Aktuální vydání

celé číslo

12

2020

Systémy DCS pro kontinuální a dávkové výrobní procesy

Provozní analytická technika

celé číslo

Architektura ArchestrA a Wonderware Industrial Application Server

číslo 3/2003

Architektura ArchestrA a Wonderware Industrial Application Server

Firma Wonderware naplnila v nové generaci softwarové rodiny pro průmyslovou automatizaci FactorySuite A2 svou další vizi, a to nabídkou revolučních produktů nové generace, jejichž hlavním cílem je snížit celkové náklady na automatizační řešení.

Zcela nová základna pro průmyslový aplikační software

Architektura produktů z rodiny FactorySuite A2 využívá zcela novou platformu ArchestrA, vyvinutou firmou Wonderware a využívající mj. nejmodernější infrastrukturu .NET společnosti Microsoft.

ArchestrA je otevřenou sadou nástrojů, která bude k dispozici nejen uživatelům aplikačního softwaru přímo vyvinutého firmou Wonderware, ale i ostatním firmám sdruženým v mateřském koncernu Invensys (např. APV, Foxboro, Eurotherm, Triconex aj.). Bude dostupná i dalším zájemcům, např. z řad systémových integrátorů a výrobců konečných produktů (Original Equipment Manufacturer – OEM).

Architektura ArchestrA

Potřeby výrobních podniků
Kvalita, schopnost rychle reagovat a nákladová efektivnost byly vždy nezbytnými podmínkami životaschopnosti jakéhokoliv výrobního podniku. Nikdy to ale neplatilo naléhavěji než v současnosti. Nejsou-li nové nebo zdokonalené výrobky co nejrychleji zavedeny do výroby, hrozí jim, že budou již v okamžiku uvedení na trh zastaralé. Současné výrobky musí být také možné snadno přizpůsobit odlišným podmínkám v různých zemích podílejících se na celosvětovém trhu. Mají-li vyhovět takto náročným požadavkům, musí být současní výrobci velmi pružní a aktivní.

Současně však existují další komplikace. Náklady na integraci aplikačních programů neustále rostou. Ve výrobních závodech je nedostatek pracovních sil. Stále důležitější jsou celkové náklady na výrobní zařízení, tj. na jeho pořízení i provoz dohromady, neboť výrobci potřebují využívat výrobní zařízení na maximum a co nejvíce prodloužit jejich životnost. Uživatelé chtějí i ve výrobním prostředí používat centralizované systémy s architekturou typu klient/server, fungující obdobně, jak jsou zvyklí z administrativních aplikací. Je tedy velmi důležité správně řídit toky informací. Charakter vlastního výrobního prostředí přitom namísto striktně hierarchicky uspořádaných vyžaduje spíše distribuované systémy typu peer-to-peer, aby bylo možné propojit data a informace z až tisíců výrobních zařízení.

Jak se vyrovnat s naznačenými požadavky, když je známo, že mnoho závodů již investovalo stovky milionů do různých automatizačních a informatických řešení, aniž by dokázaly kvantifikovat jejich přínosy. Východiskem jistě je použít výrobní systémy schopné zvýšit produktivitu stávajících investic do výrobních prostředků, dlouhodobě životaschopné a výhledově rozšiřitelné. Vytvořit pohotově použitelné automatizační, tj. informační a řídicí systémy s funkčními schopnostmi snadno přizpůsobitelnými požadavkům různých uživatelů však doposud bylo obtížné.

V obecné rovině jsou řešením modulární, opakovaně využitelné jednotlivé objekty, které lze v automatizačních aplikacích mnohonásobně použít a tím se vyhnout neustále opakovanému vytváření programů plnících stále tytéž funkce. V koncernu Invensys si uvědomili, že takto koncipované řešení je již současnými prostředky realizovatelné, a koncern v posledních čtyřech letech masivně investoval do vývoje nové výkonné infrastruktury pro průmyslové aplikace.

Výsledkem vynaloženého úsilí je unikátní kombinace nových aplikačních programů, sad nástrojů a služeb označená jako architektura ArchestrA™ (ArchestraA je kombinací slov architecture a orchestra). Jde o univerzální softwarovou architekturu významně usnadňující situaci všem svým uživatelům – od OEM, přes systémové integrátory až po koncové uživatele automatizační techniky v průmyslu.

Strategie minimalizace celkových nákladů na automatizační řešení
Produkty a služby založené na architektuře ArchestrA nabízejí svým uživatelům možnost používat zcela novou strategii, která pozitivně ovlivní způsob jejich podnikání. Architektura ArchestrA totiž umožňuje:

  • pracovat na automatizačních projektech s podporou jednotné softwarové infrastruktury a s ní integrovaných systémových služeb,

  • opakovaně používat výsledky inženýrské práce z jednoho projektu v dalších projektech, čímž lze podstatně zkrátit dobu vývoje automatizačních řešení,

  • snadno udržovat a zdokonalovat zavedené automatizační aplikace a tím prodlužovat dobu života automatizačních projektů a snižovat celkové náklady na ně vynaložené,

  • snadno integrovat stávající systémy řízení na podnikové i výrobní úrovni s novými aplikacemi, čímž lze prodloužit dobu provozního života celých výrobních linek i závodů.

Obr. 1.

Proč jsou tyto vlastnosti architektury ArchestrA tak důležité?

V minulosti vznikalo každé automatizační řešení vždy „od počátku“. Za určitou dobu vytvořili programátoři aplikační program s příslušnými funkcemi zajišťujícími výrobu určitého zboží. Jakmile bylo řešení (automatizační projekt) předáno uživateli, byl jeho životní cyklus již časově ohraničen. Konkurenceschopnost aplikace však většinou časem postupně klesala a pro nové výrobky bylo třeba tvořit nové projekty (obr. 1).

Ze současné praxe je známo, že u typického automatizačního projektu představují náklady na inženýrskou práci asi 55 %, na hardware asi 25 % a na samotný aplikační software přibližně 20 % z celkové ceny projektu. Hlavní zdroje úspor tudíž jsou ve zvyšování efektivity inženýrské práce a prodlužování doby provozního života projektu.

V současné době se odhaduje, že při použití architektury ArchestrA je možné opětovně využít až 70 % inženýrské práce vložené do projektu.

Obr. 2.

Tato skutečnost, spolu s dalšími, již uvedenými vlastnostmi architektury ArchestrA, umožní realizovat v životních cyklech automatizačních projektů změny naznačené na obr. 2. Vedle zkrácení a zlevnění vlastního vývoje se díky opakovanému použití již vyzkoušených řešení zkrátí a zlevní i implementace a zmenší se riziko neúspěchu projektu. Současně bude možné projekty snadno udržovat a rozšiřovat, a tak v čase nejen zachovávat, ale i zvětšovat hodnotu projektu a téměř bez omezení prodlužovat dobu, po kterou bude projekt (automatizovaná výrobní linka, závod) konkurenceschopný. Z inženýrského pohledu je pravděpodobně největším přínosem architektury ArchestrA skutečnost, že – jako vůbec první v historii – umožňuje vývojářům aplikací v oblasti průmyslové automatizace soustředit se skutečně na vlastní odbornou práci beze ztrát času a energie starostmi o infrastrukturu vytvářených aplikací, tj. o integraci a zprovozňování různých „podpůrných“ služeb aplikace. Podívejme se nyní na tento nový přístup k tvorbě softwaru pro průmysl podrobněji.

Nový přístup k tvorbě softwaru pro průmysl
Architektura ArchestrA se vyznačuje zejména tím, že v sobě implicitně zahrnuje nejdůležitější ze softwarových služeb potřebných k tvorbě aplikací pro průmyslovou automatizaci. Skrývá před uživatelem technické složitosti vlastního provozu v síti, použitého hardwaru a operačního systému tak, že projektanti své aplikace pouze sestavují a konfigurují, aniž by k tomu potřebovali podrobnou znalost programování. Protože obecné podpůrné funkce a služby jsou v architektuře ArchestrA přímo součástí její infrastruktury, mohou se projektanti plně soustředit na splnění vlastních odborných požadavků na činnost aplikace – což je jejich hlavní poslání a úloha, ve které se vyznají.

Tato koncepce, v níž „průmyslová“ architektura ArchestrA rozšiřuje základní „administrativní“ infrastrukturu .NET, vyvinutou firmou Microsoft (operační systémy, databáze, webové služby, komunikace a další související software), přináší užitek výrobcům kategorie OEM, integrátorům systému i konečným uživatelům. Vývojáři aplikací pouze sestaví aplikační objekty a výsledná řešení mohou být snadno a rychle opakovaně používána v budoucích řešeních stejného nebo podobného charakteru.

Architektura ArchestrA byla speciálně vyvinuta pro průmyslový sektor s cílem nabídnout moderní základnu se všeobecnými službami univerzálně použitelnými ve všech automatizačních projektech. Tyto softwarové služby zahrnují:

  • nové vývojové prostředí umožňující začlenit i stávající aplikace,

  • softwarové nástroje pro centralizované konfigurování všech hlavních aspektů aplikace – od centralizovaných služeb pro implementaci aplikace, přes správu verzí až po vestavěné správcovské funkce,

  • výkonné výpočetní a skriptovací funkce pro snadné přizpůsobení aplikací speciálním potřebám jednotlivých průmyslových oborů,

  • distribuované subsystémy pro správu výstrah a událostí sjednocující různé zdroje dat vázané na aplikaci,

  • výkonné nástroje pro sběr a ukládání výrobních dat, událostí a výstražných hlášení z jakéhokoliv zdroje a k prohlížení všech těchto údajů jednotným způsobem uživateli,

  • bez omezení rozšiřitelnou distribuovanou architekturu s jedním společným adresním prostorem (name space) pro centralizovanou správu a údržbu,

  • integraci peer-to-peer všech typů řídicích stanic, provozních přístrojů a sítí,

  • zjednodušenou správu verzí usnadňující prodlužování doby života projektu,

  • pružný model zabezpečení s uživatelskými rolemi na bázi standardů vlastních operačnímu systému Microsoft Windows,

  • správcovské funkce a diagnostiku systému na dálku usnadňující každodenní správu,

  • výkonnou podporu lokalizace objektů a aplikačních služeb usnadňující použití aplikací po celém světě,

  • jednotné a obecně použitelné grafické rozhraní pro vizualizaci aplikací na jakémkoliv zařízení – od počítačů ve výrobních halách a kancelářích až po přenosné kapesní počítače a další terminály, a to i internetovými prohlížeči.

Wonderware FactorySuite A2

Architektura ArchestrA je základem zásadní modernizace známé integrované rodiny programů pro průmyslovou automatizaci Wonderware FactorySuite, jejíž nová generace má obchodní označení FactorySuite A2 (A2 = ArchestrA). Softwarové produkty z rodiny FactorySuite A2 přicházejí na trh postupně.

Již od poloviny roku 2002 mají uživatelé k dispozici výrobní relační databázi reálného času IndustrialSQL Server 8.0 [1] a výrobní informační portál pro publikaci dat do sítí internet nebo intranet SuiteVoyager 2.0 [2].

V lednu 2003 byl na celosvětový trh uveden zcela nový produkt pro vytváření průmyslových aplikací pracujících v reálném čase – Wonderware Industrial Application Server.

Wonderware Industrial Application Server

Aplikační server pro průmyslové použití
Nový Industrial Application Server od firmy Wonderware se nepodobá ničemu, co je v oblasti aplikačního softwaru v průmyslové automatizaci doposud známo. Vypadá a funguje jako tradiční „obchodní“ aplikační server, ale navíc přidává úplně novou vrstvu, od základu speciálně navrženou ke sběru dat, správě událostí a k práci s daty v průmyslovém prostředí v reálném čase. Současně poskytuje veškeré funkce potřebné k podpoře inženýrských činností.

Wonderware Industrial Application Server, využívající všechny služby nové architektury softwaru ArchestrA, představuje novou třídu aplikačního serveru určenou pro průmyslová odvětví s diskrétní, kontinuální i hybridní výrobou (obr. 3).

Obr. 3.

Co je aplikační server?
V současném světě výpočetní techniky jsou používány různé typy serverů. Většina jich byla navržena k vykonávání určité úzce specializované činnosti: např. servery s databázemi katalogů, poštovní, informační, bezpečnostní a faxové servery, servery internetových stránek a mnoho, mnoho dalších. Jedním z novějších typů serverů je tzv. aplikační server. Obvykle je umístěn mezi databázi a klientskou aplikaci pro prezentaci dat. Jeho základní úlohou je zajišťovat pro konečné uživatele běh aplikačních programů, které potřebují ke své práci, a řídit provoz v síti (ukládání dat do databází a poskytování dat klientským aplikacím).

Produkty typu aplikačního serveru vznikly zejména proto, že vlastní klientské aplikace se staly příliš rozsáhlými a složitými, a to z pohledu tvorby i údržby. Současně rostly i požadavky na jednotné sdílení dat a funkcí v rámci celé organizace. Vlivem bouřlivého rozvoje podnikových aplikací v uplynulém desetiletí byla většina z nich centralizována v podnikových sítích, a tudíž bylo logické mít v síti také nějaký program zajišťující jejich efektivní provoz. Cílem bylo usnadnit tvorbu, správu a údržbu aplikací používaných pracovníky v celé organizaci.

Aplikační servery se nejdříve objevily v počítačových architekturách typu klient/server, často jako tzv. vícevrstvé aplikace. Tyto aplikace se obecně vyznačovaly dvouvrstvou (databáze a klientská aplikace) nebo třívrstvou (databáze, klientská aplikace a aplikační server) architekturou. Současné internetové aplikace jsou automaticky třívrstvé (databáze, webový server a klientská aplikace), protože by bylo přinejmenším obtížné provozovat aplikace v prostředí celosvětové sítě bez komplexního serverového mechanismu uprostřed.

Aplikační servery nicméně nejsou omezeny pouze na dvou- nebo třívrstvou architekturu. Ve skutečnosti mohou mít tolik vrstev, kolik je třeba k zajištění potřebných funkcí. A to je právě případ využití architektury Invensys ArchestrA firmou Wonderware.

Průmyslový aplikační server
Svět průmyslové automatizace ve svém vývoji z principu vždy pokulhává za rozvojem informačních technologií (IT) určených pro administrativní prostředí v podniku. Adaptace IT na výrobní prostředí probíhá typicky se zpožděním několika let. Nejinak je tomu s aplikačními servery, dosud především součástmi obchodních aplikací, kde se služby aplikačních modulů a databázové informace používají při správě vztahů se zákazníky, elektronickém obchodování, finančním řízení, v personalistice apod.

Problémem je, že většina obchodních aplikačních serverů poskytuje své služby v prostředí založeném na transakcích, takže jsou nepoužitelné ve výrobním událostmi řízeném prostředí, vyznačujícím se z vnějšku přicházejícími rychlými změnami.

Průmyslový aplikační server vykonává stejnou základní činnost jako jeho obchodní protějšek, tj. poskytuje služby a data mnoha aplikacím – ale současně musí splňovat unikátní požadavky průmyslového světa, vyžadujícího práci v reálném čase s často velmi krátkou dobou odezvy řádu až milisekund.

Z minulosti sice již existují servery sloužící ve výrobním prostředí, obvykle však s omezením na úzce specifikované činnosti. Jde o tzv. tag-servery, zajišťující sběr dat z výrobního prostředí, jejich přepočet na inženýrské jednotky a vyhodnocení výstrah a událostí a poté distribuci dat klientským aplikacím, nebo o komunikační servery, zajišťující výhradně komunikaci mezi průmyslovými aplikacemi a distribuovanými zařízeními ve výrobě, popř. výpočetní moduly, průběžně zpracovávající data generovaná běžícím výrobním procesem pro libovolné následné použití.

Požadavek na skutečně průmyslový aplikační server vzešel z potřeby zjednodušit složitá automatizačních řešení rozsáhlých aplikací pro operátorská rozhraní (Human-Machine Interafce – HMI). Tyto aplikace se často musí přizpůsobovat individuálním požadavkům uživatelů pomocí skriptů. Vytváření rozsáhlých skriptů však ústí v problém, neboť běžná aplikace HMI je přetvořena do velmi složité programové konstrukce, kterou je obtížné udržovat, popř. rozšiřovat podle rostoucích požadavků výrobního prostředí. Přesunutím funkcí prováděných skripty lokální aplikace do centrálního „průmyslového“ aplikačního programu vykonávaného aplikačním serverem mohou lokální aplikace HMI „zeštíhlet“, takže budou mít menší požadavky na výkon počítače a budou snáze udržovatelné a rozšiřitelné – což jsou přesně vlastnosti, které poskytuje nový Industrial Application Server.

Industrial Application Server tedy doplňuje stávající průmyslový automatizační software a poskytuje širokou paletu služeb dostupných všem automatizačním aplikacím. K těmto službám mj. patří:

  • správa licencí,
  • správa zabezpečení,
  • podpora lokalizace,
  • konfigurační prostředí s podporou týmové práce,
  • jedno společné adresní prostředí pro celou aplikaci,
  • podpora uvádění aplikací doprovozu,
  • správa událostí,
  • předávání zpráv,
  • skriptování,
  • správa výstražných hlášení,
  • podpora uspořádání peer-to-peer,
  • spolupráce s širokou škálou automatizačního hardwaru.

Přesunutí rozmanitých služeb z individuálních aplikací do prostředí aplikačního serveru přináší návrhářům průmyslových aplikací mnoho výhod, např.:

  • eliminaci omezení velikosti aplikace z důvodu počtu proměnných,
  • snadnou optimalizaci výkonu rozložením úlohy na několik stanic,
  • snazší opakované použití komponent z jedné aplikace v dalších projektech,
  • možnost strukturovat projekt podle skutečné struktury výrobního prostředí (vytvořením modelu podniku),
  • rozšíření možností komunikace,
  • provádění změn a údržby na centrální úrovni,
  • zabezpečení aplikace na centrální úrovni.

Díky novátorské softwarové architektuře ArchestrA nabízí Industrial Application Server jedinečnou rozšiřitelnost, možnosti integrace a volnost při návrhu architektury systému, což z něj činí nepostradatelnou základnu pro vývoj moderních průmyslových automatizačních softwarových řešení.

Industrial Application Server poskytuje výhodu jednotného centrálního adresového prostoru, takže se i při distribuovaném použití (na několika počítačích) jeví jako „jediný“ server. Jeho distribuované vlastnosti umožňují snadno vytvářet aplikace neomezeného výkonu pro integraci i tisíců výrobních zařízení ve výrobním podniku.

Shrnutí

Funkční schopnosti a vlastnosti architektury ArchestrA umožňují použít při vývoji rozsáhlých automatizačních aplikací zcela novou strategii. Aplikace lze nyní vytvářet zcela volně podle jejich požadované funkce, aniž je při vývoji třeba brát v úvahu možná omezení plynoucí z jejich použití s konkrétním hardwarem. ArchestrA je nejmodernější „průmyslová“ softwarová architektura navržená jedinečným způsobem pro všeobecné otevřené použití v průmyslové automatizaci – a to systémovými integrátory, výrobci kategorie OEM i konečnými zákazníky.

Architektura ArchestrA není pouze smělou vizí „na papíře“, ale skutečným nástrojem s reálným uplatněním. Na jejím základě jsou již k dispozici hotové produkty, jako např. Industrial Application Server, umožňující efektivním způsobem snížit celkové náklady na automatizované výrobní systémy.

Podrobně se bude architektuře ArchestrA a produktu Industrial Application Server věnovat specializovaný seminář, který se uskuteční 20. května 2003 v Hradci Králové. Podrobné informace o semináři budou v předstihu publikovány na webových stránkách firmy Pantek (CS) s. r. o.

Literatura:

[1] NIKL, J.: Relační databáze reálného času – Wonderware IndustrialSQL Server 8.0. Automa, 2002, 8, č. 8–9, s. 60–63.

[2] PRŮŠA, P.: Wonderware SuiteVoyager – přístup k výrobním datum z prostředí internet/intranet. Automa, 2002, 8, č. 5, s. 26–27.

Odkazy na internet:
http://www.pantek.cz
http://www.wonderware.com

Inzerce zpět