SCADA-система является промежуточным звеном между оператором и системой управления. Поэтому, помимо взаимодействия с оператором через мнемосхемы, тренды и журналы, SCADA-система должна вести обмен информацией с нижним уровнем: контроллерами, модулями, приборами. Обмен может осуществляться по стандартным (Modbus, DCON) или по закрытым протоколам (собственные разработки фирм – производителей контроллеров). Контроллеры, модули вводы вывода, PC-совместимые платы, специализированные программы и т.д. для MasterSCADA все это – внешний мир, из которого она получает данные, и которому посылает команды. Этот мир широк и разнообразен.
Общие принципы стандарта OPC
Основными способами получения данных с нижнего уровня в MasterSCADA являются различные вариации OPC серверов. Технология OPC (OLE for Process Control) - стандарт обмена данными в современных SCADA-пакетах.
Стандарт ОРС разрабатывает независимая организация - ОРС Foundation, среди членов которой все известные компании-производители SCADA-систем и оборудования для систем промышленной автоматизации. В мире насчитывается уже несколько тысяч ОРС-серверов. OPC - клиент-серверная технология: есть программы-клиенты (получатели данных) и есть программы-серверы (источники данных).
ОРС сервер - программа, которую MasterSCADA (которая является OPC клиентом) использует в качестве "посредника" для доступа к данным, поступающим от аппаратных средств.Схема получения данных выглядит так - OPC-сервер при помощи встроенного драйвера получает данные с нижнего уровня, анализирует их, устанавливает признак качества и метку времени. Передает данные по интерфейсу OPC-клиенту, которым является SCADA-система.
Сервер собирает данные от устройств полевого уровня (например, контроллеров) и делает их доступными для ОРС-клиентов (например, SCADA-пакетов). Любой ОРС-клиент может обмениваться данными с любым ОРС-сервером вне зависимости от специфики устройства, для которого разрабатывался конкретный ОРС- сервер. ОРС-сервер может работать в режиме, как локального, так и удаленного сервера. Это означает, что приложения-клиенты могут обращаться к любому ОРС серверу, расположенному, как на том же компьютере, так и на других компьютерах сети. Для удаленного доступа на компьютерах должен быть установлен Microsoft DCOM (входит в комплект всех версий Windows).
Стандарт обмена данными OPC базируется на схеме "клиент-сервер". Это позволяет подключать множество клиентов к одному серверу. И наоборот, данный стандарт позволяет использовать с помощью одного клиента несколько ОРС-серверов/
Примечание. OPC-сервер может получать данные не только от приборов по промышленным протоколам. Через интерфейс OPC можно передавать практически любые данные: реализовать обмен между программами (например, между SCADA и MES), получать данные из базы данных, выполняя SQL-запрос, опрашивать ключи реестра и т. д.
Спецификации стандарта OPC
OPC – набор спецификаций стандартов. Каждый стандарт описывает набор функций определенного назначения (более подробную информацию вы можете найти на официальном сайте организации OPC Foundation www.opcfoundation.org). Различают следующие стандарты:
•OPC DA (Data Access) — основной и наиболее востребованный стандарт. Описывает набор функций обмена для получения текущих данных с приборов, ПЛК и других устройств.
•OPC HDA (Historical Data Access) — в то время как OPC Data Access предоставляет доступ к текущим данным, OPC Historical Data Access предоставляет доступ к уже сохраненным данным (архивам).
•OPC AE (Alarms&Events) — предоставляет функции уведомления по требованию о различных событиях (аварийные ситуации, действия оператора, информационные сообщения и другие).
•OPC Batch — предоставляет функции шагового и рецептурного управления технологическим процессом.
•OPC DX (Data eXchange) — предоставляет функции организации обмена данными между OPC-серверами через сеть Ethernet. Основное назначение — создание шлюзов для обмена данными между устройствами и программами разных производителей.
•OPC Security — определяет функции организации прав доступа клиентов к данным системы управления через OPC-сервер.
•OPC XML-DA (XML-Data Access) — предоставляет гибкий, управляемый правилами формат обмена данными через SOAP и HTTP.
•OPC UA (Unified Architecture) — последняя по времени выпуска спецификация, которая основана не на технологии Microsoft DCOM, что предоставляет кроссплатформенную совместимость.
На данный момент наиболее распространены стандарты OPC DA (версия 2.05) и OPC HDA (версия 1.20). Оба стандарта поддержаны в MasterSCADA – как в качестве клиента, так и в качестве сервера. Как серверный функционал, так и клиентский OPC HDA являются опциональными и поддерживаются дополнительными модулями.
Версия стандарта OPC DA 3.0 не поддерживается, так как она содержит функционально избыточные расширения и по этой причине, а также из-за неполной совместимости с версией 2 не получила распространения в промышленности.
Стандарт OPC AE используется редко, так как не предназначен для работы с оборудованием и в основном рассчитан на передачу подробной информации о событиях из одной программы верхнего уровня в другую. В MasterSCADA состав и структура сообщений соответствуют этому стандарту, однако клиент и сервер не были реализованы из-за отсутствия спроса на них. При необходимости они могут быть добавлены в состав системы.
В связи с тем, что перечисленные распространенные стандарты основаны на технологии Microsoft DCOM, реально эффективно работающей только под Windows, был разработан кроссплатформенный стандарт нового поколения – OPC UA, базирующийся на XML. Данный стандарт полностью снимает все проблемы "классического" OPC: отсутствие кроссплатформенности, сложность межкомпьютерного обмена, недостаточная безопасность, невозможность работы через Интернет. Кроме того, новый стандарт, учитывая кроссплатформенность, открывает перспективы использования прямо в контроллерах!
Если OPC DA и OPC HDA - это программные шлюзы, устанавливаемые на компьютер и обеспечивающие связь с различными контроллерами, то OPC UA - это универсальный промышленный протокол и теперь, для того чтобы получить данные с ПЛК, не нужно ставить отдельные OPC-серверы, настраивать обмен и протоколы – достаточно подключить кабель к ПЛК, задать в SCADA-системе IP и порт, и все теги и данные будут считаны. В MasterSCADA реализован функционал OPC UA клиента и OPC UA сервера.
Теги OPC сервера и его атрибуты
Основным параметром OPC сервера является Тег. Тег - это структура данных, связанная с определенным параметром устройства (температурой, давлением, состоянием исполнительного механизма). Структура тегов имеет множество атрибутов, основными которыми являются:
Значение - непосредственно значение полученное от устройства. Тип данных может быть любой (целый, вещественный, логический, строковый) - в зависимости от того какой параметр опрашивается.
Метка времени - метка времени либо может быть получена по сети от контроллера, либо OPC-сервер при получении данных устанавливает в качестве метки текущее время. Привязанная метка времени позволяет при представлении или обработке данных уменьшить расхождение используемого или отображаемого времени с реальным временем измерения. Кроме того, если OPC-клиентов несколько, то они одни и те же данные получат с одинаковой меткой времени.
Признак качества - признак качества определяет достоверность полученного значения и представляет собой число из набора стандартных значений. Производитель OPC-сервера может поддержать не все значения признака качества, а только некоторые из них. Полученный признак качества пользователь SCADA-системы может использовать для реализации алгоритмов обработки ошибок – например, для выдачи сообщений оператору. В MasterSCADA есть средства автоматической обработки признаков качества для формирования сообщений, средства извлечения признаков качества для пользовательской обработки (специальный ФБ Вывод признаков качества и специальная функция OPCQuality для формул в расчетах и событиях), средства формирования признаков качества (для целей оформления результатов пользовательского анализа информации о достоверности переменных), а также правила передачи признаков качества в цепочке обработки данных. Перечень признаков качества и причины их возникновения описаны в таблице в соответствующем разделе.
Также в перечень атрибутов тега входит Комментарий, Диапазон измерений и т.д.