Ëîãè÷åñêèé óðîâåíü ïàðàìåòðîâ ñèñòåìû OpenSCADA.

Àâòîð: /RomanSavochenko

1 Ââåäåíèå

Îòêðûòàÿ SCADA ñèñòåìà OpenSCADA ïðèíàäëåæèò ê êëàññó SCADA(Supervisory Control and Data Aquisition) ñèñòåì. Ñèñòåìû äàííîãî êëàññà èñïîëüçóþòñÿ êàê ýëåìåíò ñèñòåì àâòîìàòèçàöèè òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ(ÀÑÓ-ÒÏ).

Ñèñòåìà OpenSCADA ñòðîèòñÿ êàê ìîäóëüíàÿ è âûñîêîìàñøòàáèðóåìàÿ ñèñòåìà. Ñëåäîâàòåëüíî âíóòðåííÿÿ ñòðóêòóðà ñèñòåìû äîëæíà óäîâëåòâîðÿòü âûñîêèì òðåáîâàíèÿì ãèáêîñòè.

Äëÿ ïîëó÷åíèÿ äàííûõ èçâíå â ñèñòåìå OpenSCADA ïðåäóñìîòðåíû, òàê íàçûâàåìûå, "Èñòî÷íèêè äàííûõ". Âñå èñòî÷íèêè äàííûõ ñîäåðæàòñÿ â îäíîèì¸ííîé ïîäñèñòåìå è ãðóïïèðîâàíû ïî òèïàì èñòî÷íèêîâ äàííûõ, îïðåäåëÿþùèõ ìîäóëü ïîäñèñòåìû èñòî÷íèêîâ äàííûõ (DAQ). Ìîäóëü ÿâëÿåòñÿ îòäåëÿåìûì êîìïîíåíòîì ñèñòåìû OpenSCADA, êîòîðûé, äëÿ ìîäóëåé ïîäñèñòåìû "DAQ", ñîäåðæèò êîíòðîëåðû ñ ïàðàìåòðàìè ïðåäîïðåäåë¸ííîé ñòðóêòóðû. Ïîä ñòðóêòóðîé ïàðàìåòðà ïîäðàçóìåâàåòñÿ íàïîëíåííîñòü åãî àòðèáóòàìè.

Ïðèðîäà èñòî÷íèêà äàííûõ ìîæåò êîëåáàòüñÿ îò "ñûðîãî" äî ïîëíîöåííîãî. Ïîä "ñûðûì" ïîäðàçóìåâàåòñÿ èñòî÷íèê, êîòîðûé ïðåäîñòàâëÿåò òîëüêî ýëåìåíòàðíûå ñèãíàëû (öåëîå, âåùåñòâåííîå, ëîãè÷åñêîå). Ïîä ïîëíîöåííûì, ïîäðàçóìåâàåòñÿ èñòî÷íèê, êîòîðûé, â ïàðàìåòðå, ñîäåðæèò àòðèáóòû äîïîëíèòåëüíîãî çíà÷åíèÿ, ïîêðûâàþùèå ïðàêòè÷åñêè âñå äèàãíîñòè÷åñêèå çàäà÷è, ò.å. ïàðàìåòð ÿâëÿåòñÿ çàêîí÷åííûì îáúåêòîì, íå òðåáóþùèì äîïîëíèòåëüíîé èíôîðìàöèè.

Ó÷èòûâàÿ òàêîé ðàçáðîñ, ìîæåò âîçíèêíóòü ñèòóàöèÿ, êîãäà èíôîðìàöèè â îáúåêòå ïàðàìåòðà íåäîñòàòî÷íî äëÿ îïèñàíèÿ îáúåêòà â öåëîì è íóæåí ïðîèçâîäíûé îáúåêò íà áîëåå âûñîêîì óðîâíå àáñòðàêöèè. Ðåøåíèåì òàêîé ñèòóàöèè ìîæåò áûòü ôîðìèðîâàíèå äîïîëíÿþùèõ ïàðàìåòðîâ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ íåíàãëÿäíûì è âíîñèò ïóòàíèöó. Áîëåå ïðàâèëüíûì ðåøåíèåì áóäåò ñîçäàíèå ïðîñëîéêè, òàê íàçûâàåìîãî "Ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ", âûïîëíÿþùåé ôóíêöèè ãèáêîãî ôîðìèðîâàíèÿ ïàðàìåòðîâ/îáúåêòîâ íåîáõîäèìîé ñòðóêòóðû, âêëþ÷àÿ ïîñò-îáðàáîòêó.

2 Íàçíà÷åíèå

Ôóíêöèîíàëüíî, ðàçðàáîòêà ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ïðåäîñòàâëåíèÿ â ñèñòåìå OpenSCADA ìåõàíèçìà ñâîáîäíîãî ôîðìèðîâàíèÿ îáúåêòîâ ïàðàìåòðîâ íóæíîé ñòðóêòóðû.
Ýêñïëóàòàöèîííûì íàçíà÷åíèåì ðàçðàáîòêè ÿâëÿåòñÿ:

• ðàñøèðåíèå ñôåðû ïðèìåíåíèÿ ñèñòåìû OpenSCADA, çà ñ÷¸ò óâåëè÷åíèÿ ãèáêîñòè îïèñàíèÿ îáúåêòîâ ïàðàìåòðîâ;
• ñîêðàùåíèÿ çàòðàò òðóäà íà ñîçäàíèå ñëîæíûõ àâòîìàòèçèðîâàííûõ ñèñòåì.

3 Òðåáîâàíèÿ

Àðõèòåêòóðíî, ëîãè÷åñêèé óðîâåíü äîëæåí óäîâëåòâîðÿòü ñëåäóþùèì òðåáîâàíèÿì:

• ðåàëèçîâûâàòüñÿ â âèäå ïîäñèñòåìû ñèñòåìû OpenSCADA (ïîäñèñòåìà "Ïàðàìåòðû");
• ñîäåðæàòü êîíòåéíåðû ïàðàìåòðîâ è øàáëîíîâ ïàðàìåòðîâ;

Èñõîäÿ èç àðõèòåêòóðíûõ ñîîáðàæåíèé ìîæíî ñôîðìèðîâàòü òðåáîâàíèÿ ê îòäåëüíûì êîìïîíåíòàì.

Òðåáîâàíèÿ ê ïîäñèñòåìå "Ïàðàìåòðû":

• ñîäåðæàòü êîíòåéíåðû ïàðàìåòðîâ è èõ øàáëîíîâ;
• ïðåäîñòàâëÿòü ìåõàíèçì ïåðèîäè÷åñêîãî îáñ÷¸òà ïàðàìåòðîâ ïîñòðîåííûõ íà øàáëîíàõ;
• ïðåäîñòàâëÿòü ñöåíàðèè ïîëüçîâàòåëüñêîãî èíòåðôåéñà äëÿ êîíôèãóðàöèè ïîäñèñòåìû è äîñòóïà ê ïàðàìåòðàì è èõ øàáëîíàì.

Òðåáîâàíèÿ ê îáúåêòàì "Øàáëîíû ïàðàìåòðîâ":

• ñîäåðæàòü ñòðóêòóðó àòðèáóòîâ ïàðàìåòðà;
• ïîääåðæèâàòü ïîëüçîâàòåëüñêèé äîñòóï ê àòðèáóòàì (ñòîðîíà êîíôèãóðàöèè): êîíñòàíòà, ñâÿçü;
• ïîääåðæèâàòü ãðóïïèðîâêó ñâÿçåé àòðèáóòîâ ïî ïàðàìåòðàì ñ àâòîìàòè÷åñêèì íàçíà÷åíèåì íóæíûõ àòðèáóòîâ ïîñëå óêàçàíèÿ ïàðàìåòðà;
• ïîääåðæèâàòü âîçìîæíîñòü óêàçàíèÿ òèïà àòðèáóòà (ñòîðîíà ðåçóëüòèðóþùåãî ïàðàìåòðà): íå àòðèáóò, àòðèáóò ñ ïîëíûì äîñòóïîì, àòðèáóò ñ äîñòóïîì òîëüêî íà ÷òåíèå;
• ïðåäîñòàâëÿòü ìåõàíèçì âû÷èñëåíèÿ èìïîðòèðóåìûõ àòðèáóòîâ ñ öåëüþ ôîðìèðîâàíèÿ íîâûõ (íà îñíîâå îáúåêòíîé ìîäåëè ñèñòåìû OpenSCADA);
• ïðåäîñòàâëÿòü ñöåíàðèè ïîëüçîâàòåëüñêîãî èíòåðôåéñà äëÿ êîíôèãóðàöèè øàáëîíà ïàðàìåòðîâ.

Òðåáîâàíèÿ ê îáúåêòàì "Ïàðàìåòðîâ":

• ïîääåðæèâàòü ðåæèìû: ïðÿìîå îòîáðàæåíèå è ôîðìèðîâàíèå ïî øàáëîíó;
• ðåàëèçàöèÿ âûñîêî-ïðîèçâîäèòåëüíîãî ìåõàíèçìà ñâÿçûâàíèÿ ñ èñõîäíûìè àòðèáóòàìè/ïàðàìåòðàìè;
• ïðåäîñòàâëÿòü ñöåíàðèè ïîëüçîâàòåëüñêîãî èíòåðôåéñà (èíòåðôåéñ óïðàâëåíèÿ ñèñòåìîé) äëÿ êîíôèãóðàöèè ïàðàìåòðà.

4 Ïðîåêòèðîâàíèå

Èñõîäÿ èç âûøåèçëîæåííûõ òðåáîâàíèé ðàçðàáîòàåì Ëîãè÷åñêèé óðîâåíü ïàðàìåòðîâ. Îáùàÿ ñòðóêòóðà Ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ, â êîíòåêñòå âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ôèçè÷åñêèì, ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1.

Ðèñ. 1. Îáùàÿ ñòðóêòóðà ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ

Ðàçðàáîòêà ïîäñèñòåìû "Ïàðàìåòðû" íè÷åì ñóùåñòâåííî íå îòëè÷àåòñÿ îò äðóãèõ ïîäñèñòåì ñèñòåìû OpenSCADA, ïîýòîìó ðàññìàòðèâàòü îñîáåííîñòè å¸ ôîðìèðîâàíèÿ íå áóäåì. Øàáëîíû ïàðàìåòðîâ è ïàðàìåòðû ÿâëÿþòñÿ èíòåðåñíûì âîïðîñîì, ïîýòîìó ðàññìîòðèì îñîáåííîñòè èõ ôîðìèðîâàíèÿ.

Òðåáîâàíèÿìè ê øàáëîíó ïàðàìåòðîâ, îçâó÷åíà íåîáõîäèìîñòü ñîäåðæàíèÿ ñòðóêòóðû àòðèáóòîâ, êîòîðûå áóäóò ôèãóðèðîâàòü êàê ñî ñòîðîíû êîíôèãóðàöèè ïàðàìåòðà, òàê è ñî ñòîðîíû ðåçóëüòèðóþùèõ àòðèáóòîâ. Êðîìå òîãî, íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü âîçìîæíîñòü âû÷èñëåíèÿ àòðèáóòîâ. Õîðîøèì ðåøåíèåì áóäåò èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ ýòèõ öåëåé îáúåêòîâ ôóíêöèé ñðåäû ïðîãðàììèðîâàíèÿ?. Òàêîé ïîäõîä èçáàâèò îò íåîáõîäèìîñòè ñîçäàíèÿ ìåõàíèçìà äîáàâëåíèÿ àòðèáóòîâ, ïîñêîëüêó äîáàâëÿòüñÿ è ôîðìèðîâàòüñÿ îíè áóäóò â âèäå ïàðàìåòðîâ ôóíêöèè. Îáùóþ ñòðóêòóðó ôîðìèðîâàíèÿ ïàðàìåòðà ïî øàáëîíó ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 2.

Ðèñ. 2. Ôîðìèðîâàíèå ïàðàìåòðà ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ ïî øàáëîíó

Àðõèòåêòóðà ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ ïîëó÷àåòñÿ ïðåäåëüíî ïðîñòàÿ.  âèäå äèàãðàììû êëàññîâ å¸ ìîæíî èçîáðàçèòü ñëåäóþùèì îáðàçîì (ðèñ 3). Îïèñàíèå êëàññîâ ïðèâåäåíî â òàáëèöå 1.

Ðèñ. 3. Äèàãðàììà êëàññîâ ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ ïàðàìåòðîâ

Òàáëèöà 1. Êëàññû ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ ïàðàìåòðîâ

Ëîãèêó ðàáîòû ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ ïàðàìåòðîâ ìîæíî çàïèñàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:

• Ïàðàìåòð ñâÿçûâàåòñÿ ñ øàáëîíîì, èç êîòîðîãî ïðèîáðåòàåò ñòðóêòóðó àòðèáóòîâ â ñîîòâåòñòâèè ñ ôóíêöèåé øàáëîíà.
•  ìîìåíò ñâÿçûâàíèÿ ïàðàìåòðà ñ ôóíêöèåé âûïîëíÿåòñÿ ñâÿçûâàíèå êàäðà çíà÷åíèé ïàðàìåòðà ñ ôóíêöèåé èç øàáëîíà.
• Äàëåå, â ñîîòâåòñòâèè ñ øàáëîíîì ôóíêöèè, ôîðìèðóåòñÿ ñòðóêòóðà ñâÿçåé.
• Èñõîäÿ èç ñòðóêòóðû ñâÿçåé ôîðìèðóåòñÿ ôîðìà ñâÿçûâàíèÿ ïàðàìåòðà.
• Ïîëüçîâàòåëü óñòàíàâëèâàåò ñâÿçè.
• Ïîñëå ýòîãî, ïðè äîñòóïå ê àòðèáóòàì ïîëó÷åííîãî ïàðàìåòðà ïðîèçâîäèòñÿ ïðîâåðêà íà íàëè÷èå ïðÿìîé ñâÿçè.  ñëó÷àå íàëè÷èÿ ïðÿìîé ñâÿçè çàïðîñ ïåðåíàïðàâëÿåòñÿ ïî ýòîé ñâÿçè, â ïðîòèâíîì ñëó÷àå çíà÷åíèå áåð¸òñÿ èç êàäðà çíà÷åíèé ôóíêöèè.
•  ýòîò ìîìåíò ðàáîòàåò âû÷èñëåíèå ôóíêöèè øàáëîíà, ïî êàäðó çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ. Ïðè ýòîì ïåðåä âû÷èñëåíèåì ïðîèçâîäèòñÿ ÷òåíèå çíà÷åíèé ïî ññûëêàì, à ïîñëå âû÷èñëåíèÿ çàïèñü ðåçóëüòàòîâ ïî ýòèì ññûëêàì.

 øàáëîíå ïàðàìåòðà, ó àòðèáóòà, ïðåäóñìîòðåíî äâà ñâîéñòâà: "Àòðèáóò", "Äîñòóï" è "Çíà÷åíèå". Ñâîéñòâî "Àòðèáóò" îïèñûâàåò îòðàæåíèÿ íà àòðèáóò ïàðàìåòðà. Ïðåäóñìîòðåíû ñëåäóþùèå âàðèàíòû ýòîãî ñâîéñòâà:

• íå àòðèáóò - ïàðàìåòð ôóíêöèè íå ÿâëÿåòñÿ àòðèáóòîì;
• òîëüêî ÷òåíèå - ïàðàìåòð ôóíêöèè ÿâëÿåòñÿ àòðèáóòîì ñ äîñòóïîì òîëüêî íà ÷òåíèå;
• ïîëíûé äîñòóï - ïàðàìåòð ôóíêöèè ÿâëÿåòñÿ àòðèáóòîì ñ ïîëíûì äîñòóïîì.

Ñâîéñòâî "Äîñòóï" îïðåäåëÿåò ñâÿçè ýòîãî ïàðàìåòðà ôóíêöèè ñ ôèçè÷åñêèì óðîâíåì. Ïðåäóñìîòðåíû ñëåäóþùèå âàðèàíòû ýòîãî ñâîéñòâà:

• êîíñòàíòà - óñòàíàâëèâàåòñÿ òîëüêî íà óðîâíå øàáëîíà;
• ïóáëè÷íàÿ êîíñòàíòà - óñòàíàâëèâàåòñÿ íà óðîâíå ïàðàìåòðà, ïîëüçîâàòåëåì;
• Ñâÿçü - ñâÿçü íà àòðèáóò ïàðàìåòðà ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ.

Ïîëå "Çíà÷åíèå" îïèñûâàåò çíà÷åíèå äëÿ êîíñòàíò è ïðåäïî÷èòàåìûé àòðèáóò ïàðàìåòðà äëÿ ñâÿçåé. Îïèñàíèå ïðåäïî÷èòàåìîãî àòðèáóòà ïàðàìåòðà, äëÿ ñâÿçåé, èñïîëüçóåòñÿ â öåëÿõ îïèñàíèÿ íåÿâíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ àòðèáóòîâ ïàðàìåòðîâ. Ñòðóêòóðà îïèñàíèÿ ñëåäóþùàÿ: <Îïèñàíèå ïàðàìåòðà>|<àòðèáóò>. Ãäå "Îïèñàíèå ïàðàìåòðà" èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îáúåäèíåíèÿ ïàðàìåòðîâ è ïîìåùåíèÿ íà ôîðìó êîíôèãóðàöèè, à àòðèáóò äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî ñâÿçûâàíèÿ ïðè íàçíà÷åíèè ïàðàìåòðà.

5 Ðåàëèçàöèÿ

 ïðîöåññå ðåàëèçàöèè áûëè ñîçäàíû âñå êîìïîíåíòû, à òàêæå ñöåíàðèè êîíôèãóðàöèè, èíòåðôåéñà óïðàâëåíèÿ, äëÿ íèõ. Ôîðìû êîíôèãóðàöèè ïîäñèñòåìû "Ïàðàìåòðû" ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4. è ðèñ. 5. Ôîðìû êîíôèãóðàöèè øàáëîíîâ ïàðàìåòðîâ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 6 è ðèñ. 7. Ôîðìû êîíôèãóðàöèè ïàðàìåòðîâ ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 8, ðèñ. 9 è ðèñ.10.

6 Çàìå÷àíèÿ

•  ïðîöåññå ðåàëèçàöèè îñòàëñÿ íå ðåøåí âîïðîñ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè. Ïðîáëåìà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äëÿ àäðåñàöèè àòðèáóòîâ èñïîëüçóåòñÿ ñòðîêîâûé èäåíòèôèêàòîð, ïðè÷¸ì êàê ïðè îáðàùåíèè ê àòðèáóòàì ïàðàìåòðà, òàê è â ïðîöåññå âû÷èñëåíèÿ êàäðà çíà÷åíèé ôóíêöèåé øàáëîíà.  ðåçóëüòàòå ýòîãî, îáùåå âðåìÿ âû÷èñëåíèÿ è äîñòóïà îêàçûâàåòñÿ çíà÷èòåëüíûì!
•  ïðîöåññå èñïîëüçîâàíèÿ ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ ïàðàìåòðîâ ïîÿâèëàñü ìûñëü çàäåéñòâîâàòü ðàçðàáîòàííûå ìåõàíèçìû íà ôèçè÷åñêîì óðîâíå îòäåëüíûõ èñòî÷íèêîâ äàííûõ. Íàïðèìåð, ýòè ìåõàíèçìû ìîæíî èñïîëüçîâàòü â èñòî÷íèêå äàííûõ êîíòðîëëåðîâ S7 äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ïàðàìåòðîâ òðåáóåìîé ñòðóêòóðû. Îòëè÷èåì îò ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ ïàðàìåòðîâ áóäå òîëüêî èíîé ñìûñë ñâÿçåé, òàê îíè áóäóò îïèñûâàòü áëîêè äàííûõ è ñìåùåíèÿ â íèõ.
•  ïîñëåäñòâèè ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ è ñîîáðàæåíèé âûøå áûëî âûïîëíåíî óïðàçäíåíèå ïîäñèñòåìû ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ ïàðàìåòðîâ, êàê îòäåëüíîé ñóùíîñòè, à å¸ ìåõàíèçìû, â ñîñòàâå øàáëîíîâ ïàðàìåòðîâ è ïàðàìåòðîâ ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ, áûëè ïåðåìåùåíû â ïîäñèñòåìó "DAQ" (øàáëîíû ïàðàìåòðîâ) è â îòäåëüíûå ìîäóëè (ïàðàìåòðû ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ). Òàêèì îáðàçîì, ñòàëî âîçìîæíûì âêëþ÷åíèå ìåõàíèçìîâ ôîðìèðîâàíèÿ ïàðàìåòðîâ ïî øàáëîíó â ëþáîé ìîäóëü èñòî÷íèêà äàííûõ.
• Ðåàëèçîâàí ìåõàíèçì ïîëíîãî îïèñàíèÿ øàáëîíà â íåì ñàìîì. Òåïåðü íå íóæíî îòäåëüíî ôîðìèðîâàòü ôóíêöèè äëÿ îáúåêòíîé ìîäåëè.

Ðèñ. 4. Ïîäñèñòåìà "Ïàðàìåòðû": Ïàðàìåòðû

Ðèñ. 5. Ïîäñèñòåìà "Ïàðàìåòðû": Øàáëîíû

Ðèñ. 6. Øàáëîí: Îáùàÿ èíôîðìàöèÿ

Ðèñ. 7. Øàáëîí: Êîíôèãóðàöèÿ

Ðèñ. 8. Ïàðàìåòð: Îáùàÿ èíôîðìàöèÿ

Ðèñ. 9. Ïàðàìåòð: Àòðèáóòû

Ðèñ. 10. Ïàðàìåòð: Êîíôèãóðàöèÿ øàáëîíà

Ññûëêè