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.

Построение систем на базе LonWorks с помощью программных средств компании Newron System

Компания «ФИОРД», г. Санкт-Петербург

В статье рассматриваются программные средства NLSuite и NLStart компании Newron System, которые охватывают все этапы создания  систем различной степени сложности на базе технологии LonWorks: проектирования, настройки и конфигурирования, ввода в эксплуатацию, диагностики и поиска ошибок в сетях и узлах LonWorks, мониторинга,  управления и  сопровождения.

LonWorks: от автоматизации зданий до управления в поездах 

Сетевая платформа LonWorks была разработана американской компанией Echelon, основанной в 1988 году А. Маркулой (A.Markkula) — одним из создателей Apple Computers.  Технология LonWorks построена на созданном компанией Echelon протоколе сетевого взаимодействия (LonTalk) устройств через различные среды передачи данных, такие, как витая пара, линии электропитания, оптоволокно и беспроводные радиочастотные. Наиболее широко LonWorks используется для автоматизации зданий: например, для управления освещением, отоплением, вентиляцией и кондиционированием  и может служить основой для построения «интеллектуальных зданий».

pic1.jpg
Таблица. Программные средства NLSuite

В 1999 коммуникационный протокол (LonTalk) был представлен на рассмотрение в ANSI (American National Standards Institute) и принят как стандарт ANSI/EIA/CEA-709.1. Созданные фирмой Echelon технологии передачи сигналов по витой паре и линиям электропитания были также представлены в ANSI для стандартизации и утверждения (стандарты ANSI/EIA/CEA-709.2, ANSI/EIA/CEA-709.3). С тех пор ANSI/EIA/CEA-709.1 был принят как базис для стандартов IEEE 1473-L (управление в поездах), AAR (Association of American Railroads, www.aar.org/Homepage.aspx) электропневматических тормозных систем грузовых поездов, IFSF (управление автозаправочной станцией, www.ifsf.org), SEMI (производство полупроводникового оборудования, www.semi.org), и в 2005 как EN 14908 (Европейский стандарт автоматизации зданий). В 2007 CECED — Европейский комитет производителей бытовой техники, принял протокол как часть стандарта Управление и Мониторинг Бытовой Техники — Спецификация Межсетевого Использования. Также протокол LonTalk используется как один из уровней данных в Bacnet ASHRAE/ANSI стандарта для автоматизации зданий. Для координации работ в 1994 году была создана организация LonMark (www.lonmark.org) — независимая ассоциация производителей оборудования, программного обеспечения и системных интеграторов, работающих по технологии LonWorks, которая формирует единые рекомендации для разработчиков и проводит сертификацию совместимого с LonWorks оборудования.

pic2.jpg

Рис. 1. Базы данных NLSuite

Платформа LonWorks обеспечивает интерфейс с IP стандартом туннелирования ANSI/EIA/CEA-852, который используется множеством производителей как средство информационного соединения и взаимодействия устройств, предварительно развернутых или новых сетей LonWorks с IP приложениями или программными средствами удаленного сетевого управления.
Многие программные продукты для LonWorks базируются на клиент-серверных сетевых службах LNS (LonWorks Networks Services), разработанных компанией Echelon (www.echelon.com/ products/development/lns/default.htm). Архитектура LNS определяет два основных компонента: NSS — сервер сетевых служб (Networks Servises Server) и NSI — интерфейс сетевых служб (Networks Servises Interface). 
Несколько слов о примерах применения LonWorks. Принятая в качестве стандарта IEEE 1473-L для коммуникаций внутри поездов, технология LonWorks применяется для управления торможением, двигательной установкой, информирования пассажиров, управления локомотивом, мониторинга неисправностей и климат-контроля. Примерами применения технологии LonWorks на железных дорогах являются: New York City Transit (самое крупное метро в мире),  New Jersey Transit Authority, San Francisco Municipal Railway, Deutsche Bahn и RAPT Meteor Line. Еще одним примером является проект информационной системы пассажирского подвижного состава для железных дорог Великобритании, разработку которого выполнила датская компания S.A.Viewcom (www.saviewcom.dk), причем базовое программное обеспечение было реализовано российской компанией НАУЦИЛУС на основе технологии LonWorks и программного пакета ISaGRAF с исполнительным ядром под Linux. Еще одним проектом компании S.A.Viewcom является система автоматизации поездов в Хельсинском метро, построенная на базе технологии LonWorks.
Приведенный выше краткий обзор технологии LonWorks, стандартов составляющих ее основу, и некоторых базовых понятий является полезным для понимания возможностей и назначения программных продуктов компании Newron System для платформы LonWorks. 

Программные продукты компании Newron System

Компания Newron System (Франция) основана в 1993 году и специализируется на разработке программного обеспечения и решений для технологии LonWorks. Компания Newron System является председателем организации LonMark Франция. 
Программные продукты Newron System для сетей LonWorks можно разделить на две группы: NLSuite — полный набор программных средств, основанных на LNS, который позволяет проектировать, устанавливать, поддерживать проекты на LonWorks любой степени сложности, и NLStart — набор средств для небольших проектов (до 64 модулей в проекте), использующих протокол ANSI/EIA/CEA-709.1 (LonTalk) без применения LNS. Кроме того, у Newron System есть два продукта для LonWorks, которые формально не входят ни в NLSuite, ни в NLStart: NLPreCom и сервер LOOM. 
NLPreCom — инструмент для оценки сети LonWorks перед фазой ввода в действие (comissioning). Инструмент предназначен для технических специалистов, которым нужно на рабочей площадке полностью проверить соединения кабелей, согласованности топологии и тем, кому необходимо подготовить фазу ввода в действие. Информативные отчеты NLPreCom действительно помогают иметь представление о сети в любое время перед вводом в действие.  NLPreCom выполняет четыре процедуры. Сначала выполняется сканирование сети для поиска активных узлов. После этого выполняется проверка состояния сети путем запуска стресс-тестов для узлов и выявлением возникающих ошибок. В случае возникновения проблем предлагаются простые действия по их устранению. Затем при помощи NLPreCom возможно загрузить приложение и конфигурацию в узел, а также посылать команды, считывать информацию о статусе и значениях. После этого может быть сгенерирован детальный отчет. Этот отчет будет подтверждением того, что перед этапом конфигурирования все тесты выполнены и все устройства подключены правильно. NLPreCom включает функцию PointAndName, которая позволяет радикально уменьшить время, затрачиваемое на конфигурирование сети. Установщик оборудования может собрать с устройств наклейки со штрих-кодами NeuronID и наклеить их на предварительно подготовленном формуляре. Программисту для создания проекта и базы данных LNS останется лишь считать сканером штрих-коды соответствующих устройств с формуляра. 

NLSuite — набор программных средств для больших сетей LonWorks

Программные средства NLSuite можно соотнести с этапами развертывания систем на базе LonWorks, как это показано в таблице.
Каждая из компонент в NLSuite, которая используется на этапе проектирования и инсталляции сети LonWorks,  для хранения информации об объектах LonWorks использует LNS-сервер (рис. 1). Как видно из этого рисунка, компоненты NLSuite взаимно дополняют друг друга, и данные из проектов, разработанных с помощью одного средства, могут быть использованы другими средствами. 
NL220-TE — инструмент в среде Windows NT/2000/XP/Vista с высокой производительностью для управления сетями LNS. Высокая производительность предопределена философией построения интерфейса, который не отягощен излишними графическими средствами и в то же время интуитивно прост в работе и предоставляет много уникальных функций, значительно облегчающих работу специалиста. В результате NL220-TE — это удобный инструмент конфигурирования с дружественным интерфейсом, даже в крупномасштабных проектах позволяющий затрачивать минимальное время опытных специалистов на создание проектов (рис. 2). 

pic3.jpg

Рис. 2. Пример работы NL200-TE

NL220-TE — это инструмент для конфигурирования сетей ANSI/EIA/CEA-709 и ANSI/EIA/CEA-852,  который поддерживает технологию LNS TE (Turbo Edition) и удаленный доступ через сеть LonWorks или IP. NL220-TE, имеет поддержку устройств i.LON для легкой интеграции через локальную операционную сеть или IP-сеть, совместим с любыми плагинами LNS. NL220-TE имеет много уникальных функций, таких, как: селективный выбор узлов, рекурсивные команды, функции поиска и т.д. Эти функции значительно уменьшают количество повторяющихся действий, увеличивая быстроту интегрирования и избавляя от появления ошибок. Высокоэффективные функции фильтров позволяют обращаться к нужным объектам даже в сложных комплексных проектах. Полное встроенное документирование и функции отчетов предусматривают как общий листинг, так и сохранение только необходимой информации. 
NLFacilities — уникальный графический инструмент для управления сетями LNS, особенно эффективный при работе с крупными объектами. Программа предоставляет пользователю простой и удобный интерфейс, включает в себя конфигуратор сети и функции для работы с шаблонами. Таким образом, с использованием NLFacilities строить и конфигурировать сети ANSI/EIA/CEA-709 сможет специалист с минимальными знаниями технологии LonWorks или даже без таковых. NLFacilities успешно применяется в Европе последние три года, и опыт показывает, что применение программы на больших объектах позволяет достичь 75% экономии времени, затрачиваемого на инсталляцию.
NLFacilities состоит из двух инструментов: designer, в котором создаются приложения и шаблоны, и runtime, в котором осуществляется управление проектом. Проектировщик импортирует схему здания, определяет используемое оборудование, способы взаимодействия оборудования и сопоставляет графические символы. Затем приборы помещаются на схему здания, в которой уже могут быть отражены архитектурные (и не только) особенности, таким образом определяется пространственное размещение приборов (рис. 3). Заключительный шаг — конфигурирование приборов и ввод сети в эксплуатацию. Программа автоматически конфигурирует сеть и использует функции экспорт/импорт для уменьшения времени на ввод в эксплуатацию. NLFacilities включает все функции для обслуживания сети, связанные с установленным оборудованием: тест, сброс, «online», «offline», замена устройства. База LNS, которая создается, может быть импортирована, экспортирована, изменена и модифицирована по мере необходимости, чтобы уменьшить время на инсталляцию и обслуживание.

pic4.jpg

Рис. 3. Пример проекта в NLFacilities Designer

NLModeler — средство (входящее в состав NLFacilities) для управления отношениями между Lon-узлами или объектами LonMark в базе данных LNS. NLModeler используется для генерации базы данных для NLFacilities. NLModeler может конфигурировать категории, объекты и профили, связывание между объектами (правила группирования объектов, правила взаимодействия объектов), связывание с хостом (команды хоста), зоны. 
NLCSV — набор плагинов для упрощения интеграции, который облегчает интеграцию и автоматизирует функции управления. NLCSV — отличное дополнение к NL220.
Доступны следующие плагины:
- NLGenerateFromCSV — плагин для создания базы данных LNS из внешнего файла CSV.
- NLBindingFromCSV — плагин для создания/удаления связей, включенных в файл CSV. 
- NLCommissionFromCSV — плагин для установки, восстановления и замены узлов или роутеров, описанных в файле CSV. 
- NLConfigurationFromCSV — плагин для обновления конфигурации и сетевых переменных из файла CSV. 
NLOPC-TE — OPC-сервер для LNS. Разработан в соответствии со спецификацией OPC 2.0. NLOPC-TE универсальный SCADA и HMI драйвер для LonWorks на основе LNS TE. При работе с LNS TE NLOPC-TE демонстрирует уникальную производительность. NLOPC-TE — единственный OPC сервер на рынке, который за один запрос считывает одновременно несколько значений. 
NLOPC-TE cовместим с базами данных LNS, созданными любыми инструментами интеграции, может контролировать  одну или несколько локальных или удаленных баз  данных, имеет режим симуляции для проверки работы OPC клиента без подключения к сети. NLOPC-TE может использовать режим Fast Polling, что увеличивает производительность опроса LonTalk. Кроме того, внутренняя оптимизация NLOPC-TE позволяет избежать опроса отсутствующих устройств. Быстродействие NLOPC-TE значительно увеличивается за счет функции MultiField, которая позволяет производить чтение и запись нескольких полей структурированных элементов за один запрос, а также за счет внутренней системы кэширования LNS-объектов. 
Следует также отметить, что у Newron System есть еще одна версия OPC-сервера — NLOPC-MIP, которая не использует LNS.
pic5.jpg

Рис. 4. Пример работы NLUtil

NLUtil — инструмент проверки узлов и каналов. NLUtil — сервисное приложение под Windows для анализа, тестирования, настройки и наладки сетей LonWorks (рис. 4). NLUtil  предназначен для тестирования узлов и каналов LNS и поддерживает следующие возможности:
- отображает всю информацию об устройствах;
- поддерживает все типы устройств; 
- доступны команды: «Test», «reset», «Wink», «online», «offline» и т.п; 
- отображает и позволяет редактировать все конфигурационные таблицы; 
- автоматически идентифицирует роутеры, позволяет изменять их конфигурацию;
- отображает всю информацию о переменных, позволяет группировать их для обработки.

pic6.jpg

Рис. 5. Пример отображения состояния каналов LonWorks с помощью NLTestChannel
 
NLTestChannel — фоновая задача, которая непрерывно проверяет качество сети и предлагает варианты действий при обнаружении ошибок. NLTestChannel — экспертная система, которая анализирует и рекомендует решения для исправления тревог.
Постоянно запуская и анализируя сетевые индикаторы, программа делает выводы о качестве системы и критических уровнях. Экспертная система формулирует резюме дефекта, основываясь на большом количестве данных. 
По данным NLTestChannel специалист может получить первичные сведения о проблеме, чтобы затем выполнить необходимые тесты для правильного  диагностирования системы. По сути, NLTestChannel — супервизор состояния системы. Собираются данные о физических линиях, оборудовании и программных ошибках. Тревожные сообщения выводятся на экран, а также могут быть посланы электронной почтой на адреса, заданные при конфигурации программы. Все сетевые тревоги, так же как и все действия, сохраняются в архивах. Программа требует минимум сетевого трафика и ресурсов на рабочей станции оператора. Кроме того, состояние каналов может быть показано в виде графиков, как это показано на рис. 5. Такой мониторинг особенно полезен при обслуживании крупных объектов, поскольку позволяет практически мгновенно идентифицировать и локализовать неполадки в сети.
NLStart — пакет программ для работы с небольшими сетями LonWorks по невысокой цене, не предусматривающий дополнительной оплаты роялти за использование LNS. 
NLStart — состоит из трех продуктов: NLStartMaker — инструмент установки и обслуживания, NLStartOPC — OPC-сервер, NLStartUtil — инструмент диагностики.
Пакет программ NLStart разработан в соответствии с ANSI/EIA/CEA-709 и стандартами LonMark и позволяет устанавливать, обслуживать и контролировать небольшие сети LonWorks с количеством узлов до 64. NLStart не использует технологию LNS, поэтому нет необходимости приобретать LNS-кредиты.
NLStartMaker — мощный инструмент управления, который полностью поддерживает протокол ANSI/EIA/CEA-709, имеет все функции, необходимые для управления и обслуживания сетей, обеспечивает доступ к сетевым переменным и возможностям конфигурирования, что делает его мощным инструментом для профессионала. 
NLStartUtil — инструмент для настройки сети LonWorks. NLStartUtil позволяет проверять правильность соединения, а также функционирование оборудования как в целом, так и помодульно. NLStartUtil позволяет выполнять автоматическое тестирование и загрузку каналов, просматривать основные области данных в lon-устройствах (например, таблицы доменов, адресов, сетевых переменных и др.), читать и писать данные в память устройств, посылать любые сообщения по протоколу LonTalk. 
NLStartOPC — OPC сервер для сети LonWorks, сконфигурированной средствами NLStart. 
- Возможна удаленная работа через TCP/IP. 
- Возможна настройка без остановки SCADA.
NLStartOPC соответствует спецификации OPC 1.0 и 2.0, полностью конфигурируем, может работать в режиме симуляции (без реальной сети LonWorks) для тестирования проекта системы. NLStartOPC может работать в локальном или DCOM-режиме, поддерживает стандартный SNVT мастер лист LonMark (SNVT, UNVT, SCPT, UCPT).

Объектно-ориентированный сервер LOOM (Lonworks Object Oriented Management) компании Newron System

LOOM — это сервер с поддержкой объектно-ориентированного API для управления сетями LonTalk. LOOM — это набор объектов ActiveX, построенный в соответствии с идеологией LNS, но не использующий LNS. Основными возможностями LOOM, с точки зрения программиста, являются следующие: база данных ADO SQL, одновременное обслуживание нескольких клиентов, в том числе в многопоточных приложениях, поддержка расширенной системы трассировки.
LOOM поддерживает любой стандартный интерфейс LonWorks, может создавать устройства из xif-файла и из сети и поддерживает любые устройства  (LonMark, non LonMark, MIP, non MIP). 
Сервер LOOM  поддерживает расширенные возможности трассировки. Для доступа к этим возможностям используется программа NLlogger. После запуска NLLogger появляется окно с двумя закладками. При использовании первой закладки LOOM Objects Server будет отображаться информации о командах доступа к базе данных LOOM, вызовов из приложений, ошибках и сетевых запросах. При использовании закладки NllonDriver будут отображаться все посланные и полученные сетевые сообщения.

Примеры применения продуктов Newron System

В настоящее время множество проектов автоматизации объектов различного назначения на базе платформы LonWorks реализовано с помощью программных продуктов Newron System. Приведем лишь один их них: здание Paris La Defense, состоящее из 22 этажей (32 000 кв. м.), 1300 офисов, 4 уровня для парковки машин, системы освещения, кондиционирования,  водоснабжения, отопления и канализации (оборудование Honeywell),  системы ввода/вывода (WAGO).
Набор программных средств компании Newron System для автоматизации систем на платформе LonWorks является одним из мировых лидеров в этом секторе автоматизации. Для ознакомления с программными продуктами Newron System на платформе LonWorks пользователь может бесплатно получить демонстрационные версии в компании ФИОРД (www.fiord.com). Также следует отметить, что в начале 2008 года компания Newron System объявила о своем выходе на рынок BACnet (Building Automation and Control network). В сотрудничестве с австралийской фирмой SCADA Engine компания Newron System предлагает программный инструментарий для BACnet: BACnet OPC-сервер, BACnet OPC-клиент, Веб-сервисы BACnet, средства разработки BACnet для Windows и Linux.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(20)_2008

А.В. Паршиков, руководитель направления автоматизации зданий,
С.В. Золотарев, к.т.н, ведущий эксперт, 
компания «ФИОРД», г. Санкт-Петербург,
тел.: (812) 323-62-12,  
е-mail: parshikov@fiord.com, zolotarev@fiord.com