Рассматриваются ключевые нововведения и усовершенствования, реализованные в SCADA-системе SIMATIC WinCC Open Architecture версии 3.18: принципиально новый инструмент для создания дашбордов, развитие возможностей пользовательских интерфейсов, расширения подсистемы архивирования исторических данных NGA, поддержка контейнеризации, новые драйверы, изменения в части обеспечения информационной безопасности.
ООО «Сименс», г. Москва
Визуальное представление состояния и параметров функционирования управляемых объектов остается основным способом обмена информацией в задачах и процессах, связанных с принятием оперативных и стратегических решений человеком. Качество и скорость принятия таких решений определяются не только и не столько составом, количеством и достоверностью предъявляемых данных, но и в значительной степени формой их предъявления лицу, принимающему решение. Согласно многочисленным исследованиям (количественные результаты которых тем не менее различны или не верифицированы [1]), графическое представление в противовес отображению значений параметров в числовом виде существенно ускоряет восприятие информации и принятие решений на ее основе.
Современные технологии и подходы к визуализации данных позволяют перейти от традиционных индикаторов состояния процесса и значений контролируемых параметров, графиков, таблиц, сводных отчетов (зачастую перегруженных информацией и тяжелых для восприятия) и тому подобного к активному взаимодействию с пользователем путем формирования адресной, актуальной и интуитивно понятной информации, обеспечивающей как повышение ситуационной осведомленности, так и контроль комплексных показателей эффективности. Такой современной визуализации свойственны минимализм, нейтральная цветовая гамма, активное использование анимации и актуальных когнитивных форм (спарклайны и другие формы простой инфографики, деревья, фракталы, различные виды диаграмм и др.) [2, 3].
Именно средства визуализации стали центральным пунктом, получившим развитие в новой версии SCADA-системы SIMATIC WinCC Open Architecture (WinCC OA). Так, в WinCC OA версии 3.18 появился принципиально новый инструмент для быстрого создания дашбордов, позволяющий создавать собственные экраны показателей и вносить изменения в них в режиме онлайн, пользуясь простыми средствами конфигурирования, без необходимости традиционного для SCADA-систем «ручного» инжиниринга панелей. Кроме того, в WinCC OA версии 3.18 реализован ряд усовершенствований в плане развития возможностей пользовательских интерфейсов.
Не менее интересные и востребованные изменения произошли и в системной части: расширение подсистемы архивирования исторических данных NGA, поддержка контейнеризации, новые драйверы, изменения в части обеспечения информационной безопасности и ряд других.
Остановимся на ключевых нововведениях.
Инструмент для создания дашбордов
Этот принципиально новый инструмент в составе WinCC OA значительно облегчает процесс создания информационных панелей для отображения ключевых показателей – веб-дашбордов, обеспечивающих представление сложных данных в удобной и понятной форме. Дашборды, традиционно и активно используемые в связке с системами бизнес-аналитики, в задачах управления производственными процессами и системами также позволяют существенно упростить процесс принятия управленческих решений за счет наглядной и интерактивной визуализации данных, настраиваемой самим пользователем.
Рис. 1. Примеры дашбордов
Предлагаемый инструментарий позволяет адаптивно параметризовать и позиционировать элементы дашборда в любом месте и непосредственно во время просмотра с помощью специальных мастеров для индивидуализации пользовательских представлений. Примеры того, как могут выглядеть дашборды, созданные на базе WinCC OA 3.18, показаны на рис. 1. Использование дашбордов, созданных с помощью нового инструмента, возможно и на мобильных устройствах (рис. 2).
Рис. 2. Пример дашборда на мобильном устройстве
Технически инструмент для создания дашбордов является конфигуратором веб-приложений с поддержкой различных виджетов. В частности, поддерживается возможность интеграции динамических SVG-объектов (Scalable Vector Graphics – масштабируемая векторная графика), что позволяет создавать специализированные пользовательские представления информации с помощью полностью конфигурируемых элементов. В то же время это могут быть как готовые виджеты, входящие в комплект поставки системы (рис. 3), так и сторонние динамические SVG-объекты – тем самым достигается практически безграничный простор для дизайна адресных и информативных дашбордов. Навигация между дашбордами осуществляется с помощью специального обзорного интерфейса, пример которого показан на рис. 4.
Рис. 3. Примеры виджетов, применяемых для создания дашбордов
Рис. 4. Пример обзорного интерфейса пользовательских дашбордов (увеличить изображение)
Дашборд является полноценным веб-приложением и при работе обращается к собственному веб-серверу WinCC OA для доступа к запрашиваемым данным. Тем самым обеспечивается возможность использования для формирования дашбордов любых данных, имеющихся в системе WinCC OA.
В качестве типичных примеров применения нового инструмента можно назвать формирование сводных экранов показателей работы установок и цехов, экранов показателей энергоэффективности, экранов комплексных показателей эффективности производства в целом. Важно подчеркнуть, что дашборд – это не только актуальный подход к визуализации ключевых показателей работы производства, но и мощный аналитический инструмент, позволяющий контролировать тренды, выявлять и оценивать корреляцию между несколькими показателями, идентифицировать новые взаимосвязи и даже строить прогнозы. Характерным и отличающимся от традиционного подхода к созданию диспетчерских мнемосхем и других экранов АСУ ТП является и сценарий применения: дашборды могут формироваться непосредственно диспетчерским персоналом и руководителями разного уровня «на лету». Такое сочетание наглядного способа представления данных, аналитических возможностей и гибкости применения дает новые рычаги для непосредственного управления операционной эффективностью производства.
Развитие пользовательского интерфейса
Помимо выпуска нового инструмента для создания дашбордов в WinCC OA версии 3.18 появились и другие значимые нововведения для дальнейшего развития пользовательского интерфейса:
- добавлена библиотека индустриальных SVG-символов;
- добавлен новый тип диаграмм – древовидные карты (пример приведен на рис. 5);
- появилась возможность масштабирования экранных форм с различными типами адаптивного дизайна;
- расширены и усовершенствованы функции виджета Maps, позволяющего встраивать в экранные формы географические карты различных форматов (OpenStreetMap, Web Map Services или Google Maps);
- реализован дополнительный инструментарий для быстрого создания собственных диалоговых окон посредством настройки предопределенного набора панелей;
- добавлен простой переключатель для одномоментной активации «ночной» цветовой гаммы при отображении экранных форм (экспериментальная опция).
Рис. 5. Пример диаграммы древовидной карты в WinCC OA
В графическом редакторе GEDI добавлена возможность использования адаптивных коннекторов для графических объектов:
- соединяющие трубопроводы и коннекторы теперь могут подключаться к панелям-ссылкам;
- коннекторы автоматически маршрутизируются и адаптируются при перемещении объекта;
- коннекторы получили легко редактируемые соединительные точки.
Модуль конфигурируемого тренда (VarTrend) также значительно усовершенствован в целях обеспечения дополнительного удобства и простоты использования:
- панели с трендами теперь масштабируются адаптивно в целях оптимального использования отображаемого пространства;
- пользовательские конфигурации трендов могут сохраняться и загружаться;
- новые кривые/графики теперь можно добавлять с помощью drag & drop («перетаскивания»);
- реализованы обновленные контекстные меню для более удобного и современного пользовательского интерфейса;
- выбор временного интервала тренда происходит быстрее;
- появилась возможность копирования информации с панелей трендов через буфер обмена.
Есть ряд изменений и в части инструментария инжиниринга и программирования, в том числе:
- именованные цвета WinCC OA теперь могут быть использованы непосредственно в CSS-файлах;
- добавлена CTRL-функция Column Header Tooltip для виджета таблицы, которая позволяет задавать всплывающую подсказку для табличных заголовков;
- добавлены CTRL-функции для перемещаемых и фиксируемых (docked) окон и виджетов (например, BLOB module Save State) для увеличения гибкости работы с настраиваемыми конфигурациями стыкуемых графических объектов;
- конфигурационный ключ Auto Downscale Threshold (который определяет предельный порог уменьшения масштаба экранных форм) теперь распространяет свое действие на все типы пользовательских интерфейсов (Desktop UI, мобильный клиент, веб-клиент), при этом экранные формы автоматически подстраиваются под различные размеры дисплеев, уменьшаясь в размере, чтобы отображать всю видимую область.
Кроме того, обновление платформы Qt, на базе которой в значительной степени реализована система WinCC OA, до версии 5.15.2 привело к общей оптимизации и обновлению всех платформенных компонентов системы.
Поддержка контейнеризации
Начиная с версии 3.18 системы на базе WinCC OA являются совместимыми с платформой контейнеризации Docker.
Docker – это открытая платформа для автоматизации развертывания, запуска и управления приложениями. С помощью Docker можно отделить приложение от инфраструктуры для упрощения его тестирования и доставки и упростить построение виртуализированных конфигураций на базе платформы WinCC OA.
Docker позволяет «упаковать» приложение со всем его окружением и зависимостями в контейнер, который можно развернуть на другой операционной системе, а также предоставляет набор команд для управления этими контейнерами.
На рис. 6 приведена архитектура платформы Docker.
Рис. 6. Docker-контейнеры с WinCC OA на физическом Линукс-сервере
Вместе с дистрибутивом WinCC OA пользователям предоставляется Dockerfile, который является специальным текстовым файлом, содержащим набор инструкций по сборке Docker-образа. В свою очередь, на базе данного образа запускается один или несколько Docker-контейнеров с целевым приложением на базе WinCC OA. Фактически каждый Docker-контейнер является «выполняющимся» Docker-образом, запущенным из командной строки с нужными опциями.
Помимо обозначенных ранее применений данной технологии в целях автоматизации развертывания, запуска и управления приложениями для WinCC OA может быть актуально и весьма продуктивно использование Docker в рамках специфичных для платформы WinCC OA конфигураций. Например, при создании распределенных систем WinCC OA либо для более полного использования имеющихся физических ресурсов оборудования можно развернуть несколько Docker-контейнеров с целевыми приложениями в рамках одного сервера или кластера серверов.
Расширение подсистемы архивирования исторических данных NGA
Напомним, целью создания подсистемы NGA, впервые появившейся в WinCC OA версии 3.17, была унификация механизмов подключения различных баз данных к системам на основе платформы WinCC OA, а также повышение производительности операций чтения/записи [4].
Благодаря модульной архитектуре NGA к системе WinCC OA может быть подключено одновременно несколько независимых баз данных. При этом в распределенных системах WinCC OA имеется возможность создавать в том числе одну или несколько общих БД, подключенных ко всем (или выбранным) узлам WinCC OA, что обеспечивает особый уровень гибкости при проектировании сложных распределенных систем.
Первой СУБД, используемой в новой модульной архитектуре NGA, стала InfluxDB – популярная специализированная СУБД для хранения временных рядов, оптимизированная как по компактности хранения данных, так и по скорости операций чтения/записи.
Теперь же, в версии 3.18, подсистема архивирования исторических данных NGA поддерживает дополнительно две новые СУБД – PostgreSQL и Microsoft SQL Server1 с обеспечением возможности параллельного архивирования одновременно в несколько выбранных (в том числе различных) баз данных. При этом все поддерживаемые в предыдущих версиях WinCC OA базы данных (такие как HistoryDB и ORACLE) остаются доступными для использования по выбору разработчика (рис. 7).
Рис. 7. Архитектура подсистемы NGA в WinCC OA версии 3.18
Из новой функциональности подсистемы NGA, появившейся в WinCC OA версии 3.18, следует отметить:
- поддержку корректирующих значений;
- поддержку операций массового параметрирования;
- повышение производительности операций чтения/записи;
- поддержку резервированных сетевых подключений.
Теперь платформа WinCC OA позволяет с помощью подсистемы NGA работать одновременно с несколькими различными типами баз данных, при этом остается возможность создания дополнительных типов коннекторов на базе предлагаемого разработчиками NGA API. Таким образом, одним из векторов развития NGA в ближайшем будущем является дальнейшее расширение перечня нативно поддерживаемых произвольных баз данных из числа наиболее востребованных и применяемых при работе с большими массивами данных.
Расширения подсистемы драйверов
Перечислим некоторые ключевые изменения и дополнения подсистемы драйверов WinCC OA версии 3.18:
- расширена поддержка стандарта OPC UA:
-- доступны серверные методы (возможность вызова OPC UA-клиентом функций на OPC UA-сервере);
-- возможно сопоставление алармов WinCC OA с уровнями опасности OPC UA;
-- расширены функции аудита;
-- возможно сопоставление кодов состояний OPC UA с битами качества WinCC OA;
- реализована поддержка протокола OMRON FINS2;
- реализована поддержка обмена данными с системами ЧПУ семейства SINUMERIK powerline3;
- обеспечивается поддержка ряда ПЛК OMRON при обмене данными по протоколу Ethernet/IP;
- драйвер Modbus теперь позволяет использовать опцию In/Out при настройке типа адресации.
Развитие средств разработки
Традиционно при выпуске новой версии WinCC OA ряд усовершенствований коснулся средств разработки и инжиниринга.
- Редактор CTRL-сценариев:
-- добавлен интегрированный форматировщик кода;
-- реализована поддержка переходов к началу декларирования функций;
-- автозавершение теперь работает с подстрокой.
- Графический редактор GEDI:
-- реализован интегрированный инструмент оценки производительности (Performance Measurement);
-- события, которые можно использовать для написания обработчиков нажатия/отпускания/щелчка кнопки мыши для графических примитивов (а не только виджетов), теперь доступны для всех кнопок мыши;
-- инструмент поиска включает панели, сценарии, библиотеки, каталоги, конфигурационные файлы, файлы с перечнями точек данных, проектные папки – по выбору пользователя.
- Node-RED:
-- добавлена поддержка работы Node-RED в резервированных системах WinCC OA;
-- обеспечивается поддержка Node-RED V1.0.
- Добавлены дополнительные клиентские функции для подключения и работы по протоколу WebSocket.
- Расширена интеграция с Active Directory.
Расширения в части информационной безопасности
Разработчики платформы WinCC OA традиционно уделяют повышенное внимание своевременной актуализации и дальнейшему развитию необходимого комплекса средств информационной безопасности.
Ключевые дополнения, появившиеся в WinCC OA версии 3.18, в данном аспекте:
- добавлены правила парольной политики, которые активируются по умолчанию (могут быть отредактированы или отключены);
- для драйвера TLS Gateway активирована опция шифрования (по умолчанию);
- для драйвера S7+ добавлена поддержка TLS4;
- интегрированы обновленные политики безопасности стандарта OPC UA (и применяются по умолчанию);
- в PKI-сертификатах, поставляемых разработчиком платформы WinCC OA, продлена дата истечения срока действия5.
Выводы
Акцент на развитии инструментов и средств визуализации, сделанный при выпуске WinCC OA версии 3.18, отражает актуальный тренд в эволюции промышленных систем мониторинга и управления. Возможность создания собственных дашбордов и их изменений «на лету» позволяет реализовать современные сценарии работы с промышленными данными, характерные для систем класса IIoT. В сочетании с расширенными средствами сбора и архивирования данных, а также системного инжиниринга WinCC OA версии 3.18 это открывает новые возможности как для развития существующих систем на базе WinCC OA, так и для применения WinCC OA в новых задачах.
Литература
1. Dunn M. Research: Is A Picture Worth 1,000 Words Or 60,000 Words in Marketing? [Электронный ресурс] : Email Audience. URL: https://www.emailaudience.com/research-picture-worth‑1000‑words-marketing (дата обращения: 30.06.2021).
2. Серов А. Ю. Использование объектов JavaScript на экранных формах системы SIMATIC WinCC Open Architecture // Автоматизация в промышленности. 2019. № 4.
3. Емельянова Ю. Г., Фраленко В. П. Методы когнитивно-графического представления информации для эффективного мониторинга сложных технических систем [Электронный ресурс] : Программные системы: теория и приложения. 2018. т. 9. № 4. URL: http://psta.psiras.ru/read/psta2018_4_117–158.pdf (дата обращения: 30.06.2021).
4. Серов А. Ю., Соловьев С. Ю. SIMATIC WinCC Open Architecture 3.17: не просто новая версия // ИСУП. 2020. № 4.
___________________________________
1 Выпуск – в одном из пакетов обновления.
2 Выпуск – в одном из пакетов обновления.
3 Часть возможностей будет доступна в одном из пакетов обновления.
4 Выпуск – в одном из пакетов обновления.
5 Не для использования в продуктивных системах.
Опубликовано_в журнале ИСУП № 3(93)_2021
А. Ю. Серов, ведущий инженер по интеграции проектов,
С. Ю. Соловьев, к. т. н, руководитель Центра компетенций,
управление «Цифровое производство»,
ООО «Сименс», г. Москва,
тел.: +7 (495) 737‑1737,
e‑mail: icc.ru@siemens.com,
сайт: siemens.ru
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")
