OpenSCADAWiki: Doc/VCA/part6 ...

6.1 Виджеты и их библиотеки

Целями данного этапа является:

• Реализация основы архитектуры "Модель данных" — "Представление" в лице модулей системы OpenSCADA: "UI.VCAEngine" — "UI.Vision".
• Реализация базовых функций модели данных СВУ в модуле UI.VCAEngine:
  • Организация хранилища данных модели, модуля UI.VCAEngine, в БД, доступных OpenSCADA.
  • Написание сценариев управления моделью данных, модуля UI.VCAEngine, посредством интерфейса управления OpenSCADA.
  • Создание абстрактного класса виджета VCA::Widget.
  • Создание класса библиотеки виджетов VCA::WdgLib.
  • Создание представительских классов библиотечного VCA::LWidget и контейнерного VCA::CWidget виджета.
  • Создание представительского класса терминального виджета VCA::PrWidget (конечного элемента визуализации).
  • Создание первичной версии библиотеки терминальных виджетов, модели данных примитивов визуализации.
• Реализация базовых функций среды разработки пользовательского интерфейса в модуле представления UI.Vision:
  • Построение основы пользовательского интерфейса разработки на библиотеке Qt.
  • Формирование навигатора по библиотекам виджетов и механизмы управления ими.
  • Формирование инспектора атрибутов виджета.
  • Формирование диалога редактирования свойств библиотеки.
  • Формирование диалога редактирования свойств виджета.
  • Формирование графического редактора кадров и основы графического редактирования элементов конечной визуализации (примитивов).

В результате проделанной работы созданы модули модели данных UI.VCAEngine и представления UI.Vision. На данном этапе модулями реализуются механизмы формирования элементов пользовательского интерфейса. На следующий этапе данные элементы будут использованы для формирования цельных интерфейсов визуализации и управления.

Рассмотрим по пунктам результаты реализации данного этапа:

Реализация основы архитектуры "Модель данных"-"Представление"

В соответствии со статической диаграммой классов (рис.4.11.1) и общими требованиями были реализованы модули "UI.VCAEngine" и "UI.Vision" для системы OpenSCADA. Модуль "UI.VCAEngine" реализует модель данных СВУ и является источником для последующего представления этих данных различными механизмами визуализации. Модуль "UI.Vision" реализует способ представления данных, основанный на библиотеке Qt версии 4 фирмы Trolltech.

Связь между модулем модели данных и представления организована посредством прямых вызовов (сильные связи). Такой способ связи выбран для предварительного абстрагирования от особенностей взаимодействия и концентрации на основных задачах реализации. В последствии планируется унификация и построение этих связей посредством интерфейса управления системой OpenSCADA (слабые связи). В результате будет достигнута возможность разнесения модели данных и представления с возможностью одновременного обслуживания различных механизмов представления одной моделью данных СВУ. Кроме того, можно будет оценить степень влияния типа связи на производительность СВУ.

Реализация базовых функций модели данных СВУ, в модуле UI.VCAEngine

Модуль модели данных(движка) СВУ содержит контейнер библиотек виджетов/кадров. Модулем предоставляется предопределённая библиотека базовых виджетов(примитивов) с первичной реализацией собственных свойств и логики обработки этих свойств.

Хранение данных виджетов и библиотек виджетов реализовано в БД, доступных системе OpenSCADA. БД организована по принадлежности данных к библиотеке. Т.е. отдельная библиотека хранится в отдельной группе таблиц одной или разных БД. Перечень библиотек виджетов хранится в индексной таблице библиотек с именем "VCALibs" и структурой "Libs". Экземпляр этой таблицы создаётся в каждой БД где хранятся данные этого модуля с перечнем библиотек, содержащихся в конкретно взятой БД. В состав таблиц, принадлежащих библиотеке виджетов, входят следующие:

• {DB_TBL} — Таблица с виджетами, принадлежащими библиотеке структура "LibWigets".
• {DB_TBL}_io — Таблица с рабочими свойствами виджетов этой библиотеки и вложенных виджетов контейнерных виджетов структура "LibWidgetIO".
• {DB_TBL}_uio — Таблица с пользовательскими свойствами виджетов этой библиотеки и вложенных виджетов контейнерных виджетов структура "LibWidgetUserIO".
• {DB_TBL}_incl — Таблица с перечнем вложенных виджетов в виджеты-контейнеры данной библиотеки структура "LibWidgetIncl".
• {DB_TBL}_mime — Таблица с ресурсами библиотеки и её виджетов структура "LibWidgetMime".

Для управления библиотеками виджетов и отдельными виджетами были написаны сценарии конфигурации на языке интерфейса управления OpenSCADA. На данный момент эти сценарии призваны выполнять только функции централизованной конфигурации элементов движка СВУ, однако, в последствии их планируется расширить и наделить функциями обработки запросов к модели данных от модулей представления с целью организации "слабых связей" между "Моделью данных" и "Представлением".

Основой практически всех элементов движка стал объект абстрактного элемента визуализации VCA::Widget. На своём, абстрактном, уровне объект наделён следующими свойствами:

• "Использующего" наследования — механизм наследования отдельных свойств другого экземпляра объекта. Используется для организации механизма вторичного использования, переопределения и доопределения элементов визуализации.
• Хранение свойств(атрибутов) виджетов с механизмами "использующего" наследования значений. Механизм "использующего" наследования выполняет наследования значений свойств с самого корневого элемента и до верхнего, с возможностью переопределения значений на каждом из уровней. При этом, в БД хранятся только значения изменённых свойств.
• Поддержка режима контейнера. В этом режиме виджет может включать другие(дочерние) виджеты, как библиотека виджетов содержит виджеты. Используется в библиотечных виджетах, которые наследуют свойства примитива-контейнера, например примитив кадра "Box". Также, это свойство планируется использовать в сеансе проекта, для построения иерархического дерева виджетов (примитивов) при формирование конечного образа визуализации кадров.
• Поддержка режима простой связи. Данный режим используется для вложенных виджетов библиотеки. Особенностью этого режима является то, что он не наследует свойства контейнера, а значит не может прямо содержать вложенные виджеты (раздел 4.5).
• Содержит процедуру внутренней логики виджета на одном из языков системы OpenSCADA. Логика этой процедуры может использоваться для организации взаимодействия вложенных виджетов и контейнера друг с другом, формируя требуемое поведение.
• Предоставление доступа к ресурсам, mime-данным, с учётом иерархии "использующего" наследования.

Для представления библиотеки виджетов реализован класс VCA::WdgLib, основными функциями которого является содержание библиотечных виджетов, хранение и загрузка их с БД, предоставление доступа к ресурсам (Mime-данные), а также контроль доступа.

Специально для включения в библиотеку виджетов был создан класс библиотечного виджета VCA::LWidget, который основан на классе абстрактного виджета VCA::Widget и предоставляет дополнительные функции: хранения данных виджета в таблицах библиотеки, переопределения доступа к ресурсам на таблицу с mime-данными библиотеки и хранение вложенного контейнерного виджета VCA::CWidget.

В свою очередь класс контейнерного виджета VCA::CWidget предоставляет функции: хранения данных контейнерного виджета в таблицах библиотеки, переопределения доступа к ресурсам на таблицу с mime-данными библиотеки, а также принудительный режим простой ссылки для всех контейнерных виджетов.

На основе класса библиотечного виджета VCA::LWidget был сформирован абстрактный класс терминального виджета VCA::PrWidget. А уже на его основе сформированы реализации примитивов базовых виджетов, которые и формируют библиотеку базовых виджетов, создаваемую модулем при инициализации. Значения свойств базовых виджетов также могут сохраняться в БД (таблицы библиотеки виджетов), формируя нужные шаблоны. Кроме того, базовая библиотека примитивов может доопределяться расширенными примитивами из модулей интерфейсов представления, которым базовых недостаточно. Но в этом случае нужно учитывать, что подобные действие — путь к несовместимости между модулями интерфейсов представления!

Реализация базовых функций среды разработки пользовательского интерфейса в модуле представления UI.Vision

Среда разработки пользовательских интерфейсов модуля основана на MDI(Multi Document Interface) интерфейсе. Данный подход позволяет одновременно редактировать несколько кадров различных размеров. Использованы следующие механизмы управления разработкой: панели инструментов, пункты меню и контекстное меню. Большинство действий дублируются в разных механизмах, что позволяет быстро найти инструмент предпочитаемым способом. Навигационные интерфейсы реализованы присоединяемыми окнами. Конфигурация панелей инструментов и присоединяемых окон сохраняется при выходе и восстанавливается при старте, что позволяет настраивать интерфейс под себя.

Одним из элементом пользовательского интерфейса, реализованным как присоединяемое окно, является навигатор библиотек виджетов. С помощью навигатора можно быстро найти нужный виджет или библиотеку и проделать над ними необходимые операции. Реализованы операции: добавления, удаления, настройки виджетов и библиотек, а также визуального редактирования виджетов.

Для удобного управления свойствами виджетов/кадров реализован инспектор атрибутов(свойств) виджетов. Инспектор атрибутов реализован как присоединяемое окно, которое активируется при выборе кадра или виджета. Окно инспектора атрибутов можно удобно расположить на виду, пришвартовав к одной из сторон рабочего окна. Инспектором атрибутов реализована поддержка групповой конфигурации нескольких виджетов, а также группирование однотипных свойств.

Для визуального редактирования кадров реализована первичная поддержка редактирования виджетов и кадров. Уже сейчас редактор позволяет редактировать кадры, основанные на примитиве "Box", и полноценно отображать примитив текстового поля "Text". В редакторе кадров реализованы функции:

• выделение виджета и группы виджетов на кадре;
• перетаскивание выделенных виджетов по кадру;
• изменение размеров выделенных виджетов на кадре;
• редактирование свойств выделенных виджетов;
• выравнивание и управление уровнями отображения выделенных виджетов.

Вид окна разработки приведён на рис. 6.1.1, где можно видеть: панели инструментов, навигатор виджетов, инспектор атрибутов, окно редактирования кадра и строка статуса.

Для настройки объектов виджетов и их библиотек разработаны два диалога, диалог настройки виджета (рис.6.1.2) и диалог настройки библиотеки виджетов (рис.6.1.3). Диалог настройки библиотеки позволяет установить основные свойства и поместить mime-данные в БД, для последующего использования в виджетах библиотеки. Диалог настройки виджета позволяет установить: основные свойства виджета, индивидуально установить значения атрибутов и сконфигурировать внутреннюю процедуру вычислений виджета с дополнительными (пользовательскими) свойствами.

6.3 Сеансы исполнения проектов

Целями данного этапа является:

• Реализация сеансов исполнения проектов на уровне модели данных СВУ в модуле UI.VCAEngine:
  • Формирование иерархического дерева виджетов конечной визуализации на основе проекта, для которого открывается сеанс.
  • Формирование кадров значений для процедур обсчёта виджетов конечной визуализации.
  • Обработка ссылок на параметры источников данных OpenSCADA.
  • Реализация иерархического обсчёта процедур и обновления ссылок виджетов.
  • Формирование механизма прохождения и обработки событий по иерархическому дереву.
• Реализация визуализации сеансов проектов в модуле представления UI.Vision(Qt), как полноценного пользовательского интерфейса с элементами визуализации динамики, истории и управления:
  • Формирование окна исполнения проекта (Исполнение).
  • Визуализация кадров проекта в режиме "Исполнения" с периодическим обновлением содержимого.
  • Реализация передачи и обработки событий.
  • Реализация механизма переключения/открытия/замещения/навигации по страницам проекта с учётом сценариев обработки.

На данном этапе был добавлен механизм исполнения проекта в сеансах модели данных модуля VCAEngine, а также визуализация сеанса проекта, режим "Исполнение", в модуле визуализации на библиотеке Qt Vision с элементами обновления данных и интерактивного взаимодействия с пользователем.

Формирование иерархического дерева виджетов конечной визуализации на основе проекта для которого открывается сеанс.

В соответствии с рис.4.11.1 и разделом 4.5 объекты сеанса проекта наследуются от абстрактного объекта Widget и используют соответствующие объекты проекта. Так, сеанс Session использует проект Project и формирует развёрнутое дерево на основе него. Страница проекта Page прямо используется страницей сеанса SessPage. Остальные объекты SessWdg разворачиваются в соответствии с иерархией элементов страницы (раздел 4.5).

В дополнение к стандартным свойствам абстрактного виджета Widget элементы страницы и сами страницы, сеанса получают свойства хранения кадра значений вычислительной процедуры, обсчёта процедур и механизм обработки событий. Страницы сеанса, в дополнение ко всему, содержат контейнер следующих по иерархии страниц. Сеанс в целом обсчитывается с указанной периодичностью и в последовательности:

• "Страница верхнего уровня" -> "Страница нижнего уровня"
• "Виджет нижнего уровня" -> "Виджет верхнего уровня"

Такая политика позволяет обходить страницы в соответствии с иерархией, а событиям в виджетах всплывать наверх за одну итерацию.

В сеансе реализована поддержка специальных свойств страниц:

На основе этих свойств реализованы следующие типы страниц:

Формирование кадров значений для процедур обсчёта виджетов конечной визуализации.

В разделе выше мы уже отмечали, что виджет сеанса содержит кадр значений процедуры обсчёта. Этот кадр инициируется и используется в случае наличия процедуры обсчёта. В момент инициализации создаётся перечень параметров процедуры и выполняется компиляция процедуры с этими параметрами в модуле, реализующем выбранный язык программирования, и закодированным полным именем виджета. Скомпилированная функция подключается к кадру значений процедуры обсчёта. Далее выполняется вычисление с периодичностью сеанса.

Вычисление и обработка виджета в целом выполняется в следующей последовательности:

• выбирается события, доступные на момент вычисления, из атрибута "event" виджета;
• события загружаются в параметр "event" кадра вычисления;
• загружаются значения по входным связям в кадр вычисления;
• загружаются значения специальных переменных в кадр вычисления (f_frq, f_start и f_stop);
• загружаются значения выбранных параметров виджета в кадр вычисления;
• вычисление;
• выгрузка значений кадра вычисления в выбранные параметры виджета;
• выгрузка значений кадра вычисления по выходным связям;
• выгрузка события из параметра "event" кадра вычисления;
• обработка событий и передача необработанных на уровень выше.

Обработка ссылок на параметры источников данных OpenSCADA.

При исполнении виджета сеанса необходимо выполнение обработки ссылок. На данный момент подключение по ссылкам выполняется в момент вычисления, что является небыстрой операцией. Реализация обработки ссылок будет пересмотрена и оптимизирована в дальнейшем.

Заложена поддержка следующих типов ссылок:

• Значение константы ("V"). Переменная для определения в момент конфигурации страницы в проекте.
• Атрибут параметра подсистемы "Сбор данных" ("P"). Механизм доступа к значениям параметра подсистемы "Сбор данных" системы OpenSCADA.
• Атрибут вложенного виджета ("W"). Внутренняя прямая связь между вложенными виджетами.

Формирование окна исполнения проекта (Исполнение).

На стороне визуализации (модуль Vision) для визуализации процесса исполнения проекта реализован объект VisRun. При запуске он шлёт запрос на создание и инициализацию сессии. Далее выполняется запрос на перечень открытых страниц. Исходя из информации об открытых страницах VisRun и их связности, формируется результирующий интерфейс. На рис. 6.3 приведён пример классического SCADA интерфейса с объектами сигнализации, где главное окно содержит страницу внутри, которая замещается по нажатию на кнопки объектов сигнализации и листания.

Визуализация кадров проекта в режиме "Исполнение" с периодическим обновлением содержимого.

Реализовано обновление содержимого открытых страниц интерфейса визуализации с периодичностью исполнения сеанса проекта. В процессе обновления выполняется:

• запрос списка открытых страниц у модели и проверка соответствия реально открытых страниц этому списку;
• запрос изменённых данных по каждой странице и её виджету;
• обновление содержимого страниц и их виджетов в соответствии с полученными измененными данными.

По закрытию окна "Исполнения" производится закрытие сеанса проекта в модели данных. В дальнейшем будет реализована возможность подключения к ранее открытому сеансу и отключение от сеанса, без его закрытия.

Механизм запроса только изменённых данных основан на абсолютном счётчике исполнения сеанса. При внесении реальных изменений в атрибуты виджетов выполняется запоминание значения этого счётчика, что и позволяет идентифицировать изменённые атрибуты. Такой подход позволяет повысить производительность и уменьшить нагрузку на трафик в случае доступа к модели через сеть.

Реализация передачи и обработки событий.

Визуализатор сеанса ("RunTime"), в виду своего непосредственного контакта с пользователем, собирает различные события. Часть событий обрабатывается образами базовых виджетов (Text, Box, Document и т.д.), в результате чего могут формироваться другие события. Другая часть прямо передаётся в модель данных, где они и обрабатываются.

В модель данных события передаются сразу после получения, где они собираются в атрибуте виджета "event" до момента следующей итерации исполнения сеанса. Далее, в процессе обсчёта сеанса, события извлекаются из атрибута "event" и обрабатываются в процедуре виджета или в соответствии со сценарием в атрибуте "evProc". Необработанные событие поднимаются к вышестоящему виджету модели.

Реализация механизма переключения/открытия/замещения/навигации по страницам проекта с учётом сценариев обработки.

Переключение, открытие, замещение и навигация по страницам реализовано на основе обработки событий по сценарию, в атрибуте активного виджета "evProc". Сценарий этого атрибута записывается в виде списка команд с синтаксисом: {event}:{srcWdg}:{com}:{prm}, детали в разделе 4.7 и разделе 4.4.

6.4 Проектирование и реализация примитивов отображения

На данном этапе планируется реализация моделей данных UI.VCAEngine и образов визуализатора Vision, WebVision для всех базовых элементов: "ElFigure", "FormEl", "Text", "Media", "Diagram", "Protocol", "Document", "Function", "Box", "Link".

6.4.1 Примитив элементарная фигура (ElFigure)

Реализацию на стороне модели данных (UI.VCAEngine) описанно в этом-же документа, раздел 4.12.

UI.Vision

UI.WebVision

6.4.2 Примитив элементов формы (FormEl)

Реализацию на стороне модели данных (UI.VCAEngine) описанно в этом-же документа, раздел 4.12.

UI.Vision

UI.WebVision

6.4.3 Примитив текста (Text)

Реализацию на стороне модели данных (UI.VCAEngine) описанно в этом-же документа, раздел 4.12.

UI.Vision

UI.WebVision

6.4.4 Примитив отображения медиа-материалов (Media)

Реализацию на стороне модели данных (UI.VCAEngine) описанно в этом-же документа, раздел 4.12.

UI.Vision

UI.WebVision

6.4.5 Примитив построения диаграм/графиков (Diagram)

Реализацию на стороне модели данных (UI.VCAEngine) описанно в этом-же документа, раздел 4.12.

UI.Vision

UI.WebVision

6.4.6 Примитив формирования протокола (Protocol)

Реализацию на стороне модели данных (UI.VCAEngine) описанно в этом-же документа, раздел 4.12.

UI.Vision

UI.WebVision

6.4.7 Примитив формирования протокола (Document)

Реализацию на стороне модели данных (UI.VCAEngine) описанно в этом-же документа, раздел 4.12.

UI.Vision

UI.WebVision

6.4.8 Примитив контейнера (Box)

Реализацию на стороне модели данных (UI.VCAEngine) описанно в этом-же документа, раздел 4.12.

UI.Vision

UI.WebVision

Известно, что человек может иметь индивидуальные особенности в восприятии графической информации. Если эти особенности не учитывать то можно получить неприятие и отторжение пользователя к интерфейсу ВУ. Такое неприятие и отторжение может привести к фатальным ошибкам при управлении ТП, а также травмировать человека постоянной работой с таким интерфейсом. В SCADA системах приняты соглашения, которые регламентируют требования по созданию унифицированного интерфейса ВУ, нормально воспринимаемого большинством людей. При этом практически отсутствует учёт особенностей людей с некоторыми отклонениями.

С целью учесть это обстоятельство и предоставить возможность централизованно и просто изменять визуальные свойства интерфейса проектом предусматривается реализация менеджера стилей интерфейса визуализации.

Пользователем может быть создано множество стилей, каждый из которых будет хранить цветовые, шрифтовые и другие свойства элементов кадра. Простая смена стиля позволит быстро преобразить интерфейс ВУ, а возможность назначения индивидуальной стиля для пользователя позволит учесть его индивидуальные особенности.

Для реализации этой возможности, при создании кадров необходимо для свойств цвета, шрифта и других установить параметр «Конфигурация» (таблицы во вкладке «Обработка») в значение «Из стиля». А в параметре «Конфигурационный шаблон» указать идентификатор поля стиля. Далее это поле автоматически появится в менеджере стилей и его можно будет там менять. Менеджер стилей доступен на странице конфигурации проекта во вкладке «Стили» (рисунок ниже). На этой вкладке можно создавать новые стили, удалять старые, изменять поля стиля и удалять ненужные.

В целом стили доступны, начиная с уровня проектов. На уровне библиотек виджетов можно только определять поля стилей у виджетов. На уровне проекта при выборе стиля включается работа со стилями, что предполагает доступ к полям стилей вместо непосредственных значений атрибутов. Фактически это означает, что при чтении или записи атрибута виджета указанные операции будут осуществляться с соответствующим полем выбранного стиля.

При запуске проекта на исполнения будет использован установленный в проекте стиль. В последствии пользователь может выбрать стиль из перечня доступных. Выбранный пользователем стиль будет сохранён и использован при следующем запуске проекта.

6.7 Реализация слабых связей между моделью данных и представлением

В процессе реализации данного этапа планируется написание дополнительных сценариев интерфейса управления для покрытия задачи организации слабых связей между моделью (VCAEngine) и визуализатором (Vision). На стороне визуализатора (Vision) планируется полный переход на слабые связи с моделью данных VCA.

На данном этапе были созданы недостающие сценарии интерфейса управления и выполнен полный перевод модуля визуализации (Vision) на слабые связи. В результате этой операции удалось достичь значительной унификации визуализатора и повысить его стабильность. Вопрос производительности остался открытым и будет рассмотрен позже.