Terminálové služby pro InTouch

Terminálové služby pro InTouch

Článek upozorňuje na některé nové možnosti nabízené operačním systémem Microsoft Windows 2000 v oblasti využití jednoduchých terminálů a na jejich přínos pro provozování softwaru SCADA/HMI InTouch firmy Wonderware v prostředí s tenkými klienty.

1. Úvod

V oblasti průmyslové automatizace dochází k neustálému vývoji. Modernizace vlastních výrobních zařízení (strojů, linek) vyvolává požadavky na nové technické prostředky pro řízení, jako jsou PLC, DCS, inteligentní vstupní/výstupní (I/O) zařízení aj., a jejich obslužné stanice s příslušným softwarem.

I po uskutečnění „skokové“ modernizace však průběžně nastávají dílčí změny, a to kvůli optimalizaci výrobních postupů anebo změnám vyráběného produktu.

V současném moderním výrobním závodě se samozřejmě využívá výpočetní technika. Poté, co se rozšířila v administrativních útvarech podniku, v posledních letech masově proniká i přímo do výrobních hal.

Operátoři potřebují mít přehled o tom, co se v dané technologii děje, reagovat na poruchy nebo nestandardní situace, optimalizovat chod výroby, vyměňovat si potřebné informace s pracovníky jiných oddělení atd. Tyto požadavky plní programové vybavení kategorie SCADA/HMI.

Velmi rychle se vyvíjejí také informační technologie. Vznikají nové operační systémy (OS), pro které jsou postupně vydávány tzv. servisní balíčky (service pack) obsahující opravy chyb a další drobná vylepšení. Podobně je tomu i se softwarem typu SCADA/HMI. Na trh přicházejí nové, dokonalejší verze a také k nim jsou postupně vydávány servisní balíčky.

Na první pohled je tedy vše v pořádku. Výroba se modernizuje, technologické postupy jsou optimalizovány a operátoři mají o výrobě přehled díky aplikacím SCADA/HMI, které v ideálním případě pracují v nejnovější verzi.

Je však třeba si uvědomit, že nové verze OS nebo programu SCADA/HMI i jejich servisní balíčky je nutné instalovat na každém počítači, kde jsou provozovány. Nové verze navíc často vyžadují dokonalejší hardware počítače (výkonnější procesor, větší kapacitu operační paměti i pevného disku).

Rovněž při každé významnější změně ve výrobě je třeba příslušné aplikace SCADA/HMI upravit podle aktuálního stavu technologie.

Ukazuje se, že implementace všech těchto změn je s rostoucími počty počítačů ve výrobě organizačně, personálně i finančně dosti náročná. Koncoví uživatelé by proto uvítali takovou informační infrastrukturu, ve které lze aplikovat změny co nejrychleji a s minimálními náklady.

Jednou z možností je využít terminálové služby nového operačního systému Microsoft Windows 2000, které soustřeďují běh a údržbu systémového softwaru a aplikací do jednoho místa a umožňují jejich ovládání z velmi jednoduchých (co do hardwaru i softwaru) počítačů označovaných jako tencí klienti (thin clients).

2. Terminálové služby

2.1 Co jsou terminálové služby
S terminálovými službami se uživatelé mohli setkat již v OS Windows NT Server 4.0, avšak pouze ve verzi Terminal Server Edition.

Ve Windows 2000 jsou terminálové služby implementovány do všech serverových verzí (Windows 2000 Server/Advanced Server/Datacenter Server).

Úlohou těchto služeb je umožnit provozování moderních 32bitových aplikací pro Windows i na počítačích, na kterých to dosud nebylo možné, tj. zejména na starších počítačích s procesory řad 286, 386, 486 a s malou operační pamětí, na počítačích s operačními systémy Unix nebo Linux a dále na nových typech počítačů, jako jsou Windows terminály a obdobná zařízení [5].

2.2 Princip činnosti
Všechny aplikace (programy) jsou nainstalovány a provozovány na výkonném počítači, tzv. terminálovém serveru. Na klientských počítačích (terminál, tenký klient) je instalován pouze protokol podporující komunikaci s terminálovým serverem.

Po stránce hardwaru je tenký klient zařízení, které u aplikací a dat spoléhá na server a zpracovává jen velmi malou část úloh aplikace, popř. vůbec žádné. Vyžaduje tak pouze relativně malou kapacitu operační paměti a lokálního pevného disku.

Jestliže se tenký klient připojí k terminálovému serveru, naváže s ním tzv. relaci (session), ve které si spustí požadované aplikace. Tato relace je řízena operačním systémem terminálového serveru a běží na tomto serveru nezávisle na jiných spuštěných relacích. Veškerá výpočetní činnost zajišťující chod aplikace se odehrává na serveru a pouze výsledná grafická informace (obrazovkový výstup provozované aplikace) se přenáší na zobrazovací zařízení klienta. Opačným směrem, tj. z klienta na server, se přenášejí všechny aktivity myši a klávesnice na klientském počítači, pomocí nichž se spuštěná aplikace ovládá (obr. 1).

Uživatel má tedy u svého jednoduchého terminálu stejný pocit, jako kdyby seděl u výkonného počítače s Windows 2000.

K přenosu informací mezi klientem a serverem se využívá protokol RDP nebo ICA.

Protokol RDP je standardní součástí terminálových služeb ve Windows 2000 a lze ho použít v případě, že klientský počítač pracuje pod některou z verzí Windows (Windows CE, Windows NT Embedded, Windows for Workgroups 3.11, Windows 95/98, Windows NT, Windows 2000). Výhodou protokolu RDP je, že každý klient standardně vystačí s malou šířkou přenosového pásma odpovídající přenosové rychlosti asi 20 kb/s.

Jestliže klientský počítač používá jiný OS (např. Linux, Unix, MS DOS), je třeba mít k dispozici také software Citrix Metaframe od firmy Citrix, rozšiřující funkce Windows 2000 Terminal Services. Tento software pracuje s komunikačním protokolem ICA.

3. Terminálové služby pro InTouch 7.1

3.1 Co je InTouch
Wonderware InTouch je software pro vytváření komplexních aplikací kategorie SCADA/HMI pro sběr dat, vizualizaci, sledování a ovládání jakýchkoliv technologických procesů pomocí PC a je univerzálně použitelný téměř ve všech průmyslových oborech.

V aplikacích InTouch lze graficky zobrazit jakékoliv výrobní technologie, včetně názorných dynamických animací věrně zobrazujících jejich aktuální stavy. Využívají je zejména operátoři výrobních zařízení ke komfortnímu sledování a ovládání probíhající výroby [1], [2].

3.2 Terminálové služby pro InTouch a jejich přínosy
Společnost Wonderware Corporation uvedla koncem roku 2000 na trh nový produkt s názvem Terminálové služby pro InTouch (Terminal Services for InTouch), jenž umožňuje provozovat aplikace InTouch s využitím terminálových služeb.

Tento produkt přináší zejména následující výhody plynoucí z používání tenkých klientských aplikací:

• aplikace jsou vykonávány a data zpracovávána a ukládána na centrálním serveru;

• na stejném místě se i centralizovaně instalují programy, udržují aplikace a instalují jejich nové verze či servisní balíčky;

• na klientských počítačích není, kromě podpory připojení k terminálovému serveru, třeba instalovat žádný další software;

• na klientských počítačích je k dispozici úplný uživatelský komfort běžný ve Windows 2000, přestože na nich může být instalován jiný OS;

• pro klientská pracoviště lze využít stávající hardware, tj. „staré“ a méně výkonné počítače;

• lze použít i tzv. hardwarově tenké klienty, což jsou většinou průmyslové displeje nebo malé kompaktní počítače pro síťové aplikace, které nemají žádné pohyblivé části, obsahují paměť typu flash, vhodný OS (např. Windows CE) a výstup pro zobrazovací jednotku; tato zařízení lze používat i v extrémních provozních podmínkách, kde by standardní PC již nemuselo být dostatečně spolehlivé;

• instalace tenkých klientů nebo jejich výměna v případě závady trvá velmi krátkou dobu, přičemž běh aplikace v terminálové relaci není přerušen.

Produkt Terminálové služby pro InTouch je určen především pro použití v lokální síti (LAN), kde jednoduché klientské počítače mohou nahradit dosud používané „tlusté“ řešení, kdy aplikace InTouch musely být instalovány a provozovány lokálně na každé pracovní stanici.

Mobilní uživatelé, správci systémů a systémoví integrátoři však ocení i možnost  tzv. dálkového řízení (Remote Control) provozovaných výrobních aplikací. Tuto vlastnost lze využít nejen v rámci intranetu, včetně možnosti připojení prostřednictvím bezdrátové LAN (obr. 2), ale i prostřednictvím internetu.

Není tedy třeba jezdit k zákazníkovi na místo, kde je aplikace provozována, ale stačí se připojit na dálku z kanceláře nebo z domova a zobrazit si stejná data, jaká vidí vzdálený uživatel v továrně. V případě potřeby je tedy možné aplikace InTouch na dálku ovládat (v režimu InTouch Runtime) a popř. modifikovat (v režimu InTouch Development – např. přidání obrazovek, proměnných apod.).

3.3 Architektura
Nejblíže k vlastním výrobním procesům je úroveň přímého řízení s PLC, DCS a vstupně-výstupními (I/O) zařízeními. Tyto prostředky jsou propojeny do řídicí sítě, obvykle pomocí Ethernetu nebo firemních sběrnic. Jde-li o větší systém, jsou obvykle již do této úrovně začleněny počítače s příslušnými komunikačními I/O Servery, které soustřeďují veškerou komunikaci s výrobními zařízeními.

Nad úrovní přímého řízení jsou běžná operátorská počítačová pracoviště. Uživatelé nyní mohou použít systémy InTouch v plně centralizovaném režimu, kdy všechny aplikace využívají terminálové služby a běží výhradně na terminálovém serveru (obr. 3).

Každému vzdálenému operátorovi (klientovi) se v tomto případě po přihlášení spustí jeho vlastní relace (session), ve které je provozována zvolená klientská aplikace InTouch. Tutéž aplikaci mohou při splnění licenčních podmínek vícenásobně provozovat i různí další klienti (v dalších relacích), popř. lze na terminálovém serveru současně provozovat různé aplikace InTouch. Jedna aplikace InTouch může na terminálovém serveru   běžet navíc i lokálně jako „tradiční“ aplikace (uživatelem spouštěná přímo ze serveru). Záleží pouze na tom, jak je celý systém nakonfigurován.

Je-li do architektury začleněna i průmyslová databáze Wonderware IndustrialSQL Server [3], doporučuje se, aby byla provozována na jiném počítači, než na terminálovém serveru.

Na terminálovém serveru však mohou být instalovány klientské nástroje Wonderware ActiveFactory pro analýzu dat z databáze IndustrialSQL Server, které rovněž podporují terminálové služby, a jsou tedy přístupné v terminálových relacích z tenkých klientů.

Nadále lze samozřejmě používat „tradiční“ aplikace InTouch běžící lokálně na různých počítačích a tyto uzly kombinovat s aplikacemi InTouch provozovanými na terminálovém serveru.

Při návrhu architektury systému je tudíž možné postupovat velmi pružně a splnit konkrétní požadavky uživatele nejen z hlediska funkčních schopností systému, ale i celkových nákladů na jeho vlastnictví (TCO).

Při sestavě s 25 uzly vycházejí např. náklady na hardware a OS pro terminálové řešení s jedním terminálovým serverem a 25 tenkými klientskými počítači bez pevného disku až o 40 % menší než v případě tradiční architektury klient/server. A pokud by se na klientské počítače použil stávající hardware, bylo by terminálové řešení cenově ještě mnohem výhodnější. Uživatel by v tomto případě instaloval pouze nový hardware pro terminálový server a starší počítače by použil jako tenké terminálové klienty.

3.4 Komunikace
Komunikační protokol na bázi TCP/IP Wonderware SuiteLink je nyní rozšířen o podporu komunikací mezi jednotlivými relacemi. Systém InTouch je tak schopen komunikovat mezi aplikacemi v rámci relací (na terminálovém serveru) i s „tradičními“ aplikacemi provozovanými na lokálních uzlech.

Do systému InTouch byly také přidány nové skriptové funkce pro podporu terminálových služeb. Pomocí nich lze např. zjistit, zda aplikace View (InTouch Runtime) byla spuštěna lokálně na terminálovém serveru (jako běžná tradiční aplikace), nebo ze vzdáleného tenkého terminálového klienta (jako relace), a v tomto případě i identifikovat klientský uzel (zjistit IP adresu klienta).

3.5 Omezení
Zatím byly popisovány především přínosy produktu Terminálové služby pro InTouch. Existují však i omezení, která je nutné zvážit.

Aplikace s velkou barevnou hloubkou, velkými animovanými bitmapami nebo jinými graficky náročnými objekty mohou výrazně zatížit komunikační síť. Proto je u protokolu RDP pro komunikaci mezi serverem a klientem omezena hloubka barev na 256. Další nevýhodou může být i to, že aplikace běžící v jednotlivých relacích již nemohou komunikovat pomocí protokolu NetDDE.

4. Terminálový server

4.1 Výkonnost
Výkonnost terminálového serveru má přímý vliv i na výkon provozovaných aplikací InTouch. Server proto musí být adekvátně navržen a správně nakonfigurován.

Firma Wonderware provedla rozsáhlé testy výkonnosti a škálovatelnosti architektur systémů s terminálovými službami, a to zejména z hlediska počtu současně přistupujících klientských aplikací.

Koncový zákazník samozřejmě požaduje na svých tenkých klientech obdobně komfortní a rychlou odezvu, jakou měl doposud na výkonnějších počítačích.

Na základě výsledků uskutečněných testů se doporučuje použít při více než 25 klientech další terminálový server.

4.2 Spolehlivost a zálohování
Při použití terminálového serveru, na kterém běží větší počet aplikací, je kladen větší důraz na jeho nepřetržitý a bezchybný provoz. S tímto ohledem by měl být také vybírán konkrétní hardware.

Pro zajištění redundance lze použít i tzv. clusterovou službu Network Load Balancing pro síťové rozdělování zátěže (součást Windows 2000 Advanced Server). Umožňuje mj. přesměrovat spojení z havarovaného nebo vypnutého serveru na jeho zálohu a po skončení opravy nebo údržby zapojit původní počítač transparentně zpět do systému (obr. 4).

4.3 Zabezpečení
Každému uživateli systému lze přidělit vlastní přístupová práva na základě jeho jména a hesla.

Uživatelské účty lze rozdělit na tři základní skupiny s těmito právy:

• pouze se uživatelsky připojit k terminálovému serveru a spustit si ve své relaci povolenou aplikaci InTouch, popř. další aplikace Windows (např. Microsoft Office);
• navíc možnost dálkově řídit (ovládat) aplikaci v relaci spuštěné jiným uživatelem;
• navíc přístup na terminálový server s právy administrátora.

Terminálové služby tedy mohou být nastaveny např. tak, aby příslušní uživatelé měli ze svých klientských počítačů přístup pouze k aplikacím InTouch.

5. Závěr
Terminálové služby pro InTouch přinášejí další možnosti použití vizualizačního systému InTouch v průmyslové automatizaci.

Návrat k architektuře s výkonným „sálovým“ počítačem a jednoduchými terminály není rozhodně krokem zpět. Výhodné vlastnosti terminálových služeb naopak umožňují řešit problémy mnoha podniků, které nechtějí neustále modernizovat veškerý používaný hardware a chtějí snížit celkové náklady na vlastnictví (TCO) informačního systému.

K menším nákladům přispívá centralizovaná instalace, údržba aplikací a vykonávání programů na straně terminálového serveru a možnost použít jednoduché počítače na straně klientů, kde lze využít i stávající starší počítače s různými OS anebo, naopak, velmi spolehlivé stanice bez diskových pamětí („hardwarově“ tencí klienti).