средняя штатная скорость записи и чтения с диска превышает 20000 событий/с. Эти показатели относятся только к производительности сервера, а если учесть предварительное сжатие информации на коллекторах, то общая скорость системы в несколько раз превышает этот показатель. Здесь имеет смысл подчеркнуть принципиально нереляционную БД iHistorian, которая создана для сбора данных из систем реального времени и имеет дело со специфичными данными. Ни по скорости, ни по принципу организации реляционные БД для этих задач не подходят. Кроме того, администрирование iHistorian, в отличие от администрирования СУБД, не требует от специалиста высокой квалификации. А с помощью OLEDB-провайдера с архивом iHistorian можно работать как с обычной реляционной БД с помощью SQL-запросов. При этом разработчик имеет дело всего с 8 таблицами. Т.о., специализированная iHistorian выглядит из внешних приложений «вполне реляционно». Высокая степень сжатия данных в iHistorian позволяет хранить большие массивы информации на обычных дисках. Компрессия осуществляется в два этапа - сначала на уровне коллектора, затем на уровне сервера. Коллектор посылает новое значение на сервер только в том случае, если оно не попадает в заданную зону нечувствительности или меняется признак качества данных. На сервере также задается порог нечувствительности, однако новое значение сохраняется на диске, только если оно не может быть с заданной точностью восстановлено линейной интерполяцией. Метка времени в iHistorian может иметь точность до 1 мс. Для коллекторов, расположенных на различных компьютерах в сети, предусмотрен механизм синхронизации временных меток с сервером. Это позволяет сопоставлять данные из разных источников с высокой точностью. Максимальная частота сбора данных при опросе по времени составляет 10 раз/с. Там, где источники данных позволяют это сделать (OPC 2.0), коллекторы могут быть сконфигурированы на опрос по событиям, что дает возможность достичь еще большей скорости сбора. iHistorian поддерживает широкий набор типов данных, включая строки фиксированной и переменной длины, BLOB (binary large objects – большие бинарные объекты – файлы, рисунки) и др. Кроме того, можно устанавливать отношения между данными благодаря возможности индексирования переменных. При этом выборки информации может осуществляться непосредственно по идентификаторам, а не по времени. Возможны и другие типы запросов, значительно упрощающие работу с архивом и процедуру формирования отчетов. Данные могут запрашиваться и по времени. Это могут быть необработанные («сырые») данные, средние, минимальные, максимальные значения, стандартное отклонение, число и время минимумов и максимумов параметра и пр.
Администрирование iHistorian осуществляется с помощью специального приложения или его Web-аналога. Web-администратор может быть запущен на любом компьютере, которому доступен URL сервера, в ЛВС или в Интернете. Он соединяется с системой iHistorian при помощи Administrator Website, который можно установить совместно с сервером iHistorian. Администратор предоставляет графический интерфейс пользователя для выполнения функций по обслуживанию iHistorian, в т. ч.: конфигурирование тегов, коллекторов, данных, защиты; обслуживание и резервное копирование архивных файлов; управление коллекторами данных; поиск и анализ системных тревог и сообщений. Эти возможности позволяют быстро установить и сконфигурировать систему.
Важной частью информационной системы производства являются клиентские приложения, обеспечивающие представление и анализ данных. Intellution предлагает несколько таких клиентов для iHistorian. Это iFIX вер. 2.6, 3.0 и выше, Excel Add-In, iDownTime, infoAgent, OLEDB-провайдер и SDK для создания собственных приложений. В состав SCADA-пакета iFIX входит объект «График», который предназначен как для исторических данных, так и для данных реального времени. Данные могут быть отображены во временной зоне коллектора, клиента или в назначенной вручную зоне. На одном графике можно просматривать данные с нескольких серверов. Помимо графиков в iFIX можно строить мнемосхемы на основе данных из iHistorian.
Встраиваемый модуль Excel Add-In для iHistorian позволяет для выбранных тегов создавать отчеты специального вида, автоматически обрабатывать информацию и анализировать результаты. Также его можно использовать для выполнения таких операций по обслуживанию тегов, как добавление, импорт/экспорт и редактирование параметров тегов. Надстройка включает три примера отчетов.
iDownTime анализирует события и устанавливает их продолжительность, причину и место возникновения. Одно из наиболее распространенных применений – построение автоматизированной системы идентификации и классификации простоев технологического и вспомогательного оборудования.
infoAgent – веб-клиент для визуализации данных iHistorian, обладающий большим набором инструментальных средств для построения аналитических экранов и поддержку различных источников данных (не только iHistorian).
OLEDB-провайдер позволяет внешним приложениям работать с архивом iHistorian как со стандартной реляционной БД, состоящей из восьми таблиц, полностью описывающих данные архива и предоставляющих служебную информацию о коллекторах, тегах, сообщениях, комментариях пользователя, файлах архива. Строить запросы к этой базе можно с использованием таких служебных слов как «Сегодня», «Вчера», «Начало месяца», «Сейчас», а также выражений типа «Сейчас-1 час». Вместе с провайдером поставляется iHistorian Interactive SQL – утилита выполнения и проверки построенного SQL-запроса. OLEDB-провайдер тестировался с такими распространенными приложениями как Oracle, MS SQL (включая импорт данных, Data Transformation Service и «Linked Servers»), MS Excel XP, iFIX и VisiconX, Seagate Crystal Reports и т.д.
iHistorian API - программный интерфейс iHistorian, который обеспечивает взаимодействие между клиентами и сервером iHistorian, обеспечивает возможность чтения / записи данных и реализует программную поддержку всех административных функций.
iHistorian SDK - инструментарий разработки программ на Visual Basic или Visual Basic for Applications. При помощи SDK можно создавать собственные скрипты для выполнения сложных, либо часто повторяющихся задач. Более того, с его помощью можно реализовать собственный пользовательский интерфейс.
Приведенная общая характеристика iHistorian дает основание считать данную систему эффективной платформой для реализации концепций ИП.
В общих планах развития средств автоматизации GE Fanuc концепция Plant Intelligence является составной частью боле универсальной модели Intelligent Production Management («Интеллектуальное управление производством») - IPM. Взаимосвязь данных моделей иллюстрирует рис.33.
В схеме рис.33 в сферу компетенции IPM, помимо задач из области Plant Intelligence (управление оконечными устройствами – Control Hardware, АСУТП – Process Execution & Supervisory Control, поддержка единой информационной модели предприятия – Plant Information Model, поддержка репозитория производственных данных – Plant Data Repository, реализация функций АСУП и аналитическая обработка производственных данных – MES & Analyst Applications, информационное обеспечение систем верхних уровней управления на базе Internet/Intranet – Web-based Plant Analysis), включены управление производственными данными об изделиях (PDM – Product Data Management, являющийся средством обеспечения CALS-технологий, отвечающих за «обслуживание» всего жизненного цикла продукции – Product Lifecycle Management) и управление производственными фондами (Asset Management). Система уровня IPM на базе единого информационного Web-портала корпорации должна взаимодействовать с корпоративными информационными системами верхних уровней (бизнес-уровня), среди которых на рис.33 выделены системы управления цепочками подставок (SCM – Supply Chain Management), единого управления ресурсами предприятия (ERM – Enterprise Resource Management) и управление связями с потребителями (CRM – Customer Relationship Management).
Рис.33. Модель Intelligent Production Management
Реализация модели IPM в GE Fanuc представляла собой эволюционный процесс. Задачи, сформулированные в этой концепции, решались с помощью различных программно-аппаратных средств, которые могли работать как совместно, так и в отдельности, выполняя свои локальные функции. На нижнем уровне АСУТП – это контроллеры и устройства, производимые GЕ Fanuc с собственным ПО для их программирования. Далее – SCADA-пакеты iFIX и Cimplicity, пакет для контроля и управления периодическими процессами iBatch, система для сбора и хранения производственных исторических данных iHistorian, Web-сервер infoAgent для анализа и отображения технологической информации средствами тонкого Web-клиента, пакет Visual SPC для статистической обработки и анализа информации о технологических процессах, MES-система Proficy for Manufacturring и пакет Enterprise Asset Management для управления основными фондами предприятия. Кроме того, существуют и другие программные системы для выполнения различных специальных задач. В настоящее время GE Fanuc сформировала целостную линию продуктов IPM – Proficy Plant Applications. В данный комплекс входят:
- Efficiency (Управление эффективностью) - отслеживание и визуализация информации об общей эффективности использования оборудования (ОЕЕ);
- Quality (Управление качеством) - анализ и контроль качества выпускаемой продукции и процесса ее изготовления;
- Production (Управление производством - инструмент соблюдения графика производства и создание отчетности по всему технологическому процессу изготовления продукта;
- Batch Analysts (анализ производств, основанных но циклических технологических процессах) - планирование циклические процессов, их анализ и составление отчетности;
- Plant-wide Web Reporting (Web-отчетность в масштабах предприятия) - интегрированная плановая и специфичная Web-отчетность по всем модулям.
В совокупности с прочими линиями продуктов GE Fanuc данный комплекс ПО обеспечивает возможность полной интеграции решений Fanuc для всех выделенных уровней автоматизации промышленных предприятий.
В целом, модели Plant Intelligence и Intelligent Plant Management весьма близки по составу и функциональности соответствующим моделям корпорации Wonderware. Несмотря на то, что прямая поддержка реализации функций ИИ в перечисленных продуктах GE Fanuc отсутствует, их гибкость, открытость, развитость информационных ресурсов и программных интерфейсов делает вполне реальной перспективу построения на их основе (или интеграции в среду корпоративного информационного пространства) ЭСРВ различного назначения.