SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Применение терминальных клиентов в современных системах диспетчерского управления

В статье затронуты некоторые вопросы, связанные с функционированием верхнего уровня автоматизированных систем управления (АСУ), которые приобретают повышенную надежность и живучесть при использовании терминальных клиентов производства компании Chip PC Technologies (Израиль) и программных решений на основе технологий виртуализации компании Marathon Technologies Corporation (США). Рассматриваемые методы позволяют не только обеспечить надежное функционирование вышеуказанных систем, но и реализовать их катастрофоустойчивость, обеспечив непрерывность функционирования в условиях, когда часть информационной системы оказывается выведенной из строя в результате природной катастрофы или техногенной аварии.

ЗАО «НПП «Родник», г. Москва

rodnik.jpg


В настоящее время на производстве применяется разнообразное инженерное оборудование, которое требует непрерывного контроля и управления со стороны диспетчера. Станки, приборы, средства кондиционирования и вентиляции, тепло-, водо- и электроснабжения – этот список растет день ото дня по причине того, что в условиях жесткой конкуренции неуклонно повышаются требования к производственным и технологическим процессам, внедрению инноваций и улучшению качества выпускаемого продукта или предоставляемой услуги. Все это оборудование и процессы характеризуются большим набором технологических параметров и сигналов управления, требующих круг­лосуточного контроля.

Новейшие системы диспетчерского управления позволяют автоматически, в режиме реального времени осуществлять мониторинг заданных подсистем, дают возможность конт­ролировать процессы, происходящие на удаленных объектах, изменять параметры устройств, а также просматривать отчеты об их работе.

Диспетчерское управление обеспечивает учет потребления ресурсов, современный сервис, согласованную работу различных систем, входящих в инфраструктуру предприятия, а также производит многоуровневое оповещение в случае возникновения аварийной ситуации.

Централизация оперативного конт­роля и управления системами, основанная на применении современных средств передачи и обработки информации, – суть сегодняшнего подхода к реализации диспетчерского управления. Диспетчеризация обеспечивает согласованную работу отдельных звеньев инженерных сетей и технологических процессов в целях повышения технико-экономических показателей. Необходимость создания подобной системы очевидна.

Типовая система диспетчерского управления включает в себя программно-технические средства нижнего уровня (программируемые конт­роллеры и устройства связи с объектами, размещаемые в шкафах автоматики), аппаратуру связи и обмена данными и, наконец, вычислительные средства верхнего уровня, функ­ционирующие в составе локальной вычислительной сети, к которой подключаются рабочие места операторов (диспетчеров). Диспетчерский пункт, как правило, имеет в своем составе персональные компьютеры и сервер (серверы), оснащенные специальным программным обеспечением. Программируемые контроллеры связываются с сервером, к которому через локальную вычислительную сеть (ЛВС) подключаются компьютеры диспетчеров. Топология подобной сети не имеет ограничений, но напрямую зависит от условий прокладки соединительных кабелей.

Очевидно, что к столь сложному комплексу оборудования должны предъявляться повышенные требования отказоустойчивости, поскольку выход из строя сервера повлияет на работу всей системы в целом, что может привести к сбоям или полной остановке технологического процесса.

Дополнительная надежность, живучесть, отказо- и катастрофо­устойчивость современной промышленной информационной системы может быть обеспечена благодаря замене персональных компьютеров терминальными клиентами.

Чем же обосновать данное решение? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим в качестве примера применение терминальных клиентов производства компании Chip PC Technologies, являющейся одним из мировых лидеров в области разработки терминальных решений.

Использование терминальных клиентов на рабочих местах диспетчеров позволяет получить следующие преимущества:
- снижается риск хищения данных и атаки вирусов: вся информация хранится на сервере и не передается по сети;
- обеспечивается высокая централизация администрирования и поддержка управляющего программного обеспечения: все программное обеспечение, используемое с помощью терминального клиента, находится на сервере и обслуживается системным администратором;
- сокращаются затраты на модернизацию: нет нужды модернизировать клиентский компьютер, достаточно модернизировать один управляющий сервер;
- обеспечивается высокая масштабируемость – можно быстро подключить новые рабочие места при минимальных затратах за счет единого образа системы;
- минимизируются затраты на техническое обслуживание, модернизацию аппаратного и программного обеспечения за счет простоты устройства, унификации и централизованного администрирования;
- повышается безопасность: устройство использует встроенную операционную систему, настройка которой осуществляется только системным администратором;
- низкое энергопотребление: 5…7 Вт против 250…350 Вт у обычного компьютера.

В рассматриваемом семействе терминальных клиентов имеется четыре типа устройств, обеспечивающих получение заданных характеристик информационной системы:
- JackPC – уникальный терминальный клиент, устанавливаемый в сетевую розетку и имеющий возможность питания по сети Ethernet (PoE – Power over Ethernet);
- PlugPC – миниатюрный терминальный клиент с потребляемой мощностью 3 Вт и массой 62 грамма;
- XtremePC – терминальный клиент, прикрепляющийся на ­заднюю стенку монитора;
- EX-PC – мощный терминальный клиент на процессорах семейства Intel® Atom.

Как было сказано выше, к очевидным плюсам применения терминальных клиентов можно отнести высокую безопасность информации; больший, чем у персональных компьютеров, срок службы; отсутствие необходимости модернизировать оборудование в процессе эксплуатации; низкую совокупную стоимость владения; малое энергопотребление; унификацию рабочих мест.

Теперь рассмотрим вопрос, как придать системе дополнительную надежность, живучесть, отказо- и катастрофоустойчивость?

Способы повышения надеж­ности и живучести систем автоматизации хорошо известны и достаточно широко освещаются в специальной литературе, поэтому сейчас остановимся лишь на одном решении американской компании Marathon Technologies (www.marathontechnologies.com), основанном на технологиях виртуализации. Этот метод применяется в ответственных приложениях и, по мнению автора статьи, представляет определенный интерес при создании систем сбора данных.

Наиболее широко распространенным программно-техническим решением, обеспечивающим высокую надежность и живучесть вычислительного комплекса, является технология создания кластерных компьютерных систем («кластеров»).

Типовой кластер представляет собой два или группу физических серверов («узлов кластера»), объединенных между собой. Специальное управляющее программное обеспечение запускается на всех серверах и постоянно контролирует работоспособность каждого сервера в кластере. Целостность данных обеспечивается использованием общей внешней памяти (дискового пространства).

Если один из серверов кластера выходит из строя, выполнение работавших на нем приложений автоматически переносится на другой сервер (рис. 1).

Рис.1.jpg

Рис. 1. Обработка ситуации с выходом из строя 
одного из серверов кластерного вычислительного комплекса

Обычно во время переноса приложения в его работе происходит перерыв продолжительностью от нескольких до нескольких десятков минут. В отдельных случаях, когда перенос выполняется некорректно, эта процедура занимает значительно больше времени.

Корректный автоматический перенос приложения возможен, как правило, лишь в том случае, если само приложение написано и сконфигурировано с учетом автоматического повторного запуска на другом узле кластера, то есть подготовлено для работы в составе вычислительного комплекса, имею­щего кластерную архитектуру. Вычислительные комплексы с такой архитектурой снабжены специальной настройкой, индивидуальной для каждой конфигурации.

Причины некорректного переноса приложений могут заключаться в работе как технических, так и программных средств. При этом основные задержки обычно связаны с функционированием драйверов устройств, которые написаны без учета требований, предъявляе­мых системами повышенной на­дежности и живучести.

После восстановления работоспособности вышедшего из строя кластерного узла приложение переносится обратно, и первоначальная конфигурация кластера восстанавливается. Данная процедура также требует времени, поэтому выполняется, как правило, в период отключения вычислительного комплекса или в период наименьшей нагрузки на него. В этом случае до завершения процедуры восстановления первоначальной конфигурации работа приложений производится на вычислительном комплексе, имеющем относительно низкие параметры надежности и живучести.

Кластеры обеспечивают достаточно высокую надежность и живучесть вычислительного комплекса. Однако они имеют единую точку отказа, которой является общее дисковое пространство и накопитель на жестком магнитном диске, на котором хранятся данные о настройке и состоянии кластера.

Информация о сравнительных возможностях некоторых технических решений повышенной надежности и живучести представлена в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительные возможности технических решений повышенной надежности и живучести 

Из приведенной таблицы очевидны преимущества ПО Marathon everRun® по сравнению с другими распространенными решениями высокой готовности. Совокупная стоимость владения (TCO – total cost of ownership) систем на основе everRun® значительно ниже, чем у других систем высокой готовности при более строгих параметрах надежности и живучести.

Достаточно сопоставить возможные убытки от перерыва в работе или потери жизненно важных данных с затратами на внедрение продукта, чтобы сделать правильный выбор в пользу решения, обеспечивающего повышенную надежность и живучесть.
Сравнительные данные о различных системах повышенной на­дежности и живучести представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнительные данные о различных системах повышенной надежности и живучести

Таблица-2.jpg

Из приведенной таблицы очевидны преимущества Marathon everRun® по сравнению с другими распространенными решениями высокой готовности.

К числу преимуществ everRun® относятся:
- простота: это единственная технология высокой готовности, которая так же легка для администрирования, как и единый сервер. Установка и эксплуатация everRun® не требует дорогостоящей специальной подготовки персонала;
- минимальное время простоя: отказы элементов серверов практически никак не влияют на производительность и целостность данных;
- экономичность: более низкая стоимость системы в целом по сравнению с кластерами и другими системами высокой готовности;
- катастрофоустойчивость, которая позволяет сохранять работоспособность сервера даже при физическом уничтожении одного из узлов.
При этом узлы могут гео­графически находиться на разных этажах здания, в разных зданиях или даже в разных городах;
- полная защита информации: данные не теряются даже во время переходных процессов в случае отказа одного из узлов;
- открытая архитектура: все компоненты системы абсолютно стандартны. В системе не требуется применения аппаратных средств, модифицированных или специально написанных для кластерной среды приложений, и специальных драйверов устройств.

Высокая надежность технологического сервера достигается за счет применения программного обеспечения Marathon everRun, которое представляет собой виртуальные отказоустойчивые серверы, обеспечивающие непрерывную работу информационных систем под управлением ОС Windows при сбоях, отказах и даже физическом уничтожении отдельных узлов в составе вычислительной сети.

Таким образом, добиться наиболее полного и эффективного использования систем автоматизации можно только за счет внедрения комплексных решений, преду­сматривающих выбор технических средств с учетом конкретных функциональных задач и построения инфраструктуры с повышенной надежностью и живучестью, а также применения средств удаленного управления и настройки оборудования.

Программные продукты everRun и терминальные клиенты Chip PC используются для решения следующих задач:
- создание высокозащищенных систем автоматизации;
- создание высокозащищенных систем диспетчерского управления с нулевым временем простоя;
- создание систем в катастрофоустойчивом виде с возможностью увеличения дистанции между узлами для защиты от катастроф и аварий на десятки и сотни километров.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(40)_2012

А.В. Прянчин, ведущий специалист по продукции отдела 
информационных технологий и специальных проектов,
ЗАО «НПП «Родник», г. Москва,
тел.: (499) 613-7001,
e-mail: sales@rodnik.ru
www.rodnik.ru