ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ С ДАННЫМИ УДАЛЁННЫХ ОБЪЕКТОВ АСУ НА ПЛАТФОРМЕ JAVAFX С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ПАРАДИГМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Ганичев А.С.¹, Гурьев К.Д.², Любишкина О. В.³

¹ ORCID: 0000-0003-1417-125X, консультант по внедрению ТОиР, АО "Управление ВОЛС-ВЛ", ² ORCID: 0000-0002-0844-7531, бакалавр, Московский технологический университет (МИРЭА), ³ ORCID: 0000-0002-1046-6766, инженер, ООО НТО «ИРЭ-Полюс»

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ С ДАННЫМИ УДАЛЁННЫХ ОБЪЕКТОВ АСУ НА ПЛАТФОРМЕ JAVAFX С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ПАРАДИГМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Аннотация

Статья посвящена актуальной проблеме поиска наиболее эффективных способов работы с данными удалённых объектов автоматизированных систем управления, с целью проведения их диагностики и оценки технического состояния, анализа надёжности и последствий отказа оборудования, и контроля наиболее важных параметров. Предложен способ доступа к данным таких объектов через сеть Интернет на основе технологии WebEngine платформы JavaFX. Показано, что предлагаемый в статье подход является наиболее оптимальным как экономически, так и с технической точки зрения.

Ключевые слова: автоматизация, автоматизированная система управления, техническая диагностика, SCADA, обработка информации, приложение на базе интернет-технологий.

Ganichev A.S.¹, Guryev K.D.², Lyubishkina O.V.³

¹ ORCID: 0000-0003-1417-125X, consultant SAP PM, JSC "Control VOLS-VL", ² ORCID: 0000-0002-0844-7531, bachelor of Engineering, Moscow Technological University (MIREA), ³ ORCID: 0000-0002-1046-6766, engineer, OOO NTO "IRE-Polus»

THE ORGANIZATION OF WORK WITH DATA OF REMOTE OBJECTS OF ACS BY MEANS THE JAVAFX PLATFORM WITH USE OF AN OBJECT-ORIENTED PARADIGM OF PROGRAMMING

 Abstract

The article is devoted to the up to date problem of finding of the most effective methods of work with data of remote objects of automated control systems, for carrying out their diagnostics and estimation of the technical condition, reliability analysis and consequences of equipment failure, and control of the most important parameters. The method of access to data of these objects by means of the Internet network on the basis of the WebEngine technology of the JavaFX platform is offered. It is shown that offered approach in the article is most optimal both economically and from the technical point of view.

Keywords: automation, automated control system (ACS), technical diagnostics, SCADA, information processing, web-based application.

Отличительной особенностью современных систем автоматизации промышленных предприятий является их высокая степень интеграции. Очевидно, что для эффективного функционирования всех используемых объектов управления, автоматизированная система управления должна обеспечивать высокую степень межуровневого взаимодействия разнородных информационных потоков [1]. Кроме того, должна быть решена проблема выбора компонентов автоматизированной системы управления [2], проведён анализ и комплексная оценка эффективности технологического процесса и производства в целом [3].

Большинство автоматизированных систем управления (АСУ) реализуются по схеме (рис. 1), представляющей собой многоуровневую структуру, нижний уровень которой традиционно составляют датчики, электроприводы, исполнительные механизмы, различные узкоспециализированные устройства [4, 5]. Все полевые устройства нижнего уровня объединены между собой различными каналами связи. В качестве технологии промышленной сети сейчас широко применяют сеть Ethernet, что позволяет более гибко использовать удаленные способы контроля и управления объектами АСУ, обеспечивая все уровни управления промышленного предприятия необходимой информацией [6].

В настоящее время, помимо локальных и промышленных сетей, значительный объём информации от устройств нижнего уровня передаётся через сеть Интернет. С недавних пор такой подход был интересен лишь для SCADA-систем, осуществляющих процесс сбора информации с удаленных объектов, обработку, передачу, хранение и отображение информации. Сейчас это востребовано для удалённой диагностики, исследования сложных динамических процессов и анализа работы различных специализированных объектов [5, 7, 8].

Рис. 1 - Структура многоуровневой системы управления

Разработка технологии получения доступа к данным полевых устройств нижнего уровня посредством сети Интернет требует большого количества времени и экономических затрат. В связи с этим, поиск наиболее оптимального способа получения информации с удалённых объектов автоматизированных систем управления является актуальной задачей.

Получение, обработка и использование сторонних данных автоматизированных систем управления зачастую являются одними из основных задач, которые должна выполнять программа, созданная для удалённого управления или контроля за какими-либо процессами и объектами, через сеть Интернет.

Для целой плеяды задач систем автоматизации и управления требуется надёжный и универсальный механизм для работы с данными, которые поступают с полевых устройств нижнего уровня (например, сигналы с датчиков объектов АСУ), находящихся на значительном расстоянии от оператора и персонального компьютера, на котором установлена подобная программа.

Эффективным методом решения данной задачи является создание из потока данных, получаемых с полевых устройств нижнего уровня управления, отдельного файла, передача его через сеть Интернет и использование в коде главной программы служебного класса WebEngine платформы JavaFX.

WebEngine выполняет обработку и загрузку страницы, предоставляемой узлом WebView, а также обеспечивает построение DOM-модели Web-страницы и запуск JavaScript-кода этой страницы.

Благодаря широким возможностям языка и платформы, существует способ использования WebEngine непосредственно для решения вышеуказанных задач. Так, получаемые через сеть Интернет данные должны быть записаны в html-файле, что облегчит выполнение программы. При получении файла данных на компьютере оператора программы, WebEngine загружает данные, и они становятся доступны для дальнейшей работы.

Как было отмечено выше, наибольший интерес, в получении доступа к данным с удалённых объектов является SCADA-системы. Привязка к мнемосхеме SCADA-системы ряда производственных объектов или какого-либо технологического процесса не составляет особых трудностей. Для этой цели используется DDE-протокол, или OPC-протокол, который в последнее время приобрёл большую популярность для получения доступа к данным объектов нижнего уровня управления – устройства I/O (см. рис. 1), и локальная сеть (Ethernet, Modbus) для связи с верхним уровнем управления (SCADA, технические подразделения, специалисты CAD/CAM, и др.). Более подробно, реализация объектной привязки объектов нижнего уровня управления к интерфейсу SCADA-систем и методика изменения поведения объектов АСУТП в пользовательских SCADA-интерфейсах, рассмотрены в работах [9, 10].

В случае передачи файла данных с удалённых объектов посредством сети Интернет в SCADA-системах имеются все необходимые средства для обработки, хранения и отображения данной информации, а также формирование сигналов тревог (Alarm), построение графиков (Trend) и отчётов. Понятно, что режим реального времени соблюдается только в локальной сети предприятия (рис. 1), поэтому информация, переданная через сеть Интернет, может служить лишь для не критичных по безопасности и надёжности применений – общий мониторинг производственного процесса, оценка состояния объектов, диагностика аварийных ситуаций в технических системах и т.д. Однако на сегодняшний момент имеются ряд отечественных разработок, например реализованные в SCADA-системе TRACE MODE, которые являются инновационными и не имеют аналогов в других SCADA-системах. Технологии, использованные в мобильных приложениях SCADA-системы TRACE MODE, позволяют работать с данными удалённых объектов АСУ наиболее приближенно к режиму реального времени. Однако стоимость таких приложений в настоящее время всё ещё достаточно велика.

Предлагаемый в статье подход является наиболее оптимальным как экономически, так и с технической точки зрения.

Архитектуру программы для работы с данными удалённых объектов АСУ следует создавать наиболее структурно, чтобы облегчить работу программиста. На этапе разработки программы программисту предоставлены все методы технологии WebEngine, и весь его функционал, необходимые для создания качественного прикладного программного продукта. Загруженный файл следует включать в переменную типа Document, и после этого можно выполнять с контентом файла любые возможные действия: расщепление на строки, деление по символу, и подобные операции работы с начинкой файла. Очевидно, что после подобной обработки конкретного значения, которое было зашифровано в полученном файле, это значение становится видимым для программы и тем самым можно использовать её в виде переменной, для создания программ любой сложности и направленности. Сам код загрузки, расшифровки и обработки данных рекомендуется писать в отдельном классе, что позволяет получить более гибкий код, который всегда можно модифицировать.

В заключение следует отметить, что предлагаемый метод организации работы с данными удалённых АСУ актуален для компьютерных интегрированных систем управления с целью проведения оценки технического состояния оборудования предприятия, анализа надёжности и последствий отказа оборудования. Предлагаемый метод может оказаться полезным в условиях специализированных робототехнических систем автоматической сборки сложных объектов на всех стадиях временной цепочки [11], особенно в системах, где требуется комплексный подход к функциональной идентификации объекта управления [12, 13], например, при захвате роботом предметов, имеющих нечёткую информацию об условиях контакта предмета с опорной поверхностью и его геометрической форме.

Литература

1. Курнасов Е.В. Оценка степени межуровневого взаимодействия информационных потоков производственного предприятия с MES-системой // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2012. № 3. С. 3–5.
2. Холопов В.А., Павлов Н.Г. Проблемы конфигурирования компонентов автоматизированной системы управления технологическим процессом // Вестник Московского государственного университета приборостроения и информатики. Серия: Машиностроение. 2012. № 43. С. 27-31.
3. Курнасов Е.В., Тен В.Э. Алгоритмы анализа и контроля эффективности автоматизированных технологических процессов // Автоматизация и современные технологии. 2014. № 12. С. 21–25.
4. Чижиков В.И. Управление упругим кинематическим соединением бесшарнирного манипулятора // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2013. № 7. С. 3–8.
5. Албагачиев А.Ю., Кушнир А.П. Устройства гидроструйной обработки новых поколений // В сборнике: Научные труды IV Международной научной конференции “Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении” 2015. С. 24–27.
6. Холопов В.А., Гусев М.В. Преимущества автоматизированного подхода проектирования промышленных сетей перед традиционным подходом // Промышленные АСУ и контроллеры. 2014. № 7. С. 3–7.
7. Чижиков В.И. Исследование динамики манипуляторов с регулярными звеньями // Промышленные АСУ и контроллеры. 2011. № 3. С. 19–28.
8. Кушнир А.П., Авельчев А.Е. Анализ устройств управления движением судов // Вестник Московского государственного университета приборостроения и информатики. Серия: Машиностроение. 2012. № 43. С. 49–54.
9. Kurnasov E.V. Object attachment of devices in SCADA systems // Russian Engineering Research. 2013. Т. 33. № 3. С. 152–155.
10. Курнасов Е.В. Метод ситуативного изменения поведения объектов АСУТП в пользовательских интерфейсах SCADA-систем // Автоматизация и современные технологии. 2014. № 4. С. 20–28.
11. Кушнир А.П. Виртуальный контроль сборки изделия на стадии проектирования // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2009. № 5. С. 54–56.
12. Чижиков В.И., Курнасов Е.В. Синтез системы автоматического управления стабилизацией усилия захвата предмета с нечёткой геометрической характеристикой // Автоматизация. Современные технологии. 2016. № 2. С. 3–10.
13. Чижиков В.И., Курнасов Е.В. Комплексный подход к разработке нейросетевого функционального идентификатора системы управления захватом предмета с нечёткой геометрией поверхности // Вестник МГТУ МИРЭА: Сборник научных трудов. Выпуск № 4. Том 2. М.: МИРЭА, 2015. С.275–300.

References

1. Kurnasov E.V. Ozenka stepeni mezhurovnevogo vzaimodejstvija informacionnyh potokov proizvodstvennogo predprijatija s MES-sistemoj // Sborka v mashinostroenii i priborostroenii. 2012. № 3. S. 3–5.
2. Holopov V.A., Pavlov N.G. Problemy konfigurirovanija komponentov avtomatizirovannoj sistemy upravlenija tehnologicheskim processom // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta priborostroenija i informatiki. Serija: Mashinostroenie. 2012. № 43. S. 27-31.
3. Kurnasov E.V., Ten V.Je. Algoritmy analiza i kontrolja jeffektivnosti avtomatizirovannyh tehnologicheskih processov // Avtomatizacija i sovremennye tehnologii. 2014. № 12. S. 21–25.
4. Chizhikov V.I. Upravlenie uprugim kinematicheskim soedineniem bessharnirnogo manipuljatora // Sborka v mashinostroenii, priborostroenii. 2013. № 7. S. 3–8.
5. Albagachiev A.Ju., Kushnir A.P. Ustrojstva gidrostrujnoj obrabotki novyh pokolenij // V sbornike: Nauchnye trudy IV Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii “Fundamental'nye issledovanija i innovacionnye tehnologii v mashinostroenii” 2015. S. 24–27.
6. Holopov V.A., Gusev M.V. Preimushhestva avtomatizirovannogo podhoda proektirovanija promyshlennyh setej pered tradicionnym podhodom // Promyshlennye ASU i kontrollery. 2014. № 7. S. 3–7.
7. Chizhikov V.I. Issledovanie dinamiki manipuljatorov s reguljarnymi zven'jami // Promyshlennye ASU i kontrollery. 2011. № 3. S. 19-28.
8. Kushnir A.P., Avel'chev A.E. Analiz ustrojstv upravlenija dvizheniem sudov // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta priborostroenija i informatiki. Serija: Mashinostroenie. 2012. № 43. S. 49-54.
9. Kurnasov E.V. Object attachment of devices in SCADA systems // Russian Engineering Research. 2013. Т. 33. № 3. С. 152–155.
10. Kurnasov E.V. Metod situativnogo izmenenija povedenija ob''ektov ASUTP v pol'zovatel'skih interfejsah SCADA-sistem // Avtomatizacija i sovremennye tehnologii. 2014. № 4. S. 20–28.
11. Kushnir A.P. Virtual'nyj kontrol' sborki izdelija na stadii proektirovanija // Sborka v mashinostroenii, priborostroenii. 2009. № 5. S. 54–56.
12. Chizhikov V.I., Kurnasov E.V. Sintez sistemy avtomaticheskogo upravlenija stabilizaciej usilija zahvata predmeta s nechjotkoj geometricheskoj harakteristikoj // Avtomatizacija. Sovremennye tehnologii. 2016. № 2. S. 3–10.
13. Chizhikov V.I., Kurnasov E.V. Kompleksnyj podhod k razrabotke nejrosetevogo funkcional'nogo identifikatora sistemy upravlenija zahvatom predmeta s nechjotkoj geometriej poverhnosti // MSTU MIREA Letters: Sbornik nauchnyh trudov. Vypusk № 4. Tom 2. M.: MIREA, 2015. S.275–300.