Главная Пресс-центр Статьи и публикации Автоматизация на основе PROFInet - качество на первом месте

Автоматизация на основе PROFInet - качество на первом месте

Петер Венцель (Peter Wenzel), PROFIBUS Germany

PROFInet — это концепция открытой компонентной архитектуры для построения распределенных автоматизированных систем, от уровня устройств ввода/вывода до уровня руководства предприятия, обеспечивающая тесную интеграцию в единую информационную структуру подсистем на базе других промышленных шин (fieldbus). Технология PROFInet обеспечивает также открытую платформу для систем управления производством (MES).

 
  Изменения, которые сейчас происходят на рынке промышленной автоматизации, вызваны растущей необходимостью сокращения расходов и связаны с внедрением информационных технологий. На первый план выходит дальнейшее развитие технологий автоматизации, направленное на создание открытых распределенных автоматизированных систем. Такие тенденции связаны с потребностями пользователей в открытых стандартных платформах и более удобной работе при внедрении постоянно усложняющихся технологий. Выполнение этих требований позволит сэкономить рабочее время и снизить затраты при конфигурировании и эксплуатации приложений. Если говорить конкретнее, то пользователям нужен такой интерфейс с уровнем управления предприятием, который обеспечивает обмен данными о производстве и заказах, а также доступ к Интернет, позволяющий делать удаленные заказы и обслуживать оборудование. Наиболее экономичный способ удовлетворения этих запросов — использование стандартизированной технологии обмена информацией. В то же время к производственной системе предъявляются требования большей гибкости — для быстрого и эффективного перехода на выпуск новой продукции. Последнее обстоятельство имеет определяющее влияние на архитектуру и проектирование систем автоматизации. При внедрении новой технологии всегда возникают вопросы, связанные с качеством новых продуктов и систем в другой среде. В нашем случае из-за распределённой автоматизации к ним добавляется значительное усложнение системы, что в свою очередь заставляет взглянуть на проблему качества по-особому.

 
  Перечисленные требования сыграли ключевую роль при создании концепции и разработке PROFInet. Важнейшим фактором, который помог широкому распространению таких инновационных технологий нового поколения, как PROFInet, стал заслуженный авторитет её разработчиков среди производителей и пользователей. Этот фактор во многом обусловил и высокое качество технологии PROFInet. В дальнейшем важно сохранить это качество при создании продуктов и конфигурировании систем на базе этой технологии.

 

Концепция PROFInet

  PROFInet — это концепция открытой компонентной архитектуры для построения распределенных автоматизированных систем — от уровня устройств ввода/вывода до уровня руководства предприятия, обеспечивающая тесную интеграцию в единую систему подсистем на базе других промышленных шин (fieldbus).

 
  Концепция PROFInet рассчитана на взаимодействие компонентов различных поставщиков, является моделью автоматизации и проектирования и оптимизирована на создание систем автоматизации с распределённым интеллектом. Системы PROFInet интегрируют промышленные сети PROFIBUS, обеспечивая, таким образом, защиту инвестиций в существующие системы. Кроме того, в них могут интегрироваться сети на базе других промышленных шин (fieldbus).

 
  Простая интеграция сети PROFIBUS и систем на базе других fieldbus-сетей обеспечивается так называемыми посредниками прокси (proxy). Прокси — это устройства, соединяющие сегменты любой fieldbus-сети и сети Ethernet. В результате функциональность расположенного на нижнем уровне fieldbus-канала становится доступной в сети Ethernet, но для системного оператора это происходит совершенно прозрачно. При этом все PROFIBUS-устройства можно интегрировать в единую систему без какой-либо модификации.

 
  Технология PROFInet позволяет создавать распределённые системы автоматизации на основе предварительно подготовленных компонентов и подсистем. Поставка предварительно подготовленных и использование существующих компонентов позволяет значительно сократить сроки создания комплексной системы.

 
  Основная цель идеологии PROFInet — комбинирование естественным образом распределённых объектов автоматизации, а не распределение вычислительной мощности. В этом процессе участвуют основные компоненты с фиксированными функциями, которым соответствуют некоторые измеряемые параметры. Это двигатели, клапаны, измерительные узлы, управляющие станции, манипуляторы, оборудования мониторинга и т.д. Свободная вычислительная мощность таких устройств автоматизации, как ПЛК или ПК, сводится к последовательностной логике более высокого порядка (например, управление рецептурой), обеспечению безопасности (например, защитная блокировка, управление электропитанием) или взаимодействию с внешним миром (например, офисные приложения, управление доступом).

 
  В PROFInet объединяется 3 аспекта. Во-первых, это архитектура распределённых систем автоматизации на базе общей объектной модели. Во-вторых, в PROFInet определяется открытая и прозрачная архитектура взаимодействия сетей PROFIBUS с архитектурой Ethernet как широко признанным в мире стандартом информационных технологий. И в третьих, PROFInet обеспечивает независимость от производителя компонентов и модель проектирования систем, которая включает уровень устройств и уровень системы.

 
  В PROFInet заложена открытая объектно-ориентированная концепция обмена данными, в которой используются такие стандартные механизмы Ethernet, как TCP/IP. На верхнем уровне базового механизма реализован протокол DCOM для объектно-ориентированного обмена данными между приложениями. Как альтернатива для приложений с жесткими требованиями к выполнению в реальном времени доступен оптимизированный механизм обмена данными. При его использовании компоненты PROFInet отображаются в виде объектов, обмен данными между которыми гарантируется механизмом протокола объектного уровня.

 
  В PROFInet определяется модель динамических объектов (runtime object model), которые должны быть реализованы в каждом PROFInet-устройстве (рис.2). К этим объектам, вместе с их интерфейсами и методами осуществляется внешний доступ через механизм OLE. Модель динамических объектов описывает также взаимодействие между отдельными объектами.

 
 
 
  В модели динамических объектов физическое устройство представляет физический компонент (то есть аппаратную его реализацию). Он обеспечивает доступ к одной или нескольким IP-сетям. Физическое устройство содержит одно или несколько логических устройств. Логическое устройство реализуется программно или микропрограммно в качестве автономного самодостаточного блока. В решении задачи распределённой автоматизации оно участвует как исполнительный механизм, датчик, контроллер, устройство ЧПУ и т.п. Для реализации дополнительных сервисов могут определяться другие специфические объекты. Эти функции, которые используются в прикладных целях, могут группироваться в фиксированную и загружаемую функциональность. Фиксированные функции это неизменяемые функции, реализованные в логическом устройстве. Загружаемые функции программируются в системе проектирования устройств (ES — Engineering System) и загружаются в логическое устройство отдельно.

 
  Взаимодействие между PROFInet-узлами происходит на прикладном уровне через механизм RPC/DCOM. Для транспортировки и адресации информации используется широко применяемый и общедоступный протокол TCP (UDP)/IP, включая DCE RPC. Подчинённые коммуникационные системы типа AS-интерфейса или немодифицированного PROFIBUS, могут подключаться к PROFInet через динамические прокси и/или инструментальные прокси.

 
  ПО динамической модели PROFInet совершенно не зависит от применяемой операционной системы, благодаря чему ядро PROFInet легко встраивать в широкий спектр управляющих устройств и систем, использующих индивидуальную адаптацию.

 
  Для удобного конфигурирования систем PROFInet была разработана концепция проектирования с применением продуктов разных производителей. Она основывается на модели проектирования объектов, для которой можно разработать не только инструменты конфигурирования для использования разными производителями компонентов, но и разработать так называемые фасеты (facets) — специальные функциональные расширения для конкретного производителя или пользователя. Таким образом, четко разграничивается программирование конкретным изготовителем отдельных устройств и конструирование межсоединений в масштабе всей системы с помощью инструмента проектирования высокого уровня под названием Interconnection Editor, за счет чего щелчком мыши можно интегрировать разные продукты в систему и выполнить их диагностику. Коммуникационные связи и обмен данными между устройствами PROFInet графически конфигурируются для каждой конфигурации.

 

Реализация в продуктах

  Технология PROFInet доступна как спецификация и программное обеспечение в виде исходного кода. Спецификация определяет все аспекты PROFInet: модель объектов и компонентов, обмен данными в реальном времени, концепцию прокси и проектирование устройств и систем. Программное обеспечение PROFInet поддерживает все взаимодействия в реальном времени. Такая комбинация спецификации и программного обеспечения в виде исходного кода позволяет легко и с минимальными затратами интегрировать PROFInet в среду с устройствами на базе различных операционных систем благодаря тому, что ПО PROFInet не зависит от операционной системы. В то же время за счет доступности исходного кода ПО, на основе которого выполнены реализации во всех продуктах, выбранный метод обеспечивает высокое качество интерфейсов PROFInet в продуктах. Такой подход практически полностью решает проблему несовместимости.

 
  Программное обеспечение реального времени PROFInet состоит из жесткого ядра и модулей, которые адаптируются к среде работы конкретной системы во время ее интеграции. Адаптация ограничивается портированием интерфейсов с различной функциональностью для конкретной среды.

 
  Для выполнения процедуры портирования выпущены соответствующие инструкции. Эта документация содержит модель портирования для Windows NT с примерами кодов в соответствующем разделе. В результате отдельные шаги процедуры портирования прозрачны для разработчиков устройств.

 
  Программное обеспечение встроено в структуру каталогов по умолчанию, которая содержит не только основные функции, но и адаптацию для конкретных систем. Если при портировании на другую систему эта структура каталогов сохраняется, то обновление существующей реализации происходит очень просто.

 
  Предварительные тесты программного обеспечения PROFInet, интегрированного в пилотные продукты, дали положительные результаты. На следующем этапе оптимизации опыт, накопленный при внедрении, интеграции и эксплуатации пилотных продуктов был включен в спецификацию и программное обеспечение PROFInet. Первая версия программного обеспечения PROFInet была предоставлена участникам PROFIBUS International в сентябре 2001 года. Программное обеспечение было портировано и протестировано на системах Windows и VxWorks. В настоящее время несколько компаний интегрируют PROFInet в свои продукты.

 
  Посетители Ганноверской выставки, которая проходила с 15 по 20 апреля 2002 года в Ганновере (Германия) имели возможность принять участие в презентациях на совместном стенде PROFIBUS и убедиться своими глазами, насколько легко выполняется и управляется внедрение PROFInet на практике.

 

Управление качеством

  С самого начало разработки PROFInet ассоциация PROFIBUS International предусмотрела меры, гарантирующие высокое качество на всех этапов жизненного цикла технологии PROFInet, — от этапа создания спецификации PROFInet до этапа конструирования систем на её основе (рис.3).

 
 
 
  Управление качеством спецификации и процесса внедрения  
  Спецификация PROFInet разрабатывалась рабочей группой «PROFInet Core Team», состоящей из представителей разных компаний — членов PROFIBUS International. Одной из задач Core Team было обеспечение контроля качества всего процесса разработки, от задания начальных требований до выпуска программного обеспечения PROFInet. Особенностью выполнения этой задачи была необходимость обеспечения контроля качества для разных компаний-разработчиков.

 
  Гарантия качества регулировалась Руководством по качеству Quality Manual, адаптированного для работы разработчиков из разных компаний. Таким образом, обеспечивалось соответствие исходного кода применяемым сейчас правилам управления качеством.

 
  В Руководстве по качеству описывается модель процессов, которая должна использоваться. Оно определяет термины, методики и инструменты, которые должны применяться в процедурах, влияющих на качество. Кроме того, оно определяет и ответственности в течение всего процесса обеспечения качества. Один из его наиболее важных компонентов — управление ошибками, которое включает однозначную классификацию ошибок и систему отчетов об ошибках, обеспечивающую возможность их отслеживания.

 
  Центры компетенции  
  Для гарантирования успеха PROFInet было крайне важно, чтобы за относительно короткий промежуток времени на рынке появилось достаточное число продуктов PROFInet от разных производителей. Поэтому для поддержки процесса разработки продуктов были организованы Центры компетенции (Competence Centers) в области PROFInet. Они обеспечивали четкую организацию портирования на разные операционные системы и адаптацию к особенностям конкретного продукта, что было особенно актуально на начальном этапе, когда у компаний было слишком мало опыта. Кроме того, в заинтересованных компаниях Центры компетенции создавали базу знаний, благодаря которой без дополнительной поддержки обеспечивалась квалифицированная разработка продуктов.

 
  Службы Центров компетенции PROFInet включали также горячую линию для поддержки по телефону и проведение тематических семинаров. Эти сервисы обеспечивали как получение основных знаний о PROFInet, которые требуются для знакомства с новой технологией, так и более конкретной информации, и помогали заинтересованным сторонам в принятии решений о поддержке и использовании PROFInet.

 
  Система сертификации  
  Одним из главных факторов, определяющих, получит ли новая технология широкое распространение на практике, является качество первых продуктов, в которых она реализована, поэтому для PROFInet была организована система сертификации по тем же принципам, которые успешно применялись при сертификации продуктов PROFIBUS. Однако в отличие от PROFIBUS продукты PROFInet должны пройти сертификацию до того, как они запущены. Основа процесса сертификации — тесты в лаборатории, авторизованной консорциумом PROFIBUS International. Тесты для получения сертификата авторизованной лаборатории гарантируют высокое качество выпускаемых на рынок продуктов и их соответствие спецификациям.

 
  Сертификационное тестирование проводится в три этапа. Самым исчерпывающим этапом является проверка работы программного обеспечения PROFInet на тестируемом продукте. На первом этапе производится предварительное тестирование открытого ПО, полученного от PROFIBUS International, и выполняемая разработчиком адаптация системы для конкретного устройства. При этом тестируются модифицированные программные компоненты и ПО, реализуещее объектную модель PROFInet. На втором этапе проверяется совместимость инструментальных средств, т.е. возможность интеграции в них общих компонентов PROFInet, для чего также предоставляются тестовый файл на языке XML. При тесте на совместимость с другими компонентами PROFInet проверяется, не возникает ли каких-либо проблем при работе продукта вместе с другими продуктами PROFInet.

 
  Весь процесс сертификации гарантирует, что самого начала на рынок будут выпускаться только высококачественные продукты PROFInet.

 
  Источник: PNO Germany

21.04.2014