Уеб технологиите в автоматизацията

Възможности за реализация на поле за управление в индустриалните автоматизирани системи

      Във вече публикувани статии в сп. Инженеринг ревю, обърнахме внимание на съвременните концепции на системи с уеб приложения. Разгледани бяха отделните категории уеб технологии - комуникация, архитектура и презентация, принципите за създаване на динамични визуализации и човеко-машинния интерфейс (ЧМИ).
Когато в глобалната мрежа се появи система за управление, притежаваща уеб функционалност, всички свързани панели за управление, а също така и компютри с достъп до интранет или Интернет, образуват т. нар. поле за управление. Не е необходима сложна инсталация на програмно осигуряване или специализирани драйвери. Силата на концепцията на ЧМИ с уеб функционалност особено силно се проявява при извършване на промени, тъй като те се правят на едно единствено място - в системата за управление. Всички направени промени в елементите за управление се актуализират незабавно и автоматично. Освен това не е необходимо да се отчита кой е точният проект за визуализация, съответстващ на една или друга система за управление, тъй като уеб технологията се базира на стандарти като Ethernet, TCP/IP и HTTP. Затова вариантите за ЧМИ, базиран на уеб функционалност, без проблеми се вграждат в съществуващата IT архитектура, без да са необходими специални модули или допълнителни комуникационни компоненти.

Елементарна реализация на управление и наблюдение чрез използване на HTML
Най-елементарният метод за създаване на поле за управление се състои в интеграция на пакета от HTML страници в системата за управление. Сред предимствата на HTML е съществуването на множество редактори, чрез които удобно и лесно могат да се създават уеб страници. При това техният диапазон се простира от безплатните, но достатъчно ефективни (т. нар. Freeware), до скъпоструващи професионални инструменти. HTML се използва преимуществено за статични сервизни страници. Задаването на параметрите на процеса или наблюдението на параметрите на машини би могло да се реализира без големи разходи с помощта на HTML страници. Данните от системата за управление могат да се представят, например, в таблична форма, а управляващата информация би могла да се извежда посредством формуляри.
Интересен е въпросът по какъв начин данните за управление се вграждат в HTML страница. На практика, това се реализира посредством специални тагове. На мястото, в което в HTML страницата трябва да се представят SPS данни, се записват определени тагове. Например тагът %PDP ”MW100,d” определя, че на това място в HTML страницата трябва да бъде поставено значението на индикатора 100 в десетична форма. Когато страницата бъде извикана от браузъра, уеб сървърът вътре в системата за управление проверява HTML страницата за наличие на такива тагове и ги заменя с променящите се текущи SPS параметри. След това тази страница се предава на браузъра.
Описаната техника се нарича SSI (Server Side Includes). Тя се използва в стандартни приложения. Информационното съдържание на подобна динамична HTML страница, се формира в момента на постъпване на заявка от сървъра. След зареждане на страницата в браузъра, тя повече не се променя.

Визуализация с Java функционалност
Програмирането на полето за управление чрез езика JavaScript изисква специални компетенции. Все повече се използват графични редактори, обезпечаващи комфортно създаване на полето за управление. Подобни редактори се използват и за уеб визуализация, например S-Web Editor. Той предлага много широк набор от типични елементи за визуализация, използвани за целите на автоматизацията, които лесно се установяват и се нуждаят само от параметризиране. Примерни елементи за визуализация са цветна маркировка, полета за редактиране на SPS променливи, графични хистограми за аналогови параметри, а също така и функции за сигнализация и трендове.
Като функционалност и производителност S-Web редакторът не се различава значително от обикновения софтуер за визуализация. Принципно различен обаче е резултатът, който той генерира. Обикновеният софтуер за визуализация създава един или няколко файла в собствен формат, в които се определя системата за визуализация и полето за управление. Целевата система (панел за управление или персонален компютър) интерпретира тези файлове и ги изпълнява. Освен това целевата система трябва да разполага с възможностите да "разбере" файловете за визуализация. Това се осигурява от софтуерен клиент, който се инсталира като съставна част от операционната система на панел за управление или като Run-Time модул (обикновено лицензен) на персонален компютър.
S-Web редакторът работи в независеща от платформата Java програмна среда. Тя е разработена специално за открити уеб приложения и има способността да работи на най-различни платформи - компютри под Windows ОС, Macintosh и Linux/Unix системи. При наличие на подходяща аплетна техника, Java е ефективна концепция, осигуряваща автоматично предаване на приложения и тяхното изпълнение на целеви компютър. Аплетът представлява Java приложение, което се изпълнява от браузъра на целевия компютър. На HTML страницата се намира препратка на аплет. Ако потребителят отвори тази HTML страница, браузърът автоматично зарежда аплета и го стартира. Вече зареден, аплетът има способността да зарежда допълнителни файлове и да установява връзка с уеб сървъра.
При създаване на поле за управление с помощта на S-Web, той изработва HTML страницата (стартовата страница) с препратка към Java аплет и към файловете за всяка страница на визуализациите. По този начин на потребителя остава само да извика стартовата страница в браузъра. За разлика от обикновените методи, при визуализации с уеб функционалност не е необходимо предварително инсталиране на клиентския софтуер - под формата на аплет той автоматично се зарежда от сървъра и се стартира. Под контрола на потребителя вътре в полето за управление, аплетът зарежда от системата за управление съответните файлове със страниците на екраните.
Следователно, аплет концепцията гарантира максимална независимост от платформите. По тази причина, за да бъде идентифицирано полето за управление на персонален компютър или на панел за управление, е достатъчно само да се знае URL или респективно IP на системата за управление. Отпада необходимостта от външни инсталации и съгласуване на различните версии на проекта за визуализация и на програмите за управление.

Комбинация от различни способи за представяне
Некоректно е полето за управление с уеб функционалност да се разглежда изолирано. След като веднъж е създадена, уеб визуализацията би могла да бъде допълвана с други технологии и елементи. Например е възможно HTML страницата да бъде разбита на отделни части, наречени фреймове, като във всеки фрейм работи собствен механизъм за уеб визуализация. По този начин с една уеб страница могат да се контролират няколко системи за управление - примерно единият от фреймовете да бъде резервиран за навигация и да се използва за избор на системите, а останалите - за визуализацията им.
С помощта на уеб страници в HTML формат могат още да се включват и мултимедийни елементи, свързани с инсталацията или машината, а също така и да се реализира видеонаблюдение в реално време. Възможно е и лесно превключване на сайта на обслужващата фирма, изработване на заявка за резервни части и т.н.

Ethernet Powerlink
Ethernet Powerlink или EPL, все повече навлиза в автоматизационната техника в ролята на мощна комуникационна система. EPL представлява разширение на протокола, съответстващ на стандарта Ethernet IEEE802.3, който дава възможност за предаване на данни в реално време в микросекундния диапазон.
Първоначално Ethernet IEEE802.3 е разработен с оглед осигуряване на съвместимост с различни стандарти и разширява значително обхвата на действие на Ethernet. Стандартът гарантира предаване на критични във времето данни в кратки цикли с конфигурируеми времеви характеристики. Също така той осигурява синхронизация по време на всички мрежови възли (нодове) в субмикросекундния диапазон. Предаването на по-малко критичните данни се осъществява в резервиран, асинхронен канал. Най-новите версии на EPL имат продължителност на цикъла по-малка от 200 mS и фазова грешка (джитер) под 1 mS.

Механизъм на комуникация
За да се осигури работа в реално време, е необходимо да се избягват конфликти в Ethernet. За целта предаването на данни се управлява със специален възел MN (Managing Node - управляващ възел). Останалите възли или т.нар. CN (Controlled Nodes - управлявани възли), могат да извършват предаване само при условие, че са получили покана от MN.
Всеки цикъл започва със специална телеграма, наречена SoC (Start of Cyclic - начало на цикъл). Следва питане от MN до всеки възел чрез съобщението PReq (Poll Request - искане за участие), на което CN отговарят изпращайки PRes (Poll Response - отговор за участие). Съобщенията PRes се изпращат по Ethernet Multicast, като по този начин всички останали устройства могат да приемат отговора. Възможна е и връзка между отделните CN.

Статията продължава в следващ брой на сп. Инженеринг ревю.