Основные внутренние механизмы обработки информации в SCADA- системах: технология OPC (назначение, компоненты и схемы передачи данных).

OPC— семейство программных технологий для объединения разнородных систем автоматизации.Главной целью стандарта ОРС является предоставления разработчикам программ для SCADA-систем универсальный фиксированный интерфейс (т.е. набор функций) обмена данными с любыми устрой-ствами (например, независимость от конкретного типа контроллеров).До разработки стандарта ОРС SCADA-пакет нужно было адаптировать к новому оборудованию индивидуально. Существовали длинные списки «поддерживаемого оборудования», очень сложной была

техническая поддержка. При модификации оборудования нужно было

вносить изменения во все драйверы, каждый из которых поддерживал

протокол обмена только с одной клиентской программой. Число таких

драйверов доходило до сотен.После появления стандарта ОРС практически все SCADA-пакеты были перепроектированы как ОРС-клиенты, а каждый производитель аппаратного обеспечения стал снабжать свои контроллеры (PLC), модули ввода-вывода, интеллектуальные датчики и исполнительные

устройства стандартным ОРС-сервером. Благодаря также стандартизации интерфейса стало возможным подключение любого физического устройства (датчики, PLC, исполнительные механизмы) к любой SCADA, если они оба соответствовали стандарту ОРС. Схема передачи данных в системе автоматического управления

выглядит следующим образом физические устройства, получая данные от объекта управления, через интерфейс направляют данные в OPC-сервер. В OPC-сервере эти данные хранятся и, по запросу передаются OPC-клиенту (SCADA-системе).Основные внутренние механизмы обработки информации в SCADA-системах: технология OPC (основные спецификации).Стандарт ОРС состоит из следующих основных спецификаций:• ОРС DA (ОРС Data Access) — спецификация для обмена данными между клиентом (например SCADA) и аппаратурой (контроллерами, модулями ввода-ввода и др.) в реальном времени;• ОРС HDA (Historical Data Access) — спецификация для доступа

(чтение) и обработки (запись и изменение данных) сохраненных в архиве данных технологического процесса. Сервер обеспечивает унифицированный способ доступа с помощью DCOM технологии.• ОРС Alarms & Events (A&E) — спецификация для уведомления клиента о событиях и сигналах тревоги, которые посылаются клиенту по мере их возникновения.• ОРС Unified Architecture — набор спецификаций, не базирующийся на DCOM технологии. Наиболее распространенными спецификациями являются ОРСDA, реже ОРС HDA. Сервер ОРС DA является наиболее широко используемым в промышленной автоматизации. Он обеспечивает обмен данными (запись и чтение) между клиентской программой и физическими устройства-

ми. Данные состоят из трех полей: значение, качество и временная метка (предназначена для подтверждения существования определённого документа в определённое время). Параметр качества данных позволяет передать от устройства клиентской программе информацию о выходе измеряемой величины за границы динамического диапазона,

об отсутствии данных, ошибке связи и другие. В данной спецификации существуют 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 технологических переменных, значения которых сервер должен отправлять клиенту только в случае их изменения.4) режим обновления данных: клиент вызывает одновременное чтение всех активных технологических переменных. Такой метод уменьшает загрузку процессора обновлением данных, принимаемых из физического устройства. Спецификация ОРС HDA устанавливает стандарт на интерфейсы СОМ-объекта и методы его использования. Структура сервера и методы взаимодействия с клиентами полностью аналогичны общей идеологии ОРС и описанному выше ОРС DA. Например, ОРС клиент может подсоединяться к нескольким ОРС HDA-серверам разных производителей и быть установлен на разных компьютерах в сети Ethernet. Существует два типа HDA-серверов:

• сервер данных предыстории для построения графиков (трендов);• сервер для хранения данных в упакованном виде с возможностью их обработки и анализа. К функциям обработки и анализа данных относятся нахождение среднего, минимального и максимального значения и др. Работа с данными заключается в чтении, записи или изменении данных.Сервер ОРС UA устанавливает методы обмена сообщениями между ОРС-сервером и клиентом, не зависящие от аппаратно-программной платформы, от типа взаимодействующих систем и сетей:• обеспечивает надежную и безопасную коммуникацию, противодействие вирусным атакам;

• гарантирует идентичность информации клиента и сервера;

• обладает высокой нечувствительностью данных к помехам,

сбоям, вычислительным ошибкам.

Спецификация ОРС UA не предназначена для замены существующих ОРС-спецификаций, а дополняет и расширяет их возможности.

Основные внутренние механизмы обработки информации в SCADA-

системах: технология OPC (основные спецификации).
базы данных. Системы автоматического управления технологическими процессами измеряют сотни переменных, которые необходимо хранить, сортировать (фильтровать), группировать, извлекать и представлять в виде, удобном для пользователя (диспетчера SCADA-системы Система баз данных — это компьютеризированная система хранения однотипных переменных. Саму же базу данных можно рассматривать как хранилище файлов данных с определенной структуройв табличной форме . Пользователям предоставляется возможность выполнять (или передавать системе запросы на выполнение)множество операций над такими файлами: вставлять, удалять, изменять и фильтровать данные.Основными свойствами СУБД являются:• наличие пользовательского интерфейса на базе языка запросов SQL;• возможность одновременного обслуживания множества пользователей;• корректность работы с данными;• обеспечение защиты и секретности.Таким образом, концептуальная схема системы баз данных включает четыре главных компонента:• данные – информация, которая хранится в базе данных в виде таблиц и может быть использована пользователем;• аппаратное обеспечение – устройства для хранения информации (обычно жесткие диски);• прикладное программное обеспечение – обеспечивает обработку запросов пользователей к базе данных;• пользователи – которые активно модифицируют и эксплуатируют данные.

MES-системы: назначение и типовые функции. Оперативно-календарное (детальное) планирование в MES-системах.

MES-система (manufacturing execution systems, производственная исполнительная система) – комплекс аппаратно-программных средств, обеспечивающих функции управления производственной деятельностью цеха: от заказа на изготовление партии продукции и до завершения производства. Включает 11 основных функций (все они имеют оперативный характер и регламентируют соответствующие

требования не к предприятию в целом, а к цеху):1. Контроль состояния и распределение ресурсов (RAS) –обеспечивает управление ресурсами производства (материалами и оборудованием) и другими объектами (методиками работ, документами о порядке выполнения каждой производственной операции).2. Оперативно-календарное (детальное) планирование (ODS) –обеспечивает оперативное и детальное планирование работы, основанное на приоритетах, характеристиках и свойствах конкретного вида продукции, а также оптимально рассчитывает загрузку оборудования.3. Диспетчеризация производства (DPU) – обеспечивает отслеживание выполнения операций, объемов, партий, заказов, занятость оборудования и людей в соответствии с планом в режиме реального времени.4. Управление документами (DOC) – контролирует содержание и прохождение документов, сопровождающих выпускаемое изделие (инструкции и нормативы работ, способы выполнения, чертежи, процедуры стандартных операций, программы обработки изделий, сообщения об изменениях, передачу информации от смены к смене и т.д.),а также обеспечивает возможность вести плановую и отчетную цеховую документацию. Предусматривается архивирование информации.

5. Сбор и хранение данных (DCA) – обеспечивает информационное взаимодействие различных производственных подсистем для получения, накопления и передачи данных (вводятся вручную и/или автоматически).

6. Управление персоналом (LM) – информирует о персонале (отче-

ты о времени и присутствии на рабочем месте, слежение за соответствием сертификации, учет основных, дополнительных и совмещаемых обязанностей персонала).7. Управление качеством продукции (QM) – предоставляет данные измерений о качестве продукции, в том числе и в режиме реального времени, заостряя внимание на критических точках (предлагает действия по их исправлению). 8. Управление производственными процессами (PM) – отслеживает заданный производственный процесс, а также автоматически вносит корректировку или предлагает соответствующее решение оператору для исправления или повышение качества текущих работ. 9. Управление производственными фондами (техобслуживание) (MM) – поддерживает процесс технического обслуживания, планового и оперативного ремонта оборудования и инструментов.10. Отслеживание истории продукта (PTG) –информирует о том, где, кем и в каком порядке велась работа с данной продукцией (персонал, компоненты продукции, материалы от поставщика, партия, серийный номер, текущие условия производства, несоответствия установленным нормам, индивидуальный технологический паспорт изделия).

11. Анализ производительности (PA) – формирует отчеты о реальных результатах производственных операций (наличие, использование, время цикла ресурсов, соответствие плану, стандартам и т.д.), а

также сравнивает с предыдущими и ожидаемыми результатами.

Из них базовыми функциями являются две:— оперативно-календарное (детальное) планирование (ODS);— диспетчеризация производственных процессов в цеху (DPU).

51 Диспетчеризация производственных процессов в MES-системах.
MES-системы при выполнении заданий опираются на принцип расчета и коррекции производственных расписаний по фактическому состоянию производства. Они достаточно чутко реагируют на различные возмущения внутреннего характера:• отклонения во времени выполнения технологических операций;• непредвиденный выход из строя оборудования;• появление брака в процессе обработки изделий и т.п.
Модуль диспетчеризации MES-систем отвечает за выполнение запланированных работ по расписанию, несмотря на возмущения (поломки, брак, временные сдвиги выполнения), возникающие в реальных ситуациях. Основан на выполнении плана, построенного на обратной связи с диспетчером.Модуль диспетчеризации тесно связан с модулем оперативного планирования. Без обратной связи, т.е. контура диспетчеризации ни одно расписание, как бы точно оно не было построено, невыполнимо. Если убрать модуль оперативного планирования, то невозможно будет понять что же надо изготавливать в тот или иной момент времени, а если убрать модуль диспетчеризации, то станет ясно,что само по себе планирование бесполезно как таковое, уже после первой незапланированной остановки технологического аппарата. Поэтому в MES-системах оба модуля органично связаны между собой и представляют единую систему осуществления плана (т.е. его создания и коррекции). Функция диспетчеризации реализована в виде специального модуля с которым работает диспетчер. Его задачей является фиксация всех событий в производственной системе: моментов действительного окончания обработки партий изделий, отказов оборудования по различным причинам, любых опережений и запаздываний тех или иных процессов и т.п. Все эти события вводятся диспетчером (обычно, вручную) по мере поступления к нему новой информации о состоянии производственных процессов в цеху.Далее MES-система, с определенным интервалом времени, автоматически анализирует информацию, полученную с диспетчерских станций, и если фактическое состояние дел существенно расходится с плановым заданием (изменяются моменты окончания обработки партий изделий), то диспетчер оповещается системой о наличии данных расхождений.После принятия решения диспетчером (а это, чаще всего, либо Временной сдвиг работ, либо пересчет расписания) скорректированное расписание вновь вступает в работу с обязательным оповещением на те участки, которых затронули коррективы.Процедура оповещение диспетчера о событиях может быть реализована различными способами:• обходом технологических аппаратов;• сообщениями от персонала, обслуживающего аппараты;• данных от технических средств автоматизации,