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.

Заметка о вкусном и здоровом контроллере. Рецепт приготовления

В статье описано, из каких компонентов состоит программируемый контроллер широкого назначения, каким путем компании-производители приходят к его созданию, рассмотрены программно-аппаратные компоненты для его реализации.


insat_web.jpg


Что такое современный свободно программируемый контроллер широкого назначения? Набор ингредиентов для его создания давно известен и изменяется не очень быстро. Но тем не менее изменения появляются, а это заставляет пересматривать наше отношение к готовке этого блюда. Итак, сначала перечислим составляющие:
- современный процессор с «джентльменским набором» коммуникационных интерфейсов (как минимум, Ethernet и RS‑485);
- расширяемый (обычно за счет дополнительных модулей, подключаемых по шине или интерфейсу) набор сигналов ввода/вывода;
- многозадачная исполнительная система для выполнения пользовательских программ, разработанных с применением технологических языков стандарта MЭК 61131-3;
- поддержка стандартного протокола связи (Modbus RTU/TCP и т. п., либо фирменный протокол с комплектным OPC DA-сервером, либо встроенный OPC UA-сервер);
- веб-сервер (для удаленного сервисного обслуживания или в качестве базы для встроенного HMI).

Что обращает на себя внимание в этом списке? То, что его практически полностью можно составить из готовых компонентов, получив в результате собственный контроллер. Почему же таким путем не идут потенциальные производители? Причин несколько:
- цена готового решения делает его неконкурентоспособным в качестве изделия для тиражирования;
- излишняя универсальность ком­понентов автоматически приводит не только к повышению цены, но и к функциональной избыточности;
- нет «изюминки», выделяющей этот подход среди подходов конкурентов.

Тогда что нужно, чтобы создать контроллер, избежав этих проблем? Для ответа на этот вопрос давайте сначала посмотрим на то, какие предприятия являются типичными разработчиками универсальных общепромышленных контроллеров:
1) опытные производители, обновляющие модельный ряд;
2) изготовители специализированных узкоотраслевых контроллеров, которым нужно дополнить свой модельный ряд для решения нестандартных задач, с которыми иногда сталкивается привычный для них круг заказчиков;
3) изготовители модулей ввода/вывода сигналов, которым нужно объединить их в единую систему для успешной конкуренции с теми, кто это уже сделал;
4) изготовители созданных под требования одного заказчика изделий, которые хотят вывести их на широкий рынок с минимальными доработками.

Что общего у всех этих категорий компаний? Вероятно, то, что они имеют готовые наработки по вводу/выводу сигналов, а также готовую клиентскую базу, которую хотят расширить. Как они могут получить недостающие ингредиенты для своего нового контроллера?

Современный процессорный модуль долго и дорого разрабатывать с нуля, не всегда есть подходящие по конструктиву готовые модули. Оптимальным решением, на наш взгляд, может стать использование компактного мезонинного модуля для собственной посадочной платы.

Аналогичная ситуация с программным обеспечением: его долго и дорого разрабатывать с нуля. Можно (правда, не очень быстро и не очень дёшево) портировать на свой процессор одну из немногочисленных существующих готовых систем (SoftPLC). И в этом случае тоже использование мезонинного модуля с предустановленной исполнительной системой может оказаться оптимальным решением.

Обратите внимание на то, что, какой бы из этих путей производитель ни выбрал, ему придется решать проблемы программирования, коммуникаций и веб-доступа в комплексе, так как дополнить существующую систему собственными расширениями чаще всего легко на прикладном уровне, но не слишком просто на системном. Сделанный нами обзор фактически и формирует критерии отбора. Если вы по совету автора решили использовать для посадочной платы компактный мезонинный модуль, то выбирать следует из тех производителей SoftPLC, кто предлагает этот модуль в комплекте с ПО. Здесь надо сделать еще несколько оговорок, которые касаются и варианта с портированием исполнительной системы на собственное «железо».

Не все тиражируемые исполнительные системы (а количество их и так можно пересчитать по пальцам одной руки) имеют полный комплект необходимой функциональности.

Приобретением мезонина или комплекта для портирования работа по «стыковке» не заканчивается, в любом контроллере остается определенная специфика, которая требует дополнения готового решения, а следовательно, взаимодействия собственных программистов с технической поддержкой производителя. Если производитель далеко и разговаривает на чужеземном языке, то вряд ли такая поддержка будет оперативной и эффективной.

Программное обеспечение и его документация должны быть полностью русифицированы (но и иметь при этом английскую версию для экспорта контроллеров, а еще лучше – возможность локализации на любой язык).

И наконец, рано или поздно любой производитель захочет адаптировать под себя не только само ПО, но и его «обертку» – название, логотип, внешний вид. Для этого такая возможность должна быть заложена в выбранное ПО изначально, что еще более сужает круг кандидатов.

Ну и напоследок немного политической конъюнктуры. Ряд государственных заказчиков в нашей стране уже начал разговоры об импортозамещении. Это значит, что выбор российского производителя системы программирования контроллеров может дать определенные конкурентные преимущества.

Все сказанное автор старался изложить максимально объективно. Ему бы не хотелось, чтобы его как представителя компании, производящей такое ПО, упрекнули в подтасовках ради пиара. Поэтому, хотя наша система MasterPLC Designer отвечает почти всем перечисленным требованиям, ради той же объективности остановимся на тех из указанных задач, которые она пока не решает.

- Встроенный OPC UA сервер. Планируется в ближайшей версии, но пока нет.

- Брендирование под заказчика. Возможно без проблем, но пока только силами разработчиков.
- Веб-сервер. Есть возможность организовать полноценный человеко-машинный интерфейс уровня «почти полная SCADA» (см. www.sky-monitor.ru), но пока нет сервисного интерфейса (предполагается, что он без труда может быть добавлен индивидуально для каждого из производителей контроллеров).

- Мезонинный модуль. Тот модуль, который предлагается нами в качестве базового (благодаря очень демократичной цене за очень современные характеристики), не имеет на борту второго порта Ethernet (рекомендуется для систем с резервированием) и исполнения для отрицательных диапазонов температур. Зато можно подключать графические панели и мониторы с отображением HMI прямо от контроллера. Компания «ИнСАТ» готова совместно с заказчиками рассматривать и другие варианты базового модуля. Само портирование на новый тип процессорного модуля нашими силами занимает обычно не более двух недель.
Раз уж зашла речь о мезонине с предустановленной системой MasterPLC (в нашей терминологии он называется MasterPLC StarterKit), перечислим кратко его характеристики: 1GHz Cortex-A8 / 512Mb RAM / Flash: 4Gb + до 32 Gb microSD / HDMI / Ethernet 100M / USB / 2 COM-порта / шина расширения (до 4 плат) – I2C, SPI, COM, CAN, GPIO (69 max), LCD, таймеры и др.

И для полноты картины сделаем небольшой обзор основных особенностей инструментальной системы MasterPLC Designer.

Идеология разработки проектов – объектный подход, позволяющий повысить производительность труда разработчика за счет типизации и наследования. Проект содержит две иерархии: системы (контроллеры – модули ввода/вывода – каналы ввода/вывода) и управляемого объекта (объекты – теги – атрибуты). Элементы системной иерархии имеют системные программы обработки (драйверы) плюс пользовательские программы, окна и сообщения. Элементы объектной иерархии системных программ не имеют. Каждая программа или окно объекта снабжены программными «клеммниками», облегчающими их привязку при переносе из одного объекта в другой.


Для создания проектов доступен ряд библиотек, прежде всего, это широко известная библиотека с открытым кодом OSCAT, распространенная в версиях для многих систем программирования. Однако если там она используется без поддержки и гарантий со стороны производителя, то в MasterPLC Designer она встроена в среду, полностью протестирована и документирована на русском языке. Наши собственные библиотеки включают в основном комплексные технологические объекты, которые имеют не только алгоритм контроля и управления, но и динамические окна отображения и управления, а также сообщения для использования в HMI. Это насосы, задвижки и т. п. Есть и отраслевые библиотеки, например, для систем вентиляции и кондиционирования (HVAC).

Графические редакторы стандартных языков МЭК 61131-3 имеют расширенные возможности для редактирования схем: автоматическую и ручную прокладку трасс, масштабирование, инструмент «мини-карта» для ускорения навигации по большим схемам и многое другое. Имеется эмулятор контроллера для отладки программы без загрузки в сам контроллер.

Редактор мнемосхем обеспечивает создание окон с использованием масштабируемой векторной графики (HTML5+SVG), журналов сообщений и трендов. Любое свойство любого элемента может быть динамизировано, имеется возможность обработки всех «мышиных» событий и поддержка жестового управления для планшетов и телефонов. Для пользователей, которые не хотят размещать веб-поддержку непосредственно в контроллере, «ИнСАТ» предоставляет графическую подсистему в коробочном виде для разворачивания на компьютере (с любой операционной системой) либо на условиях подписки на услуги хостинга.

Рис. Разработка мнемосхем в MasterPLC Designer (открыть схему в отдельном окне)

Важная особенность политики компании «ИнСАТ»MasterPLC Designer на данный момент не продается как розничный продукт. Он предназначен только для поставок OEM-партнерам, производителям и дистрибьюторам контроллеров и операторских панелей. Контроллеры различных типов с предустановленной системой можно приобрести и у нас в компании. Стоимость стандартного портирования исполнительной системы на собственные процессорные модули партнеров в большинстве случаев равна нулю при условии, что операционная и драйверная системы поддерживаются самим партнером.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(51)_2014

И. Е. Аблин,
тел.: (495) 989-2249,
e‑mail: insat@insat.ru,