Aktuální vydání

celé číslo

11

2021

Monitorování stavu zařízení, diagnostika, řízení údržby

Snímače a systémy řízení polohy a pohybu (motion control)

celé číslo

Wonderware Industrial Application Server 2.0

číslo 3/2005

Wonderware Industrial Application Server 2.0

Firma Wonderware uvedla na celosvětový trh novou verzi svého průmyslového aplikačního serveru – Industrial Application Server 2.0, jež přináší významná zdokonalení v několika oblastech. Mezi nejdůležitější patří:

  • rozšířená škálovatelnost systému,
  • snadné a cenově výhodné řešení velké spolehlivosti a dostupnosti (redundance),
  • použití objektových metod při práci s grafikou,
  • podpora komunikace po tzv. nespolehlivých sítích.

Základní informace o systému Industrial Application Server (IAS) byly již v tomto časopise uveřejněny [1]. Současný příspěvek se po stručném připomenutí pozice produktu věnuje zejména uvedeným novinkám a hlavním přednostem řešení založených na systému IAS a jejich přínosům pro uživatele.

Pozice a základní principy činnosti IAS

Industrial Application Server je moderní softwarový aplikační server nové generace určený pro průmyslovou automatizaci. Představuje základ integrované softwarové rodiny Wonderware FactorySuite A2 [http://www.pantek.cz/produkty/fsa2.htm], která získává a přeměňuje surová technologická data získávaná v reálném čase z provozovaných technologických procesů na názorně zobrazené a hodnotné informace určené pro podporu rozhodování pracovníků na všech úrovních podniku – od výrobních operátorů nebo dispečerů, přes mistry, technology, pracovníky oddělení kvality až po výrobní management. Skutečná historie výroby se podrobně zaznamenává s cílem dokladovat její správný průběh.

Produkt IAS Server plní stejné úlohy jako tradiční „obchodní„ aplikační server, ale navíc, díky důslednému využití moderní architektury ArchestrA [1], přidává zcela novou vrstvu s „průmyslovými„ službami pro použití v reálném čase v průmyslovém prostředí.

K nejdůležitějším službám a vlastnostem takto nově koncipovaného moderního průmyslového aplikačního serveru mj. patří:

  • jednotné konfigurační prostředí IDE (Integrated Development Environment) s podporou týmové práce,
  • centralizované zavádění a správa aplikačních programů,
  • centralizovaná správa zabezpečení,
  • společný adresový prostor pro celý projekt,
  • jednotné generování výstrah a zpráv o událostech a vykonávání kódu aplikačního programu (skriptování),
  • výkonný podsystém pro archivaci událostí a technologických dat s automatickým konfigurováním,
  • nezávislost na konkrétních dodavatelích řídicích systémů (PLC, DCS aj.),
  • několik úrovní redundance pro zajištění potřebné vysoké dostupnosti dat a spolehlivosti systému.

Při tvorbě projektu jsou základním prvkem objektové „mateřské“ šablony, které reprezentují dílčí technologická zařízení i komplexní celky, včetně označení I/O, skriptů, definic výstražných stavů, způsobů archivace dat, zabezpečení apod. Z takto připravených objektů lze velmi snadno a rychle odvodit další „dceřiné„ objekty (s plnohodnotným děděním všech vlastností), z nichž je následně sestaven hierarchický model automatizovaného technologického zařízení.

Velkým přínosem tohoto principu je možnost definovat „podnikové„ standardy, ať ve smyslu funkčních vlastností objektů nebo jmenných konvencí (pojmenovávání objektů a signálů v souladu s jejich fyzickým umístěním nebo vnitropodnikovou směrnicí), tolik žádané v moderních řešeních pro svou schopnost zpřehlednit systém.

Sestavený model technologického zařízení je navíc zcela nezávislý na konkrétní architektuře cílových počítačů. Lze jej provozovat na libovolné architektuře – od centralizovaného uspořádání klient/server po distribuované uspořádání typu peer-to-peer, přičemž lze kdykoliv rozložit zátěž aplikačního serveru na další počítač(e) bez nutnosti zásahu do modelu technologického zařízení či klientských aplikací.

K názornému zobrazení aktuálních i historických stavů provozovaných výrobních zařízení na klientských pracovištích se v kombinaci s IAS využívají oblíbené vizualizační systémy InTouch od firmy Wonderware.

Správa aplikací založených na systému IAS je výrazně zjednodušena a zpřehledněna díky možnosti vykonat úpravu nebo rozšíření ve výchozím (rodičovském) objektu a následně je automaticky rozšířit do všech odvozených objektů (potomků).

Důležitá je i skutečnost, že i při vývoji takto moderně koncipovaného a výkonného průmyslového aplikačního serveru věnovala firma Wonderware velkou pozornost uživatelské přátelskosti, což je podstatným poznávacím znakem produktů firmy Wonderware od samého počátku její činnosti. V tomto segmentu trhu i nadále jde o velmi důležitý faktor vzhledem k tomu, že v průmyslové automatizaci není důraz kladený na snadné používaní a rychlost vývoje aplikací obvyklým jevem ani v současné době.

Hlavní novinky IAS verze 2.0

Jak již bylo uvedeno, dotýkají se naposled uvedené novinky pro IAS škálovatelnosti, vysoké spolehlivosti a dostupnosti, tvorby grafických objektů a činnosti v prostředí „nespolehlivých„ sítí.

Škálovatelnost

Produkt IAS ve verzi 2.0 není určen pouze pro velké, ale i pro střední a malé projekty; tomu odpovídá nový licenční model.

K dispozici je devět licencí run-time verze programu, odstupňovaných od 250 až po 1 000 000 (jeden milion!) I/O signálů, a čtyři vývojové licence. Tato flexibilita umožňuje uživateli zvolit cenově efektivní řešení přesně podle rozsahu jeho projektu.

Samozřejmá je také možnost systém aktualizovat (tzv. funkční upgrade) v případě nárůstu počtu přenášených (sdílených) proměnných, typicky při postupném rozšiřování řešení od pilotní aplikace až po rozsáhlé distribuované projekty s desítkami až stovkami tisíc I/O signálů. Díky jedinečné škálovatelnosti IAS mohou být např. snadno spravovány geograficky rozlehlé distribuční systémy ropných produktů, plynu nebo vody.

Obr. 1.

Obr. 1. Testování úlohy s 1 000 000 I/O proměnných (foto Wonderware)

Schopnost zpracovat až jeden milion I/O signálů v rámci jedné úlohy, tj. jednoho adresového prostoru, není jen teoretickou možností uvedenou v marketingových materiálech. Firma Wonderware provedla rozsáhlé praktické zkoušky systému na stovkách počítačů (servery a klientská pracoviště) tvořících jednotný adresový prostor čítající více než 1 000 000 přenášených proměnných (obr. 1). Uživatel tak má jistotu, že jeho projekt má vždy možnost růstu, aniž by musel dělat změny v již provozované úloze, natož ji zcela nahrazovat nějakým jiným, výkonnějším systémem.

Vysoká dostupnost

Dostupnost systému, má-li být skutečně vysoká, musí být řešena komplexně na všech úrovních práce s daty. Produkt IAS verze 2.0 poskytuje softwarovou redundanci od komunikace s řídicím systémem, přes vykonávání automatizačních objektů až po archivaci a historizaci technologických dat (obr. 2).

Obr. 2.

Obr. 2. Ilustrativní redundantní architektura

Serverový síťový uzel může být zálohován jiným vyhrazeným počítačem nebo se mohou dva servery zálohovat navzájem a současně se dělit o celkovou výpočetní zátěž.

Pro komunikaci s řídicími systémy (PLC, DCS, I/O sběrnice apod.) využívá IAS zvláštní objekty, tzv. Device Integration (DI) Objects, které mj. obsahují definici požadovaných komunikačních cest. Pro zajištění redundantní komunikace jsou určeny speciální redundantní DI objekty, jež sledují a vyhodnocují kvalitu přenosu dvěma nezávislými komunikačními cestami s tím cílem, aby při výpadku jedné z nich přesměrovaly tok dat na druhou cestu. Komunikační cesty mohou navíc vést různými komunikačními sítěmi, takže daný registr v PLC může být primárně dotazován prostřednictvím TCP/IP, zatímco za záložní cestu slouží např. proprietární síť dodavatele daného řídicího systému. Schopnost různě kombinovat redundantní uspořádání, vyplývající z podstaty distribuované architektury ArchestrA, zásadně odlišuje řešení na bázi IAS od ostatních automatizačních produktů na trhu. Veškeré funkce související s redundancí softwaru jsou přitom integrální součástí IAS, a není tedy třeba je dokupovat dodatečně! Navíc využití softwarové redundance vyžaduje jen minimální nebo vůbec žádné konfigurování ani není nutné využívat speciální softwarové licence na použití operačního systému či relační databáze.

Tvorba grafických prvků s použitím objektových metod

Industrial Application Server 2.0 ve spolupráci s vizualizačním systémem InTouch 9.0 využívá objektovou metodu s podporou dědičnosti i pro grafické prvky, tzv. Wonderware Smart Symbols: to do tvorby grafických operátorských zobrazení řízeného procesu obrazovek přináší stejnou produktivitu práce s objekty, jako přinesl IAS do automatizačních služeb.

Obr. 3.

Obr. 3. Grafická uživatelská zobrazení vytvořená s použitím SmartSymbols

K šabloně objektu (Template) vytvořené v IDE, jež popisuje veškeré funkce určitého zařízení, lze v programu InTouch Window Maker vytvořit šablonu jeho grafické podoby, včetně dynamických animací (Smart Symbol), a navzájem je provázat. Při vytváření komplexních grafických zobrazení pro klientská pracoviště se pak ze Smart Symbols již pouze odvozují instance (funkční kopie), které se za běhu aplikačního programu (run-time) dynamicky napojí na příslušné objekty IAS (obr. 3). Příslušné vazby lze navíc dynamicky přepínat a tak např. s použitím jedné „grafiky„ postupně zobrazovat aktuální stav několika technologických zařízení stejného typu (např. linek, reaktorů, zásobníků apod.).

Využití Smart Symbols zásadně redukuje požadavky na inženýrskou práci, a to díky synchronizaci tvorby grafické a funkční stránky zařízení, zpřehlednění vazeb mezi grafikou a funkčními objekty IAS a zmenšení počtu potřebných proměnných a skriptů v aplikacích InTouch. Uživatelé přitom mohou stále pracovat ve známém grafickém prostředí InTouch Window Maker.

Podpora „nespolehlivých„ sítí

Pro větší distribuované aplikace kategorie SCADA bývá charakteristická územní rozlehlost (ropovody, plynovody, zásobování vodou apod.). Komunikace mezi jednotlivými uzly sítě není u těchto typů projektů vždy zajištěna pevným spojením s garantovanou propustností. Významný podíl zde mají sítě s malou propustností nebo nesouvisle dostupné sítě (LAN, WAN, telefonní linky, radiomodemy apod.), tedy sítě tzv. nespolehlivé.

U IAS verze 2.0 byla optimalizována datová komunikace mezi jednotlivými uzly sítě v rámci jednotného adresového prostoru daného řešení, takže ho lze použít i v automatizačních projektech charakteristických různorodou komunikační infrastrukturou.

Hlavní přednosti a přínosy pro uživatele

Koncepce IAS a FactorySuite A2 umožňuje koncovým uživatelům, systémovým integrátorům i finálním dodavatelům (OEM) významně zmenšit celkové náklady na vývoj, vlastnictví a správu automatizačních systémů a souvisejících aplikačních programů.

Menší náklady na inženýrskou práci

Produkt IAS, díky své komponentově orientované distribuované architektuře, umožňuje významně snížit náklady na inženýrské vývojové práce.

Především k tomu přispívá opakované použití aplikačních objektů reprezentujících výrobní zařízení včetně veškeré související logiky. Aplikační objekty lze snadno vytvořit, odvozovat a sestavovat, což znamená menší objem inženýrské práce, rychlejší vývoj a tím menší vývojové náklady při současném zmenšení rizika a zkrácení doby potřebné na uvedení systému do chodu. Jednou vytvořené aplikační objekty jsou univerzální a nezávislé na konkrétní úloze, takže je lze přenášet i do následujících projektů. Díky uvedeným vlastnostem je IAS ideálním systémem pro uživatele vyžadující respektování jejich vlastních funkčních nebo názvoslovných standardů.

Menší celkové náklady na řešení

Industrial Application Server firmám dále poskytuje možnost velmi významně zmenšit celkové náklady na automatizační řešení, tj. jeho pořízení, správu a údržbu, vynaložené během jeho životního cyklu, a současně prodloužit využitelnost celého automatizovaného systému. K tomu má IAS mnoho vlastností, které jsou zapracovány přímo do systémové architektury a umožňují např. centrální vývoj několika uživateli současně, zavedení a správu i diagnostiku aplikace na dálku, její aktualizaci a rozšiřování on-line i automatické uplatnění změn.

O tom, že funkce potřebné k zajištění spolehlivosti a vysoké míry dostupnosti systému, jako jsou redundantní komunikace s řídicím systémem, redundance vykonávání aplikačních objektů a archivace dat, jsou standardní součástí systému a nemusí být dokupovány zvlášť, již byla zmínka.

Pružná reakce na změny

U málokterého aplikačního programu lze předpokládat, že ve stavu, v jakém byl navržen a uveden poprvé do provozu, zůstane jednou provždy. Efektivní a přehledné provádění změn a úprav je proto stejně důležité jako snadný prvotní vývoj. V tomto ohledu umožňuje IAS firmám rychle, pružně a cenově efektivně reagovat na změny požadavků na automatizovaný systém při současné ochraně již vynaložených nákladů na inženýrskou práci.

Objektově orientovaná architektura IAS, škálovatelné a volně distribuovatelné prostředí poskytují projektantům potřebnou volnost při rozšiřování nebo změnách uspořádání daného automatizačního projektu, aniž by museli „zaplatit„ cenu za jeho kompletní přepracování. Uvedené vlastnosti umožňují uživatelům reagovat na požadavky na větší výkon, rozšíření a zdokonalení aplikace, aniž by byli omezováni původním rozsahem nebo systémovou architekturou projektu.

Případné požadavky na změnu nebo rozšíření souboru funkcí stačí splnit v rodičovském objektu a IAS automaticky vyhledá a označí všechny dotčené potomky. Změnu na jednom místě tak lze okamžitě promítnout do stovek odvozených objektů napříč celým, jakkoliv rozsáhlým projektem bez ztráty přehlednosti a obecnosti.

Podpora pro certifikaci podle FDA

Produkt IAS byl od počátku navržen a vyvíjen i se zřetelem na potřeby průmyslových odvětví podléhajících přísným regulatorním požadavkům, jako jsou FDA 21 CFR Part 11, EU 178/2002, nebo jiným státním, popř. nadnárodním nařízením, vyžadovaným zejména při výrobě léčiv a potravin.

Potřebné vlastnosti (podrobná dokumentace vývoje a změn v aplikaci, její zabezpečení, záznam technologických dat a událostí, včetně zásahů obsluhy aj.) jsou zavedeny na úrovni systémových služeb s cílem minimalizovat náklady (finanční i časové) na použití IAS k řízení do technologických procesů podléhajících validaci, maximálně prodloužit životní cyklus již schválených řešení a minimalizovat náklady na obhájení validace např. při rozšiřování či změnách výrobního zařízení.

Otevřenost

Systém IAS je všestranně otevřený, využívající standardní a všeobecně používané softwarové techniky společnosti Microsoft – operační systémy Windows, relační databázi SQL Server, webové služby, komunikační služby i další související služby moderní informační platformy .NET.

Nijak specifické nejsou ani požadavky systému na hardware. Serverové stanice systému pracují na počítačích typu PC a pracoviště operátorů mohou být variabilně přizpůsobena potřebám uživatele – od stacionárních PC s jedním nebo několika monitory, přes počítače s dotykovým displejem (např. TouchPanel PC) určené k vestavbě do zařízení a mobilní stanice na bázi TabletPC nebo PocketPC až po uživatele vybavené telefonem GSM.

Obr. 4.

Obr. 4. IAS může zastřešovat různé řídicí systémy

Další významnou výhodou pro uživatele je skutečnost, že IAS není závislý na řídicím systému od konkrétního dodavatele. Naopak, může spolupracovat se širokou škálou řídicích systémů (PLC, DCS, RTU nebo inteligentní I/O sběrnice) od všech významných výrobců (Siemens, Rockwell, GE-Fanuc, Schneider Electric, ZAT atd.), a to i současně (obr. 4). K dispozici je více než 800 typů komunikačních rozhraní.

Souhrn

Wonderware Industrial Application Server nabízí v sektoru průmyslové automatizace dosud nedosažitelné uživatelské výhody, které vyplývají z promyšlené koncepce celého systému.

Řešení na bázi IAS verze 2.0 přináší uživateli úspory inženýrské práce ve všech fázích životního cyklu projektu – při vývoji, ověřování, uvádění do chodu, správě, provádění změn a rozšiřování. V porovnání s klasickými automatizačními systémy jsou výsledkem menší celkové náklady na řešení (Total Cost of Ownership – TCO).

Z výhod systému IAS mohou profitovat nejen projektanti při vývoji a implementaci projektu, nýbrž i koncoví uživatelé, které spíše než snadný vývoj logicky zajímají možnosti snadné správy systému a jeho rychlé úpravy či rozšíření při nových požadavcích nebo změnách jejich výrobního prostředí.

Koncepce a výhody systému IAS vedly k nebývale rychlému přijetí tohoto moderního systému nové generace zákazníky po celém světě – byl již (stav ke konci roku 2004) použit ve více než 350 projektech, včetně prvních aplikací v České republice a na Slovensku.

Literatura:
[1] TAUCHMAN, M.: Architektura ArchestrA a Wonderware Industrial Application Server. Automa, 2003, roč. 9, č. 3, s. 61–63.

Odkazy na internet:
http://www.pantek.cz/produkty/fsa2.htm
http://www.pantek.cz
http://www.wonderware.com

Ing. Michal Tauchman,
Pantek (CS) s. r. o.

Pantek (CS), s. r. o.
Škroupova 957
500 02 Hradec Králové
tel.: 495 219 072-3, 495 211 405
fax: 495 215 574
e-mail: info@pantek.cz
http://www.pantek.cz