TRACE MODE 5: Обзор исполнительных модулей SCADA/HMI

Интегрированная SCADA/HMI- и SOFTLOGIC-система TRACE MODE 5 для Windows 95/98/NT/2000/XP была выпущена в феврале 1998. Переведена на английский, итальянский и китайский языки. За время жизни TRACE MODE 5 было создано 16 релизов и ряд специализированных OEM-версий. Развитие прекращено в 2004 году в связи с выпуском, новой шестой версии.  

Компания AdAstrA гарантирует поставку исполнительных модулей в течение 10 лет после прекращения развития версии.

Исполнительные модули SCADA/HMI TRACE MODE 5 в распределенной АСУТП

Исполнительные модули  предназначены для исполнения в реальном времени проектов, созданных в инструментальной системе SCADA/HMI TRACE MODE 5. С их помощью можно создавать многоуровневые, иерархически организованные, резервированные АСУТП и системы телемеханики. 

 

Исполнительные модули  делятся на серверы и клиенты. Основной сервер реального времени SCADA TRACE MODE 5 называется Монитором реального времени (МРВ). МРВ TRACE MODE 5 осуществляет прием данных с контроллеров, плат ввода/вывода и систем телемеханики (RTU) через встроенные протоколы, драйверы, OPC- или DDE-клиенты. В МРВ встроены бесплатные драйверы для более чем 1500 PLC и плат УСО. Кроме того, каждый сервер SCADA имеет встроенную поддержку протоколов M-LINK (RS 485/232) и I-NET для связи с исполнительными модулями Micro TRACE MODE 5 класса SOFTLOGIC, работающими в PC-based контроллерах.  МРВ производит первичную обработку информации (фильтрация, масштабирование, контроль границ и т.д.), управление и регулирование технологическим процессом, перераспределение данных по локальной сети, визуализацию информации на мнемосхемах и трендах (HMI), расчет технико-экономических параметров (ТЭП) и статистических функций, ведение исторических архивов, обеспечение связи с СУБД и приложениями через SQL/ODBC и встроенный OPC-сервер.  

МРВ SCADA/HMI TRACE MODE 5 располагает собственной, основанной на приоритетах системой реального времени. Минимальное время реакции МРВ составляет 0.01 с. МРВ дает возможность настройки временных параметров системы реального времени. Перераспределение временных ресурсов вычислительного ядра, либо приоритетов отдельных задач может быть запрограммировано или введено интерактивно.

SCADA TRACE MODE располагает системой единого сетевого времени. Процессы в сетевых комплексах TRACE MODE поддерживают функцию синхронизации сетевого времени, что позволяет однозначно привязывать технологические события к временной шкале, каким бы из 200 сетевых ПК они ни были зафиксированы. Точность временных меток составляет 1 мс.

В состав МРВ входит графическая HMI-консоль, обеспечивающая визуализацию информации о технологическом процессе  на динамических мнемосхемах средствами объемной графики. В HMI Монитора реального времени используются более чем 200 разновидностей форм графического отображения информации. Среди них динамический текст, гистограммы, кнопки, тренды, цветовые индикаторы, графические индикаторы, бегущие дорожки, видеоклипы, ActiveX-компоненты и т.д. Возможно осуществлять ON LINE редактирование проекта (не прерывая работы в реальном времени).

Система управления тревогами МРВ  обеспечивает автоматическое генерирование аналоговых (отклонение величины от заданной), цифровых (изменение состояния), составных (сочетание нескольких событий) и генерируемых пользователем алармов. Все алармы разбиваются по приоритетам и записываются в отчет тревог. Возможна рассылка тревожных сообщений по e-mail. Функции просмотра отчета тревог встроены в любой монитор реального времени. В реальном времени пользователь может осуществлять группирование алармов, фильтрацию, маскирование и вывод на печать. Для глобального управления и анализа алармов в распределенной АСУТП применяется специализированный модуль - Консоль тревог.

SCADA TRACE MODE 5 располагает собственной СУБД РВ, встроенной в каждый сревер реального времени. Архивирование информации в историческом архиве Монитора реального времени осуществляется с дискретностью 0.001 с.

МРВ SCADA TRACE MODE обладает высокой производительностью в реальном времени. Так например, следующие характеристики были замерены на ПК Pentium II 233 в ходе экстремального тестирования:

Пересчет базы каналов - 320.000 каналов в секунду;
Скорость передачи данных через сеть Ethernet 10 Mbit - 100.000 параметров в секунду;
Скорость обновления форм отображения - 4.000 тревог в секунду;

Другим основным сервером SCADA/HMI TRACE MODE 5 является NetLink МРВ.  NetLink MPB является функциональным аналогом Монитора реального времени с одним исключением - источником данных для NetLink MPB служат не контроллеры, а МРВ или Микро МРВ TRACE MODE 5. Соответственно в NetLink MPB отсутствуют как встроенные драйверы контроллеров, так и поддержка открытого драйвера TRACE MODE, OPC, DDE и ODBC интерфейсов. NetLink MPB предназначен для использования в проектах с PC-based контроллерами, работающими мод управлением Микро МРВ TRACE MODE 5 (SOFTLOGIC) или создания дополнительных сетевых серверов SCADA/HMI.

Горячее резервирование серверов

TRACE MODE 5 располагает развитыми средствами повышения надежности SCADA-комплекса, путем резервирования их компонентов. В TRACE MODE можно резервировать контроллеры,  серверы, клиенты и архивы данных и их отдельные компоненты.

Варианты МРВ и NetLink МРВ со встроенной системой автоматического горячего резервирования и восстановления данных в архивах называется Double Force МРВ и Double Force NetLink МРВ. Система автоматического горячего резервирования серверов SCADA TRACE MODE дает возможность осуществлять следующие функции:

- автоматическое резервирование сигнальных цепей от датчиков;

- автоматическое резервирование плат УСО;

- автоматическое отслеживание работоспособности сетевых линий и переключение на резервную;

- автоматическое отслеживание работоспособности шин RS232/485 и переключение на резервные;

- автоматическое переключение на RS232/485 при сбое сети;

- автоматическое горячее резервирование серверов SCADA(ведомый-ведущий) с переключением по таймауту либо по любому определяемому пользователем критерию;

- ведение дампа для безударного рестарта системы;

- автоматическая синхронизация архивов на резервированных SCADA-серверах;

- автоматическое горячее резервирование архивных трендов и мнемосхем;

- автоматическое горячее резервирование пользовательских вычислительных алгоритмов (FBD-программ);

На резервированных серверах SCADA TRACE MODE оператор может работать с различными мнемосхемами и трендами.

 МРВ с адаптивной настройкой регуляторов

МРВ TRACE MODE с поддержкой системы автоматической (адаптивной) настройки ПИД-регуляторов называются Adaptive Control МРВ. Adaptive Control МРВ основан на оригинальной, технологии, эксклюзивные права на которую принадлежат компании АдАстрА. Программа обеспечивает периодическую или непрерывную подстройку регуляторов в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Adaptive Control МРВ способен настраивать контуры регулирования в условиях помех, а также исключать появление неустойчивых режимов. Использование адаптивных регуляторов SCADA/HMI TRACE MODE 5 обеспечивает лучшее качество управления в любой момент времени для широкого класса стационарных и нестационарных автоматизируемых объектов. Кроме того адаптивные регуляторы SCADA/HMI TRACE MODE 5 позволяют работать со значительно меньшей амплитудой пробного сигнала на входе объекта (до 2-4 %) при сохранении системой адаптивных свойств. Столь малые пробные колебания практически не увеличивают степень износа исполнительных механизмов.

Серверы архива и документирования

TRACE MODE 5 располагает собственной СУБД реального времени (СУБД РВ), управляющей историческим архивом (СПАД-архив). Сервер архива встроен в каждый МРВ, поэтому каждый МРВ может вести локальный архив. В системе, также может вестись централизованный глобальный архив (информационное хранилище). Этот архив является общим для всего проекта. В него через сеть могут сохранять данные все узлы проекта. Управление операциями с глобальным архивом осуществляет выделенный сервер исторического архива - Глобальный регистратор.

Сервер СУБД архива контролирует его размер, осуществляет автоматическое кэширование, управление очередями, потоками и приоритетами, а также компрессию данных. Данные реального времени записываются в исторический архив только по изменению, с учетом апертуры (dead band) и с временным детерминизмом, обеспечиваемым системой рельного времени TRACE MODE. Точность фиксации времени составляет 1 мс. Глубина хранения данных определяется размером архива и интенсивностью потока данных. Перед добавлением новой записи контролируется ее положение в файле. 

Сервер архива SCADA может экспортировать информацию в любую реляционную базу данных (например MS SQL Server, Oracle, Sybase, Access и т.д.) через механизм SQL/ODBC. Кроме того, сервер архива SCADA имеет встроенный OPC-сервер для экспорта данных в приложения, работающие в реальном времени.

Сервер архива TRACE MODE 5 обладает высокой производительностью. На ПК Рentium 4, 3.0 ГГц, с ОЗУ 2 Гб сервер архива позволяет записывать свыше 1.6 млн. записей в секунду (Float). Это в 10-100 раз быстрее лучших отраслевых аналогов. Высокая производительность сервера архива обеспечивает возможность более точной фиксации событий, быстрое обновление информации на архивных трендах и генерирование отчетов.

Серверы архива SCADA с автоматическим горячим резервированием и восстановлением данных называются Дублированными Глобальными регистраторами. При работе в дублированном режиме серверы СУБД РВ автоматически синхронизируют архивы на резервированных ПК. При этом происходит восстановление недостающих данных из его копии на резервном сервере.  

Управление режимами работы Глобальных регистраторов осуществляется Консолью управления архивами. С ее помощью можно подключаться к различным серверам архива SCADA, контролировать параметры СУБД РВ -  длину очередей, ошибки записи, интервалы отсутствия данных и т.д. Производить резервное копирование, экспорт и импорт данных, а также осуществлять синхронизацию архивов, записанных различными серверами архива SCADA.

Генерирование отчетной документации о ходе технологического процесса осуществляет Сервер  документирования. Этот модуль по команде от оператора, Мониторов реального времени или по собственному сценарию,  интерпретирует шаблоны документов, запрашивает у МРВ SCADA необходимые данные и формирует готовые отчеты.

Шаблон документа Сервера документирования разрабатывается в виде файла HTML-формата. В него могут быть вставлены любые элементы, поддерживаемые в HTML (графика, ActiveX, таблицы и т.д.), а так же дополнительные функции и команды, предназначенные для запроса данных от узлов проекта ТРЕЙС МОУД и обработки полученных значений.

Команды, которые доступны для использования в шаблонах, позволяют выводить значения атрибутов каналов в нужных областях генерируемого документа, вставлять в него растровые изображения, данные из архивов ТРЕЙС МОУД в виде графиков, интегральных и усредненных значений каналов.

Существует два типа Серверов документирования TRACE MODE 5: локальный и глобальный. Первый из них может получать данные для документирования только от одного сервера SCADA, к которому подключается локально (не по сети), и выдавать документ только на принтер. Глобальный сервер документирования может работать со всеми узлами проекта, объединенными в локальную сеть, сохранять документ в файл, публиковать его на Web-сервере или отправлять по электронной почте или SMS.

Пример отчета Глобального сервера документирования можно посмотреть в Internet, на постоянно действующей online-демонстрации SCADA/HMI TRACE MODE.

Клиентские модули SCADA/HMI TRACE MODE 5 

Клиентские HMI-модули TRACE MODE 5 делятся на "тонкие" и "толстые". Различие между этими типами организации клиентских рабочих мест заключается в необходимости предварительной установки проекта TRACE MODE на HMI-клиенте. "Толстые" клиенты для связи с сервером SCADA (МРВ) должны содержать проект TRACE MODE, тогда как "тонкие" клиенты получают обновленный проект TRACE MODE при каждом подключении к серверу.   

Программы NetLink Light и Supervisor являются "толстыми" клиентами TRACE MODE 5. Они представляют собой графические HMI-консоли, визуализирующие данные, поступающие с серверов реального времени SCADA TRACE MODE при помощи файла проекта. NetLink Light работает только с данными реального времени, а Supervisor также может получать и отображать на графических мнемосхемах HMI историческую информацию из архивов TRACE MODE. Для этого Supervisor подключается к серверу архива МРВ, NetLink МРВ или Глобального регистратора. В первых двух случаях просматривается локальный СПАД-архив, а в последнем – глобальный архив.

Таким образом  Supervisor TRACE MODE предоставляет средства для разработки автоматизированных рабочих мест руководителя (административный уровень АСУТП). В Supervisor'е содержится информация о ходе и ретроспективе технологического процесса, статистических и технико-экономических параметрах предприятия. Supervisor дает возможность просматривать ретроспективу (осуществлять "плейбек") процесса как фильм на видеомагнитофоне. Графический "плейбек" архива дает в руки руководителя инструмент контроля работы диспетчерского комплекса и всего предприятия в целом.

"Толстые" клиенты TRACE MODE обладают функцией автоматического горячего резервирования. В случае, если серверы SCADA, к которым подключены клиенты резервированы (Double Force МРВ, Double Force NetLink МРВ, Глобальный регистратор дублированный), то при потере связи с сервером, клиент автоматически переключается на его резерв. При этом не происходит никаких потерь информации, ни нарушения "гладкости" трендов параметров.

"Тонкие" клиенты TRACE MODE построены на основе web-технологии. Для создания HMI на основе "тонкого" клиента достаточно из любого браузера, работающего под любой операционной системой, набрать IP-адрес (или доменное имя) Web-активатора - специализированного web-сервера TRACE MODE 5. Технологии "тонкого клиента" обеспечиваемые Web-активатором позволяют визуализировать динамические мнемосхемы, тревоги, тренды (в т.ч. исторические), осуществлять управляющие воздействия из обыкновенного браузера, без инсталляции какого-либо дополнительного программного обеспечения на клиентских станциях. Графические возможности графических консолей МРВ SCADA TRACE MODE и Web-активатора практически совпадают. В web HMI доступны такие популярные функции как объемная графика, индикаторы, гистограммы, тренды, мультипликация и т.д.

Web-активатор: web-шлюз для серверов реального времени TRACE MODE

Программа предназначена обеспечения работы "тонких" HMI-консолей SCADA TRACE MODE на основе web-технологий. Web-активатор 5  является специализированным web-сервером TRACE MODE, снабженным механизмом автоматического доступа к серверам SCADA (МРВ, NetLink МРВ и т.д.). Программа может быть использована для создания www-шлюза для локальных систем АСУТП на базе TRACE MODE 5 для Windows или для придания функций web-сервера мониторам реального времени TRACE MODE 5.

При использовании Web-активатора 5 не требуется установка web-серверов других производителей (например Microsoft IIS).  Пользователь, зайдя на страницу с помощью web-браузера, поддерживающего виртуальную Java-машину, скачивает проект TRACE MODE в виде Java-апплета. Объем апплета не превышает 300 Кб (!), что позволяет использовать Web-активатор в сетях с низким качеством связи. Благодаря своей компактности Web-активатор может быть применен не только в Intra-сетях, но и в Internet. Малый объем Java-апплета является преимуществом TRACE MODE перед конкурирующими разработками, созданными на основе технологии ActiveX, которые могут занимать до 5-6 М. Другими достоинствами технологии Java являются поддержка различных операционных систем и повышенная безопасность.

Клиентская часть Web-активатора реализована на языке Java и не использует никаких платформно- зависимых компонентов (Pure Java), что обеспечивает возможность управления техпроцессом с клиентских станций, работающих под управлением не только Windows, но и других операционных систем, например UNIX, LINUX, Mac OS и т.д., а также ОС, использующихся в карманных ПК.

Технология Java, использованная в Web-активаторе предоставляет большие по сравнению с ActiveX возможности по обеспечению безопасности. Используя ActiveX, пользователь допускает на своем компьютере запуск программы, функции которой не контролируются. Это значит, что в виде ActiveX-приложения через Internet на компьютер пользователя может быть прислан вирус, тогда как модель безопасности Java препятствует опасным воздействиям на базовом уровне. Web-активатор TRACE MODE обеспечивает повышенную безопасность управления технологическим процессом через Internet. Для этого использованы следующие средства:

· минимальное число открываемых портов, препятствует возможности взлома сервера;
· защищенный транспортный протокол связи с сервером, реализованный поверх HTTP;
· система парольной защиты. Пароль при этом не передаётся по каналу связи в открытом виде;
· контроль целостности передаваемой информации, обеспечивающий защиту от попыток подделки и повторного использования управляющих сообщений.

Опционально можно применять алгоритмы криптографической защиты информации с длиной ключа до 128 бит.  На сайте www.online.tracemode.ru открыта демонстрация Web-активатора. Все желающие могут дистанционно поуправлять реальной установкой, расположенной в г.Москве через web.

Продукты TRACE MODE 5 для дистанционного управления процессом (телемеханика)

SCADA TRACE MODE 5 может быть эффективно использована в системах телемеханики на основе следующих интерфейсов:

- выделенная телефонная линия (модем);

- радиоканал;

- коммутируемая телефонная линия;

- сотовая связь стандарта GSM.

Первые два интерфейса поддерживаются обычными серверами SCADA TRACE MODE - Мониторами реального времени. Для создания телемеханических систем на основе коммутируемой телефонной сети требуется использовать специализированный сервер - МРВ Модем +, а для телемеханических систем на основе сотовых сетей стандарта GSM - GSM-активатор.

Для работы МРВ, МРВ Модем + и GSM-активатор в системах телемеханики на удаленных контроллерах (RTU) должны быть инсталлированы исполнительные модули TRACE MODE класса SOFTLOGIC - Микро TRACE MODE, Микро TRACE MODE Модем +, Микро TRACE MODE GSM+ соответственно. Подобная конфигурация программных средств обеспечивает следующие функции, необходимые для эффективной работы территориально-распределенной системы:

- получение информации с удаленных контроллеров (RTU) на операторские ПК. Графическая визуализация на мнемосхемах SCADA;

- телеуправление процессом по команде оператора;

- локальное регулирование процесса удаленными RTU;

- ведение локального архива (дампа) параметров в RTU и периодическая передача данных в серверы SCADA;

- ведение централизованного архива параметров на ПК;

- контроль и управление тревогами;

- анализ трендов параметров;

- временная синхронизация всех узлов SCADA телемеханической системы с возможностью привязки к эталонному времени;

- обеспечение свободных линий для аварийного управления удаленными контроллерами (RTU);

В обычном режиме SCADA-сервер МРВ Модем + ведет циклический обзвон RTU, работающих под управлением Микро TRACE MODE Модем +, скачивает накопившиеся данные из локальных архивов RTU, обрабатывает их и добавляет в СПАД-архив, классифицируя по времени, зафиксированном RTU. SCADA-сервер также анализирует аварийные ситуации и в случае их обнаружения может переходить в аварийный режим с захватом удаленного узла. Захват узла требуется для устранения аварии, осуществляемое в приоритетном порядке диспетчером SCADA. Существуют версии МРВ Модем+ с автоматическим горячим резервированием SCADA-серверов - Double Force МРВ Модем +, применяемые для повышения надежности работы телемеханических систем.

GSM-активатор, в отличие от МРВ Модем + не является SCADA-сервером и используется лишь как GSM-шлюз для обычного МРВ. GSM-активатор осуществляет автоматический прием данных с удаленных контроллеров, работающих под управлением Микро TRACE MODE GSM+,  с удаленных МРВ (серверов SCADA), либо с сотовых телефонов и передает эти данные серверу реального времени - МРВ для обработки и графической визуализации на HMI. Данные передаются в формате SMS-сообщений или путем прямого соединения через GSM-модем.  Число удаленных контроллеров, серверов SCADA и телефонов не ограничивается. Доставка каждого сообщения контролируется. 

GSM-активатор получает от МРВ отчеты тревог и передает их на сотовые телефоны GSM. С сотовых телефонов через GSM-активатор возможно посылать запросы на получение данных реального времени к серверу SCADA - МРВ, либо управляющие команды. Телемеханические системы на базе Micro TRACE MODE GSM+ и GSM-активатора защищены от несанкционированных подключений. В этих программных продуктах осуществляется контроль доступа к серверу по номеру SIM карты, а также контроль разрешенных операций. На сайте www.online.tracemode.ru открыта постоянная Internet-демонстрация GSM-активатора, где можно дистанционно управлять реальной установкой, расположенной в г. Москве с обыкновенного сотового телефона.