SCADAに書いたように

はじめに

この話は約1年前に始まりました。 私自身はマシンガンナーであり、自動プロセス制御システム（APCS）の開発と実装を専門としています。 基本的に、この作業は、SCADAパッケージと呼ばれる特殊なソフトウェアでアプリケーションソフトウェアを開発することにあります。 SCADAの概念と、SCADAの用途に慣れていない人のために、 ここで詳細を見つけることができます。 彼は、テスターから始めて、このようなシステムの国内開発者の会社でかなり長い間働いており、技術サポートを経て、システム統合部門の長のレベルまで成長し、会社が開発したソフトウェアに基づくターンキー自動化プロジェクトの開発を完了しました。 プロジェクトを開発する過程で、エンドユーザー製品の靴に身を包んでいると、機能がバグがあるか、適切なレベルに達していないため、特定のタスクのツールをファイルで変更する必要がありました。 そして、製品開発と製品開発に関するマーケティングとのすべての議論は、開発側で何かをすることに消極的であるか、すべてが私の手が曲がっていて、ソーセージスクラップの何も理解していないという事実に起因していました。 これは長い間続くことができず、私たちの道がこの会社と分岐した素晴らしい瞬間に、私は私の大口顧客の1人に注文しましたが、すでにこの顧客のスタッフに行っていました。



メインの仕事からの自由時間で、私はこの分野の人々や知人が選択科目として彼らのプロジェクトを支援しました。 幸いなことに、この分野での長年の仕事のために、私は多くの良い連絡先を蓄積しており、エンジニアとしての私の評判は十分に強化されています。 開発コンサルタントとして特定のプロジェクトのために会社から正式に引き換えられることさえありました。 私のプロジェクトとプロセス制御の分野での経験はここにあります 。

当初、彼はモスクワの建物のエンジニアリングシステムを派遣するための自動化システムに従事していました。 その後、インターネットテクノロジーの開発により、他の都市のリモートサイトのプロジェクトを開発することが可能になりました。 顧客は、インターネットを介して施設と専用の安全な通信チャネルを接続しました。これにより、施設に直接接続し、プロジェクトの試運転とデバッグを自宅から直接実行できるようになりました。 彼は以前と同じソフトウェアで作業を続けました。最適な代替手段がまだ観察されていなかったためです。また、以前の開発の非常に優れた開発と経験が既にあったため、新しいシステムに切り替えるときにそのまま残したくありませんでした。

プロジェクトでの作業の過程で、SKAD自体が独自のパッチで完成しました。これにより、不満足な作業や特定の要件を実装できないため、パッケージのフルタイム機能を置き換えることができました。 この改良の最中に、システムは特定のコアに似始めました。これは、おもちゃを備えたクリスマスツリーのような外部ユーティリティとサービスでハングアップしました。 そして、そのようなパッケージのm笑の結果を見て、冷静な考えが忍び寄ってきました：実際、なぜ鍛冶屋が必要なのでしょうか？ さらに、SCADAの開発会社は、バグとグリッチを蓄積し、すべての新しいリリースをリリースし、製品アーキテクチャの通常のテストと詳細化を行わないというパスを継続しました。 そして、私は暇なときにいくつかの開発作業をしていたので、他の人のシステムのバグを整理するために暇が殺されたことを本当に残念に思いました。それは、深夜と数晩連続して続きました。 はい、顧客はcustomersし始めました：そのようなお金が支払われ、基本機能の試運転中に多くのエラーがクロールされ、この非常に機能が宣言されたものに実際に到達せず、販売マネージャーによるマーケティングの調整がありますが、サードパーティを接続または開発する必要があります顧客のためのパッケージのメガパワーについては、正反対について歌われました。 その結果、感情があふれ、私は掃除機（PCを読む）の車輪の後ろに私を置き、私は自分のSCADAを書くことにしました。

これは主に自分用のツールであるため、広告のスローガンが必要とするため、このツールを使用しないことにしましたが、このツールをプロセス制御システム開発者と見なしているためです。 システムのメインアーキテクチャとして、長年にわたって私にすでに知られているSCADパッケージのアーキテクチャが選択されました。 私は自転車を発明するのではなく、その機能に注意を払うことにしました。

でも、それが1人でなければ、すべてが素晴らしいと思います。最初はプログラマではなく、オートマトンでした。 パッケージ用に独自のユーティリティを作成することは、サードパーティの趣味、いわゆる趣味のようなものでした。いわば、.NetテクノロジとC＃プログラミング言語の研究を始めました。 それ以前は、このような真剣なことは何もしていませんでした。プログラミングといくつかの技術の分野での私の知識の多くは、どこかで聞いたことがあります。 しかし-目は怖いですが、手はやっています。

私のアイデアを知った友人や同僚の多くは、神殿で人差し指を回転させることでこれに反応しました。 もちろん、この分野のすべてのブランドは長年にわたって開発チームによって作られており、少なくとも完璧に近づくために何年も舐められてきました。 しかし、そのような反応にもかかわらず、私はそれでも私の計画を達成し始めました。 そして、どこかで聞いたジンギスカンのフレーズは、私のモットーになりました。「あなたが恐れているなら、それをしないでください。でも、あなたがするなら、恐れないでください！」 キーボードを手に入れた後、私は座って最初の本格的なシステムを設計しました。 結果として生じる仕事の前を見回した後、彼はC＃でのプログラミングに関する本とテーマフォーラムへのリンクに囲まれ始め、パッケージ内の特定の機能を実装するための原則に関するすべての必要な情報を引き出しました。 しかし、それについてはもう少し低く、順番に。

建築

作業を開始する前に、パッケージの特定の機能マップ、それが構成する基本要素、およびこれらの要素を作成するために必要な知識（テクノロジ）を作成しました。

一般的に、システムは次のように現れました。







中心にあるのは数学的なコアであり、論理的な接続によって相互接続された特定の変数のベースで構成されるプロジェクト構造の再計算を実行します。 ベースに加えて、プロジェクトには、プロジェクト変数も関連付けられているアルゴリズムが含まれています。 これらのアルゴリズムはプロジェクト開発者によって作成され、機器（コントローラー、I / Oボード、分散データ収集デバイス）を介してI / Oサブシステムを介して制御オブジェクト自体（センサーおよびアクチュエーター）に接続された変数のデータベースを介して技術オブジェクトの制御および監視機能を実行します管理）。 オペレーター（システムに暗示されている場合）がカラフルで直感的な方法でこれらすべてを実証し、プロセスを制御できるようにするために、システムの技術要素の事前に設計された画面（グラフィックプリミティブ）を模倣図の形で表示するグラフィカルな入力/出力サブシステムが提供されます、画像、インジケーター、トレンド、標準プリミティブで構成されるグラフィカルオブジェクトのセット）およびさまざまな種類のコントロール（ボタン、スライダー、領域） マウスクリックに微細な応答、など）。 システムはプロセスに沿って履歴を実行する機能を暗示しているため、変数ベースのパラメーターはいくつかのアーカイブに保存でき、技術者や運用担当者が状況を分析する目的でトレンドやレポートにアップロードできる必要があります。 また、システム内のイベントのログは、これらのアーカイブに保存する必要があります-これらは、特定のカテゴリ（メッセージ、警告、事故、エラー、オペレーターのアクション）、発生のタイムスタンプ、運用スタッフによる確認、イベントの本質を説明するテキストを含むテキストメッセージです。 これはすべて、データアーカイブおよびイベントログサブシステムによって実行される必要があります。 制御システムプロジェクトは多くの場合、複数のオペレーターサイト、サーバーノード、下位レベルのコントローラーノード、ゲートウェイマシンで構成されるマルチノードシステムであるため、これらはすべてイーサネットテクノロジーを使用してネットワーク化され、準リアルタイムモードでの操作上の相互作用が必要です。 このやり取りは、ネットワーク交換サブシステムによって実行される必要があります。 複合施設の全体的なアーキテクチャの概要を以下に示します。 次に、これらのサブシステムを実装するために必要なテクノロジーに特に注目します。



数学コア -ここでは、特定のプロパティ（インターフェイス、メソッドを使用してデータ処理アルゴリズムを実装する基本クラスの子孫）である特定のコンポーネント（プロジェクト変数）で構成される、プロジェクト自体の内部構造のオブジェクト指向モデルの開発に重点を置く必要があります準リアルタイムモードの変数（信号のフィルタリング、スケーリング、開発されたプログラムに基づく任意のユーザー処理アルゴリズム、または固定のfu 変数のタイプに応じてncional）。 オペレーターのワークステーションホスト（オペレーターの自動ワークステーション）またはコントローラーでのプロジェクトの実行中のカーネル計算機によるこのデータベースの処理は、指定された再計算サイクルで周期的に実行されます。これにより、エグゼクティブモジュールでロジックの連続実行を編成できます。



アルゴリズムは、議論のための別のトピックです。 歴史的に、オートマトンはもともとプログラマーではなく、高級言語の知識は彼にとって必須の要件ではありませんでした。 さらに、他の開発者によるアルゴリズムのサポートと可読性の要件により、5つのプログラミング言語の国際標準（IEC61131.3）がこの分野に登場しました。そのうちの3つは視覚的で、2つはテキストです。 SCADAシステムの多くのメーカーは、標準に加えて、スクリプト（高レベル言語（VBなど）など）（Ciコード、C言語など）でのプログラミングもサポートしています。 私のシステムもこの意味で例外ではありませんでしたが、これについては別の記事で説明します。この記事はアルゴリズムエディターに専念する予定です。 このような方向に描かれたテクノロジーは、私にとっては決して楽しいものではありませんでした。そのようなタスクを達成するためには、独自のエディター（ビジュアルプログラミング言語のエディターを作成するタスクが特に面白かった）、コンパイラー、実行および計算するエグゼクティブモジュール用の計算機が必要だったからですプロジェクトが施設で連続実行モードで起動されたときのプロジェクトのアルゴリズム。 視点はまだ描かれており、このトピックに関する多くの文献を蓄積し始め、この作業を習得するためにコンパイラ構築の原則を研究する準備をしました。 しかし、詳細については少し後で。



グラフィックコア -このサブシステムは、ニーモニックダイアグラムを描画するためのベクターエディターを開発するという、かなり大きな作業を暗示しています。 さらに、サブシステムは、静的画像と個々のグラフィック要素の動的化の両方で動作できる必要があります。たとえば、プロジェクトパラメータの値に応じたランタイムでのグラフィックプリミティブの塗りつぶし色の動的変更（インジケータ）、テキスト形式での操作員への変数値の表示およびグラフィックフォーム。 この場合、すべてが次のようになります。

1. 美しい（多くの場合、エンドカスタマーはインターフェイスのかわいさを見て、多くのささいなことやアニメーションがシステムのクールさの直接的な証拠として誤って認識されます。上司にとっては、これは一般に、購入を決定するためにシステムを評価する最初の兆候です）
2. 機能的
3. 開発が簡単

最初は、既製のグラフィックエンジンライブラリのライセンスを取得して、この問題を解決しようと考えました。 この分野で新しい単語、Canvasを学びました。 しかし、問題を調査し、サードパーティツールのライセンスのコストと人件費を比較すると、それが必要かどうかという結論に達しましたが、独自のベクターグラフィックエンジンをゼロから作成する必要があります。 同時に、この見込み客は私を大いに喜ばせました。それまでは、言語の標準機能を使って画面上に線を描き、正しい色で描く方法を大まかにしか想像していなかったからです。 はい、プログラマーのテーマフォーラムを読みながら少し汗をかかなければなりませんでした。結局、ベクターエディターを実装するという問題が人々の間で絶えず浮上し、多くの開発とソリューションがありましたが、その中で私たちの方向に都合の良いものを選択する必要がありました。 ちなみに、プログラマー向けのコンピューターグラフィックスに関するかなりの量の文献も調査されました。今では、GDI +とは何か、何と一緒に食べられるのかを知っています。 また、グラフィックエディターの実装の詳細に別の記事を捧げる予定です。ここでは、何が行われ、何が行われたのかを詳細に調べてみます。



アーカイブおよびジャーナリングサブシステム -このセクションは、私が以前働いていたSCADAシステムの重大な障害でした。 そこで、開発者は自転車を発明し、外部手段のアーカイブを保護するという道を歩みました。これは、サードパーティの手段でもアーカイブデータにアクセスする必要があるため、多くのプロジェクトでシステムを自動的に消化できなくなりました。 また、実装のバグにより、大規模なプロジェクトで真剣に使用され、機能しなくなりました。 ところで、これにより、多くのユーザーはフルタイムのアーカイブシステムを放棄せざるを得なくなりました。 まず、このサブシステムの主な要件は次のとおりでした。技術ファシリティ管理システムの運用担当者によるレポートフォームの分析および生成のためのオープン性と情報への便利なアクセス。 この問題に対する最も便利な解決策は、リレーショナルDBMSの使用です。 ちなみに、多くのブランドはこの方法で、履歴データと雑誌をリレーショナルDBMSに保存しています。 これはおそらく、私が間接的にある程度作業したサブシステムの唯一のバージョンです。なぜなら、それ以前のSCADAのパッチの1つは、SCADAから外部リレーショナルDBMSにデータとイベントログを収集してアーカイブするためのサブシステムだったからです 現在の決定に従って、DBMSのベースとしてMySQLを選択し、通信プロバイダーとして最新のADO.Netテクノロジーを選択しました。



機器と交換するためのI / Oサブシステム -このサブシステムの主な問題は、自動化のための鉄製造業者からのかなり広範なオープン国際標準（たとえば、すべての実装でのModBusプロトコル）、および外部ソフトウェアとの交換のためのプログラミングインターフェイス（ここ主な役割は、OPCインターフェース（プロセス制御のOLE）によって果たされます。 このテーマについては、別の記事を作成し、ソフトウェアパッケージでの機器サポートの実装、実装機能、およびその結果についてのビジョンを説明します。



プロジェクトノード間のネットワーク交換サブシステム -すべての自動化プロジェクトが1人のオペレーターの単一のワークステーションに制限されているわけではなく、多数のノードで構成されているため、ノード間でデータ交換メカニズムが必要です。 さらに、リアルタイムデータ（運用）とアーカイブ（タイムスタンプ、サンプル、配列を含むデータベクトル）の両方。 システムのこのセクションはまだ開発中であるため、主要な開発作業が完了したらすぐに、より詳細な情報を準備して公開します。

現時点でそれがもたらしたもの

2010年4月のどこかで、このプロジェクトの作業を文字通りおよび比and的な意味でゼロから始めました。 彼は主に夜の自由時間に働いていました。 実際には、それはスタートアップのガレージであることが判明しました。仕事のために、それは時々朝まで座ってコードを入力して文学を勉強していた1部屋のアパートのキッチンを占有していたからです。 主なコンポーネントの開発には1年弱かかりました。秋には、カーネル、ビジュアルアルゴリズムエディター、プロジェクト構造エディターを作成し、プロジェクトモデルとプロジェクトファイルストレージ構造を開発しました（すべてXML形式に基づいています）。 次に、彼は、アーカイブサブシステムを登録しました。これは、エグゼクティブシステムのランタイムのコアにあるメインエンジンです。 元旦に、グラフィックエディターを開始しました。 年末年始を称え、この問題を徹底的に研究し、正しい道を選択する時が来ました。 春の初めまでに、私はほぼスケジュールを完了し、春には純粋なC＃のアルゴリズムをサポートする数学エンジンを完成させました。 夏の初めに、OPCインターフェースのサポートの観点から、I / Oサブシステムの一部を完成させました。 そして今、私はネットワーク交換サブシステムに従事しています。



プロジェクトの機能統計の一部を次に示します。

1. ツールシステムと2つのランタイム（最初の自動化プロジェクトが施設で開始される実行モジュール）があります。1つはMS Windows用（ワークステーション用）、もう1つはWinCE用（コントローラー用）です。
2. WinTimeはグラフィックスと数学の両方をサポートしています。 WinCEでは、コントローラーはこれまでのところグラフィックスを実際に必要としないため、数学のみです。
3. システム自体は、FBDと純粋なC＃の2つのプログラミング言語をサポートしています。
4. システム自体、カーネルレベルで、彼はデータを操作するための独自のモデルを開発しました。システムはデータ型ではなく「オブジェクト」の概念で機能します。 これにより、システム機能レベルでの型キャストの分野で多くの興味深いことが行われました。たとえば、このテクノロジーのおかげで、単一の算術FBD加算ブロックは、数字だけでなく文字列、または一般的に互いに異なる種類のデータを追加できます
5. システム内の動的配列の処理と処理の可能性を認識し、データ処理モデルの助けを借りて、混合型と異なる機能を持つことができます：helloローカルアーカイブとPAZおよびRASシステムのバッファー！ 任意のデータ型の動的配列のアルゴリズム処理の可能性。 多くのSCADAパッケージでこれは原則的に不可能です。
6. すべてのアーカイブおよびイベントログは完全にリレーショナルDBMSにあります-これまでのところMySQL。
7. ランタイムの再起動（ダンプ）間のシステム状態保存ファイルがサポートされています。 ダンプ形式はXMLです。
8. プロジェクト自体はオープンXML形式で保存されているため、システムでは標準リポジトリを使用してプロジェクトのグループ開発を行うことができます。
9. グラフィックライブラリも含め、すべてのインポート/エクスポート（画面、プログラム、プロジェクト自体）はXML形式で構築され、完全にオープンであり、開発者は独自の裁量でサードパーティツールを使用して作業することができます。
10. スケジュールに従って、私は現代のシステムの品質に可能な限り近づけることを試みましたが、同時に、非常に洗練されたグラフィックアクセラレーションテクノロジーに焦点を合わせないようにしました。ほとんどの場合、それを加速しないが、実際にはそれを重く、遅くするだけですが、これはそれが美しいことを妨げませんでした。 たとえば、グラフィック画面のいくつかの例：
    
    
    
    スクリーンショット1
    
    スクリーンショット2
    
    スクリーンショット3
    
    スクリーンショット4
    
    スクリーンショット5
    
    スクリーンショット6
    
    スクリーンショット7
    
    スクリーンショット8
    
    
    
    そして、私のシステムの同じプロジェクト（左）とブランドの1つ（右）の画面比較の例を次に示します。
    
    
    
    スクリーンショット1
    
    スクリーンショット2

ツールキット内のプロジェクトのデバッグ機能に大きな重点が置かれているため、ツールキットは以下をサポートします。

1. デバッガーでのプロジェクト実行のプロセスでのアルゴリズムのオンライン編集。
2. グラフィック画面のオンライン編集も、デバッガでプロジェクトを実行中に直接行われます。
3. プロジェクト構造のオンライン編集も、デバッガーでの実行プロセス中です（一般的に、scud自体はオンライン開発の単一環境であることが判明しました）。
4. 組み込みのプロジェクト修正プログラム-開発者が作成した論理エラーを追跡し、このエラーが見つかったプロジェクトコンポーネントへの自動配置でそれらを指し示すことができます。
5. 組み込みの自動プロジェクトテスター-正確性を検証するために、グラフィック画面でクリックするまで、プロジェクトを自動レースするスクリプトを作成できます。
6. ハードウェア記述子に接続されているFBDまたはC＃の標準アルゴリズムに基づいて数学モデルを開発するための組み込みメカニズム。プロジェクトは、ほぼワンクリックで、実際のハードウェアの代わりにモデルのデバッグに、またはその逆に切り替えることができます。
7. 開発者の環境に組み込まれたデバッガーを使用すると、ノード間リンクを模倣し、デバッグ中にシステムのパラメーターを取得、追跡、および変更する機能により、単一のPC内で全体として分散アーキテクチャを使用してプロジェクトをデバッグできます。

現在、外部デバイスおよびデバイスとの交換では、次のインターフェースがサポートされています。

1. ModBus TCP（RTUはサポートされていますが、まだ有効化されていません）
2. OPC DA
3. プロトコルサポートICP-CON：USO I-7000シリーズ

たくさんリストすることができ、長い間、ここでシステムの最も基本的で最大の「チップ」を引用しました...あなたは私との対話の過程で残りを知ることができます。



また、システムの原理を示すデモを見ることができます。



プロジェクトをデバッグするプロセスでのFBD上のアルゴリズムのオンライン編集：







プロジェクトのデバッグ中のグラフィックのオンライン編集：







タイプをリアルタイムで処理するためのエンジンの機能のデモ（FBDプログラム）：







C＃のアルゴリズムを使用したサンプルプロジェクト-HTML形式でのレポート生成を示します。





自動プロジェクト修正プログラムの作業の例：





単純なプロジェクトを開発する例。 プロットは次のとおりです。最も単純なプロジェクトは、コントローラーがICP-DASからUSP I7017モジュールに接続され、モジュールの最初の入力がセンサーに接続されるように開発されています。

コントローラーからのこのセンサーの値は、AWPオペレーターに上がります。 プロジェクトのデバッグが示されています。

1. まず、デバッガーでプロジェクトの作業を手動でチェックし、センサーの入力を手動で設定してから、デバッガーのUSOパネルを使用して
2. 次に、プロジェクト内で、通常のツールを使用して、FBDシミュレーターの数学モデルが作成され、ODRに接続されます
3. デバッガーでこのシミュレーターを使用したプロジェクトの作業がチェックされます。 リアルタイムで、ワンクリックでシミュレータをオフまたは接続できます
4. デバッグプロセスを停止せずに、シミュレーターの数学モデルを編集し、USOに接続しました
5. プロジェクトのデバッグプロセスを停止することなく、プロジェクトパラメーターを編集します。これは、チャネルの乗数としての信号の初期処理です。

など、グラフィックに至るまで...分散アーキテクチャのプロジェクト全体は、鉄の存在がなくても、プロジェクトでシミュレーターのモデルを直接作成し、それらをUSOにリンクするだけで、1つのPCでプロジェクト全体を作成、編集、デバッグします。



グラフィック要素のコピーされたグループ内の動的プロパティの便利な再バインドによるグラフ内の操作時間の迅速な複製。 つまり、開発者は、新しいインスタンスを動的化するために新しい引数にバインドするために、新しいコピーされたグループのすべてのプロパティを手動で並べ替える必要はありません-システムは自動的にグループをスキャンし、バインドのリストをコンパイルします。開発者は、バインドをすばやくDnD操作で再割り当てします。

ダウンロードリンク







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