Oprogramowanie przemysłowe w służbie managera - część 2: Repozytorium danych

W bazie danych procesowych gromadzone są wszystkie dane pochodzące z poszczególnych etapów produkcji. Poziom produkcyjny jest najniższym poziomem oprogramowania nad którym bezpośrednio znajduje się poziom gromadzenia danych zgodny z modelem oprogramowania Proficy. Repozytorium danych ma także za zadanie udostępniać te dane w celu ich dalszej obróbki.

Ważną kwestia jest wydajność sytemu bazodanowego. Składają się na to m.in. liczba punktów pomiarowych, które baza danych może obsługiwać, szybkość gromadzenia danych z poszczególnych punktów i rozdzielczość z jaką dane mogą być zbierane. Ważne jest również czy serwer sprawnie kompresuje przechowywane informacje. W przypadku stosowania relacyjnych baz danych przewidzianych głównie do zastosowań biurowych trzeba liczyć się z ograniczeniami związanymi z maksymalną liczbą zmiennych w systemie, jak również z prędkością, z jaką serwer może zbierać dane.

Wydajność Proficy Historian pozwala na zbieranie do 250 tys. punktów pomiarowych poprzez 20 tys. odczytów lub zapisów na sekundę zachowaniu milisekundowych okresów próbkowania. Zastosowane metody kompresji pozwalają na znaczne zmniejszenie zużycia zasobów sprzętowych.

Kwestie administracji

Administrowanie bazą danych nie należy z reguły do rzeczy najprostszych. Na ogół osoba zajmująca się relacyjną bazą danych musi, poza posiadaniem wiedzy na temat samych systemów bazodanowych i dobrej znajomości języka (np. SQL), znać strukturę używanego systemu. Powoduje to, że czas potrzebny na naukę wykorzystania konkretnego systemu może być stosunkowo długi. Z powyższych powodów ważną kwestią w trakcie wyboru oprogramowania dla przemysłowej bazy danych jest możliwość administrowania przez osoby nie posiadające wiedzy specjalistycznej lub takie, które nie odbyły szkoleń z zakresu baz danych. W przypadku Proficy Historian administracja została uproszczona do niezbędnego minimum - użytkownik administrujący, oprócz samej instalacji systemu, zobowiązany jest do zadeklarowania zmiennych, które mają być gromadzone i ustawienia parametrów przechowywania danych.

Rys. 1. Panel administratora

Administracja odbywa się z wykorzystaniem panelu administratora, który dostępny jest jako osobny program. Istnieje także możliwość skorzystania z panelu dostępnego przez przeglądarkę internetową. Drugie z rozwiązań pozwala na dostępu do serwera w każdej chwili i praktycznie z każdego miejsca na świecie.

Komunikacja

Ważnym aspektem przy wyborze oprogramowania wspomagającego produkcję jest zwrócenie uwagi na jego możliwości w zakresie akwizycji danych procesowych. Możliwości które dają bazy danych pozwalają zazwyczaj na pobieranie danych bezpośrednio z systemów SCADA, takich jak iFIX i Cimplicity oraz z programów komunikacyjnych bądź serwerów OPC. Omawiany w artykule Proficy Historian pozwala na bezpośrednie podłączenie do bazy zmiennych w stworzonej wizualizacji, która została utworzona w opisywanym w poprzednim artykule systemie SCADA iFIX lub w Cimplicity. Oprócz możliwości pobierania danych bezpośrednio z procesu, systemy bazodanowe powinny pozwalać również na gromadzenie danych z systemów biurowych. Powinna więc istnieć możliwość dodawania danych pochodzących z wyliczeń lub z badań laboratoryjnych do systemu, np. jako danych wzorcowych procesu. W przypadku systemów, dla których nie istnieją gotowe programy komunikacyjne, ważne jest aby producent udostępniał odpowiednie narzędzia umożliwiające podpięcie nietypowych systemów. Istotne jest też aby baza danych była stworzona w taki sposób, który umożliwiałby podłączenie dowolnego innego oprogramowania lub sprzętu. Producenci oferują więc narzędzia pozwalające na programowanie własnych interfejsów w językach takich jak Visual Basic lub C++. W przypadku Proficy Historian istnieje możliwość wykorzystania modułu SDK, który umożliwia stworzenie własnego kolektora danych dla dowolnego systemu, który będzie przekazywał dane do serwera.

Aplikacje klienckie

Istotnym elementem oprogramowania pełniącego funkcję repozytorium danych są aplikacji klienckie, które korzystają z zasobów gromadzonych przez bazę danych. Ogólna zasada mówi przy tym, że im więcej możliwości w tym zakresie, tym lepiej. Na ogół producenci oprogramowania dołączają do swoich baz danych dodatkowe, dedykowane produkty pozwalające na pozyskiwanie, a następnie obróbkę danych. Ważne jest jednak aby możliwe było podłączenia systemu do aplikacji tworzonych w programach innych producentów.

Oprogramowanie Proficy Historian umożliwia podłączenie do bazy w celu przedstawiania danych na wykresach historycznych przy wykorzystaniu iFIX lub Cimplicity poprzez wbudowane dedykowane mechanizmy. Poza tym Proficy Historian pozwala na przedstawianie danych w każdym oprogramowaniu zgodnym z OLE DB. Dzięki dodatkowi SDK, o którym wspomniano już wcześniej, pozwala na tworzenie dowolnych interfejsów klienckich. Umożliwia to projektowanie kolejnych kolektorów o unikatowych możliwościach i cechach.

Rys. 2. Przykładowy program napisany w języku Visual Basic

Excel Add-In

Prawdopodobnie najczęściej wykorzystywanym środowiskiem do przeglądania danych gromadzonych w bazach danych jest Excel wchodzący w skład pakietu Microsoft Office. Na ogół pobieranie danych przez to oprogramowanie odbywa się poprzez mechanizm OLE DB. Interfejs ten wymaga jednak znajomości języka SQL, który pozwala na tworzenie kwerend dla systemu bazodanowego. Znajomość tego języka nie jest jednak powszechna, ważne jest zatem aby użytkownicy korzystający z arkusza kalkulacyjnego mieli dostęp do danych w prosty sposób nie wymagający specjalistycznej wiedzy. Z tego powodu stosuje się zazwyczaj różnego rodzaju nakładki na arkusze kalkulacyjne.

Proficy Historian dostarczany jest do użytkowników wraz z nakładką dla omawianego arkusza kalkulacyjnego. Historian Excel Add-in umożliwia dostęp do danych bezpośrednich i wyników obliczeń z poziomu arkusza kalkulacyjnego oraz pozwala na szybką analizę danych dostarczanych przez serwer Proficy Historian. Umożliwia także tworzenie dynamicznych, interaktywnych raportów bez konieczności programowania. Wystarczy wybrać w oknie dialogowym rodzaj informacji i sposób filtrowania, aby otrzymać raport. Dodatkowo liczne szablony standardowych raportów programu Excel umożliwiają szybkie wyszukiwanie i przeglądanie danych. Funkcja obsługi alarmów i zdarzeń umożliwia dokonywanie zaawansowanych analiz sekwencji zdarzeń oraz tzw. pierwotnej przyczyny na podstawie zintegrowanych danych procesowych oraz zdarzeń i alarmów. Możliwości oferowane przez nakładkę pozwalają też na tworzenie raportów oraz administrowanie serwerem.

Bezpieczeństwo danych

W przypadku przerwania połączenia pomiędzy źródłem danych, np. SCADA czy serwerem OPC, a oprogramowaniem Proficy Historian istnieje niebezpieczeństwo utraty danych, które uległy zmianie. W celu zabezpieczenia się przed taką ewentualnością wykorzystuje się dwie techniki. Pierwsza z nich polega na gromadzeniu informacji lokalnie na komputerze, gdzie znajduje się źródło danych. Po przywróceniu komunikacji następuje przesłane zebranych danych do serwera uzupełniając braki powstałe w czasie braku komunikacji. W przypadku oprogramowania Proficy Historian funkcja ta nosi nazwę store-and-forward. Dane przechowywane są w buforze przez kolektor danych. Drugim ze sposobów rozwiązania omawianego problemu jest wykorzystanie redundancji źródeł danych. Mając jeden system wykonawczy lub rzeczywisty podłącza się do niego dwa niezależnie działające źródła danych. Serwer bazodanowy pobiera dane wykorzystując tylko jeden z dwóch kolektorów. W momencie utraty połączenia pomiędzy serwerem a kolektorem następuje automatyczne przełączenie na drugi z dostępnych kolektorów. Dobrym rozwiązaniem jest możliwość uzależnienia wyzwalania przełączania pomiędzy źródłami danych. Może również zachodzić potrzeba przełączenia gdy wartość zmiennej np. nie uległa zmianie przez dłuższy okres czasu lub gdy jakość danych pochodzących z kolektora jest niska.

Zarządzanie alarmami i zdarzeniami

Ważną cechą przemysłowych baz danych jest możliwość zbierania informacji o alarmach i zdarzeniach. Gromadzone w ten sposób dane pozwalają na szybkie rozpoznanie zaistniałych problemów na podstawie zarejestrowanych komunikatów. W oprogramowaniu Proficy Historian gromadzenie informacji odbywa się z wykorzystaniem standardu OPC A&E. Standard ten stosowany jest również przez iFIX i pozwala na przesyłanie informacji o zdarzeniach i alarmach zadeklarowanych w tym oprogramowaniu.

Paweł Nowak