для Москвы
8 495 720 54 44

по России бесплатно
8 800 555 61 84



opc.jpg

OPC – еще один шаг к единой системе

Шибанов Илья

Вступление

Человек в современном мире почти всегда сталкивается с барьерами в процессе понимания и восприятия информации. Он не понимает, что говорит ему приехавший издалека иностранец, как настроить новый смартфон или почему в России всегда дорожает бензин. В мире технологий ситуация обстоит немногим лучше, если не хуже. Человечество изобретает технологии для удовлетворения своих потребностей и желаний, а их немало. «Сердцем» технологического прогресса являются компьютеры и системы автоматического управления (САУ). Огромное количество сфер применения компьютерных технологий обусловливает внушительное количество разных протоколов, программ и языков программирования. И большинство из них никак друг с другом взаимодействовать не могут. Одну из граней этой проблемы мы сегодня рассмотрим.

В последнем десятилетии прошлого века у разработчиков промышленного программного обеспечения возникла потребность в универсальном инструменте обмена данными с устройствами разных производителей или по разным протоколам. С целью сокращения затрат на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации начал разрабатываться стандарт OPC. Задача OPC – предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс.

Взаимосвязь и внедрение объектов

Итак, что же такое OPC. Аббревиатура расшифровывается как OLE for Process Control или, более полно, Object Linking and Embedding for Process Control (рус. Взаимосвязь и Внедрение Объектов для Контролирования Процессов). OPC – это семейство программных технологий, предоставляющих возможность создания единого графического интерфейса для управления системами автоматизации и технологическими процессами. Эта программная система была разработана в 1998 г. международной организацией OPC Foundations, в состав которой входят ведущие производители средств автоматизации.

Если сказать кратко, то OPC – это программная технология, позволяющая считывать данные из систем и управлять ими в удобной и понятной для человека форме. Главным её преимуществом является возможность соединения в один узел систем, функционирующих на разных платформах, но поддерживающим стандарт ОРС. На практике это выражается в выводе информации от нескольких промышленных сетей автоматизации на единую SCADA систему. До разработки и внедрения стандарта ОРС такая задача была крайне трудоёмкой, потому что приходилось либо переделывать SCADA систему под новое оборудование, либо прибегать к помощи различных драйверов, число которых могло исчисляться десятками.

Стандарты и спецификации

За время своего существования ОРС претерпел ряд изменений. Эта программная технология несколько раз модифицировалась и дифференцировалась на сегменты, каждый из которых или выполнял одну специфическую задачу, или позволял объединить несколько в одну. Подавляющее большинство стандартов основано на Windows-технологиях OLE, ActiveX и COM/DCOM. По состоянию на 2016г. существуют всего восемь стандартов ОРС. Из них самыми распространёнными являются следующие три:

  1. OPC DA (от англ. Data Access, рус. – Доступ к Данным) – основной и наиболее востребованный стандарт. Он описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК (программируемые логические контроллеры), РСУ (распределенная система управления), ЧМИ (человеко-машинный интерфейс) и другими устройствами. У этого стандарта также присутствуют свои версии модификации: OPC DA 2.0, OPC DA 2.05A, OPC DA 3.0.

  2. OPC HDA (от англ. Historical Data Access, рус. – Доступ к Архивным Данным) – этот стандарт практически идентичен по своим функциям стандарту ОРС DA. Главное отличие состоит в том, что OPC Data Access предоставляет доступ к данным, изменяющимся в реальном времени, а OPC Historical Data Access – к уже сохранённым данным, то есть архивам.

  3. OPC UA (от англ. Unified Architecture, рус. – Унифицированная Архитектура) – второй по распространённости стандарт ОРС и последняя по времени выпуска спецификация, которая, в отличие от всех остальных стандартов ОРС, основана не на технологии Microsoft COM, что предоставляет кросс-платформенную совместимость.

Оставшиеся пять стандартов выполняют более узкие функции, и встретить их можно далеко не в каждом проекте. Тем не менее это не умаляет их качеств:

  • OPC AE (от англ. Alarms and Events, рус.– Тревоги и События) – используя этот стандарт в реальном времени можно получить сведения об аварийных ситуациях, действиях оператора, различных поясняющих сообщений и т. д. Функционально это может быть выполнено как по запросу пользователя, так и автоматическом режиме (например, вывод сообщений о возникших тревогах).
  • OPC Batch (от англ. Batch, рус. – Загрузка) – особая спецификация OPC, которая все чаще применяется в автоматике. Её используют для задания пропорций дозирования в технологические процессы и отслеживания выполнения этих указаний. Применяется в лабораторных системах, дозаторах, весовых системах и т. п. Особенностью является то, что каждый OPC Batch сервер (клиент) одновременно является OPC Data Access 2.0 сервером (клиентом). Другими словами, OPC Batch сервер (клиент) включает в себя также и спецификацию OPC Data Access 2.0, включая некоторые дополнительные интерфейсы (например, загрузка переменных).
  • OPC Security (от англ. Security, рус. – Безопасность) – стандарт, определяющий функции организации прав доступа клиентов к данным системы управления через OPC-сервер.
  • PC DX (от англ. Data eXchange, рус – Обмен Данными) – спецификация для обмена данными между двумя ОРС DA серверами через сеть Ethernet.
  • OPC XML—DA (от англ. XML—Data Access, рус. – XML Доступ к Данным) – стандарт ОРС, позволяющий представлять собранные первичные данные с помощью языка XML, веб-технологий и сообщений SOAP.

Помимо перечисленных выше стандартов для некоторых из них, существуют дополнительные спецификации:

  • OPC Complex Data (от англ. Complex Data, рус. – Комплексные Данные) – дополнение для стандартов OPC DA и XML—DA, которое позволяет ОРС серверам работать со сложными типами данных, такими как бинарные структуры и XML—документы.
  • OPC Commands (от англ. Commands, рус. – Команды) – набор программных интерфейсов, который позволяет ОРС клиентам и серверам идентифицировать, посылать и контролировать команды, исполняемые в различных устройствах, таких, как, например, ПЛК.

OPC Data Access

Пристальное внимание мы уделим стандарту OPC Data Access. Поступим так по причине его большей, по сравнению со всеми остальными стандартами, распространенности. Разумеется, со временем ему на смену придет OPC Unified Architecture, как более удобный и гибкий в применении. Но большинство уже созданных промышленных систем работают по стандарту OPC DA, и совсем необязательно чинить то, что не сломано.

Применение ОРС DA на практике даже для неискушенного в программировании пользователя не вызовет проблем. Все необходимые настройки осуществляются производителем устройств автоматизации, информация с которых должна быть передана на SCADA систему. К этим настройкам относится резервирование программных портов для передачи информации, настройки скорости передачи данных, формата и т. д. У стандарта ОРС существуют две функциональные части. Первая – это ОРС Server, вторая – ОРС Client.

Задачей OPC Server является организация потока данных с устройства, задача OPC Client – прием данных и организация их передачи на SCADA систему, которая, в свою очередь, преобразует эти данные в удобную для восприятия человеком форму. Конечному пользователю требуется лишь развернуть на рабочем компьютере или выделенном сервере OPC Client и OPС Server, в настройках OPC Client выбрать интересующий в данный момент источник данных (OPC Server), и в SCADA системе получить с OPC Client информацию. Следует сказать пару слов о том, как функционирует стандарт ОРС DA, а именно OPC DA Server. Сервер OPC DA обеспечивает обмен данными - запись и чтение между клиентской программой и физическими устройствами. Данные состоят из трех полей: значение, качество и временная метка. Параметр качества данных позволяет передать от устройства клиентской программе (OPC DA Client) информацию о значении измеряемой величины, выходе ее за границы динамического диапазона, об отсутствии данных, ошибке связи и др.

Существует четыре стандартных режима чтения данных из ОРС сервера.

  1. Синхронный режим: клиент посылает запрос серверу и ждет от него ответ.
  2. Асинхронный режим: клиент отправляет запрос и сразу же переходит к выполнению других задач. Сервер после выполнения функции запроса посылает клиенту уведомление и тот забирает предоставленные данные.
  3. Режим подписки: клиент сообщает серверу список тегов (тег – программная интерпретация измеряемого параметра, содержит полную информацию о нем – значение, время измерения, измеряемую единицу и т. п.), значения которых сервер должен отправлять клиенту только в случае их изменения. Для того чтобы шум данных не был принят за их изменение, вводится понятие «мертвой зоны», которая слегка превышает максимально возможный размах помехи.
  4. Режим обновления данных: клиент вызывает одновременное чтение всех активных тегов. Активными называются все теги, кроме обозначенных как «пассивные». Такое деление тегов уменьшает загрузку процессора обновлением данных, принимаемых из физического устройства.

В каждом из этих режимов данные могут читаться либо из кэша ОРС сервера, либо непосредственно из физического устройства. Чтение из кэша выполняется гораздо быстрее, но данные к моменту чтения могут устареть. Поэтому сервер должен периодически освежать данные с максимально возможной частотой. Для уменьшения загрузки процессора используют параметр частоты обновления, которая может быть установлена для каждой группы тегов индивидуально. Кроме того, некоторые теги можно сделать пассивными, тогда их значения не будут обновляться данными из физического устройства.

Запись данных в физическое устройство может быть выполнена только двумя методами: синхронным и асинхронным и выполняется сразу в устройство, без промежуточной буферизации (то есть записи в кэш). В синхронном режиме функция записи выполняется до тех пор, пока из физического устройства не поступит подтверждение, что запись выполнена. Этот процесс может занимать много времени, в течение которого клиент находится в состоянии ожидания завершения функции и не может продолжать выполнение своей работы. При асинхронной записи клиент отправляет данные серверу и сразу продолжает свою работу. После окончания записи сервер отправляет клиенту соответствующее уведомление.

ОРС DA сервер может иметь пользовательский интерфейс, который позволяет выполнять любые вспомогательные функции для облегчения работы с оборудованием. В соответствии со стандартом, ОРС сервер во время инсталляции автоматически регистрируется в реестре Windows. Запуск сервера осуществляется так же, как любой другой программы или автоматически из клиентской программы.

Несмотря на очевидные плюсы использования OPC технологии, существуют и некоторые минусы. Первым недостатком использования ОРС является появление задержек при передаче сигнала. Это следствие увеличения цепи, по которой происходит передача информации, а следовательно, и требуемого времени для передачи. Наличие задержки обуславливается необходимостью преобразования даже небольшого количества передаваемых параметров по правилам используемого стандарта. Поэтому использование стандартов ОРС целесообразно лишь в случае необходимости взаимосвязи АСУ, использующих разные протоколы и оборудование. В том случае, если есть возможность объединить сеть устройств и SCADA систему напрямую, ей следует воспользоваться.

Вторым недостатком можно назвать нерадивость некоторых производителей устройств автоматизации. Несмотря на то что стандарты OPC детально документированы и сертифицированы, отдельные производители позволяют вносить собственные модификации. В результате чего стандарт OPC, который документально является, например, OPC DA 2.0, не сможет полноценно работать с разработанными с соблюдением всех правил OPC серверами и клиентами.

Заключение

В заключение стоит отметить, что именно с появлением ОРС технологии реализация диспетчеризации для созданных на разных платформах систем стала проще и быстрее. Сейчас нет ни одной из массово выпускаемых SCADA систем, которые не поддерживают какой-либо из стандартов OPC. Остается только ждать, когда разработчики ОРС придут к одному многофункциональному стандарту, который внедрят в свои технологии и все ведущие производители средств автоматизации.



для Москвы
8 495 720 54 44

по России бесплатно
8 800 555 61 84

Адрес: Россия, 105318, Москва,
ул. Мироновская, д.33




МЗТА в социальных сетях:

Copyright АО «МЗТА» © 1999-2017 г.
Карта сайта



Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter