ЦП Автоматизированные системы управления и промышленная безопасность

Буквенные обозначения средств автоматизации строятся на основе латинского алфавита и состоят из трех групп букв:
1 буква - Контролируемый, сигнализируемый или регулируемый параметр:

D - плотность,
Е - любая электрическая величина,
F - расход,
G - положение, перемещение,
Н - ручное воздействие,
К - временна’я программа,
L - уровень,
М - влажность,
Р - давление,
Q - состав смеси, концентрация,
R - радиоактивность,
S - скорость (линейная или угловая),
Т - температура,
U - разнородные величины,
V - вязкость,
W - масса

2 буква (не обязательная) - может указываться также уточнение характера измеряемой величины:
D - разность, перепад,
F - соотношение,
J - автоматическое переключение,
Q - суммирование, интегрирование.
3 группа символов (несколько букв) Далее указывается один или несколько символов, обозначающих функции и функциональные признаки прибора:
I - показания,
R - регистрация,
С - регулирование,
S - переключение,
Y - преобразование сигналов, переключение,
А - сигнализация,
Е - первичное преобразование параметра,
Т - промежуточное преобразование параметра, передача сигналов на расстояние,
К - переключение управления с ручного на автоматическое и обратно, управление по программе, коррекция.

В Internet/Intranet решениях в обмене данными, кроме технологического сервера, как поставщика данных, и клиента, как получателя информации, задействован Web-сервер (рис. 5). 

Рис.5 Клиенты и серверы Web
Информация на сервере хранится в виде страниц, на которых кроме текста могут находиться разные объекты: графические изображения, аудио- и видеоролики, формы для ввода данных, интерактивные приложения и т.д.
Страницы сервера WWW могут содержать не только статическую, но и динамическую информацию. Страница может содержать формы для выполнения запросов к базе данных. Результат такого запроса будет динамически сформирован в виде страницы, которая появится на экране пользователя. Сервер WWW может решать любую задачу, принимая любые данные от удаленного пользователя, обрабатывая их и передавая обратно. Для обработки на сервере WWW запросов, поступающих от клиентских приложений SCADA и требующих получения данных из БДРВ или других источников информации реального времени (РВ), разрабатывается специальное серверное расширение, которое, с одной стороны, получает и обрабатывает динамические запросы от Web-клиентов, а с другой, обеспечивает взаимодействие с Microsoft Internet-серверами. Взаимодействие между Web-сервером и клиентами осуществляется на основе протокола HTTP (HyperText Transfer Protocol протокол передачи гипертекста.). Так компанией Wonderware предлагается FactorySuite (FS) Web-сервер, который обеспечивает динамическими данными клиента Web, реализованного в виде SCADA-приложения InTouch (см. врезку Серверное расширение FactorySuite Web Server ).

С появлением Windows NT/2000 Terminal Services вновь стала возможна организация клиентских сессий, когда каждый клиент функционирует независимо от других. В этом случае каждый пользователь получает свой ресурс: память, время центрального процессора, доступ к дискам сервера и приложениям. Когда клиент запускается, терминальный сервер его регистрирует, предоставляя доступ к ресурсам сервера. ОС Windows создает также виртуальный дисплей, который затем передается клиенту и отображается на локальном мониторе. Операции ввода, активизируемые клиентом с клавиатуры и мыши также обслуживаются сервером. Добавление новых клиентов сводится к встраиванию нового терминала.
Для организации взаимодействия между сервером и клиентом используются стандартные протоколы Microsoft RDP (Remote Desktop Protocol) и Citrix ICA (Independent Computing Achitecture), что допускает реализацию клиентов в виде супер-тонких бездисковых рабочих станций на платформах Linux/CE, от Windows 3.11.95.98 до рабочих станций Windows NT или 2000.
Используя новые архитектурные возможности, компании-разработчики SCADA-систем имеют возможность предложить терминальные сервисы, поддерживающие выполнение SCADA-приложений в режиме сессии. Так компания Wonderware уже поставляет Terminal Services (терминальные сервисы) для SCADA-системы InTouch версии 7.1, что позволяет установить исполняющую систему InTouch один раз на центральном сервере и затем запускать InTouch-приложения много раз. Клиентские узлы необходимо подключать в режиме терминальной сессии InTouch. Бедный клиент может быть в этом случае терминалом персонального компьютера или встроенным терминальным устройством с вышеперечисленными операционными системами (рис.4).

Рис.4 Архитектура терминал/сервер
Терминальные пользователи имеют доступ к данным, графическим мнемосхемам с возможностью обмена информации в реальном времени без необходимости установки InTouch на локальном клиентском компьютере. Применение терминал-серверной модели позволяет создавать более экономичные решения за счет того, что приложение устанавливается и поддерживается инженерами только на сервере, при этом можно использовать клиентские узлы на различных платформах. Следует заметить, что на клиентских узлах может просматривать как одно и то же приложение, так и разные приложения

Cтруктура Windows DNA это, в первую очередь, реализация трехуровневой модели приложения, включающей следующие уровни (рис.2):
уровень представления;
уровень бизнес-логики;
уровень доступа к данным.
Кроме технологий, привязанных к уровням, применяются технологии, представляющие общие сервисы, а также склеивающие технологии. В программном обеспечении Microsoft роль склеивающих технологий играют архитектуры COM и COM+. Архитектура архитектура компонентных объектов COM (Component Object Model) это объектно-ориентированная технология. Приложение с компонентной организацией конструируется из COM-объектов, используя готовые наборы этих объектов.

Рис. 2 Структура Windows DNA
Слои Windows DNA. Технологии Microsoft и относящийся к ним инструментарий предназначены для разработки и реализации трехуровневых приложений.
Уровень представления. На этом уровне есть два обширных вида клиентов, называемых бедными (thin) и богатыми (rich) клиентами. В отличие от толстого (fat) клиента богатый клиент в большей степени ссылается на используемые при создании пользовательского интерфейса технологии, чем на то, какое количество кода выполняется на стороне клиента. Богатые клиенты похожи на обычные приложения Win32, но являются клиентской частью трехуровневого приложения.
Бедные клиенты не одинаково бедны. Примером бедного клиента служит давно известный терминал. Компания Microsoft предложила технологию Windows Terminal Server, в которой приложение Windows работает на центральном сервере и передает графический интерфейс пользователю-клиенту. При этом требуется дорогостоящий сервер и широкая полоса пропускания между клиентом и сервером. Чаще всего понятие бедный клиент обозначает приложение, работающее на Web-сервере и передающее пользовательский интерфейс с помощью HTML-страниц на Web-браузер.
Далее появилась идея обогащения Web-приложений различными компонентами, которые могут использоваться браузером, управляющие элементы ActiveX, аплеты Java и т.д. Различной оснащенности бедные клиенты предлагаются и компаниями-поставщиками SCADA-систем.

База Данных (БД) — информационная модель, позволяющая в упорядоченном виде хранить данные о группе объектов с одинаковым набором свойств или поименованную совокупность структурированных данных. (Поименованная совокупность структурированных данных предметной области).
Организация структуры БД формируется исходя из следующих соображений:
1.Адекватность описываемому объекту/системе — на уровне концептуальной и логической модели.
2.Удобство использования для ведения учёта и анализа данных — на уровне так называемой физической модели.
Виды концептуальных (инфологических) моделей БД: «сущность-связь», семантические, графовые
Виды логических (даталогических) моделей БД:
1.Документальные (архивы) — ориентированные на формат документа, дескрипторные, тезаурусные.
2. Фактографические (картотеки)
По модели представления данных БД классифицируются:
• Картотеки
• Иерархические
• Сетевые
• Реляционные
• Многомерные
• Объектно-ориентированные
На уровне физической модели электронная БД представляет собой файл или их набор в формате TXT, CSV, Excel, DBF, XML либо в специализированном формате конкретной СУБД. Также в СУБД в понятие физической модели включают специализированные виртуальные понятия, существующие в её рамках — таблица, табличное пространство, сегмент, куб, кластер и т. д.
В настоящее время наибольшее распространение получили реляционные базы данных. Картотеками пользовались до появления электронных баз данных. Сетевые и иерархические базы данных считаются устаревшими, объектно-ориентированные пока никак не стандартизированы и не получили широкого распространения. Некоторое возрождение получили иерархические базы данных в связи с появлением и распространением XML.
Примеры баз данных
• Astrophysics Data System
• Scientific and Technical Network
• Zentralblatt MATH
• MRLookup
• ABC-CLIO
• SPIRES
• ArXiv
• Didactics of Mathematics
• Jahrbuch Database
Поступающие в SCADA - систему данные не только сохраняются во внутренней базе данных, но и могут обрабатываться согласно определенным инженерами алгоритмам, что дает возможность реализации систем автоматического управления, то есть управления без участия оператора. 
Отчеты могут выводиться на экран, распечатываться, а также сохраняться на диске для последующей распечатки или просмотра. Отчет можно обрабатывать средствами любого текстового редактора. Их можно автоматически сохранять в SQL-базах и других ODBC-совместимых базах данных.

ActiveX - технология Microsoft, предназначенная для написания сетевых приложений. Она предоставляет программистам наборы стандартных библиотек, значительно облегчающих процесс кодирования. Если раньше при написании программ использовались механизмы OLE (OLE Automation, OLE Documents, OLE Controls,...), основанные на компонентной объектной модели (COM - Component Object Model), то теперь библиотеки OLE переписаны так, чтобы обеспечивать функциональность, достаточную для написания сетевых приложений. Таким образом, теперь при написании программ используется DCOM (Distributed Component Object Model) - распределенная компонентная объектная модель, а реализуют ее библиотеки ActiveX, которые по объему оказались гораздо меньше, чем библиотеки OLE, а по скорости - быстрее. Сохранилась и совместимость - любой программный компонент OLE будет работать с библиотеками ActiveX.
Основные преимущества использования технологии ActiveX :
1) Ускорение написания программного кода. Программирование распределенных приложений становится очень похожим на программирование для отдельного компьютера. 
2) Стандартность. Технология ActiveX основана на широко используемых стандартах Internet (TCP/IP, HTML, Java) и стандартах, введенных в свое время Microsoft и необходимых для сохранения совместимости (COM, OLE). 
3) Открытость и переносимость. ActiveX является открытой технологией. Кроме того, Microsoft заканчивает реализацию технологий ActiveX для платформ Macintosh и UNIX. 
4) Возможность написания приложений с использованием знакомых средств разработки. Программные элементы ActiveX могут быть созданы с помощью Visual Basic, Visual C++, Borland Delphi, Borland C++, любых средств разработки на Java. 
5) Большое количество уже существующих программных элементов ActiveX, которые бесплатно могут применяться на серверах Web и в приложениях независимых разработчиков. Кроме того, почти 
любой программный компонент OLE совместим с технологиями 
ActiveX, и может применяться без модификаций в сетевых 
приложениях. 
Существует два основных способа реализации 
ActiveX-компонентов: 
1) встроенные в процесс (единое пространство памяти позволяет увеличить быстродействие); 
2) выполняемые в отдельном процессе (возможна организация распределенной архитектуры). 

Виды специализированных языков:
1.Языки для работы с базами данных:
а)Языки, входящие в состав промышленных клиент-серверных систем управления базами данных.(СУБД) (PL-SQL в СУБД Oracle, Transact-SQL в Microsoft SQL Server) 
б)Языки являющиеся частью других видов СУБД (Visual FoxPro, Microsoft Access, Paradox и т.п.) 
2. Языки предназначенные для web-программирования.
а) Языки, исполняющиеся на сервере, поддерживающего Web-сайт.(РНР, Perl, VBScript)
б) Языки, исполняющиеся на браузере (программе просмотра) клиента JavaScript, JScript, VBScript
3.Языки для математических расчетов
4.Языки для автоматизации работы определенных программных продуктов. (VBA в Microsoft Office)
6.Специализированные языки других видов.
К универсальным языкам можно отнести языки Visual C++, Visual C++.Net, Visual C#.Net, Visual J#.Net, Java, Delphi, Borland C#, Borland C++ Builder.
Хотя чаще всего специализированные языки происходят от универсальных языков например PHP, Perl и JаvаScript произошли от языка С++, VBScript и VBA произошли от языка Visual Bаsic'а, отличия между специализированными и универсальными языками очень значительны.
Языки программирования для инженеров по автоматизации (графические) 
LD — Язык релейных схем
FBD — Язык функциональных блоков
SFC — Язык диаграмм состояний — программирование автоматов
CFC — Не сертифицирован IEC61131-3, дальнейшее развитие FBD
Языки для программистов ПЛК (текстовые) 
IL — Ассемблер
ST — Паскале-подобный язык

OPC (OLE for Process Control) — технология связывания и внедрения объектов для систем промышленной автоматизации. Технология OPC определяет способ обмена данными между двумя программами на ПЭВМ под управлением ОС Windows. Разработана международной организацией OPC Foundation как промышленный стандарт для взаимодействия программ, обслуживающих комплексы телемеханики разных производителей. Опубликована спецификация OPC — набор документов, определяющий правила для реализации взаимодействия.

Технология OPC определяет 2 класса программ: ОРС-сервер (OPC server), непосредственно взаимодействующий с аппаратурой телемеханики, и ОРС-клиент (OPC client), получающий данные от ОРС-сервера для дальнейшей обработки и передающий в ОРС-сервер команды управления.
Используя спецификацию ОРС, производитель аппаратных средств имеет возможность разработать программу-сервер, обеспечивающую доступ к данным программам–клиентам различных производителей программного обеспечения. В свою очередь, производители ПО имеют возможность получать данные для обработки от нескольких различных систем по стандартному интерфейсу.
Структурная схема взаимодействия между аппаратурой, серверными и клиентскими программами:

Как видно из схемы, программа ОРС-сервер выполняет непосредственное взаимодействие с аппаратурой, используя аппаратные интерфейсы компьютера. ОРС-cервер обеспечивает сбор данных, передачу команд управления, диагностику каналов связи и т.д. OPC-сервер создает программные интерфейсы, обеспечивающие доступ к данным.
Программа OPC-клиент получает данные через интерфейс сервера и выполняет их комплексную обработку — использует для визуализации, строит графики, выводит на печать, сохраняет на диске и т.д. 
Программы могут взаимодействовать по технологии ОРС как на одной и той же ПЭВМ, так и на разных, взаимодействуя через локальную сеть (при этом ОРС-сервер должен работать под ОС класса Windows NT).

Технология OLE (Object Linking and Embedding) ― технология управления и обмена информацией между программным интерфейсом других приложений. Связывание и внедрение объектов (Object Linking and Embedding). 
OLE позволяет передавать часть работы от одной программы редактирования к другой и возвращать результаты назад. Например, установленная на персональном компьютере издательская система может послать некий текст на обработку в текстовый редактор, либо некоторое изображение в редактор изображений с помощью OLE-технологии.
Основное преимущество использования OLE (кроме уменьшения размера файла) в том, что она позволяет создать главный файл, картотеку функций, к которой обращается программа. Этот файл может оперировать данными из исходной программы, которые после обработки возвращаются в исходный документ.
OLE используется при обработке составных документов (англ. compound documents), может быть использована при передаче данных между различными несвязанными между собой системами посредством интерфейса переноса (англ. drag-and-drop), а также при выполнении операций с буфером обмена. Идея внедрения широко используется при работе с мультимедийным содержанием на веб-страницах (пример — Веб-ТВ), где используется передача изображение звука, видео, анимации в страницах HTML (язык гипертекстовой разметки) либо в других файлах, также использующих текстовую разметку (например, XML и SGML). Однако, технология OLE использует архитектуру «толстого клиента», то есть сетевой ПК с избыточными вычислительными ресурсами. Это означает, что тип файла либо программа, которую пытаются внедрить, должна присутствовать на машине клиента. Например, если OLE оперирует таблицами Microsoft Excel, то программа Excel должна быть инсталлирована на машине пользователя.
OLE 1.0 был выпущен в 1990 году на основе технологии DDE (Dynamic Data Exchange), использовавшейся в более ранних версиях операционной системы Microsoft Windows. В то время как технология DDE была сильно ограничена в количестве и методах передачи данных между двумя работающими программами, OLE имел возможность оперировать активными соединениями между двумя документами либо даже внедрить документ одного типа в документ другого типа.
OLE сервера и клиенты взаимодействуют с системными библиотеками при помощи таблиц виртуальных функций (англ. virtual function tables, VTBL). Эти таблицы содержат указатели на функции, которые системная библиотека может использовать для взаимодействия с сервером или клиентом. Библиотеки OLESVR.DLL (на сервере) и OLECLI.DLL (на клиенте) первоначально были разработаны для взаимодействия между собой с помощью сообщения WM_DDE_EXECUTE, разработанного операционной системой.
OLE 1.1 позднее развился в архитектуру COM (component object model) для работы с компонентами программного обеспечения. Позднее архитектура COM была преобразована и стала называться DCOM.
Когда объект OLE помещен в буфер обмена информацией, он сохраняется в оригинальных форматах Windows (таких как bitmap или metafile), а также сохраняется в своём собственном формате. Собственный формат позволяет поддерживающей OLE программе внедрить порцию другого документа, скопированного в буфер, и сохранить её в документе пользователя.
Следующим эволюционным шагом стал OLE 2.0, сохранивший те же цели и задачи, что и предыдущая версия. Но OLE 2.0 стал надстройкой над архитектурой COM вместо использования VTBL. Новыми особенностями стали автоматизация технологии drag-and-drop, in-place activation и structured storage.

DDE — давний и прижившийся протокол обмена данными между разными приложениями, появившийся еще на заре эры Windows. С тех пор на его базе был создан интерфейс OLE, а в 32-разрядном API Windows появились и другие методы межпрограммного взаимодействия. Но ниша, занимаемая DDE, осталась неизменной — это оперативная передача и синхронизация данных в приложениях.
Приложения, использующие DDE, разделяются на две категории — клиенты и серверы (не путать с одноименной архитектурой СУБД). Оба участника процесса осуществляют контакты (conversations) по определенным темам (topic), при этом в рамках темы производится обмен элементами данных (items). Устанавливает контакт клиент, который посылает запрос, содержащий имена контакта и темы. После установления контакта всякое изменение элемента данных на сервере передается данным клиента. Подробно функции DDE описаны в [4].
Первоначально программирование DDE было чрезвычайно сложным делом — оно требовало взаимосвязанной обработки более чем десяти сообщений Windows. В версии Windows 3.1 появилась библиотека DDEML, которая перевела управление DDE на уровень вызова процедур. Разработчики подсистемы DDE в Delphi, верные идеологии создания VCL, свели интерфейс этого протокола к четырем компонентам — двум для сервера и двум для клиента.
Обмен данными по протоколу DDE состоит из трех этапов:
• установка соединения
• собственно обмен данными
• разрыв соединения
Каких-то особенностей, характерных именно для протокола DDE, здесь, как видите, нет: можно легко провести параллели между протоколом DDE и файлами (открытие, работа, закрытие), между протоколом DDE и протоколом TCP (установка соединения, обмен данными, разрыв соединения) и т.д. В процессе установки соединения один из участников является его инициатором (в терминологии DDE - клиентом), а второй находится в постоянной готовности к установке соединения (в терминологии DDE - сервер). И сервер, и клиент - это некие приложения (упрощенно - *.exe-файлы), запущенные на одном или на разных компьютерах, хотя одно и то же приложение в принципе может являться одновременно и сервером, и клиентом протокола DDE (пример такого приложения - электронные таблицы Microsoft Excel). Со стороны клиентского приложения каких-либо предварительных действий в протоколе DDE делать не требуется, а вот серверное приложения должно сначала зарегистрироваться в Windows в качестве сервера протокола DDE. Если этого не сделать, клиент DDE не сможет подсоединиться к серверу. Сервер DDE при регистрации сообщает Windows то имя, под которым он будет "известен" на данном компьютере. В терминологии DDE это имя называется Application. Разработчики DDE-серверов обычно стараются сделать это имя совпадающим с именем самого приложения, например Application-имя упомянутых выше таблиц Microsoft Excel - "EXCEL", DDE-сервер системы Intouch имеет имя "VIEW" и т.д. В принципе, имя для своего DDE-сервера можно задавать любое, лишь бы оно вписывалось в традиционные понятия об имени (латинские буквы, цифры, знаки подчеркивания) и имело длину не более 8 символов. Именно по этому имени и будет подсоединяться к серверу клиент DDE-протокола.