В этой статье мы продолжаем рассказ о продуктах, разработанных на основе IoT-платформы AggreGate. В 2010-м году, через два года после появления продукта AggreGate Network Manager, мы стартовали проект AggreGate SCADA/HMI – СКАДА-системы 4-го поколения.
Что же такое СКАДА 4-го поколения?

Англоязычная статья на Википедии рассказывает нам об этом:

1. SCADA первого поколения – это монолитные системы, разработанные до повсеместного распространения Интернет. Сейчас такие системы уже не используются.
2. SCADA второго поколения – это системы, предназначенные для работы в локальной сети предприятия. В них уже предполагалось использование IP сети для связи между контроллером, сервером сбора данных, управляющим сервером и АРМ операторов.
3. В архитектуру SCADA третьего поколения заложены возможности управления и координации географически распределенных АСУ ТП, включающих большое количество индивидуальных производственных площадок и удаленных объектов мониторинга. До недавнего времени являвшиеся венцом эволюции SCADA, системы 3-го поколения включают возможность запуска HMI интерфейсов в браузерах мобильных устройств, возможность удаленного редактирования проекта прямо на «боевом» сервере и тестирования нововведений без необходимости остановки сервера и копирования файлов проекта.
4. И наконец, SCADA четвертого поколения должны быть адаптированы для Интернета вещей. Это подразумевает еще большую степень децентрализации и унификации, то есть возможность быстро перемещать точки выполнения алгоритмов между серверами СКАДА и контроллерами, которые, по сути, должны быть унифицированы и иметь одинаковую среду выполнения. Другой необходимой чертой является возможность работы через сотовые и спутниковые сети без применения VPN, то есть способность контроллеров, не имеющих статических IP адресов, самим подключаться к серверам СКАДА работающим «в облаке».

Разумеется, все вендоры СКАДА развивают свои продукты, которые постепенно переходят от поколения к поколению. При этом развитие старых систем зачастую сильно тормозится необходимостью поддерживать совместимость со прошлыми наработками, которые обычно с трудом укладываются в концепции изменившегося мира промышленной автоматизации.

Построенная на IoT-платформе, AggreGate SCADA/HMI унаследовала все функции, типичные для систем СКАДА 4-го поколения:

• Построенная на платформе Java система прекрасно работает под Linux, что позволяет запускать ядро СКАДА на встраиваемых системах. Многие из наших OEM партнеров поставляют систему, предварительно развернутую на Raspberry Pi, BeagleBone Black и подобных недорогих микрокомпьютерах. При этом, в большинстве случае имеется возможность доступа ядра СКАДА не только к IP коммуникациям и последовательным портам, но и к другой периферии контроллера – дискретным и аналоговым входам и т.д.
• Та же самая система разворачивается на обычных серверах для обеспечения централизованного сбора данных и работы с мнемосхемами техпроцессов. Основанные на единой архитектуре, обычные сервера устанавливают пиринговые отношения для обмена данными с микро-серверами (ПЛК) в рамках распределенной архитектуры AggreGate.
• Система полностью совместима со всеми линейками программируемых контроллеров и модулей Tibbo.
• Мнемосхемы могут запускаться на обычных ПК, в тач-панелях под управлением Windows или Linux, или же открываться в веб-браузере.
• В системе отсутствует понятие «среды разработки» и «среды исполнения» – разработка ведется через удаленное подключение непосредственно на будущем боевом сервере, с учетом ролевой системы разграничения прав доступа. При этом имеется множество способов клонирования всего проекта или его частей. Возможности платформы по созданию референсных проектов и унаследованных продуктов будут описаны в отдельной статье.
• Платформа AggreGate ориентирована на работу с M2M/IoT устройствами, сервер прекрасно умеет работать с контроллерами, которые подсоединяются к нему самостоятельно. В нашей терминологии такие контроллеры называются агентами.

И все-таки может остаться вопрос: зачем же мы решили сделать еще одну СКАДу? Мировой рынок в этой области насыщен, да и в России имеются неплохо зарекомендовавшие себя производители.

Дело в том, что AggreGate SCADA/HMI в виде «надстройки» над платформой AggreGate является с технической точки зрения всего лишь набором драйверов для сбора данных и характерных для АСУ ТП векторных изображений. Весь необходимый для СКАДА функционал является частью самой платформы AggreGate – это и редактор мнемосхем (виджетов), и редактор отчетов, и механизмы управления событиями и тревогами, и система моделирования собственных тегов, и технология работы отказоустойчивого кластера, и SDK с комплектом разработчика драйверов (DDK), и так далее.

Поэтому наши инвестиции в создание СКАДА-системы были невелики по сравнению с созданием подобной системы «с нуля» – для реализации проектов по автоматизации производственных процессов и зданий мы разработали драйвера для стандартных протоколов мира АСУ ТП (Modbus, OPC, OPC UA, BACnet, DNP3, и т.д.) и нарисовали несколько тысяч динамических векторных изображений.



Помимо стандартных для СКАДА-систем функций, платформа AggreGate дает нашему продукту многие необычные для этого рынка возможности, например:

• Хранение статистики к кольцевой базе данных (RRD) и БД класса NoSQL (BigData)
• Неограниченное горизонтальное и вертикальное масштабирование системы при помощи распределенной архитектуры AggreGate
• Возможность сбора данных и управления как по протоколам управления и мониторинга ИТ (SNMP, FTP, JMX, SSH, WMI…), так и по универсальным протоколам (SQL, SOAP, CORBA, LDAP…)

Эти возможности позволяют использовать систему во множестве проектов, которые не являются классическими для применения СКАДА решений. В частности, AggreGate SCADA/HMI используется для телеметрии транспортного парка производственных компаний, замены MES-систем, мониторинга сотовых вышек и мониторинга инженерной инфраструктуры ЦОД (в составе продукта AggreGate Data Center Supervisor).

С точки зрения архитектуры и концепции построения проекта AggreGate SCADA/HMI похожа на большинство других продуктов. Цикл разработки типового проекта включает:

• Развертывание сервера или нескольких серверов в отказоустойчивой конфигурации
• Подключение хранилища, которым может быть как обычная реляционная СУБД, так и интегрированная в систему СУБД Apache Cassandra, которая обеспечивает сохранение десятков тысяч тэгов в секунду
• Подключение контроллеров и других источников данных (таких как внешние БД), настройка периодов опроса тэгов
• Настройка автоматизированных алгоритмов обработки тэгов на сервере – это могут быть модели, определяющие дополнительные вычисляемые тэги, тревоги, которые доставляют e-mail и СМС оповещение, расписания для выполнения различных задач, и т.д.
• Разработка мнемосхем и инструментальных панелей с навигацией между ними
• Настройка ролей пользователей, прав доступа для них, и, при необходимости, внешней аутентификации через LDAP/AD

Работающий под Linux сервер AggreGate имеет возможность собирать данные с OPC серверов, работающих под Windows. Этот процесс осуществляется через IP сеть по протоколу DCOM, необходимости ставить SCADA сервер и OPC сервер на один компьютер больше нет.

В AggreGate SCADA/HMI нет понятий «проект», «среда разработки» и «среда выполнения». Согласно ее концепции, на производственном объекте используется один «первичный» сервер. Во время начальной фазы внедрения, системные инженеры могут подсоединиться к серверу локально или удалено чтобы разработать мнемосхемы, создать учетные записи PLC, настроить хранилище данных и пр. После завершения начального этапа настройки, во время ПНР и в обычном режиме работы будет использоваться тот же сервер, хотя перенос системы на другой сервер возможен и несложен.

Унифицированная среда позволяет вносить изменения в «боевую» систему не прерывая ее работы. Для этого нужно:

• Сделать временные копии одного или нескольких компонентов системы (например, мнемосхем или тревог)
• Внести изменения в копию и протестировать их
• Заменить оригинальный компонент на удачно измененную копию

Одним из самых главных компонентов любой СКАДА системы является редактор мнемосхем. Унаследованный от платформы AggreGate редактор виджетов (GUI Builder) позволяет быстро рисовать и «анимировать» любые мнемосхемы и человеко-машинные интерфейсы, содержащие как простые компоненты (кнопки, надписи, текстовые поля, списки и т.п.), так и сложные (таблицы, многослойные панели, панели с вкладками, диаграммы, географические карты, динамические SVG изображения, видео-окна, и другие).



Несмотря на свое внешнее сходство с типичными для других систем редакторами, редактор AggreGate имеет одну важную особенность. Помимо классического абсолютного позиционирования визуальных компонентов любая панель может использовать сеточную компоновку компонентов, похожую на таблицу в HTML. Причем, в случае сложной формы с множеством вложенных панелей (обычных, многослойных, с закладками, сплит-панелей) каждая панель может независимо от остальных использовать как абсолютную, так и сеточную раскладку.

Сеточное позиционирование позволяет проектировать мнемосхемы, формы ввода данных и инструментальные панели, которые красиво и органично адаптируются к любому разрешению экрана. В случае с абсолютным позиционированием для адаптации применяется пропорциональное масштабирование всех компонентов с увеличением их высоты, что приводит к неприемлемым результатам практически для всех форм и диалогов.

Мнемосхемы анимируются при помощи так называемых привязок, которые позволяют произвести копирование данных между свойствами серверных объектов и свойствами визуальных компонентов в ответ на серверные события и события мнемосхемы. Язык выражений AggreGate помогает «на лету» применить к копируемым данным любые операции по обработке чисел, строк, дат и времени, таблиц, и т.д.

Любые данные, которые обрабатываются AggreGate, могут быть использованы для построения отчетов. Редактор выражений и встроенный язык SQL-подобных запросов помогут извлечь необходимые показатели, а система сама создаст оптимальный шаблон их визуального представления. После этого можно настроить его по своему усмотрению используя редактор отчетов.

Для важных параметров можно настроить тревоги, которые будут срабатывать при обнаружении критичных состояний объекта или получении определенных цепочек событий. Система позволяет доставлять оповещения о тревогах практически любыми способами (например, всплывающие окна, звуковые оповещения, сообщения на электронную почту, СМС-сообщения). Действия, автоматически стартуемые по тревоге, могут работать как автономно, так и под управлением оператора. Модуль тревог также поддерживает и остальные типичные для АСУ ТП функции – обнаружение биения, гистерезис, приоритизацию, квитирование, эскалацию, и т.д.

AggreGate SCADA/HMI помогает автоматизировать производственный процесс, вывести всю необходимую информацию в операторский центр, организовать визуализацию, сохранить рабочие сведения в БД и создать отчетные документы – все то, что требуется от СКАДА. Система также позволяет быстро анализировать информацию об эффективности технологического процесса и принимать важные решения по его оптимизации, то есть частично покрывает области компетенции ПО класса Manufacturing Execution System (MES).



На крупных предприятиях, как правило, одновременно работает несколько различных инсталляций СКАДА. Каждая из них выполняет свою функцию в каком-либо цеху под контролем отдельной группы операторов. Системы логически связаны между собой определенной производственной цепочкой, поэтому требуется как их взаимная интеграция, так и автоматизированная передача показателей эффективности и выработки на уровни MES/ERP. В экосистеме AggreGate это осуществляется при помощи обмена частями единой модели данных между серверами при помощи распределенной архитектуры.

Часто встречаются ситуации, когда на одном объекте или в рамках одного проекта надо использовать не только SCADA, но и систему управления ИТ-инфраструктурой, автоматизации зданий, контроля доступа и управления физической безопасностью, АСКУЭ, и других в разном сочетании и различной комплектации. Применение остальных решений, основанных на AggreGate, позволит реализовать эти функции в рамках одной инсталляции, зачастую даже объединив некоторые модули на одном сервере. Где это встречается на практике? Например, в ЦОДах, где необходимо мониторить активное сетевое оборудования ядра, климатические датчики, ИБП, ДГУ, кондиционеры, системы водяного охлаждения, доступ персонала, рабочее время сотрудников. Другой пример: сотовые вышки, требующие мониторинга параметров радиорелейного оборудования транспортной сети и секторных антенн, климатических датчиков, кондиционеров, ИБП, охранных датчиков и так далее. На крупных складах требуется наблюдение за доступом персонала, движением погрузчиков, системами вентиляции и освещения. Практически все крупные объекты могут получить преимущества от объединения различных систем управления и мониторинга.

В следующих статьях по СКАДА мы расскажем подробнее о необычных особенностях нашей системы, способах решения различных задач АСУ ТП, и интересных проектах, в которых мы участвовали.

Спецпредложение для хабражителей

После успеха аналогичного спецпредложения по мониторингу ИТ мы предлагаем бесплатную бессрочную лицензию AggreGate SCADA/HMI Standard на 5 устройств или источников данных, без ограничения на количество тэгов, всем сославшимся на хабр. Для получения лицензии нужно прислать нам активационный ключ «боевого» сервера. Предложение действительно до 9.05.2015. Никаких условий для получения лицензии нет, мы надеемся на получение фидбэка.