Несовместимость стандартов — одна из проблем развития техники. Достаточно вспомнить несовместимость дюймовой и метрической резьбы. В вычислительной технике один из ярких примеров лежит в секторе персональных компьютеров — несовместимость платформ «PC» и «Макинтош». В области создания автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) понятия «стандарт» практически нет. Каждый производитель волен использовать свои параметры.

15 лет назад Международная Электротехническая Комиссия сделала попытку навести порядок в промышленной автоматизации и открыла проект по разработке единого стандарта промышленной сети. Проект так и не был доведен до конца. Это привело, в частности, к двум сложностям, возникающим при построении АСУ ТП:

• несовместимость оборудования различных производителей;
• проблема интеграции различных устройств при создании единой системы автоматизированного управления предприятием.

Корпорацией «Стинс Коман» предложено использование в качестве объединяющего стандарта при проектировании АСУ ТП стандарт построения глобальной сети интернет.

Разработанная в «Стинс Коман» технология eSCape позволяет подключить любое технологическое устройство посредством TCP/IP-сети к единой системе управления предприятием. Таким образом, подход Стинс Коман к автоматизации, основанный на применении технологии eSCape, обеспечивает интеграцию разнообразного оборудования и систем предприятия в единое информационное пространство.

Технология eSCape создана для автоматизации различных процессов современными средствами сетевого управления. Для автоматизации технологического процесса нужно обеспечить ввод сигналов от датчиков в систему управления, вывод команд на исполнительные механизмы и контроль процесса диспетчером. Как правило, вычислительные мощности распределяются при этом следующим образом. «Малые» вычислительные мощности связаны непосредственно с устройством автоматизации, обеспечивая его автономную работу. «Большие» вычислительные мощности управляют технологическим процессом. Малые и большие вычислительные мощности связаны через сеть.

Один из наиболее надежных способов организации работы в сети — использование принципов интернета. В мире присутствует множество компьютеров, работающих в локальных вычислительных сетях, которые, в свою очередь, объединены в глобальную сеть интернет. Протоколы, которые используются для связи между компьютерами в локальной и глобальной сетях прошли мощный естественный отбор.

Несколько слов о протоколах сетевого обмена. Связь между компьютерами осуществляется в первую очередь по «каналу», (кабель, оптоволокно, и прочее) Во вторую очередь, связь по каналу управляется «протоколом». Протокол — это способ общения, обмен вопросами и ответами типа «данные переслал» — «данные принял». Если между собой соединены два компьютера, то такой протокол напоминает разговор по телефону двух людей: «Добрый день, как дела? — Хорошо, а у тебя?». Если компьютеров несколько, то каждый из них должен себя как-нибудь обозначить, по типу разговора людей по рации: «Юстас — Алексу».

Самое сложное начинается, когда неизвестно, присутствует ли вызываемый собеседник в сети и, если да, то где именно — в локальной сети, или в другом городе. Эта сложность была преодолена с изобретением протокола «Интернет» (IP — Internet Protocol), главная особенность которого заключалась в том, что для установления связи задавался конечный пункт назначения, путь к которому не был известен, но было понятно, как добраться до известного компьютеру пункта. Далее компьютер, управляющий этим пунктом, опрашивал «соседей» и назначал следующий пункт. Новое при этом было то, что в сеть были перенесены вычислительные функции — каждому узлу-компьютеру нужно было найти и поддерживать связь до следующего узла. Недостаток — низкая надежность. Сообщение ушло, а вот пришло ли? Этот недостаток был преодолен добавлением контроля прохождения сообщения по узлам — TCP (Transmission Control Protocol). Объединенный протокол TCP/IP показал себя как надежный универсальный протокол связи.

Над протоколами нижнего уровня, которые обеспечивают связь стоят сетевые протоколы, в соответствие с которыми происходит взаимодействие устройств в сети. Для управления сетью, построенной на TCP/IP, может быть использован, например, «простой протокол управления сетью» — SNMP (Simple Network Management Protocol). Этот протокол также подразумевает, что в сети есть вычислительные ресурсы, как на центральном компьютере, так и на устройствах, входящих в сеть.

Таким образом, для универсального построения автоматизации в сетях TCP/IP, нужно оперировать с протоколами различных уровней, которые могут быть представлены в виде пирога:

В общем случае слои пирогов не связаны между собой. TCP/IP необязательно должен базироваться на Ethernet. SNMP также может базироваться и на других протоколах. Главная особенность состоит в том, что и TCP/IP и SNMP требуют вычислительных мощностей (компьютера), на котором они могут быть запущены. Этот компьютер, связанный с управляемым устройством с одной стороны и сетью с другой стороны и есть eSCip модуль — основа технологии eSCape.

eSCip модуль имеет различные входы и выходы для приема данных и управления устройством, работу которого нужно автоматизировать. eSCip модуль переносит в сеть сигналы от устройства. eSCip модуль имеет IP-адрес, по которому его можно найти в локальной и глобальной сети. Устройство, присоединенное к eSCip модулю управляется посылкой специальных команд по IP-адресу.

С протоколом SNMP, в силу его открытости могут работать различные управляющие программы. В технологию eSCape входит разработанное в корпорации «Стинс Коман» программное обеспечение eSCView, позволяющее использовать при программировании процессов автоматизации средства построения WEB-сайтов.

Где и для чего может применяться технология eSCape? Для любой автоматизации везде, где проложена вычислительная сеть. Это — промышленные предприятия, сфера бизнеса, сфера обслуживания, домашняя автоматизация.

Таким образом, технология eSCape это:

• современные, надежные протоколы сетевого обмена;
• eSCip модули, построенные на высокопроизводительных RISC-процессорах;
• открытое программное обеспеспечение eSCview, а также программы ведущих производителей;
• трехлетний успешный опыт внедрения в различные процессы автоматизации.

Системы, осуществляющие распределенный сбор информации с датчиков, управляющие технологическими процессами, используют свои протоколы, свои принципы программного управления и даже свои типы кабеля. При проектировании приходится уделять большое внимание особенностям совместной работы аппаратуры от различных производителей. Сложности возникают и при разработке программного обеспечения для визуализации контролируемых параметров, регистрации характера изменения процессов.

Разработанная в корпорации «Стинс Коман» технология eSCape позволяет создавать распределенные системы управления, используя Intranet/Internet-технологии. От общепринятых систем промышленной автоматизации предложенный подход отличает ориентация на стандартные протоколы передачи данных и сетевого управления. Это позволяет интегрировать управляемое оборудование в уже существующие системы сетевого управления.

Глобальная сеть Internet и большинство современных корпоративных сетей используют стандартный протокол TCP/IP. В рамках этого протокола существует возможность управления устройствами, работающими в сети. Эта процедура полностью стандартизирована и поддерживается протоколом SNMP. Традиционно использование этого протокола ограничивалось задачами управления сетевым оборудованием. Однако этот способ хорошо подходит и для других задач: периодического сбора информации с распределенной сети датчиков, управления технологическим оборудованием. При этом стандартное ПО сетевого управления позволяет решать такие задачи, как накопление статистики, обработка аварийных ситуаций, графическое представление состояния устройств.

Корпорацией «Стинс Коман» на базе современных RISC-микроконтроллеров разработан компактный недорогой eSCip-модуль, поддерживающий протокол SNMP. eSCip модуль предназначен для построения как промышленных, так и офисных систем управления. При подключении к существующим сетям используется протокол Ethernet IEEE 802.3 (10BASE-T). Для работы в полевых условиях можно использовать соединение через модем по телефонной линии через RS-232 с протоколом PPP.

В качестве SCADA системы, базирующейся на SNMP-управлении и WEB-интерфейсе, компанией Стинс Коман разработано программное обеспечение eSCview с открытым исходным кодом.

eSCip модуль

eSCip модуль представляет собой сетевое устройство ввода/вывода цифровых и аналоговых сигналов.

eSCip модули могут использоваться для автоматизации промышленности, для управления элементами офисной инфраструктуры — системами кондиционирования и гарантированного энергоснабжения зданий, сигнализации, контроля доступа, учета энергопотребления, а так же для удаленного мониторинга оборудования.

Для связи с управляемым объектом используются следующие интерфейсы:

• цифровые входы;
• цифровые выходы;
• аналоговые входы;

Общие характеристики

Программный комплекс eSCView

Основным протоколом управления, используемым в семействе TCP/IP, является протокол SNMP (Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетью). Протокол определяет иерархическое пространство имен объектов управления и способ чтения/записи данных этих объектов на каждом узле. Основное преимущество протокола SNMP заключается в том, что он позволяет единообразным образом управлять всеми типами аппаратных средств, независимо от их назначения и особенностей. Все они «говорят на одном языке» и могут опрашиваться и конфигурироваться с центральной станции.

Однако, SNMP — не более чем протокол, поддерживающий диалог двух сторон. Для его использования необходимы две составляющие: программа-агент, работающая на сетевом устройстве, и программа-менеджер, позволяющая дистанционно отслеживать и управлять сетевыми устройствами. Такое программное обеспечение реализовано в так называемых платформах сетевого управления.

Платформы сетевого управления позволяют осуществлять обнаружение устройств в сети, объединять модули управления оборудованием разных производителей, выполнять общие функции управления и оповещения. В число наиболее известных платформ, используемых для управления телекоммуникационным оборудованием, входят HP OpenView (Hewlett-Packard), Solstice Domain Manager (Sun Microsystems), Tivoli NetView (Tivoli Systems), SNMPc (Castle Rock).

Программный комплекс eSCView — это применение протокола SNMP для систем промышленного управления.

Разработке eSCview базировалась на следующих требованиях:

• eSCView должен обеспечивать сбор и хранение статистических данных, которые должны легко импортироваться в другие программы;
• eSCView должен работать как под управлением MS Windows 9x/NT/2000/XP, так и под управлением Linux;
• eSCView должен обеспечивать достаточное быстродействие на машинах бюджетного класса;
• для разработки eSCView должны быть использованы свободно распространяемые продукты с открытым исходным кодом.

Архитектура программного комплекса eSCview

Каждому управляемому устройству соответствует SNMP агент (или eSCip модуль), который может быть встроенным или внешним. SNMP агенты, подключенные к сети протокола TCP/IP, периодически опрашиваются программой-монитором, которая написана на языке Perl. Периодичность и частота опроса, а также перечень интересующих SNMP агентов записаны в базе данных, построенной на пакете программ MySQL. Все переменные, считанные в процессе опроса, сохраняются в базе данных. SNMP агент может также сам проинформировать систему управления о том или ином изменении своего состояния. Для подачи команд устройствам необходимо изменить соответствующие поля базы данных. Все изменения, произошедшие в базе данных, адресно передаются SNMP агентам.

Для реализации графического интерфейса пользователя используется HTTP сервер Apache. Программа, написанная на языке Perl, поддерживает диалоги с пользователем, и, используя базу данных, динамически формирует ответ в формате HTML-страницы или в формате WML-страницы.

HTML-страницы предназначены для пользователей, использующих любой Internet броузер (например MS Internet Explorer или Netscape Navigator). WML-страницы используются для мобильных пользователей, использующих устройства, поддерживающие WAP протокол. Таким устройством может быть сотовый телефон. Для поддержки WAP клиентов никаких специальных аппаратных доработок производить не надо: в качестве шлюза выступают ресурсы, штатно предоставляемые сотовыми операторами. Соединение между сотовым шлюзом и SNMP менеджером осуществляется через Internet.

eSCView может функционировать как под управлением MS Windows 9x/NT/2000/XP, так и под управлением UNIX/Linux. Все программные продукты, используемые при разработке, являются свободно распространяемыми.

Принципы проектирования

Датчики и исполнительные механизмы через устройства сопряжения подключаются к eSCip модулями. eSCip модули подсоединяются к локальной вычислительной сети. В соответствие с протоколом SNMP, каждому eSCip модулю присваивается IP-адрес для однозначной идентификации и набор команд для контроля и управления. Управление модулями осуществляется программным обеспечением, поддерживающим протокол SNMP, от мировых производителей, либо может быть составлено из готовых модулей программы eSCView.

Универсальный eSCip — модуль

Стоимость модуля составляет эквивалент 250 долл США. В комплект поставки входит: eSCip модуль, блок питания, инструкция, программное обеспечение. Модули eSCip предназначены для управления и сбора данных в сетях TCP/IP с использованием протокола SNMP и обеспечивают работу с аналоговыми и дискретными сигналами ввода/вывода.

Для работы с eSCip модулями можно использовать любые платформы сетевого управления. В число наиболее известных платформ сетевого управления входят HP OpenView (Hewlett-Packard), Solstice Domain Manager (Sun Microsystems), Tivoli NetView (Tivoli Systems), SNMPc (Castle Rock Computing), Unicenter TNG (Computer Associates), ManageWise (Novell).

Платформы сетевого управления позволяют осуществлять обнаружение устройств в сети, выполнять общие функции отображения, управления, оповещения об изменении состояния модулей.