Рисунок 4 - Структурная схема модуля T4902

Модуль T4902 имеет встроенный 16-разрядный микроконтроллер с внутренней памятью программ и интегрированными периферийными устройствами. Программно-управляемый мультиплексор переключает порты СОМ1, СОМ2 или СОМ3 на 2 внутренних приемопередатчика UART или CAN-контроллер. При этом, системный интерфейс (по карте заказа СОМ1 или СОМ2) подключен всегда, а интерфейс приборов переключается программно между остальными двумя СОМ-портами. Для хранения переменных данных и параметров конфигурации модуля предназначено электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ). Входные гальванически изолированные каналы ввода позволяют ввести 4 сигнала состояния датчика типа «сухой контакт». Входные гальванически изолированные каналы частотного или числоимпульсного ввода подключены к внутренним таймерам процессора. Поступающие на модуль дискретные и частотные/числоимпульсные сигналы ограничиваются входными цепями и изолируются с помощью оптронов. Информация обрабатывается микроконтроллером (подавление «дребезга контактов»). По команде микроконтроллер передает данные в систему верхнего уровня.

Для исключения «зависания» или некорректного выполнения программы модуль имеет сторожевой таймер аппаратного сброса Watchdog.

4.4.3    Подключение к объекту

Внешний вид модуля и расположение разъемов приведено на рисунке 2.3.

Рисунок 5 - Модуль Т4902 (вид сверху)

Назначение контактов разъема XP2 (вилка) для подключения внешнего источника питания +24 В идентично другим модулям и приведено в таблице.

Назначение контактов разъема XP1 (вилка) для интерфейсов RS‑232, RS‑485 и CAN порта COM1 приведено в таблицах.

Таблица 1 - Назначение контактов разъема ХР1 для интерфейса RS‑232

Таблица 2 - Назначение контактов разъема ХР1 для интерфейса RS‑485

Таблица 3 - Назначение контактов разъема ХР1 для интерфейса CAN

Назначение контактов разъема COM2 XP3 и COM3 ХР4 (вилка типа DB‑9M) для интерфейсов RS‑232 (полный набор сигналов) или RS‑485 приведено в таблицах.

Таблица 4 - Назначение контактов разъемов ХР3  и ХР4 для интерфейса RS‑232

Таблица 5 - Назначение контактов разъемов ХР3  и ХР4 для интерфейса RS‑485

Назначение контактов разъема XP5 (вилка) для подключения 4-х дискретных и 2-х частотных/числоимпульсных сигналов с индивидуальной гальванической развязкой приведено в таблице.

Таблица 6 - Обозначение контактов разъема ХР5

Подключение к модулю выходных цепей следует производить проводами сечением от 0,5 до 2,5 мм².

Подключение выходных сигналов к модулю производится при выключенном питании выходных каналов в соответствии с рисунком 2.4. Несоблюдение этого условия может привести к повреждению модуля.

Рисунок 6 - Подключение модуля Т4902

4.5     Система интеллектуальных модулей "ТЕКОНИК"

Рисунок 7 – Система модулей ТЕКОНИК

Система модулей ТЕКОНИК представляет собой гибкую и расширяемую систему ввода-вывода для построения распределенных систем управления.

Система интеллектуальных модулей ТЕКОНИК® предназначена для построения распределенных автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления производственными процессами, технологическими линиями и агрегатами.

Система ТЕКОНИК® соответствует ГОСТ Р 51841-2001  и относится к изделиям государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации.

В отличие от упрощенных зарубежных аналогов модули имеют специальные средства защиты для применения в условиях сильных промышленных помех по ГОСТ Р 51317.6.2 (МЭК 61000-6-2). Система ТЕКОНИК® адаптирована для применения в отечественных условиях, имеет большую гибкость при конфигурировании, обладает мощными вычислительными ресурсами (процессоры семейств х86) и большим количеством каналов ввода-вывода. Модули ввода-вывода системы ТЕКОНИК® используются также для расширения информационной мощности контроллеров серий МФК и ТКМ, широко применяемых на объектах СХК

4.5.1   Состав системы

Система ТЕКОНИК® имеет проектно-компонуемый состав и поставляется в соответствии с заказной конфигурацией. Пользователь может самостоятельно наращивать или изменять конфигурацию системы.

Система может содержать один процессорный модуль P04 T7101, коммуникационный модуль или преобразователь интерфейсов (конвертор) RS232/485 TCC485A, панель оператора V04 и до 250 модулей ввода-вывода в произвольной конфигурации. Модули ввода-вывода ТЕКОНИК® имеют коммуникационный интерфейс RS485 с максимальной скоростью 115 кбит/cек (ASCII-протокол Т4000). В составе системы ТЕКОНИК® применяется также интеллектуальный датчик температуры ТСТ11.

PC-совместимый процессорный модуль P04 T7101 имеет несколько исполнений, которые отличаются наличием дополнительных COM-портов, интерфейса для местного подключения клавиатуры и монитора, а также поддержкой той или иной системы программирования. Существует также исполнение процессорного модуля P04М T7102* с встроенным преобразователем интерфейсов RS232/485. Дополнительно в процессорный модуль может устанавливаться один модуль расширения формата РС104.

В состав системы ТЕКОНИК® входит сервисное программное обеспечение Tecon Tool Kit. Это Windows-приложение обеспечивает полный набор функций для конфигурирования, настройки и проверки всех режимов работы модулей ввода-вывода по протоколу Т4000. Перед началом работы программа позволяет сканировать сеть, определять состав подключенных модулей и их параметры.

4.5.2   Особенности применения системы ТЕКОНИК®

–      Работа системы под управлением персонального компьютера

Роль программируемого контроллера в этом случае выполняет РС-совместимый компьютер обычного или индустриального исполнения. Программа выполняется на компьютере, а управление объектом производится с помощью удаленных распределенных модулей ввода-вывода.

Модули подключаются к компьютеру с помощью конвертора ТСС485А. Количество модулей в сети определяется характеристиками интерфейса RS485, каждый сегмент сети может включать до 30 модулей. Для увеличения количества модулей используется ретранслятор сети RS485. Максимальное количество модулей в сети может достигать 250.

Такое использование системы ТЕКОНИК® характерно для небольших, преимущественно лабораторных и стендовых систем.

–      Работа в составе распределенных систем управления

Роль программируемого контроллера в этом случае выполняет процессорный модуль P04 T7101 или P04М T7102, который подключается к единой локальной сети АСУ ТП предприятия. Такая сеть позволяет объединить технологические контроллеры различных типов, серверы технологических баз данных, операторские и инженерные станции. Для подключения к сети используется интерфейс Ethernet с протоколами ТСР/IP или NetBEUI.

Модули ввода-вывода подключаются к процессорному модулю P04 T7101 или P04М T7102 по интерфейсу RS485 через конвертор ТСС485А.

Такая структура в полной мере использует большие коммуникационные возможности системы ТЕКОНИК®, позволяющие с помощью стандартных интерфейсов и протоколов подключиться к вычислительным средствам верхнего уровня, и наиболее интересна при автоматизации крупных объектов.

–      Работа в качестве удаленных модулей ввода-вывода контроллеров серий МФК и ТКМ

В этом варианте модули ввода-вывода ТЕКОНИК® подключаются к программируемым контроллерам серий МФК или ТКМ и служат выносными модулями УСО. Модули подключаются к порту RS232 с помощью автоматического конвертора ТСС485А (МФК3000, МФК, ТКМ52) или непосредственно к порту RS485 (ТКМ410). Одновременно с модулями ввода-вывода ТЕКОНИК® может применяться интеллектуальный датчик температуры ТСТ11. Средства конфигурирования и тестирования указанных контроллеров поддерживают работу с модулями ТЕКОНИК® и датчиком ТСТ11. Для разработчика технологических программ техника работы с дополнительными средствами ввода-вывода не отличается от работы с традиционной подсистемой ввода-вывода контроллеров серий МФК и ТКМ.

Этот вариант архитектуры АСУ ТП является очень гибким и предоставляет недорогое средство наращивания уже существующих систем. Для вновь проектируемых систем у системного интегратора появляется возможность более эффективно вносить элементы распределенности, располагая модули УСО в непосредственной близости к объекту.

4.5.3    Модули ввода-вывода ТЕКОНИК®

Таблица 7 – Модули ввода-вывода ТЕКОНИК

Продолжение таблицы 7.

Модули, отмеченные символом '*' имеют специальное исполнение для работы в температурном диапазоне от - 40 до + 55oС.

Основные особенности:

–      10 типов модулей ввода-вывода для различных типов датчиков и исполнительных механизмов;

–      исполнения модулей ввода-вывода на рабочий диапазон температур  -40оС...+55оС;

–      максимальное количество модулей ввода-вывода, работающих в системе с одним процессорным модулем - 250.

Информационная мощность:

–      процессор DX4-100 или DX5-133(по запросу);

–      системное ОЗУ 4 или 16 Мб, системное ППЗУ Flash disk 16 Мб, энергонезависимое ОЗУ 512 кб;

–      дискретные входы* - до 480; дискретные выходы* - до 480;

–      аналоговые входы* - до 240; аналоговые выходы* - до 120.

–      * для одного сегмента RS485

Основные интерфейсы:

–      P04/P04M: Ethernet 10BASE-T; 2xRS232 или 4xRS232 или 3xRS232/1x485 (два сегмента с гальванической изоляцией), LPT1, VGA (опция);

–      RS485 с гальванической изоляцией (модули ввода-вывода, кроме Т4902);

–      3хRS232/RS485 (Т4902).

Дополнительное оборудование:

–      панель оператора V04;

–      преобразователь интерфейсов TCC485A.

Эксплуатационные характеристики:

–      температура окружающего воздуха  от +5 до +55oС и от -40oС...+55oС (для специсполнений модулей ввода-вывода);

–      относительная влажность от 5 до 95 % без конденсации влаги;

–      атмосферное давление  от 84 до 106,7 кПа;

–      вибрация от 5 до 9 Гц с амплитудой смещения не более 3,5 мм;

–      вибрация от 9 до 150 Гц с ускорением не более 10 м/^с2;

–      удары с ускорением 150 м/^с2, длительностью ударного импульса 11 мс и количеством ударов не менее 1000.

Питание процессорного модуля и модулей ввода-вывода:   постоянный ток напряжением 24 (+5; -4) В.

Потребляемая мощность: 

–      процессорного модуля - не более 25 Вт;

–      модуля ввода-вывода - не более 3,2 Вт.

Габаритные размеры:

–      процессорного модуля - не более 200х120х90 мм;

–      модуля ввода-вывода - не более 108х98х68 мм.

Вес контроллера:

–      процессорного модуля - не более 1,5 кг;

–      модуля ввода-вывода - не более 0,3 кг.

Рисунок 8 – Пример построения системы диспетчеризации с использованием сети GSM

Рисунок 9 – Пример построения системы диспетчеризации с использованием телефонной сети

Для обмена данными SCADA с контроллерами используется клиет-серверная технология OPC. ОРС-сервер, разработанный ЗАО «ТЕКОН», позволяет связать систему верхнего уровня с любым представителем модельного ряда контроллеров компании, на котором установлено СПО TENIX (по протоколу TCP/IP сети Ethernet). Последнее время технология ОРС поддерживается всеми современными SCADA.

Другой интересной особенностью системы «ТЕКОНИК» является возможность использования встроенного SNMP-агента, обеспечивающего обмен контроллера с верхним уровнем по SNMP-протоколу. SNMP-протокол является стандартом для организации систем управления и мониторинга состоянием сетевых устройств, таких как маршрутизатор, коммутатор. Кроме того, таким протоколом оснащены многие источники бесперебойного питания (UPS). В качестве программного обеспечения верхнего уровня  используются специализированные пакеты, такие как «OPEN VIEW». 

На рисунке 10 показана типовая схема построения такой системы. Преимуществом такой системы является использование единого программного обеспечения. Данная схема в основном используется при автоматизации административных учреждений.

Рисунок 10 – Пример построения системы с использованием SNMP-протокола

На рисунках 8 и 9  уже были представлены схемы организации диспетчерских пунктов, с использованием выделенного радиоканала, сети GSM или коммутируемого телефонного канала. Следует отметить, что при использовании сети GSM реализована возможность инициативного выхода контроллера на связь с диспетчерским пунктом при возникновении аварийной ситуации на объекте.

На рисунке 11 показана схема диспетчеризации с использованием интерфейса RS-485.

Рисунок 11 – Пример построения системы диспетчеризации с использованием сети RS-485

4.6     Контроллер ЭЛСИ-ТМ

Контроллеры семейства ЭЛЕСИ являются одними из претендентов для построения на их основе системы АСТРК-СХК из-за наличия канала частотного и число-импульсного ввода сигналов, развитого состава блоков, в том числе из-за наличия модуля радио-GSM модема, высокой надежности, широкого и проверенного длительной эксплуатацией в тяжелых условиях нефтегазовых объектов применения.

4.6.1    Основные особенности и характеристики

Назначение:

–      Построение АСУ ТП высокого уровня сложности;

–      Построение централизованных и распределенных систем автоматики;

–      Построение АСУ ТП предприятий с непрерывными и дискретными технологическими процессами.

Задачи:

–      Сбор информации с датчиков и вторичных преобразователей;

–      Логическая обработка сигналов по заданным алгоритмам;

–      Формирование управляющих воздействий;

–      Контроль технологических параметров;

–      Диагностика, тестирование и мониторинг аппаратных и программных средств;

–      Обмен данными в распределенных системах;

–      Предоставление необходимой информации в SCADA-систему.

Производительность:

–      Центральный процессор до 400 МГц;

–      Информационная емкость до 640 дискретных или 240 аналоговых точек ввода/вывода в одном крейте;

–      Подключение до 8 крейтов расширения по 10 модулей в каждом: увеличение емкости до 5120 дискретных или 1920 аналоговых точек ввода/вывода;

–      Flash-память до 128 МБ;

–      Оперативная память 128 МБ;

–      Энергонезависимая память 32 КБ.

Функциональное оснащение:

–      Дискретный ввод/вывод:

–      Плотность до 64 каналов на модуль;

–      Обработка сигналов типа "сухой контакт" и "открытый коллектор";

–      Высокоскоростной счет и измерение частоты;

–      Аналоговый ввод:

–      Плотность до 24 каналов на модуль;

–      Индивидуальное и групповое гальваническое разделение каналов;

–      Высокая точность измерения тока и напряжения;

–      АЦП до 24 бит;

–      Сохранение оперативных данных в энергонезависимой памяти;

–      Watchdog-таймер и часы реального времени (RTC);

–      Аварийная защита оборудования;

–      Предупредительная и рабочая сигнализация.

Преимущества:

–      Высокая производительность выполнения прикладных программ;

–      Открытость архитектуры программного обеспечения;

–      Открытость сетевой архитектуры;

–      Надежность и долговечность в эксплуатации;

–      Универсальность применения.

Универсальность:

–      Гибкая модульная архитектура;

–      Поддержка различных интерфейсов и протоколов;

–      Расширенный диапазон рабочих температур;

–      Широкий набор функциональных модулей.

–      Открытость

Программное обеспечение:

–      Разработка пользовательской программы в среде программирования OpenPCS;

–      Поддержка пяти языков программирования стандарта IEC 61131-3;

–      Широкая библиотека стандартных функций;

–      Поддержка пользовательских и ОЕМ-библиотек;

–      Мониторинг и редактирование процесса в режиме реального времени;

–      Конфигурация, диагностика.

Коммуникационное оборудование:

Прием и передача информации по интерфейсам RS-232C, RS- 485/422, Ethernet, V.23, V.27, стык C1-ТЧ;

Поддержка протоколов: Ethernet TCP/IP, Modbus RTU, Modbus TCP/IP, ГОСТ Р МЭК 870-5-101-2001, ГОСТ Р МЭК 608070-5-104-2004;

Наличие web-интерфейса;

Поддержка беспроводной передачи данных на основе стандартов GSM, Global star;

Поддержка SCADA на основе OPC-интерфейса.

Надежность:

–      Резервирование источников питания и модулей центрального процессора;

–      Исполнение модулей в индивидуальном прочном корпусе;

–      Развитая система самодиагностики и индикации;

–      "Горячая замена" модулей без переинициализации;

–      Устойчивость к перегрузкам входных цепей;

–      Соответствие нормам индустриальных радиопомех, требованиям устойчивости к воздействиям электрических разрядов, микро- и наносекундных импульсных помех в цепях электропитания, динамическим изменениям напряжения сети питания.

Таблица 8 - Климатические условия эксплуатации

Таблица 9 - Предельно допустимые механические воздействия

Таблица 10 - Общие технические характеристики

4.6.2   Состав контроллера ЭЛСИ-ТМ

Рисунок 12 - Состав контроллера ЭЛСИ-ТМ

–      Процессорные модули серии TC

–      Интерфейсные модули серии TN

–      Модули ввода/вывода серии TA

–      Источники питания серии TP

–      Коммутационные панели серии ТК

4.7     Модули ввода/вывода

4.7.1    Модификации

–      Модули аналогового ввода

–      Модули дискретного ввода

–      Модули дискретного вывода

4.7.2   . Модули аналогового ввода

Назначение:

–      Измерение, нормализация и обработка сигналов постоянного тока или напряжения постоянного тока;

–      Проверка и калибровка каналов.

Особенности:

TA 516 8IDC

–      Интеллектуальная предварительная обработка сигналов;

–      Встроенный процессор Pentium 300; оперативная память RAM 128 МБ; Flash-память 128 МБ;

–      2 интерфейса RS-232C;

–      Подключение GPS-приемника.

TA 524

–      Интеллектуальная предварительная обработка сигналов;

–      Формирование напряжения питания датчика 24±2,4 В ;

–      Интерфейс RS-232C;

–      Подключение GPS-приемника.

Таблица 11 – Характеристики модулей аналогового ввода

4.7.1    Модули дискретного ввода

Назначение:

–      Прием сигналов датчиков сигнализации;

–      Сигналы типа "сухой контакт" и "открытый коллектор";

Таблица 12 – Характеристики модулей аналогового ввода

4.7.2    Модули дискретного вывода

Назначение:

–      Формирование сигналов ТУ

Таблица 13 – Характеристики модулей аналогового ввода

4.8     Контроллеры системы ADAM

Контроллеры серии  ADAM фирмы Advantech являются мощной и вполне достаточной базой для построения самых различных распределенных систем контроля, управления и диспетчеризации на самом современном уровне. Существуют контроллеры серии 3000, 4000, 5000, 6000, 7000,  8000. При подробном изучении контроллеров всех серий и модулей для использования в системе были отобраны следующие модули.

4.8.1    ADAM 4080/4080D

Рисунок 13 - 2х-канальный модуль счётчиков/таймеров ADAM_4080/4080D

–      Каналы: 2 независимых 32_битовых счётчика

–      Измеряемая частота: от 5 Гц до 50 кГц

–      Длительность входного импульса: не менее 10 мкс

–      Входы: гальванически изолированные и неизолированные

–      Напряжение изоляции 2500 В

–      Светодиодный цифровой индикатор (ADAM_4080D)

Рисунок 14 – Технические характеристики ADAM-5080

Рисунок 15 – Технические характеристики ADAM-6051

На рисунках ниже приведены справочные данные по модулю ADAM_4080/4080D:

–      схемы расположения и компоновки системы из модулей;

–      схемы подключения питания;

–      схемы подключения напрямую к компьютеру по сопряжению RS-232 и USB;

–      электрические схемы подключения сигнальных шин в различных конфигурациях соединений модулей;

–      справочные данные по параметрам электрических сигналов;

Пользователь найдет здесь любые интересующие его данные по модулям ADAM и схемам их включения в проектируемую систему. Дополнительные данные можно получить в подробном руководстве по модулям ADAM.

Рисунок 16 – Монтирование контроллеров ADAM на DIN-рейку

Рисунок 17 – Подсоединение источника питания

Рисунок 18 – Стандартное подключение контроллеров ADAM к хост устройству

Рисунок 19 – Заземление клеммы INIT

Рисунок 20 – Подключение нескольких модулей

Рисунок 21 - ADAM-4080/4080D Неизолированный вход

Рисунок 22 - ADAM-4080/4080D Изолированный вход

5     Системы связи и передачи данных

Наиболее важным фактором, определяющим принципы построения и выбор состава оборудования является выбор системы связи удаленного оборудования с диспетчерским пунктом.

5.1     Виды систем передач данных

Системы передачи данных или системы технологической связи (далее по тексту - "системы") предназначены для построения территориально распределенных систем сбора данных и управления (систем телеметрии и телемеханики) совместно с внешними логическими устройствами (компьютерами, контроллерами и пр. - для упрощения далее по тексту - "внешние контроллеры"). Данные системы выполняют функцию объединения локальных логических устройств в единую сеть обмена информацией.

Можно разделить все системы передачи информации  на "прозрачные" и "непрозрачные" для внешних контроллеров, а также на системы "с эмуляцией протокола пользователя".

"Прозрачные" системы

В большинстве случаев системы технологической связи строятся либо по принципу "точка-точка", либо по принципу "точка-многоточка", используя последовательный опрос. Этот принцип реализуется, например, в протоколе ModBus, широко используемом в телемеханике. Системы с прозрачным режимом передачи данных идеально отвечают требованиям такого принципа. Связь внешних контроллеров через прозрачные системы осуществляется вне зависимотсти от протокола обмена данными между контроллерами (рисунок 1.2).

Рисунок 23 - "Прозрачные" системы передачи данных

Система для контроллеров равнозначна проводной линии, в которую параллельно подключены все абоненты. При этом принципы обмена данными определяются самими контроллерами.

Преимущества "прозрачных" систем:

–      просто реализуется сеть передачи данных (с помощью использования соответствующего протокола связи);

–      данные передаются вне зависимости от их типа, объема и принципов передачи;

–      при изменении структуры передаваемых данных параметры системы не изменяются.

Недостатки "прозрачных" систем:

–      технически сложны и ненадежны узловые устройства при построении систем с ретрансляцией;

–      затруднено построение сильно разветвленных и линейно-распределенных сетей передачи информации из-за больших задержек при передаче данных;

затруднена диагностика связи между точками, и обрывы связи обнаруживаются уже при задержке информации (например, при отсутствии ответа точки на запрос).

"Непрозрачные" системы

В "непрозрачных" системах между контроллером - передатчиком данных и системой организуется обмен данными по какому-либо условленному протоколу связи, внутри системы происходит передача данных на другой конец по своим собственным законам и алгоритмам, после чего информация отдается контроллеру-приемнику опять же по одному из протоколов связи (см. рисунок 1.3).

Рисунок 24 - "Непрозрачные" системы

В данном типе систем имеют значение и изначально должны быть определены:

–      протоколы связи с внешними контроллерами,

–      объемы передаваемой информации ("маска" базы передаваемых данных),

–      принципы доставки информации ("по запросу", "по инициативе снизу" и пр.).

Преимущества "непрозрачных" систем:

–      возможность построения сильно разветвленных и линейно-распределенных сетей передачи информации с произвольным количеством узлов и ветвей;

–      надежность сохранения передаваемых данных (при невозможности отправки данных в любой точке системы данные сохраняются);

–      высокая гибкость в использовании каналов связи (дублирование, резервирование, последовательное использование различных каналов связи);

–      возможность получения большого объема сервисной информации о работе системы, позволяющей точно и быстро диагностировать неисправности, а иногда и предупреждать их.

Недостатки "непрозрачных" систем:

–      необходимость изменения параметров системы (заложенной программы) при изменении структуры передаваемых данных (количество данных, добавление новых абонентских точек и пр.);

–      сложность в обслуживании (необходим специально обученный программированию системы персонал).

Системы с "эмуляцией протокола пользователя"

Системы с эмуляцией протокола пользователя (см. рисунок 27) имеют промежуточное положение между прозрачными и непрозрачными системами. С одной стороны, связь между внешними контроллерами осуществляется по единому протоколу связи, определяемому самими контроллерами, с другой стороны, в системе происходит перенос протокола пользователя на транспортный протокол-носитель, работающий внутри системы.

Рисунок 25 - Системы с эмуляцией протокола пользователя

Данные системы имеют преимущества прозрачных систем - просты с точки зрения внешнего пользователя. Однако они имеют все достоинства и недостатки непрозрачных систем, т.к. строятся на том же оборудовании и по тем же принципам построения сети, но с помощью использования специального программного обеспечения. Дополнительным недостатком является более медленная доставка сообщений за счет:

–      использования "медленных" внешних протоколов связи (обычно опросного типа),

–      дополнительной задержки на конвертацию протокола внутри системы,

–      отсутствия "избирательности" в передаче запрошенных данных.

Системы с эмуляцией протокола имеют, как описано выше, все достоинства и недостатки непрозрачных систем, но удобны с точки зрения внешнего пользователя за счет:

–      использования стандартных, для внешних контроллеров, протоколов связи,

–      эмуляции "прямой непосредственной" связи между контроллерами.

Оценка применимости описанных систем

С учетом описанных особенностей типов систем передачи данных можно порекомендовать следующее:

Более уместным будет применение "прозрачных" систем технологической связи в следующих системах:

–      в простых системах со структурой связи типа "точка - точка" и "точка - многоточка" с радиальным строением;

–      в системах периодически произвольно изменяемой структурой данных;

–      в "закрытых" системах телеметрии/телеуправления, где используется внутренний нестандартный фирменный протокол обмена данными между контроллерами.

Применять "непрозрачные" системы передачи данных с цифровой ретрансляцией лучше в следующих системах:

–      в сложных по топологии строения сети системах, использующих различные каналы связи на пути от "передатчика" данных к "приемнику" данных;

–      если требуется высокая надежность функционирования системы связи, резервирование каналов связи с автоматическим переходом на резерв и обратно, дублирование информации по разным каналам;

–      при необходимости передачи данных в несколько мест приема информации (избирательно или полностью);

–      при необходимости использования одного канала передачи информации для сбора данных с различных разнородных источников (например, для объединения отдельных систем телемеханики разных объектов);

–      при необходимости наличия полной сервисной информации о работе системы и удаленной диагностики ее составляющих.

Если к требованиям еще и добавляются технологические требования по неизменности протокола обмена между контроллерами (например, в системах коммерческого учета), при одновременной большой территориальной распределенности системы, то будет оптимально применить в системе передачи данных принцип "эмуляции протокола пользователя".

5.2     Системы на основе GPRS-связи

Системы связи на основе GPRS-доступа характеризуются следующими особенностями:

–      организация канала обмена информацией с любыми контроллерами сбора и обработки информации по протоколу ModBus при использовании стандартных OPC-серверов и SCADA-систем;

–      передача технологических параметров с любых объектов;

–      возможность интеграции в систему любых устройств, обменивающихся данными по порту RS232;

–      возможность имитации обычного модема для устройств, работающих с внешним модемом;

–      организации обмена данными в системах с различными устройствами;

–      удлинение порта RS232 в любую точку мира, где есть сервис GPRS.

При этом на диспетчерском пункте должно быть обеспечено постоянное подключение к Интернету.

Принципиально возможно  (если проблемы с подключением) ставить на центре обычный GPRS - модем и договариваться с провайдером о выделении статичного IP-адреса  (в этом случае трафик будет считаться 2 раза).

Программное обеспечение сервера работает с ОРС-сервером и обеспечивает индивидуальные каналы на каждый адрес ModBus.

Таким образом, система «GSM-WEB» самостоятельно обеспечивает работу с GPRS и не требует специальных настроек контроллеров, ОРС-сервера и SCADA-системы. Вся система функционирует так, что имитирует подключение всех контроллеров по СОМ-порту непосредственно к компьютеру с установленным ОРС-сервером.

Использование для передачи информации сервисов сети GSM с использованием GPRS, по сравнению, например, с созданием собственной радиосети, позволяет:

–      во-первых, существенно сократить финансовые затраты на систему телеметрии за счет отсутствия необходимости установки радиостанций и блоков питания к ним, установки и обслуживания антенных опор и оборудования антенно-фидерного тракта; 

–      во-вторых, сократить сроки развертывания системы за счет отсутствия необходимости лицензирования частот и получения разрешений на использование радиостанций;

–      в-третьих, использование сервиса GPRS позволяет существенно удешевить стоимость трафика по сравнению с режимом DialUp. 

Преимущества системы:

–      в центре сбора данных нет необходимости устанавливать GPRS-модем (уменьшение платы за трафик в 2 раза);

–      возможность установки оборудования зависит только от зоны покрытия сотовой связи;

–      SIM-карты на абонентских устройствах могут быть от разных провайдеров (где лучше зона покрытия и качество GPRS);

–      возможность подключения компьютера для выхода в Интернет без дополнительных устройств;

–      дистанционное конфигурирование абонентского контроллера;

–      в случае временного отсутствия услуги GPRS возможно переключение в режим прямого GSM-соединения;

–      система может функционировать без выделения статичного IP-адреса провайдером услуг;

–      альтернативный IP-адрес центра для резервирования канала связи.

5.3     Системы на базе радиомодемов

5.3.1   Оборудование Moscad

Такие решения сегодня предлагает, например, фирма "Элком+" , в основном, в области АСУ ТП. Системы представляют собой программно-аппаратные комплексы на базе программируемых контроллеров (ПЛК) MOSCAD (MOTOROLA). В решениях применяются серии Moscad и Moscad L. Верхний уровень комплексов (программное обеспечение диспетчеров) реализуется на базе SCADA пакета InTouch и других продуктов компании WonderWare. В настоящее время системы содержат следующие решения на базе перечисленных продуктов:

–      система диспетчерского контроля и управления центральными тепловыми пунктами (ЦТП)  в области теплоэнергетики;

–      система диспетчерского контроля за узловыми подстанциями и распределительными устройствами - в области электроснабжения;

–      система линейной телемеханики для управления задвижками нефтепровода - в области транспорта нефти;

–      система линейной телемеханики для управления крановыми площадками газопровода - в области транспорта газа;

–      система кустовой телемеханики - в области нефтедобычи.

Система MOSCAD представляет собой телемеханический комплекс, предназначенный для автоматического сбора, обработки и анализа в реальном масштабе времени параметров технологического процесса и состояния оборудования, а также выдачи и исполнения команд управления технологическими объектами.

В данной системе самим производителем (компанией Motorola) объединены "полевой" контроллер (ПЛК) и система радиосвязи. Основой системы является интеллектуальный терминал MOSCAD RTU.

MOSCAD RTU представляет собой функционально законченные устройства, включающие модули связи с оборудованием КИП, логическую часть, модем, радиостанцию, источник бесперебойного питания. Сердцем контроллера MOSCAD является модуль процессора, обладающий мощными вычислительными, управляющими и коммуникационными возможностями. Контроллер может принимать управляющие решения непосредственно на объекте, основываясь как на локальной информации, так и на информации о системе в целом, полученной от других контроллеров.

Уникальный коммуникационный протокол, разработанный MOTOROLA специально для системы MOSCAD, позволяет использовать при построении сети низкоскоростные, с невысокой степенью надежности (в том числе радиоканал), обеспечивая при этом высокую достоверность передаваемых данных и разрешение сетевых конфликтов на уровне операционной системы.

Модульная конструкция MOSCAD и большой выбор модулей ввода-вывода позволяют сконфигурировать каждый контроллер в соответствии с требованиями Заказчика.

В любой контроллер может загружаться программа преобразования протоколов, которая позволит интегрировать в общую систему как новые, так и существующие "интеллектуальные" датчики, счетчики и измерители.

MOSCAD поддерживает сетевую организацию связи для комплекса телемеханики, распределенного в пространстве с возможностью использования различных каналов связи:

–      радиосвязь;

–      2- или 4-проводные выделенные линии;

–      коммутируемые телефонные линии;

–      каналы микроволновой связи;

–      оптоволоконные каналы; и т.д.

Оптимизирован же MOSCAD для связи по радиоканалу.

Контроллер MOSCAD RTU отличается:

–      высокой надежностью. Наработка на отказ составляет около 140 тыс. часов;

–      устойчивостью к экстремальным условиям эксплуатации. Работа и метрологические характеристики гарантируются при -40...+60 град. С и влажности до 95%;

–      мощной системой передачи данных. Специально разработанный компанией Motorola для телеметрии протокол связи MDLC позволяет быстро и безошибочно передавать данные в ДП с большого количества КП, одновременно проводя управление и диагностику контролируемых пунктов;

–      высокой гибкостью в применении. Конфигурация контроллера и алгоритм работы определяются программой, хранящейся в его энергонезависимой памяти;

–      возможностью удаленного проведения регламентных работ. Обновление ПО, перепрограммирование, тестирование и диагностика оборудования, калибровка датчиков могут производиться дистанционно с диспетчерского пункта.

Мощности системы позволяют строить архитектуру (схему связи объектов и ДП) по любому из известных принципов - "звезда", "цепочка", "дерево", "кольцо" и пр., используя в качестве цифрового ретранслятора данных любой из контроллеров системы.

Модульная, проектно-компонуемая конфигурация контроллера позволяет закрыть по количеству и типу сигналов потребности практически любого объекта, однако при нецелесообразности сведения сигналов в одну точку, как вариант, возможно применение выносных блоков для сбора данных и управления отдельными технологическими установками. Связь блоков с ведущим контроллером осуществляется по интерфейсу RS485 с длиной кабельной линии до 1 км.

5.3.2   Системы на базе радиомодемов Motorola

Одним из вариантов прозрачных систем передачи данных являются системы на базе радиостанций MOTOROLA GM3xxDATA.

Широко известная серия радиостанций GM Professional Radio производства фирмы MOTOROLA включает несколько моделей радиомодемов для передачи данных, выполненных на основе радиостанций GM-300 Professional.

Рисунок 26 - MOTOROLA GM3xxDATA

Интегрированное решение на основе радиостанции и встроенного модема позволили создать простое и в то же время многофункциональное изделие, способное работать в различных системах, где необходима передача небольших объемов данных на значительные расстояния. Применение радио-модемов GM3xxDATA оптимально в системах с организацией связи типа "точка - точка" и "точка - многоточка" с радиальным строением, в том числе в различных системах телеметрии, SCADA, мониторинга и управления подвижными объектами (автотранспорт, грузоперевозки), в составе различных охранных систем.

Радиомодемы серии GM3xxDATA имеют встроенный цифровой модем, позволяющий передавать данные по эфиру со скоростью 9600 бит/с. Модемы GM3xxDATA имеют встроенную коррекцию ошибок и прозрачный протокол передачи данных.

Подключение внешних контроллеров осуществляется через стандартный порт RS-232, который также используется для программирования всех необходимых параметров, таких как: номиналы частот, выходная мощность, порог срабатывания шумоподавителя и т.д. Наличие съемной панели управления позволяет в случае необходимости оперативно переключать рабочие каналы и при наличии ручной тангенты производить голосовую связь с диспетчером на смежной частоте.

Использование в качестве базового оборудования радиостанций MOTOROLA позволило использовать данные модемы в сложных условиях связи:

–      большие расстояния (до 50-70 км),

–      высокий уровень помех,

–      большой уровень ослабления полезного сигнала в антенно-фидерных устройствах (АФУ), что имеет место, например, при большой высоте мачт.

Технические характеристики GM3ххDATA:

–      Диапазон частот VHF:  136-174 МГц UHF: 403-470 МГц

–      Количество каналов  4, 8 или 255 (в зависимости от модели)

–      Шаг канальной сетки  12,5/20/25 кГц

–      Напряжение питания  13,2 В

–      Температура окружающей среды  -30 ... +60 °C

–      Стабильность частоты  ±2*10^-6

–      Габариты  56х176х177 мм

–      Вес  1400 г

Модемы в составе систем передачи данных конструктивно могут быть в составе контроллера телемеханики либо быть выполнены в виде отдельного устройства. В последнем случае оборудование комплектуется бесперебойным источником питания со встроенными аккумуляторными батареями и корпусом настенного типа. Имеется возможность передавать с блока питания на внешний контроллер телесигнализацию о переходе на батарейное питание и разряде батареи (10В, при исходном напряжении 12В). При использовании мачтовых устройств для одновременной работы нескольких радиопередающих систем в близком диапазоне частот станции передачи данных комплектуются полосовыми и режекторными фильтрами для устранения взаимного влияния передатчиков.

5.3.3   Системы на базе радиомодемов DataRadio

Система выполнена на базе высоконадежных радиомодемов производства канадской компании Dataradio. Dataradio - одна из старейших компаний, разрабатывающих и выпускающих радиомодемы для работы в узкополосных каналах УКВ-диапазона. Компания специализируется на разработке и производстве только средств обмена данными по радио, что позволяет ей на протяжении более 10 лет занимать лидирующие позиции в этой области. Созданные специалистами Dataradio устройства работают в составе более 400 действующих систем с общим количеством более 30000 портов практически на всех континентах, включая Антарктиду. В 1997 году модемы Dataradio были использованы в ходе американской научной экспедиции на Марс, где подтвердили свою высокую надежность.

Основу систем составляют радиомодемы T-96SR или Integra-TR, устанавливаемые на контролируемых объектах (КП). В качестве "центральной" (базовой) станции может быть использован как аналогичный модем, так и радиомодем T-Base. В последнем случае кроме передачи данных модемы позволяют производить удаленную диагностику модемов в сети. Такая диагностика не мешает нормальной работе сети и дает следующую информацию:

–      напряжение питания радиомодема;

–      внутреннюю температуру устройства;

–      мощность прямой и обратной волны в фидере;

–      уровень принятого радиосигнала (в dBm).

Радиомодем T-Base может использоваться также в качестве ретранслятора для удаленных объектов, находящихся вне зоны прямой радиовидимости. При этом функции удаленной диагностики сохраняются.

Системы на базе радиомодемов Dataradio являются прозрачными для протокола пользователя. Для связи с внешними контроллерами используется стандартный интерфейс RS232.

Оборудование Dataradio применяется в первую очередь на необслуживаемых объектах с затрудненным доступом, а также в составе систем автоматизации с высокими требованиями к скорости опроса объектов.

Радиомодем Т-96SR

Рисунок 27 - Асинхронный радиомодем T-96SR

Асинхронный радиомодем T-96SR представляет собой "прозрачное" устройство реального времени. Для обмена данными не требуется специального протокола обмена, данные передаются в радиоканал в той последовательности, в которой были приняты радиомодемом от контроллера, терминала или компьютера по интерфейсу RS-232 без искажений и дополнительной обработки.

Радиомодем T-96SR предназначен для построения современных радиосетей сбора данных и удаленного управления стационарными объектами. В составе сложных систем может использоваться совместно с радиомодемом T-Base, применяемым на базовой станции. Работает в симплексном или полудуплексном режиме. Дуплексный режим работы реализуется за счет подключения дополнительного модема через дуплексер. Гибкая архитектура T-96SR позволяет строить радиосети обмена данными практически любого масштаба на базе стандартного однотипного оборудования.

Восьмиканальный радиомодем T-96SR:

–      полностью совместим с семействами радиомодемов RNet 9600, RNet 9600S (Motorola), T-Modem (Dataradio) и DL-3276 (Johnson Data Telemetry);

–      имеет встроенный специализированный приемопередатчик с малым временем доступа к радиоканалу. Обеспечивает асинхронный обмен данными на скоростях 19200, 9600 или 4800 бит/с в каналах с шагом сетки радиочастот 25 или 12,5 кГц;

–      поддерживает работу основных промышленных протоколов, включая ModBus и DNP 3.0;

–      имеющиеся настройки позволяют формировать цифровой ретранслятор из двух радиомодемов;

–      имеет встроенную функцию удаленной диагностики;

–      монтируется на DIN-рейку.

Краткая характеристика:

–      Высокая скорость обмена данными и пропускная способность.

–      Программная настройка выходной мощности.

–      Удаленная диагностика.

–      Управлением потоком данных с использованием сигналов RTS/CTS в полудуплексном или симплексном режимах.

–      Модель T-96SR/F обеспечивает работу со 100% циклом передачи.

–      Технические характеристики*

–      Общие характеристики  УВЧ  ОВЧ

–      Диапазон частот  380-512 МГц  132-174 МГц

–      Рабочее напряжение  10 - 16 В

–      Рабочая температура  -30 град. C до +60 град. C

–      Габаритные размеры  11,4 (Ш) x 8,3 (Г) x 5,4 (В) см

Все рабочие характеристики модема задаются с помощью фирменного программного обеспечения.

Радиомодем Integra™

Рисунок 28 - Асинхронный радиомодем Integra-TR

Integra™ - это малогабаритный модем со встроенным приемопередатчиком. Асинхронный радиомодем Integra-TR представляет собой "прозрачное" устройство реального времени, не требующее сложной настройки. Для обмена данными не требуется специального протокола обмена, данные передаются в радиоканал в той последовательности, в которой были приняты радиомодемом от контроллера, терминала или компьютера по интерфейсу RS-232 без искажений и дополнительной обработки.

Предназначен для построения современных радиосетей сбора данных и удаленного управления стационарными объектами. Имеет встроенный специализированный приемопередатчик с малым временем доступа к радиоканалу. Обеспечивает асинхронный обмен данными на скоростях 19200, 9600 или 4800 бит/с в каналах с шагом сетки радиочастот 25, 12,5 или 6,25 кГц. Поддерживает работу практически всех основных промышленных протоколов.

Модем может работать в одном из трех режимов - прозрачном, пакетном и VIS. При этом режим работы выбирается программно. В "прозрачном" режиме модем обеспечивает работу со скоростью 9600 бит/с (при разносе частот 25 кГц). При минимальном объеме передаваемых служебных данных скорость информационного потока практически равна скорости передачи в канале. В данном режиме модем является идеальным средством для систем с архитектурой "точка - много точек", использующих протоколы опроса.

Integra поддерживает работу в режиме DOX (data-activated transmit), не требующий использование сигнала RTS для управления потоком: передача инициализируется поступлением данных на порт радиомодема. Поддерживает управление сигналом CTS в случаях, когда скорость передачи данных от терминального устройства превышает скорость обмена данными в радиоканале.

Существенным преимуществом данного модема является отсутствие искажений передаваемых данных (bit dribbling). Но это далеко не все. Модем легко настраивается на работу даже с такими специфическими протоколами, как GE Fanuc SMP и Modbus Binary. Модем действительно воспринимается внешними устройствами как обычная проводная линия связи.

При настройке для работы в пакетирующем режиме Integra представляет собой адресуемое устройство, оптимизированное для использования в системах, где платформа сбора данных не имеет собственного адреса или встроенной функции контроля ошибки. При этом остальные функции модема остаются доступными.

Встроенная функция удаленной диагностики позволяет в реальном масштабе времени контролировать состояние устройства (наличие питания, температуру, напряжение, мощность сигнала, наличие соединение с антенно-фидерными устройствами).

Радиомодем Integra™ имеет три режима сбережения энергии (пониженного потребления) для объектов, на которых применяется питание от аккумуляторов или солнечных батарей: режим ожидания (sleep mode), экономичный режим (suspend mode) и режим изменяемой выходной мощности (variable output power mode). В первых двух режимах энергопотребление составляет не более 15 мА. Перевод радиомодема из режима ожидания в рабочий режим занимает не более 100 мс без потери данных. В режиме ожидания радиомодем автоматически с заданной периодичность проверяет состояние радиоканала. Эта уникальная функция обеспечивает не только снижение расходов на содержание системы, но и увеличивает ее ресурс.

Краткая характеристика:

–      Высокая скорость обмена данными и пропускная способность.

–      Работа на каналах с различным шагом сетки радиочастот в полудуплексном или симплексном режимах.

–      Программная настройка выходной мощности.

–      Удаленная диагностика.

–      Три режима энергосбережения.

–      Управление потоком по данным DOX.

–      Управлением потоком с использованием сигналов RTS/CTS.

–      Модель Integra-TR/F обеспечивает работу со 100% циклом передачи.

–      Позволяет строить ретранслятор на базе двух радиомодемов.

–      Имеет два последовательных порта: для передачи данных и настройки.

–      Монтируется на DIN-рейку.

–      Технические характеристики Integra™

–      Рабочее напряжение  10 - 16 В постоянного тока

–      Рабочая температура  -30 град. C до +60 град. C

–      Габаритные размеры  12,1 (Ш) х 11,4 (Г) x 5,6 (В) см

–      Масса (в упаковке)  680 г

5.3.4   SkyLINK-GammaTRACER с дополнительными модулями для передачи данных по радио

Рассматривая зарубежные системы радиационного мониторинга, нельзя кратко не упомянуть о системе SkyLINK, успешно работающей в России на Ленинградской и Балаковской АЭС.  SkyLINK - полностью автономная свободная сеть. В отличие от общедоступных стандартных сотовых систем связи (GSM, DEST, TETRA) SkyLINK - независимая наземная или спутниковая инфраструктура. Поэтому, SkyLINK система может быть использована в зонах, где стандартная сотовая связь не способна обслуживать всю сеть измерения, где создание и обслуживание кабельных коммуникаций связано с большими затратами.

Система SkyLINK предназначена для работы в течение нескольких лет непрерывно на открытом воздухе: компактная и удобная конструкция, герметичность корпуса позволяет разместить ее на местности для долговременной эксплуатации. При сборе данных передатчик SkyLINK производит почасовые сообщения в течение более чем пяти лет без дополнительного сервисного обслуживания и замены элементов питания.

Система SkyLINK обеспечивает предельно высокий уровень качества данных и неограниченную их пригодность. Эти особенности только частично могут быть отнесены к общественным сетям связи. Управление системой SkyLINK может быть выбрано пользователем в соответствии с его практическими требованиями: На основе лицензии (бесплатно) в ISM -диапазоне частот (433,1 - 434 МГц) на официально утвержденной рабочей частоте или в аварийном режиме на резервных BOS-военизированных частотах.

SkyLINK UNF-Module может быть использован с другими измерительными датчиками, отличными от GammaTRACER. При этом возникают новые возможности многофункциональной измеряющей сети в режиме on-line (расстояния 10..100 км или 6...62 мили). Это особенно важно в тех случаях, когда передача данных от датчика должна происходить с минимальным потреблением энергии (при работе в течение нескольких лет без замены элементов питания). Система SkyLINK обладает удивительной способностью потреблять энергию менее чем 0,5 А ч в год.

5.4     GSM-связь и GSM шлюзы

При использовании различных видов связи: сотовой и GPRS, обычной, телефонной по выделенным и/или коммутируемым линиям связи,- всегда возникают проблемы их рационального сочетания и разумного использования (чаще всего с экономической точки зрения). Например, мощные GSM-шлюзы, разрабатываемые компанией Quasar Communication Systems, позволяют существенно снизить стоимость соединений между абонентами сотовой сети и абонентами обычной телефонной сети общего применения (ТфОП).

Как известно, тарифы сотовых операторов на внутрисетевые соединения сотовый-сотовый намного дешевле, чем соединения, в которых один из абонентов не является абонентом сотовой сети. Например, при звонках с мобильного на городской номер, не говоря уже о мобильной международной связи.

Разница в стоимости обусловлена арендой дополнительных каналов между коммутаторами сотовых операторов и ГАТС, а также установкой дополнительного оборудования для сопряжения двух сетей, расходами на дополнительную тарификацию. Необходимость всего этого говорит о том, что в обозримом будущем принципиально невозможно сотовым операторам избавиться от дополнительных расходов, а значит разница между стоимостью внутрисетевых соединений и звонками в город не исчезнет.

Рисунок 29 - Организация связи без использования GSM шлюза

Рисунок 30 - Организация связи с использованием GSM шлюза

GSM шлюзы позволяют уменьшить расходы на мобильную связь на 60% (эта цифра может быть и больше, в зависимости от тарифов местных операторов сотовой связи). Сокращение расходов происходит за счет сокращения количества соединений сотовый - городской номер, и использования вместо них соединений сотовый-сотовый, при этом разница особенно заметно при использовании корпоративных тарифов или "любимых" номеров. Таким образом, обладатель GSM шлюза получает возможность звонить в город по самому дешевому из предлагаемых оператором тарифу.

GSM шлюз может быть установлен как в офисе или производственном помещении, так и дома для личного пользования. В шлюз устанавливается стандартная SIM карта и для сотовой сети он становиться одним из обычных мобильных абонентов. Соединительная линия шлюза (одна или несколько) подключаются к офисной АТС или непосредственно к шлюзу городской АТС.

Наиболее выгодно применять GSM шлюзы в организациях имеющих сотрудников, работа которых связана с передвижением вне офиса и потребности быть на связи. При организации временных офисов прокладка кабеля, к которым экономически не выгодна на небольшой срок, или же затруднена ввиду удаленности или рельефа местности.

Операторы сотовой сети, используя GSM шлюзы, могут отказаться от услуг проводных провайдеров и предоставлять своим клиентам прямой доступ в сеть, что позволит предлагать новые услуги и сервисы, а также новые существенно более выгодные тарифы корпоративным клиентам.

Используя GSM шлюзы CelluLink становиться возможным:

–      предлагать новые, значительно более дешевые тарифы корпоративным клиентам, предоставляя не только дешевую связи сотовый-сотовый, но и комплексное решение для организации связи для компаний путем подключения офисной АТС клиента не через посредника - проводного оператора, а на прямую в сотовую сеть;

–      установив в шлюз SIM карту с фиксированным безлимитным тарифом снизить стоимость всех исходящих (из офиса) соединений с мобильными сотрудниками, (а также со всеми абонентами сети) до стоимости этой SIM карты. А стоимость вызовов от мобильных сотрудников в офис снизить до тарифа сотовый-сотовый;

–      передача SMS сообщений с мобильного телефона сотрудника компании в офис на стационарный ISDN телефон с дисплеем (при установке шлюза с интерфейсом ISDN BRI). При использовании шлюза с аналоговой СЛ, SMS можно передавать на подключенный к шлюзу компьютер;

–      возможность с мобильного телефона осуществлять междугородние вызовы через любого альтернативного оператора, соединяясь с ним через ТфОП.

5.5     GSM/GPRS-модем Siemens

GSM/GPRS-модем Siemens MC35i Terminal выгоден там, где требуется наладить протяженный канал связи для передачи малых объемов информации. Тянуть провода в этом случае слишком накладно. Радиомодемы тоже не всегда спасают положение — их использование в городских условиях зачастую проблематично.

Уже сложившаяся сфера применения Siemens MC35i Terminal весьма широка. В частности, это всевозможные системы телеметрии — удаленного сбора данных. Скажем, в городском коммунальном хозяйстве на базе Siemens MC35i Terminal возможна организация сбора данных от приборов учета расхода холодной и горячей воды, газовых и электрических счетчиков. Еще примеры: управление торговыми автоматами и банкоматами, аппаратура оповещения о сложившихся аварийных ситуациях на газо- и нефтепроводах. Передачей данных по сотовой связи активно пользуются и сети автозаправочных станций. Список был бы неполным без охранных систем — на объектах недвижимости Siemens MC35i Terminal применяют для передачи тревожных сигналов. Словом, применение Siemens MC35i Terminal найдется практически в любой «распределенной» системе контроля, управления и диспетчеризации.

Прочный корпус Siemens MC35i Terminal служит надежной защитой от внешних воздействий, так что модем уверенно работает в очень жестких условиях эксплуатации: при экстремально низких или высоких температурах, сильном запылении или задымлении, вибрации и т.д. Приведем только некоторые нестандартные примеры на основе модема Siemens MC35i Terminal.

5.5.1   Технические характеристики Siemens MC35i Terminal GSM/GPRS-модема, работающего в режиме постоянного подключения

Терминал MC35i, разработанный в первую очередь для сегмента M2M «машина-машина», находится в режиме постоянного подключения и обладает возможностями высокоскоростной передачи данных.

Надежное двухдиапазонное GSM-устройство с поддержкой стандарта GPRS класса 8 может использоваться для различных целей:

–      .. мобильный доступ в интернет

–      .. системы управления дорожным движением и навигации

–      .. телесервис

–      .. логистика

–      .. системы безопасности

–      .. торговые автоматы

–      .. дистанционный контроль

–      .. дистанционное управление

С помощью стандартизованных интерфейсов можно легко подключить терминал MC35i к различным устройствам с использованием технологии plug & play, что позволяет сократить сроки и стоимость разработки продуктов.

Другим преимуществом является то, что терминал уже получил одобрение R&TTE и GCF, а также сертифицирован в России, и ему присвоена маркировка Е (необходимая для установки на транспорте в Европе).

Наиболее важные функциональные возможности терминала MC35i:

–                Работа в двух диапазонах GSM (900/1800 МГц) и GPRS класса 8

–       Поддержка канала управления широковещательной передачей пакетов (PBCCH)

–       Широкий диапазон входного напряжения

–       Стандартизованные интерфейсы

–       Интегрированный держатель SIM-карты

–       Набор инструментов для SIM-приложений

–       Расширенный набор АТ-команд для промышленных приложений

Технические характеристики

Основные:

–      .. Диапазоны частот: EGSM 900 и GSM 1800 МГц

–      .. Соответствует фазе GSM 2/2+

–      .. Выходная мощность: – Класс 4 (2Вт) для EGSM 900 МГц – Класс 1 (1Вт) для GSM 1800 МГц

–      .. Управление AT-командами

–      .. SIM Application Toolkit

–      .. Интерфейс RS232 с поддержкой режима Multiplex

–      .. Режим энергосбережения

–      .. Диапазон напряжения питания 8 – 30В

–      .. Габариты: 65х74х33 мм

–      .. Вес: 130г

–      .. Допустимая температура окружающей среды: -20°C – +55°C

Передача данных

–      .. GPRS класс 8 (до 85,6 Кбит/с)

–      .. Полная поддержка PBCCH

–      .. Подвижная станция GPRS, класс B

–      .. CSD до 14,4 Кбит/с

–      .. USSD

–      .. Непрозначный режим

–      .. V.110

–      .. Схемы кодировки CS1, 2, 3, 4

Факс

–      .. Группа 3, класс 1, 2

SMS

–      .. Point-to-point MO и MT

–      .. SMS cell broadcast

–      .. Текстовый и PDU формат

Аудио

–      .. Half rate (HR)

–      .. Full rate (FR)

–      .. Enhanced full rate (EFR)

–      .. Основные hands-free операции – подавление эха – шумоподавление

Дополнительные

–      .. Телефонная книга

–      .. Конференцсвязь

–      .. Переадресация вызовов

–      .. Часы с двухзонным представлением времени

–      .. Управление звуковыми предупреждениями

–      .. Несколько тоновых сигнала вызова

–      .. DTMF (двухканальный многочастотный набор номера)

Интерфейсы

–      .. Разъем для блока питания

–      .. Аудио интерфейс телефонной трубки

–      .. Считыватель SIM-карты

–      .. Антенный коннектор FME (штырь)

–      .. 9-контактное гнездо SUB-D последовательного интерфейса V.24/V.28

–      .. Светодиод рабочего состояния

5.5.2   Примеры применения

«Умный дом» на базе системы Siemens MC35i Terminal

В новой линейке оборудования для умного дома Siemens MC35i Terminal применен в качестве модуля, который подключается к центральному контроллеру и позволяет удаленно управлять системой и всем домом, а также оповещать о срабатывании сигнализаций, событий.

С помощью системы реализуется управление следующими домашними системами:

–      Освещение

–      Энергоснабжение

–      AV-техника

–      Климатическая техника

–      Система сигнализации, предотвращения затопления и протечек воды, канализации

–      Система сигнализации и предотвращения утечек газа

–      Электродвигатели

–      Хозяйственные системы — полив растений, подача воды и проч.

–      Система безопасности и доступа

–      GSM-cигнализация охранная и пожарная

–      Система управление функциями системы

В рамках данной системы сотовый терминал Siemens MC35i Terminal позволяет реализовать следующие функции:

GSM cигнализация охранная

–      мультизонная охрана

–      одновременно включена функция экономии электроэнергии

–      управление с пульта

–      оповещение о срабатывании и состоянии на удаленные сотовые телефоны

–      снятие и постановка с охраны с удаленного сотового телефона

GSM сигнализация пожарная

–      мультизонная охрана

–      управление с пульта

–      оповещение о срабатывании и состоянии на удаленные сотовые телефоны

–      снятие и постановка с охраны с удаленного сотового телефона

GSM управление всеми функциями системы

–      удаленное включение освещения

–      удаленное включение отопления

–      удаленное управление кондиционерами

–      удаленное включение электроприборов

–      удаленное управление доступом

–      удаленный запуск сценариев

–      удаленная постановка и снятие с охраны

Организация сбора данных с газовых счётчиков

Основным полем деятельности в этом варианте является проектирование, монтаж и обслуживание газового оборудования:

–      узлы учета газа

–      узлы учета тепла (теплоцентры)

–      автоматика контроля загазованности

В рамках проектов Siemens MC35i Terminal используется для подключения корректоров газа на узлах учёта газа на объектах города и области, для удобства съёма и передачи информации на диспетчерские пульты — обслуживающей и инспектирующей организаций.

6     Обзор, выбор среды и разработка программного обеспечения

6.1      Современные SCADA-системы

SCADA сокр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор данных. Под термином SCADA понимают инструментальную программу для разработки программного обеспечения систем управления технологическими процессами в реальном времени (АСУ ТП) и удаленного сбора данных (телемеханика). Реже термин SCADA-система используют для обозначения программно-аппаратного комплекса сбора данных (телемеханического комплекса).

6.1.1   Основные задачи, решаемые SCADA-системами:

–      Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, т.е. с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.

–      Обработка информации в реальном времени.

–      Отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме (HMI сокр. от англ. Human Machine Interface — человеко-машинный интерфейс).

–      Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

–      Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

–      Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

–      Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.

–      Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т.д.)

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределенной архитектуре (DCS сокр. от англ. Distributed Control System — распределённая система управления).

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogiс. Некоторые прозводители объединяют в единый программный комплекс возможности SCADA и MES систем.

Термин SCADA эволюционировал вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами понимали любые программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. В 90-х годах термин SCADA больше используется для обозначения только программной части АСУ ТП. В некоторых странах синонимом термина SCADA является HMI, хотя данный термин сужает функциональные возможности SCADA-систем.

В России больше распространены SCADA-системы отечественного производства.

6.1.2    Отечественные SCADA-системы

–      SCADA и MES-система InfinitySuite

–      SCADA и SOFTLOGIC-система Trace Mode

–      SCADA-система СТАТУС-4

–      SCADA-система СПРИНТ

–      SCADA-система MasterSCADA

–      SCADA-система Круг 2000

–      SCADA/HMI DataRate - программный продукт класса HMI (Human-Machine Interface)

–      SCADA-система КАСКАД

–      SCADA-система LanMon-3

6.1.3    Зарубежные SCADA-системы

–      SCADA -система RealFlex

–      SCADA/HMI-система InTouch

–      Siemens SIMATIC WinCC

–      SCADA/HMI-система GENESIS32

–      SCADA/HMI-система I_Fix

–      SCADA-система Citect

–      Proficy HMI SCADA Cimplicity

–      SCADA-система RealFlex

–      Winlog SCADA software

–      SCADA-системы компании Motorola: MOSCAD, ACE-3600

6.2      Технологии COM, ActiveX и OPC

COM (англ. Component Object Model — Объектная Модель Компонентов; произносится как [ком]) — это технологический стандарт от компании Microsoft, предназначенный для создания программного обеспечения на основе взаимодействующих распределённых компонентов, каждый из которых может использоваться во многих программах одновременно. Технология воплощает в себе идеи полиморфизма и инкапсуляции объектно-ориентированного программирования. Технология COM в принципе является универсальной и платформо-независимой, но закрепилась в основном на операционных системах семейства Windows. В современных версиях Windows COM используется очень широко. На основе COM также было создано множество других стандартов: OLE Automation, ActiveX, DCOM, COM+.

6.2.1    История COM

Стандарт COM был разработан в 1993 году компанией Майкрософт как основа для развития технологии OLE. Технология OLE 1.0 уже позволяла создавать т. н. «составные документы» (англ. compound documents): например, в пакете Microsoft Office эта технология позволяла включать диаграммы Microsoft Excel в документы Microsoft Word). Стандарт же COM должен был унифицировать процесс создания, внедрения и связывания таких внедряемых объектов, а также стандартизировать разработку приложений, использующих внедряемые объекты.

6.2.2    Путаница в названиях

В 1996 году Майкрософт попыталась переименовать технологию OLE в ActiveX, но это удалось лишь частично. Например, технология OLE позволяла создавать так называемые элементы управления OLE (англ. OLE Controls, или OCX) — повторно используемые элементы пользовательского интерфейса, которые были построены на стандарте COM. Эти элементы управления OLE были переименованы в элементы управления ActiveX (англ. ActiveX controls), хотя расширение файлов «.ocx» за ними осталось. Затем Майкрософт стала активно продвигать ActiveX в Интернет, включив поддержку элементов ActiveX в свой популярный браузер Internet Explorer. В результате название OLE осталось только за технологией составных документов и локальных внедряемых объектов. А сетевые OLE-объекты стали называть по-новому — ActiveX.

Некоторая путаница между понятиями OLE и ActiveX сохраняется и до сих пор, но речь идёт об одних и тех же COM-технологиях. Причём, иногда даже путают понятия OLE и COM. Так, внедряемые OLE-объекты иногда называют COM-объектами, а OLE-контейнеры COM-контейнерами, и т. п.

6.2.3   Принципы работы COM

Основным понятием, которым оперирует технология COM, является COM-компонент. Программы, построенные на технологии COM, фактически не являются автономными программами, а представляют собой набор взаимодействующих между собой COM-компонентов. Каждый компонент имеет уникальный идентификатор (GUID) и может одновременно использоваться многими программами. Компонент взаимодействует с другими программами через COM-интерфейсы — наборы абстрактных функций и свойств. Каждый COM-компонент должен, как минимум, поддерживать стандартный интерфейс «IUnknown», который предоставляет базовые средства для работы с компонентом.

Windows API предоставляет базовые функции, позволяющие использовать COM-компоненты. Библиотеки MFC и, особенно, ATL/WTL предоставляют гораздо более гибкие и удобные средства для работы с COM. Библиотека ATL от Майкрософт до сих пор остаётся самым популярным средством создания COM-компонентов. Но, зачастую, COM-разработка остаётся ещё довольно сложным делом, программистам приходится вручную выполнять многие рутинные задачи, связанные с COM (особенно это заметно в случае разработки на C++). Впоследствии (в технологиях COM+ и особенно .NET) Майкрософт попыталась упростить задачу разработки COM-компонентов.

6.2.4    Развитие COM

Выпущенная в 1996 году технология DCOM (англ. Distributed COM — распределённая COM) основана на технологии DCE/RPC (разновидности RPC) и является развитием COM. DCOM позволяет COM-компонентам взаимодействовать друг с другом по сети. Главным конкурентом DCOM является другая известная распределённая технология — CORBA.

В составе Windows 2000 была выпущена технология COM+, которая расширяла возможности разработчиков COM-компонентов, предоставляя им некоторые готовые услуги, например:

–      улучшенную поддержку потоков;

–      доступ к контексту, в котором выполняется компонент (например, компоненты, используемые в ASP, могут с этой возможностью получить доступ к внутренним объектам той страницы, на которой они выполняются).

COM+ объединяет компоненты в так называемые приложения COM+, что упрощает администрирование и обслуживание компонентов. Безопасность и производительность — основные направления усовершенствований COM+. Некоторые идеи, заложенные в основу COM+, были также реализованы в Microsoft .NET.

6.2.5    .NET и будущее COM

В 2002 году была официально выпущена платформа Microsoft .NET, которая на сегодняшний день объявлена Майкрософт рекомендуемой основой для создания приложений и компонентов под Windows. По этой причине в .NET включены и средства, позволяющие обращаться к компонентам COM из приложений .NET, и наоборот. По словам представителей Майкрософт, COM (точнее, COM+) и .NET являются отлично взаимодополняющими технологиями. Также известно, что Windows Vista построена с использованием технологий .NET и COM+.

6.3      OPC-сервер

6.3.1    Общие положения

OPC-сервер (OLE for Process Control) — программная технология на базе Windows-технологий (OLE, ActiveX, COM/DCOM), предоставляющая единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами.

OPC-клиент. Правила игры заданы - OPC-сервер поставляет данные, OPC-клиент их потребляет. Этим определяется вторая категория пользователей спецификаций OPC - к ней относятся прежде всего те, кто реализует программное обеспечение более высокого уровня, например поставщики SCADA-пакетов или чего-то близкого по назначению.

Что же требуется от производителя “верхнего” ПО, если он задумал обеспечить свой продукт стандартным интерфейсом? Как и в предыдущем случае, ему надо получить нужную спецификацию и прилагаемые программные компоненты. Затем он должен изучить COM-интерфейсы тех COM-объектов этой спецификации, которые относятся в ней к модели OPC-клиента, и только после этого посадить за Visual Studio достаточно опытного программиста, чтобы тот с помощью ATL-библиотеки реализовал требуемые интерфейсы, а значит, и OPC-клиент для Custom-интерфейса. Можно использовать Visual Basic или, скажем, Delphi, и тогда будет создан OPC-клиент для интерфейса автоматизации (если она предусмотрена для данной спецификации). По-прежнему сэкономить на квалификации программиста помогает Toolkit.

Остальные потребители собирают системы из OPC-серверного оборудования и соединяют его с OPC-клиентным ПО. Главный фокус здесь - каждому OPC-серверу найти OPC-клиента и наоборот. Очень часто чего-то из них не хватает, и тогда не исключена вероятность перехода потребителя в категорию изготовителей, но чаще заказчиков OPC-продукции.

Чтобы лучше почувствовать, что такое OPC, рассмотрим подробнее главный по большому счету стандарт Data Access (DA), предназначенный для поставки оперативных данных от оборудования и/или к оборудованию (термин ОРС часто используют как синоним ОРС DA). Для DA реализованы спецификации как пользовательского интерфейса, так и интерфейса автоматизации. В качестве функционального интерфейса последний ничем не отличается от пользовательского, за исключением того, что не позволяет одновременно работать с несколькими OPC-серверами и к нему добавлен упомянутый выше COM-интерфейс IDispatch, обязательный в OLE Automation. Это позволило OPC Foundation издать “обертку” (wrapper) в виде dll, преобразующую один интерфейс в другой. Таким образом, разработчик ОРС-сервера заботится только о Custom-интерфейсе, а если клиент предпочитает интерфейс автоматизации, он использует эту библиотеку в качестве переводчика.

В 2003 году выпущена спецификация OPC DA версии 3.0.

Более интересно рассмотреть, с чем работает DA. Основной единицей данных в OPC является переменная (Item). Переменная может быть любого типа, допустимого в OLE: различные целые и вещественные типы, логический тип, строковый, дата, валюта, вариантный тип и т. д. Кроме того, переменная может быть массивом.

Каждая переменная обладает свойствами. Различаются обязательные свойства, рекомендуемые и пользовательские. Обязательными свойствами, понятно, обязана обладать каждая переменная. Это, во-первых, текущее значение переменной, ее тип и права доступа (чтение и/или запись). Во-вторых, очень важные свойства - качество переменной и метка времени. Технология OPC ориентирована на работу с оборудованием, а оборудование может давать сбои, так что корректное значение переменной не всегда известно OPC-серверу, о чем и уведомляется клиент через качество (хорошее/плохое/неопределенное и дополнительная информация). Метка времени сообщает о том, когда переменная получила данное значение и/или качество. Еще одним обязательным свойством является частота опроса переменной OPC-сервером, хотя его можно было бы и не относить к обязательным, так как не все OPC-серверы работают в режиме опроса оборудования. Последнее из обязательных свойств - описание переменной. Это строковое значение, содержащее информацию для пользователя о том, что представляет собой эта переменная.

Дополнительные свойства необязательны для OPC-сервера. Это, например, диапазон изменения (выход за границы диапазона должен специальным образом обрабатываться клиентом) и единица измерения. Есть перечень рекомендуемых свойств, но можно добавить и свои собственные, то есть пользовательские.

Существует три основных способа получения OPC-клиентом данных от OPC-сервера: синхронное чтение, асинхронное чтение и подписка. При синхронном чтении клиент посылает серверу запрос со списком интересующих его переменных и ждет, когда сервер его выполнит. При асинхронном чтении клиент посылает серверу запрос, а сам продолжает работать. Когда сервер выполнил запрос, клиент получает уведомление (через интерфейс соответствующего COM-объекта, реализованного в клиенте!). И, наконец, в случае подписки клиент передает серверу список интересующих его переменных, а сервер затем регулярно присылает клиенту информацию об изменившихся переменных из этого списка (опять же через интерфейс соответствующего COM-объекта клиента!). Эти списки в терминологии OPC называются группами. Каждый клиент может поддерживать одновременно много групп с разной скоростью обновления.

Запись данных ничем не отличается от чтения, за исключением того, что нет записи по подписке.

Технология OPC регламентирует только интерфейс между OPC-клиентами и OPC-серверами (как и положено в технологии клиент-сервер, допускаются множественные подсоединения). И она абсолютно не регламентирует способ получения этих данных от оборудования! Разработчик сам определяет, где и как их брать. Но тем не менее есть некоторые разумные, с точки зрения разработчиков OPC, модели взаимодействия с оборудованием. Для их рационального обслуживания предлагаются соответствующие механизмы. Например, можно попросить OPC-сервер получать данные не напрямую, а извлекать их из своего внутреннего буфера (кэша). Разумеется, если сервер не делает кэширования, он вправе эту просьбу проигнорировать.

Переменные в OPC-сервере могут быть представлены либо в виде простого списка, либо в виде дерева, напоминающего дерево файлов на диске (только вместо термина “папка” в OPC говорят “ветвь”). И есть соответствующие интерфейсы для навигации по этому дереву, позволяющие, в частности, в любой момент запросить дерево переменных, поддерживаемых OPC-сервером. Если оборудование допускает, дерево может изменяться динамически. Впрочем, если быть до конца точными, интерфейс для просмотра дерева объявлен в OPC-спецификации как необязательный. Тем не менее он настолько удобен, что практически все OPC-серверы его реализуют.

Кроме того, есть механизм оповещения о завершении работы OPC-сервера, запроса информации о самом сервере и списка зарегистрированных групп. В общем, разработчики OPC-спецификаций предусмотрели многое для облегчения организации взаимодействия поставщика данных (OPC-сервера) и потребителя данных (OPC-клиента). Однако цель этого раздела - описание не DA-интерфейсов, а того, как OPC ориентируется именно на работу с оборудованием, в частности на обмен данными.

6.3.2    Инструментарий

Как уже было сказано, чтобы создать OPC-сервер или OPC-клиент, нужно только взаимодействие с OPC Foundation (получить OPC-спецификации) и Microsoft (купить Visual C++ и пр.). Но очень много сложных вопросов придется решить при программировании OPC-интерфейсов.

Во-первых, само программирование COM не такое уж незатейливое, даже с применением ATL. Есть над чем подумать. Во-вторых, сами OPC-объекты и их OPC-интерфейсы достаточно сложны и громоздки. Так что придется потрудиться. И, в-третьих, надо решить вопросы системного уровня, затрагивающие фабрики класса (новый COM-термин!), заглушки и заместители, апартаменты (новый COM-термин!), асинхронный обмен, многозадачность, синхронизацию, память+ Кстати, проблема памяти весьма актуальна, так как в COM допускается (и сплошь и рядом в OPC используется) выделение памяти в сервере, а удаление ее возлагается на клиент. Малейшая неточность - и пойдут трудно устранимые утечки памяти. А поскольку OPC-сервер обычно должен работать стационарно, рано или поздно происходит крах системы.

Всего этого можно избежать, если воспользоваться специальным инструментарием разработчика. Есть достаточно много фирм, которые реализацию OPC-спецификаций избрали своим бизнесом. Они в той или иной степени уже “наступили на все грабли” и предлагают средства, позволяющие более-менее безопасно и легко создавать OPC-продукцию.

Типичный инструментарий представляет собой библиотеку, состоящую из OPC-объектов выбранной спецификации. Разработчику же, например, OPC-сервера предлагается некий набор вызовов, достаточно простых (read, write), которые необходимо “прицепить” к своему оборудованию для доступа к его данным. Для тех, кто знает объектное программирование, заметим, что эти функции могут быть реализованы как виртуальные функции некоторого класса, их нужно перегрузить в своем приложении.

6.3.3    OPC и интеграция

Теперь настало время взглянуть на OPC с точки зрения главной темы статьи. На рисунке представлена схема, иллюстрирующая возможные области применения OPC-серверов в АСУ предприятия. Мы различаем несколько уровней управления:

–      нижний уровень - полевые шины (fieldbus) и отдельные контроллеры;

–      средний уровень - цеховые сети;

–      уровень АСУ ТП - уровень работы систем типа SCADA;

–      уровень АСУП - уровень приложений управления ресурсами предприятия.

Каждый из этих уровней может обслуживаться OPC-сервером, поставляя данные OPC-клиенту на более высоком уровне или даже “соседу”.

6.3.4    Возможные области применения OPC-серверов в АСУ предприятия

Если имеется оборудование, например плата АЦП, управляемая через драйвер на компьютере с Windows или другой ОС, поддерживающей COM/DCOM, то это самый главный кандидат на реализацию OPC-сервера непосредственно поверх драйвера.

Замена устройства не потребует изменения остальных приложений: драйвер изменяется, но OPC-интерфейс поверх него остается прежним.

При наличии устройства, управляемого через какой-нибудь сетевой протокол, вполне возможна реализация OPC-сервера, получающего данные по этому протоколу. Единственная особенность - следует предусмотреть механизмы восстановления связи в случае сбоев.

Несколько более сложной будет схема при работе управляющих приложений на компьютере, не поддерживающем COM/DCOM. В этом случае применим двухкомпонентный OPC-сервер. На стороне ОС, не поддерживающей COM, устанавливается сетевой модуль, который, с одной стороны, связан с приложением(ями), а с другой - через сеть с OPC-сервером. Заметим, что сетевой модуль может быть стандартным, как, например, ISaNet в системе ISaGRAF. В этом случае необходимо разработать только OPC-сервер. По такому принципу функционирует OPC-сервер ISaGRAF фирмы “РТСофт” (www.rtsoft.ru). Иногда сетевой модуль создается специально для OPC-сервера. Возможна даже реализация, при которой этот модуль не ориентирован на конкретное приложение, а предоставляет некоторый API-интерфейс для любых приложений, желающих обслуживаться с помощью OPC. Так действует OPC-сервер для операционной системы OS-9, также разработанный в “РТСофт”.

Еще одна разновидность OPC-сервера - шлюз к сети полевой шины, такой, как Profibus или Lonworks. Реализация этой схемы очень похожа на предыдущие случаи. Скорее всего, на компьютере с ОС Windows будет установлен адаптер fieldbus-сети, а OPC-сервер будет взаимодействовать с этой сетью через драйвер адаптера. В Internet можно найти немало таких примеров.

Идея подобной схемы достаточно очевидна. Сеть полевой шины работает в жестком реальном времени, а OPC предоставляет менее требовательный шлюз к этой сети из приложений более высокого уровня.

Можно назвать много других мест применения OPC: для работы с базами данных в качестве вспомогательных или промежуточных OPC-серверов и т. д. Возможности для фантазии безграничны. Одну такую фантазию хотелось бы описать. Технология DCOM, как уже говорилось, не очень пригодна для глобальных сетей. Поэтому для привлечения к OPC-технологии Internet-технологий можно набросать такой путь. Расширение Web-сервера является OPC-клиентом, собирающим данные от OPC-серверов. А на стороне клиентов запускается динамическая html- или xml-страница, получающая данные от этого Web-сервера. Ее можно сделать даже OPC-сервером для других приложений.

Полезность применения OPC с точки зрения интеграции достаточно прозрачна и вытекает из самой сути OPC. Это стандарт на интерфейс обмена данными с оборудованием. Первое преимущество - если вы заменяете какой-нибудь компонент, то нет нужды корректировать другое ПО, так как даже при замене драйвера поверх него работает OPC. Второе - если вы хотите добавить в систему новые программы, нет необходимости предусматривать в них драйверы устройств, кроме OPC-клиента, разумеется. Ну и так далее.

6.3.5    Состояние дел

До сих пор мы описывали технологию и ее возможности. А каково же состояние дел с ее внедрением?

Идеальной была бы следующая картина. Все в мире признают OPC своим стандартом. При этом поставщики оборудования, в том числе полевых шин, снабжают выпускаемые продукты OPC-серверами, а поставщики программ для систем управления делают собственные продукты OPC-клиентами и во многих случаях еще и OPC-серверами. При этом и те и другие реализуют все спецификации и поддерживают все интерфейсы OPC. А все производители операционных систем встраивают в свои ОС технологии COM/DCOM, а также предоставляют сервисный инструментарий как для него, так и для OPC. И при этом все делается на высоком профессиональном уровне и очень грамотно рассказывается сборщикам систем, как это все собирать и конфигурировать. Вот тогда вопрос обмена данными в системах автоматизации можно было бы считать закрытым.

Но пока положение дел несколько иное. В настоящее время общепризнанным стандартом является только спецификация DA OPC, а остальные спецификации только начинают завоевывать себе место под солнцем. Не все спецификации завершены, по крайней мере, с точки зрения интерфейса автоматизации (например, для ОРС-Batch уже существует версия 2.0 custom-интерфейса, и только 1.0 - для интерфейса автоматизации. Для некоторых других спецификаций тоже существует отставание интерфейсов автоматизации от custom-интерфейсов; для ОРС Security спецификации на интерфейс автоматизации вообще не существует).

Соответственно широкое распространение получил лишь стандарт OPC DA. Можно сказать, что сейчас действительно очень многие производители снабжают свои продукты OPC DA серверами. Чего нельзя сказать о других спецификациях.

Среди программ высокого уровня аналогичная картина. Спросом пользуется лишь OPC DA. Все известные нам SCADA-продукты являются OPC-клиентами, например Wonderware InTouch, CiTect (Ci Technologies), а многие из них и OPC-серверами (в частности, CiTect). Другое ПО подвержено влиянию OPC в гораздо меньшей степени.

Из операционных систем технологию COM/DCOM поддерживают следующие:

–      все Windows, начиная с Windows 95. Это обеспечивается самой компанией Microsoft;

–      большинство Unix-подобных ОС, включая Linux; поддерживается фирмой GE Software;

–      ОС реального времени VxWorks; обеспечивается фирмой-разработчиком WindRiver; имеется поддержка OPC, встроенная в систему разработки Tornado.

В других операционных системах, насколько нам известно, поддержки COM/ DCOM нет. Это не очень отрадный факт, поскольку разработчиков систем автоматизации в первую очередь интересуют ОС реального времени.

6.3.6    Перспективы

Итак, в настоящее время картина далеко не идеальна. Еще довольно много оборудования и ПО не охвачено OPC-технологиями. Даже технологией DA. Но нам представляется, что сейчас в мире налицо некий бум OPC, по крайней мере, в отношении опять же DA. Думается также, что Microsoft рано или поздно доведет все до желаемого уровня по всем направлениям. Тем более что альтернативных вариантов пока нет. Мы имеем в виду не COM/DCOM, а именно спецификации на обмен технологическими данными. Поскольку для COM/DCOM замена как раз имеется - CORBA. Это действительно изначально платформно-независимая технология взаимодействия приложений. Но это не обмен технологическими данными, реализующий более высокий уровень абстракции. Кстати, заметим, что на рынке имеются OPC-шлюзы к CORBA (это возможно, как и к любому другому протоколу).

6.3.7    Заключение

Технология OPC предлагает стандарты для обмена технологическими данными, в которые заложены самые широкие возможности. Учитывая большой авторитет вовлеченных в данную деятельность фирм, можно ожидать, что технология OPC будет набирать силу. Это перспективная технология для интеграции разнородных систем. Хотя процесс становления еще далеко не завершен и есть много проблем, которые предстоит решить.

7     Разработка функциональных схем и экспериментальная проверка системы

7.1      Функциональная схема системы АСТРК-СХК

Обобщая все вышеприведенное, можно предложить следующую функциональную схему системы АСТРК-СХК (рисунок 36). Датчики через контроллеры, например, типа ADAM (фирмы Advantech) непосредственно или через преобразователи интерфейсов RS-485 – RS-232 проключаются на модемы (обычный проводной модем и/или GSM-модем). В диспетчерских пунктах информация через подключенные через сопряжение RS-232 непосредственно к ПЭВМ модемы (также обычный проводной модем и/или GSM-модем) поступает в программную среду обработки данных, архивирования, протоколирования, подготовки отчетов и т. п.

Рисунок 31 - Функциональная схема системы АСТРК-СХК

Проблема выбора структуры и типа контроллеров подробно обсуждается в разделах 4 и 5. Здесь только отметим, что при минимизации числа датчиков и функций, выполняемых в среде нижнего уровня, контроллер может иметь минимальную конфигурацию, вплоть до одного-двух модулей ввода-вывода сигналов. Расширение количества датчиков и функций потребует включения в состав устройств на нижнем уровне процессоров для предварительной обработки информации, логических контроллеров, устройств сопряжения и конфигурирования, блоков питания, конструктивов, специальных модемных блоков для данного контроллера и т. п. Кроме того, такое расширение потребует принципиально другого программного обеспечения с передачей на нижний уровень ряда важных функций, вплоть до автономной работы этого узла.

Очевидно, что более детально это множество вопросов может быть изучено и решено на стадии рабочего проектирования, экспериментального исследования ряда схем структуры системы и разработки программного обеспечения.

Рисунок 32 – Аналог схемы доступа в системе с GSM-модемом

Рисунок 33 - Схема системы с каналами GSM-связи и с проводными модемами

7.2     Принцип работы схемы

Рисунок 34 – Принципиальная схема системы сбора информации  с удаленных точек контроля