Курс лекций по дисциплине «Использование ВЕБ технологий в системах автоматизации» (стр. 1 )

Курс лекций по дисциплине «Использование ВЕБ технологий в системах автоматизации».

Лекция 1. Аннотация: рассматриваются современные распределённые АСУТП, их структура, обмен информацией. Определеня ряд понятий Интернет технологий. Сеть Ethernet как основа связи удалённых устройств.

Введение. Современная система автоматизированного управления технологическими  процессами (АСУТП) является распределённой системой управления.  Это следствие того,  что объекты управления(ОУ) раскиданы на большом пространстве и часто значительно удалены друг от друга.  Среди множества ОУ имеются технологические установки  с большой концентрацией технологических параметров, таких как давление, температуры, содержание компонентов и другие. На всех объектах  контролируются и управляются потоки сырья, материалов, энергии от их источников. Средняя по мощности технологическая установка для надежной и экономичной работы использует 500 -600 аналоговых  и дискретных  параметров, а также  100- 150 исполнителных механизмов, регулирующих потоки.  Но также присутсвуют большое число мелких технологических объектов (насосные стации, емкосные парки, узлы подготовки продуктов и т. д.) имеющие небольшое количество параметров. 

На таких объектах используются распределенные системы управления  включающие  несколько программируемых  контроллеров,  несколько промышленных компьютеров и набор отдельных электронных регуляторов и приборов.  Ко всем этим  приборам  подключаются  датчики и исполнительные механизмы.  Программируемые контроллеры  и компьютеры объединяются  в локальную сеть, часто по протоколу Ethernet.  На основных промышленных компьютерах устанавливаются  разнообразные  SCADA системы, в которых заложены программные основы для связи по сети с системами  на остальных контроллерах, компьютерах и электронных приборах. Обучение программированию SCADA, отладка задач и  настройка сетевой связи между всем множеством  оборудования распределённой АСУТП - это функция специалистов по автоматизации.

Но  в SCADA системах заложены функции для передачи информации  в вышестоящие уровни управляющих  систем  в соответствии с современными информационными  технологиями и для получения обратной информации.  Это вызвано также тем, что работать с таким множеством параметров невозможно без баз данных. База данных располагается на отдельном компьютере, связанном с станциями  SCADA по протоколу Ethernet.  Совместимость баз данных со SCADA обеспечивает широко распространенный язык запросов SQL, соответствующий международному стандарту и поддерживаемый СУБД (системами управления базами данных), например, Informix, Sybase, MS SQL Server. Интерфейс ODBC(Open Data Base Connectivity) позволяет подключать к одной и той же SCADA различные СУБД, что повышает степень ее открытости и интегрируемости.  Обучение администрированию  баз данных  и обучение языку запросов SQL - это функция специалистов по инфотехнологиям.

Предметом данного курса являются использование технологий, созданных  в глобальной сети World Wide Web для систем автоматизированного управвления.  Будут рассмотрены два основных направления реализации Web технологий.  1. В SCADA заложены веб интерфейсы связи с другими Веб объектами.  Обычно сама SCADA являются  НТТР сервером и  располагается на отдельном компьютере  локальной сети.  При этом пользователи на других компьютерах, обладающие правами доступа, с помощью стандартного веб-браузера (например, Internet Explorer) могут видеть параметры SCADA и  контролировать  технологический процесс. Всю информацию ему обеспечивают динамические  ВЕБ-страницы, формируемые на ВЕБ-сервере связаннрм с компьютером SCADA. Связь между серверами, контроллерами, компьютерами, электронными приборами  обеспечивают  программы стандарта ОРС, работающими в  сети World Wide Web. Они дают  возможность применения оборудования различных производителей с любыми SCADA, имеющимися на рынке  и  связь между  SCADA и ВЕБ продуктами.  Некоторые ОРС  используютя для привязки приборов к SCADA,  другие для привязки к базам данных и к интернет серверам.  2. Второе направление – использование встроенных в приборы и контроллеры Веб серверов.

В рамках курса будут рассмотрены такие вопросы как:  1. Структура и принципы Интернет (базовые понятия, архитектура, стандарты и протоколы).  2. Средства интеграции контента и приложений систем автоматики в интернет среде.  Современной реализацией  Интернета являются структуры Веб  на сетях Ethernet.

Поскольку физической основой сетей Веб является сети Ethernet, то для понимания вопросов данного курса потребуется кратко ознакомиться со структурой и протоколами Интернета и Ethernet.  В настоящее время основными компонентами интернета (Internet) являются веб-серверы и веб-клиенты (браузеры). Сеть Intranet –  платформа для работы с информацией внутри предприятия.  Веб - сервер является программой  на подключенном к сети компьютере и передающей данные по протоколу  HTTP.  На клиентском компьютере для просмотра информации, полученной от веб-сервера, применяется специальная программа — веб-браузер. Основная функция веб-браузера - отображение гипертекстовых страниц (веб-страниц). Для идентификации ресурсов (файлов или их частей) в WWW (World Wide Web)  используются идентификаторы ресурсов URI ( Uniform Resource Identifier). Для определения местонахождения ресурсов в этой сети используются локаторы ресурсов URL ( Uniform Resource Locator). Такие URL-локаторы представляют собой комбинацию URI и системы имен DNS. Доменное имя (или IP- адрес) входит в состав URL для обозначения компьютера (его сетевого интерфейса), на котором работает программа веб- сервер.

Средством разработки приложений в прикладных программах  является язык программирования HTML для создание - страниц для Web-серверов.  На жестком диске компьютера - сервера может находиться множество веб-сайтов с уникальными адресами URL.  Маршрутизация (передача в нужном направлении) данных в интернете осуществляется с помощью 32-битной IP (Internet Protocol) адресации. Веб-страницы также можно создавать  с помощью расширенной версии языка HTML, который  называется XML.  Форму представления технологических данных,  полученных  от SCADA систем,  совместно  вырабатывают  разработчики систем автоматики и инфотехнологи.

Веб-серверы в интернете обычно располагаются на мощных компьютерах, которые  содержат жесткие диски большой емкости. Однако для удаленного управления в АСУ ТП небольшими объектами или получения  данных  с одного устройства и его настройки (датчика, исполнительного механизма)  достаточно иметь на сервере всего несколько несложных веб-страниц.  Для этой цели используют микро веб-серверы, встраиваемые в оборудование (встраиваемые веб-серверы, Embedded Web Server), выполненные в виде микросхемы, которая располагается на печатной плате устройства  или интеллектуального датчика и др. Каждый микро-веб сервер доступен по своему интернет-адресу.  В настоящее время имеются относительно дешевые однокристальные микроконтроллеры различных фирм со встроенной реализацией протокола TCP/IP. Технологии с микро веб-серверами называют "встроенным интернетом" (Embedded Internet).  Для обучения технологии Embedded Internet необходимо иметь соответствующее оборудование. 

У многих SCADA есть возможность выполнить  пользовательский интерфейс  в виде веб-страницы и расположить его на ВЕБ сервере локальной сети. Пересылка данных в Веб-сервера достигаются различными способами, например через базы данных или через специализированные  ОРС программы.  При этом любой пользователь, обладающий достаточными правами доступа, с помощью стандартного веб-браузера (например, Internet Explorer) может контролировать технологические процессы.  Web- браузер доступен для любго клиента системы. Большинство приложений разработано на базе принципа открытых систем и должны правильно взаимодействовать в сетях Интернет/Интроанет. Технология Web обладает свойством наращиваемости и может постоянно корректироваться.  Динамичность  веб - страницам  придают подпрограмки (скрипты), которые  выполняется с помощью JScript, VBScript, Java апплетов и других средств программирования.

Общая структура  систем  автоматизированного управления с использованием ВЕБ интерфейсов.

Взаимодействие между клиентской частью системы (верхний уровень) и серверными частями  выглядит следующим образом. Когда пользователь (верхний уровень) хочет получить данные от контроллера через интернет, он нажимает командную кнопку в окне веб-браузера.  Этот запрос посылается серверу через интернет, например, в формате SOAP сообщения.  (SOAP - протокол используется для обмена сообщениями в формате  XML. Спецификация протокола не расшифровывает название SOAP.  SOAP может использоваться с любым протоколом  прикладного уровня: FTP, HTTP, HTTPS. Чаще всего SOAP используется поверх HTTP.

Когда веб-сервер получает SOAP-сообщение через TCP порт 80, запрос направляется обработчику скрипта, например , который также располагается на веб-сервере. Веб-сервис (Web service)  создает запрашиваемые данные или передает управление программе (например, на языке ), которая общается с контроллером или SCADA через ОРС сервер. Они выполняют комады ОРС и выдают данные.  Полученная таким образом информация выкладывается на веб-страницу, которую видит пользователь с помощью веб-браузера. При входе на веб-сервер операционная система (Windows или Linux) производит идентификацию пользователя и предоставляет доступ к информации в соответствии с его правами.

Для SCADA - системы признаками качества являются: совместимость  технологиями «DCOM» и «.NET»,со стандартом ОРС,  поддержка языков стандарта МЭК 61131-3, наличие встроенного стандартного языка для реализации функций и процедур, которых нет в поставке,  совместимость со базами данных и приложениями, расположенными на компьютерах сети.