Отечественная инструментальная платформа для разработки информационно-управляющих систем PLATINUM-RT, МКА:ВКС №1/2015

Сергей Кирюхин, Алексей Ханыгин, Денис Алексеев, ЗАО «РТСофт»

Данная статья посвящена уникальной отечественной программной инструментальной платформе PLATINUM-RT разработки ЗАО «РТСофт», предназначенной для создания автоматизированных информационно-управляющих систем на предприятиях различных отраслей.

Инструментальная платформа PLATINUM-RT представляет собой единую интегрированную программную среду, которая объединяет большое количество разнообразных служб и приложений и позволяет создавать автоматизированные системы различного назначения. Например, системы сбора, хранения и предоставления данных, системы автоматизированного управления технологическими и функциональными процессами, а также информационно-аналитические системы поддержки принятия решений.

Инструментальная платформа «PLATINUM-RT» обладает следующими основными характеристиками:

• широкими возможностями масштабирования системы сбора данных – от нескольких до сотен источников данных; 
• возможностями построения разнообразной высоконадёжной отказоустойчивой архитектуры для создания клиент-серверных и мультисерверных систем с использованием механизмов буферизации данных, резервирования серверов и сетевой инфраструктуры; 
• простотой конфигурирования и централизованным управлением создаваемыми системами; 
• единой моделью объекта автоматизированного управления и единым пространством имён элементов информационно-управляющей системы; 
• совместной разработкой, удалённым развёртыванием и сопровождением программных продуктов и компонентов; 
• применением шаблонных и объектно-ориентированных структур; 
• высокой степенью безопасности, основанной на ролевом подходе; 
• поддержкой приложений MES и SCADA, широкими возможностями коммуникации; 
• современными методами анализа трендов и сбором исторических данных; 
• возможностями анализа информации и генерации отчётов на базе WEB.

Функциональные компоненты инструментальной платформы PLATINUM-RT

Интегрированная среда разработки (рис.1) – комплексный набор инструментов для разработки, тестирования и развёртывания клиентских приложений в системе. В среде разработки создаются и конфигурируются объекты, которые будут интегрированы в создаваемые приложения и инфраструктуру, поддерживающую функционированию данных приложений. Среда разработки позволяет проводить импортирование новых типов объектов, проводить их конфигурирование и развёртывание на компьютерах в сетевой структуре. Организация среды разработки позволяет реализовывать корпоративный принцип проектирования приложений, то есть одновременную работу нескольких разработчиков над одним или несколькими приложениями.

Рис. 1. Интегрированная среда разработки

Базовым системным понятием данной платформы является объект. Объекты позволяют объединять все параметры конфигурации каждого элемента системы, такие как определение каналов ввода-вывода, логика обработки (скрипты), конфигурация архивирования и алармов/событий, а также политика безопасности (контроль доступа и права на действия) и графические элементы.

Разработка шаблонов производится на базе объектов. Основное назначение шаблонов заключается в интеграции общих конфигурационных параметров объекта определённого типа для последующего многократного использования в проекте. Введение механизма шаблонов облегчает и сокращает сроки разработки приложений. Шаблоны используются для создания других шаблонов и экземпляров.

Аналитический инструментарий (рис. 2) – набор инструментов для расчётов, контекстуализации (взаимосвязи), хранения и наглядного отображения предопределённых данных на информационных панелях в виде ключевых показателей производительности (KPI) в режиме реального времени с требуемой степенью агрегирования и детализации.

Рис. 2. Аналитический инструментарий

Аналитический инструментарий представляет собой промышленное решение класса EMI (Enterprise Manufacturing Intelligence), которое позволяет эффективно использовать набор программных средств для анализа данных и генерации отчётов. Данное программное обеспечение (ПО) системной платформы PLATINUM_RT обеспечивает средства по доступу к информации из многочисленных источников, как системной платформы, так и сторонних источников данных (например, MES, LIMS, ERP), форматированию, хранению и наглядному отображению данных на информационных панелях. Данный ресурс системной платформы позволяет производить, в соответствии с предопределёнными правилами, обновления данных, что даёт возможность получать информацию об основных показателях производственной деятельности предприятия – о текущем состоянии основных средств предприятия, качества продукции и объём её выпуска, наличия трудовых ресурсов, материальных запасов и энергопотребления.

Результаты анализа могут быть представлены (опубликованы) на информационных панелях, а также на web-портале.

Генератор отчётов (рис. 3) – инструмент по разработке форм отчётности, использующий данные как платформы PLATINUM-RT, так и других источников, используя, например, OPC, ODBC, CSV, MS Excel, Modbus, BACnet, SNMP, OLEDB. Отчёты могут содержать текст, таблицы данных, круговые диаграммы, линейчатые диаграммы, секторные диаграммы, гистограммы, графики и другие виды представления информации.

Рис. 3. Генератор отчётов

Результаты анализа могут быть представлены (опубликованы) на информационных панелях, а также на web-портале.

Данный компонент/сервер включает такие средства проектирования как «мастер быстрой генерации проектов», примеры виртуальных отчётов, встроенные и готовые к использованию шаблоны отчётов. Сервер предоставляет возможность формирования/разработки интерактивных web-отчётов с использованием встроенных фильтров, ручного ввода данных и управления данными.

Генератор отчётов представляет возможность распространения отчётов через Интернет/интранет посредством web-портала.

Сервер приложений (рис. 4) – один из базовых компонентов системы, исполняющий одно или несколько приложений в соответствии с заданной конфигурацией сиcтемы. Сервер приложения – основа любой распределённой системы, разработанной на основе платформы PLATINUM-RT. Сервер приложений обеспечивает инфраструктуру для работы приложений систем уровня DCS и решения задач уровня MES. Он обеспечивает взаимодействие и совместную работу различных подсистем, интегрирует, обрабатывает и предоставляет данные для различных пользователей.

Рис. 4. Сервер приложений

Сервер приложений может использоваться при разработки больших, территориально распределённых систем. Сервер приложений обеспечивает возможность работы в неустойчивых сетях и в сетях с ограниченной пропускной способностью за счёт механизмов буферизации и сжатия данных.

Сервер приложений может решать следующие задачи:

• обеспечение единой инфраструктуры для работы приложений; 
• обеспечение протоколов обмена данными между узлами в системе; 
• поддержание иерархической модели предприятия; 
• генерация алармов; 
• регистрация событий, действий операторов и других пользователей; 
• конфигурирование и запись архивных данных в сервер событий; 
• исполнение сценариев. NET.

Сервер приложений предоставляет развитой инструментарий для разработчиков сложных систем. К данным инструментам можно отнести:

• объектный подход к разработке приложения; 
• централизованное управление проектом, ведение журнала внесённых изменений, управление правами доступа разработчиков; 
• обеспечение одновременной совместной работы нескольких разработчиков над проектом; 
• единая расширяемая библиотека графических элементов и мнемосхем; 
• единая библиотека шаблонов объектов; 
• доступ к библиотекам, разработанным на. NET; 
• разработка и развёртывание приложений с использованием библиотеки графических символов, а также отслеживание изменений и обновление установленных приложений «на лету».

Сервер событий (архив данных) (рис. 5) – это высокопроизводительная реляционная база данных реального времени для регистрации и хранения информации о функционировании объектов.

Рис. 5. Сервер событий (архив данных)

Основные функции данного сервера:

• сбор производственной информации от серверов ввода-вывода, операторских приложений, серверов приложений и других устройств; 
• сжатие и сохранение данных; 
• предоставление производственной информации в соответствии с запросами.

Сервер событий содержит информацию о системных событиях, сводках, конфигурациях, системе безопасности, резервном копировании и системном мониторинге. Данные записываются в сжатом виде и хранятся в хронологическом порядке. Сервер событий получает и записывает данные как с полной, так и с заданной разрешающей способностью и предоставляет клиентским приложениям оперативную и архивную информацию вместе с информацией о конфигурации, событиях и другими производственными данными.

Конфигурационный сервер (рис. 6) – реализует функции по формированию единой объектной модели, общего пространства имён, функции по объектному управлению, диспетчеризации приложений, распределению вычислительных мощностей, управлению разработкой и модификацией приложений.

Рис. 6. Конфигурационный сервер

Конфигурационный сервер предоставляет следующие возможности:

• формирование единой платформы описания структуры объектов управления; 
• формирование свойств объектов в контекстах различных систем (проектная документация, система сбора данных, SCADA-системы); 
• создание алгоритмов автоматического формирования иерархического имени тега по структуре родительских объектов; 
• возможность задания горизонтальных связей между иерархиями объектов; 
• генерация любых конфигурационных файлов.

Информационный сервер (рис. 7) – реализует функции представления информации (графики, тренды и отчётность) на основании данных как платформы PLATINUM-RT, так и внешних источников данных. Базовая функциональность доступна посредством web-страницы.

Рис. 7. Информационный сервер

Информационный сервер обеспечивает просмотр всей информации предприятия через Интернет или внутреннюю сеть предприятия. С помощью Internet Explorer информационный сервер может предоставлять различные сведения от множества источников данных, в частности отчёты, документы, данные аварийных сигналов, хронологические данные и данные в реальном времени.

Информационный сервер предоставляет следующие возможности/средства:

• web-изображения, содержащие web-контент, например страницы HTML или код расширяемого языка разметки (XML – Extensible Markup Language). Этот контент хранится в легкодоступных, многократно используемых компонентах; 
• панели доступа, представляющие собой логическую группу узлов (папок) навигации и ссылок, доступную только конкретным пользователям, назначенным этой группе; 
• инструментарий, обеспечивающий широкие возможности формирования отчётов на основании данных сервера событий. Отчёты формируются на основе Microsoft SQL Server Reporting Services (SSRS). Эта функция позволяет создавать, развёртывать и генерировать отчёты SSRS в информационном сервере.

Интеграционный сервер (рис. 8) – реализует функции по интеграции приложений платформы PLATINUM-RT с программным обеспечением сторонних поставщиков (ERP, PLM и т. д.).

Рис. 8. Интеграционный сервер

Интеграционный сервер позволяет установливать связь с любой бизнес-системой или дополнительным приложением от стороннего поставщика. Благодаря этому реализуется единый согласованный подход к интеграции различных производственных площадок с центром планирования и управления производственной деятельности предприятия, позволяющий отказаться от разрозненных массивов информации и требующей большого объёма обслуживания двухточечной интеграции, а также сократить затраты на обслуживание IT-систем.

Интеграционный сервер обеспечивает поддержку основных отраслевых стандартов доставки сообщений, включая web-службы, File Drop, FTP, MSMQ, XML, HTTP и SOAP, поддержку определений сообщений B2MML на основе стандартов ISA-S95 и репозиторий сообщений на базе Microsoft SQL Server.

Интеграционный сервер позволяет осуществлять ввод данных формата Excel/XML и экспорт данных в форматах Excel, HTML, PDF для последующего построения отчётов на основании технологических данных.

Коммуникационный сервер (рис. 9) – реализует функции обмена данными с внешними источниками данных в соответствии с требованиями стандартных промышленных протоколов или посредством разработанных специализированных драйверов для поддержки внешних устройств.

Рис. 9. Коммуникационный сервер

Коммуникационный сервер обеспечивает сбор данных с источников по следующим протоколам:

• обмен данными по стандартным протоколам: OPC, SuiteLink, IEC 60870-5-10X, modbus, profibus, HART, DF1, SNMP и др.; 
• обмен данными по специальным протоколам: СЭТ 4ТМ, СЭБ, Меркурий, CE 301, CE 303; МКТС, СПТ961, Ирга-2, Ирга-2.3, Взлёт ТСРВ, Взлёт ТСР-М, Взлёт МР УРСВ, СПГ-763, Гиперфлоу, Суперфлоу, ВКТ 7.

В качестве физической среды передачи данных могут использоваться следующие интерфейсы: RS 232/485, PLC, Ethernet, GSM, GPRS, радиомодем 433МГц.

Коммуникационный сервер поддерживают спецификации ОРС Data Access 2.0/3.0, OPC UA и предлагают ряд дополнительных преимуществ помимо стандартных, включая возможности удалённого конфигурирования и управления сервером, а также эффективную диагностику при поиске неисправностей.

Сервер диагностики (рис. 10)– набор инструментов, позволяющих проводить диагностику компонентов платформы, состояния активных приложений, каналов подключения источников данных и информационного обмена с внешними устройствами (источниками данных), протоколирование исключительных ситуаций и событий, агрегирование данных, анализ причин возникновения нештатных ситуаций, визуализацию текущего состояния компонентов систем автоматизации, предоставление информации об отказах и результатов аналитических расчётов по наработкам этих компонентов.

Рис. 10. Сервер диагностики

Сервер диагностики поддерживает реализацию диагностических моделей как локальных, так и функционально и территориально распределённых интегрированных автоматизированных систем.

В качестве объекта контроля могут быть программно-аппаратные компоненты систем автоматизации, включая серверы, устройства преобразования протоколов передачи данных, источники бесперебойного питания, рабочие станции и коммуникационное оборудование.

Сервер безопасности (рис. 11) – набор инструментов, позволяющих реализовывать политику безопасности, основанную на формировании групп безопасности для объектов приложений, создании ролей для пользователей с присвоением им соответствующих прав.

Рис. 11. Сервер безопасности

В платформе PLATINUM-RT каждое приложение осуществляет управление своей собственной моделью безопасности. Схема безопасности представляет собой трёхуровневую модель конфигурации для создания и поддержания:

• пользователей, связанных с конкретными ролями; 
• пользовательских ролей, связанных с конкретными системными полномочиями администрирования, конфигурирования и оперативного управления, которые предоставляются группам безопасности; 
• групп безопасности, связанных с определёнными объектами.

В системе безопасности сервера предусмотрены три режима аутентификации.

• Уровень приложения: для аутентификации пользователей используется конфигурация локального приложения. 
• Уровень пользователя операционной системы (ОС) – все параметры безопасности приложения устанавливаются и содержатся в ОС на уровне пользователя. 
• Уровень группы пользователей ОС – используется система аутентификации пользователя операционной системы на основе группы. Все параметры безопасности приложения устанавливаются и содержатся на созданной в ОС карте соответствия пользователей и ролей для назначения безопасности.

Доступ к информационному серверу обеспечивается посредством тесной интеграции со средствами безопасности Microsoft Windows (Kerberos), представляемый операционной системой Microsoft Windows Server, и механизмами защиты, используемыми Internet Information Services (IIS).

Для дополнительной защиты программное обеспечение сервера безопасности поддерживает также протокол защищённых сокетов (SSL – Secure Sockets Layer), аутентификацию по паролю, цифровые сертификаты и диалоговые окна входа в систему Windows. Для использования цифровых сертификатов необходимо установить цифровой сертификат сервера, выданный сторонней компанией.

В сервере безопасности имеется компонент фильтрации списка пользователей Active Directory по групповой принадлежности. Данный компонент реализован в виде DLL с поддержкой графического интерфейса.

Специализированные приложения и компоненты – набор дополнительных программных модулей, расширяющих возможности платформы при реализации систем автоматизации, имеющих специфические особенности применения.

К специализированным программным компонентам относятся:

1. Модуль интеграции с геоинформационной системой (ГИС) (рис. 12).

Рис. 12. Модуль интеграции с ГИС

Данный модуль реализован в виде. Net Control с конфигурационной базой данных и обеспечивает визуализацию состояния объектов контроля на картографической топооснове. Модуль даёт возможность проводить масштабирование, выделение и просмотр свойств объектов, индикацию с учётом текущего состояния. Отображение осуществляется средствами ГИС, в качестве которых могут использоваться следующие системы: ArcGis, MapInfo, GRASS.

2. Модуль параметрической диагностики (рис. 13) на основе статистических методов обработки данных.

Рис. 13. Модуль параметрической диагностики

Данный модуль реализован в виде сервиса с локальной базой данных и предназначен для мониторинга параметров функционирования оборудования с целью выявления отклонений, которые могут привести к отказу. Контроль осуществляется на основе обработки оперативных технологических параметров с использованием методов имитационного моделирования по пространственному контексту. Алгоритм обработки строится на сравнении реальных значений с данными, характерными для предопределённой модели.

3. Модуль представления иерархического дерева объектов производственной модели. Данный модуль реализован в виде DLL с поддержкой графического интерфейса, который обеспечивает более удобный/расширенный инструментарий работы с объектами, например создание специализированного интерфейса навигации по объектам контроля, созданного на базе дерева объектов в соответствии со сконфигурированной производственной моделью с преопределёнными уровнями детализации.

4. Модуль оповещения об алармах с рассылкой SMS-сообщений. Данный модуль реализован в виде программы, которая обеспечивает сканирование текущего состояния алармов и рассылку сообщений для заданного списка пользователей.

5. Модуль конвертации схем Autocad. Данный модуль реализован в виде DLL и обеспечивает конвертацию схем Autocad в формат XAML для возможности встраивания в приложения, реализуемые на WPF для визуализации мнемосхем.

К специализированным компонентам относятся графические библиотеки, представляющие набор графических символов и шаблонов для типовых элементов управления технологическими процессами в следующих отраслях промышленности: