SMART-КП - путь в открытый мир, Энергетик, 1997/1

Любашин А. Н., АО РТСофт

Предлагаемый материал знакомит читателя с представителем семейства интеллектуальных контроллеров телемеханики SMART-КП. В статье предлагается не столько функциональное описание контроллера, сколько формулируются принципы, на которых базируется это решение.

Идея создания SMART-КП возникла примерно в середине 1995 года, когда на российском рынке впервые появились универсальные контроллеры для автоматизации SMART I/O. Именно в это время специалисты ЦДУ ЕЭС России сформулировали основные требования к некоему интеллектуальному «контроллеру программируемому» (КП), способному удовлетворить накопившиеся пожелания профессионалов в области телемеханики.

Посылки при создании контроллера телемеханики SMART-КП были следующие:

необходимо было решение, которое бы согласовалось с уже существующим и работающим оборудованием и, прежде всего, на уровне широко используемых сегодня протоколов телемеханики;
функциональная полнота предлагаемого решения должна быть расширена по сравнению с работающими, но морально устаревшими контроллерами телемеханики;
должна быть обеспечена возможность поэтапного внедрения новой техники, не нарушающей основного процесса работы;
предлагаемое решение должно опираться на современные технологии в области аппаратно-программного обеспечения и, следовательно, гарантировать уверенное будущее пользователю и системному интегратору.

Большая работа специалистов ЦДУ ЕЭС России и фирмы РТСофт закончилась созданием ряда образцов контроллеров телемеханики SMART-КП, удовлетворяющих основным требованиям сегодняшнего дня в этой области. Сейчас идет этап постепенного внедрения этого решения в разных городах страны.

Итак, на контроллер SMART-КП предлагается взглянуть со следующих позиций.

Всегда при создании контроллера телемеханики существовала дилемма в виде двух принципиальных подходов к архитектурному решению:

1. Жесткий набор модулей УСО и программного обеспечения, не допускающего внесения каких-либо изменений;

2. Использование универсального промышленного контроллера в сочетании с гибкими средствами разработки программного обеспечения, позволяющими строить вариантные решения в области прикладных контроллеров.

Очевидно, что любая жесткая архитектура обходится дешевле при покупке, но совершенно не адаптивна к изменяющимся условиям рынка. Недостатки универсального подхода тоже известны:

порой имеет место излишняя мощность базового ПО (наличие операционной системы, поддержка программирования в терминах нечеткой логики, многофункциональные отладчики и т.п.);

все каналы ввода/вывода опторазвязаны, а это существенное удорожание системы;

одновременная поддержка нескольких типов промышленных сетей и т.п.

Задача должна стоять так, чтобы недостатки универсальности были превращены в достоинства. Как этого достичь, можно видеть на описываемом контроллере для телемеханики SMART-КП.

Достоинства интеллектуальных контроллеров состоят в том, что есть возможность гибкой перенастройки под любые изменившиеся условия:

изменение скоростей передачи информативных данных;
вариации со способами передачи;
изменение количества каналов ввода/вывода и т.п.

SMART-КП — это соединение современных технологий в области аппаратных и программных решений.

Сегодня в нескольких региональных центрах России (Екатеринбург, Самара, Пенза, Уфа, Пятигорск и Москва) ведутся работы по внедрению и адаптации контроллера под конкретные задачи.

Аппаратное обеспечение контроллера SMART-КП

Сердцем контроллера является высокоинтегрированный многопротокольный микропроцессор МС68302 (Motorola), положивший основу для множества контроллеров разных производителей. Наиболее широкое применение он получил в индустрии коммуникаций. Архитектурно кристалл микропроцессора включает два отдельных процессора, общающихся через общую двухпортовую память: CPU 68НС000, 20 МГц (основной вычислитель) и RISC CPU (коммуникационный). Коммуникационный процессор поддерживает три независимых последовательных порта (SCP). Каждый канал доступен для HDLC/SDLC, UART, BISYNC, DDCMP, V.110 и может работать в прозрачном режиме (transparent). Именно прозрачный режим использован в SMART-КП для программирования различных протоколов телемеханики.

Автономное батарейное питание позволяет поддерживать Часы реального времени (RTC). Контроллер обладает следующими ресурсами по памяти: 1 Мбайт EPROM с ультрафиолетовым стиранием (для базового программного обеспечения), 512 Кбайт DRAM, 64 Кбайт SRAM (электронный диск) с батарейной подпиткой, и опционально может быть установлен 1 Мбайт FLASH EPROM со встроенной в контроллер системой программирования.

Модульный принцип построения контроллера позволяет установить до 11-ти модулей УСО. В таблице приведен перечень модулей ввода/вывода.

Номенклатура модулей ввода/вывода SMART-КП постоянно развивается, а открытая информация по шинному интерфейсу дает возможность любому пользователю вести разработки своих модулей УСО.

Таблица 1. Набор модулей УСО контроллера SMART-КП

Базовое программное обеспечение

Состав базового программного обеспечения контроллера SMART-КП, без сомнения, самый богатый и полный по сравнению с аналогичными по классу контроллерами. Мир промышленной автоматики и телеметрии предъявляет довольно жесткие требования к управляющим контроллерам: все их действия должны иметь детерминированный характер и отвечать требованиям по времени реакции на внешние события. Это возможно реализовать лишь в рамках либо специализированных Мониторов реального времени многие контроллеры так и работают), либо под управлением стандартных операционных систем реального времени. Все Мониторы РВ грешат тем, что их архитектура абсолютно закрыта и не дает пользователю представления о своем функционировании.

Принципиально другая ситуация — в случае со стандартными операционными системами РВ. Для конечного пользователя есть огромное поле для творчества:

использовать все доступные системные ресурсы;
вести разработку собственных процедур с использованием традиционных средств программирования;
использовать новейшие достижения в области программирования логики контроллеров;
перенастраивать задачи под новые протоколы и сетевые интерфейсы.

В основе базового программного обеспечения SMART-КП лежит ОСРВ OS-9, которая является одной из ведущих операционных систем для промышленного применения. Она обладает всеми необходимыми качествами для решения самых разнообразных задач автоматизации: гарантированной реакцией на программные или аппаратные прерывания, абсолютным временем реакции на события в соответствии с требованиями «жесткого» реального времени, многозадачностью и механизмами синхронизации процессов, надежной файловой структурой, развитой сетевой поддержкой и т.п.

Архитектура OS-9 имеет традиционное для ОС РВ построение: основу составляет ядро реального времени, обеспечивающее синхронизацию процессов и задач, приоритетное обслуживание аппаратных и программных прерываний, динамическое распределение памяти и средства межзадачного обмена.

Вся эта архитектурная мощь (за исключением поддержки графики) представлена в контроллере SMART-КП. Использование открытой программной архитектуры дает пользователю возможность свободного наполнения контроллера разнообразными прикладными задачами.

Прикладное программное обеспечение

Состав прикладного ПО определяется, исходя из конкретных требований по приему и обработке данных. В одном случае контроллер должен лишь собрать, упаковать и передать информацию на более высокий уровень сетевой иерархии. В другом — необходимо дополнительно обеспечить интерфейс между контроллерами, провести синхронизацию всех узлов распределенной структуры контроллеров, организовать небольшую базу данных по снимаемым параметрам, провести сложную обработку данных, обеспечить интерфейс со SCADA-системами и другие задачи. Все это возможно сделать в SMART-КП, обладающем самым мощным программным инструментарием из всех контроллеров, известных на российском рынке. Разработку прикладного программного обеспечения можно вести как в среде OS-9 с использованием компиляторов СИ, Паскаль и др., так и с использованием кросс-пакетов, работающих под MS DOS (PC Bridge) и MS Windows (FasTrak). Кроме этого, существует программный пакет ISaGRAF, представляющий собой CASE-инструмент для описания логики контроллера на основе стандартных языков программирования, описываемых соответствующим международным стандартом МЭК 1131-3, а именно:

язык управляющих последовательностей (SFC);
язык функциональных блоков (FBD);
язык релейной логики (LD);
структурированный текст (ST);
язык инструкций (IL).

Общую технологию разработки прикладного обеспечения для SMART-КП можно изобразить следующей схемой:

Правда, возникает необходимость освоения этого богатого инструментария. Но это естественные «недостатки», присущие современным технологиям: хочешь много уметь — надо много знать.

В частности, одна из главных задач компании РТСофт — это качественное и всестороннее обучение. Мы всегда готовы к диалогу и стремимся оказать максимальную помощь своему Заказчику на этапе освоения новых технологий.

Сети и интерфейсы

Сетевые возможности контроллера таковы, что чаще возникает проблема правильного выбора из нескольких подходящих решений, нежели отсутствие этого выбора. На основе имеющихся в контроллере сетевых протоколов и интерфейсов можно решать следующие задачи по транспортировке информации:

1. Передача телеметрической информации на уровень ЦППС или какой-либо другой концентратор данных (протоколы УТК-1, АИСТ, УТМ-7, ТМ-512);

2. Обеспечение интерфейса по обмену данными внутри сети контроллеров (протокол PROFIBUS);

3. Увязка сети контроллеров SMART-КП с самыми разнообразными SCADA-системами, работающими, как правило, на PC-совместимой технике (протоколы PROFIBUS, MODBUS);

4. Организация режима удаленного доступа к контроллерам для внесения изменений в прикладное программное обеспечение, организации файлового обмена и т.п. (пакет Network File Manager, протокол SLIP).

Как говорилось выше, микропроцессор контроллера поддерживает три последовательных канала: два канала со стыком RS232 (первый поддерживает модемную асинхронную прием/передачу, второй позволяет поддерживать режим синхронного приема/передачи) и один RS485, оптоизолированный, для поддержки протокола промышленной сети PROFIBUS (см. рис. ниже).

Развязывание функций обработки данных от их транспортировки и использование мощности многозадачной операционной системы позволяет решить практически любую задачу телеметрии. Некоторая функциональная избыточность контроллера при решении какой-либо конкретной задачи сегодня-завтра обернется свободой при его переконфигурировании под новые задачи.

Итак, что же конечный пользователь или системный интегратор получает, ориентируясь на описываемый контроллер SMART-КП сегодня уже можно говорить о технологии SMART-КП):

безболезненный переход со старой контроллерной техники на новую при использовании уже сложившейся системы телеметрии;
возможность настройки связи с другими старыми протоколами, а также с только появляющимися на российском рынке;
все ресурсы стандартной операционной системы реального времени OS-9;
богатейший программный инструментарий, соответствующий всем основным международным стандартам;
поддержку самых популярных в мире протоколов промышленных сетей (PROFIBUS, MODBUS);
полную поддержку и сопровождение в России.

Сегодня очень популярен термин «открытая система», или «открытая технология» в применении к контроллерному решению. Каждый стремится вложить в этот термин свое понимание. Часто это сводится лишь к наличию и доступности для модификации исходных кодов прикладных программ, устанавливаемых в контроллерах. На мой взгляд, термин открытости применим лишь к тем системам, основу которых, во-первых, составляют международные стандарты (на аппаратное обеспечение, базовое программное обеспечение, программный инструментарий, сетевую поддержку) и, во-вторых, эти стандарты должны быть широко доступны любому пользователю. Для контроллера SMART-КП эти условия обеспечены, что позволяет говорить о нем именно как об ОТКРЫТОЙ СИСТЕМЕ.

Очевидно, что материал любой журнальной статьи направлен, прежде всего, на пробуждение интереса к обсуждаемому вопросу. Надеюсь, что предложенная краткая информация о новом решении в области телемеханики найдет своего заинтересованного Читателя.

21.04.2014