Systemy okołoprodukcyjne czasu rzeczywistego

Platforma KOS to sprzęt oraz oprogramowanie dające podstawy do akwizycji, a następnie wizualizacji, archiwizacji, przetwarzania i raportowania danych produkcyjnych, pochodzących z baz danych systemów operatorskich bądź wprost z układów pomiarowych poprzez sieci intranetowe lub internetowe, a także za pomocą modemów sieci komórkowej (GSM/GPRS).

KOS może pracować wszędzie tam, gdzie przebiegają procesy technologiczne, a więc w energetyce, ciepłownictwie, gospodarce wodno-ściekowej, przemyśle chemicznym, papierniczym, przetwórstwie spożywczym i wielu innych branżach.

Platforma KOS działa w architekturze klient-serwer.
Dostarczamy komputer serwera z kompletnym oprogramowaniem i trzyletnią gwarancją.
W uzasadnionych przypadkach stosujemy rezerwację serwerów.

Klientem może być każdy komputer w sieci zakładowej lub internecie, wyposażony w dowolną przeglądarkę internetową. Nie limitujemy liczby klientów.
Wielostopniowy system rejestracji użytkowników oraz zgodność oprogramowania z wymogami szyfrowania i certyfikowania SSL zabezpiecza dane przed niepowołanym dostępem.

KOS - Responsive Web Design jest wersją rozwojową platformy KOS produkcji firmy XMASTER s.c., z nowym interfejsem użytkownika, dostosowanym do różnego rodzaju komputerów stacjonarnych oraz urządzeń mobilnych - laptopów, tabletów a także smartfonów.

KOS - Responsive Web Design nie wymaga instalowania aplikacji u końcowego użytkownika!
Wszystko, co jest jest potrzebne użytkownikowi, to połączenie jego komputera lub urządzenia mobilnego z internetem lub siecią lokalną.

Globalna architektura platformy

Obrazują ją cztery warstwy programowo-sprzętowe, z których każda jest jednocześnie nadawcą i odbiorcą informacji:

Platforma

sprzętowo - programowa czasu rzeczywistego służy do budowy rozwiązań programowych, które, jako

systemy

zbierania, przetwarzania, archiwizacji, udostępniania danych obiektowych i sterowania spełniają określone funkcje.
Wbudowane narzędzia pozwalają tworzyć

aplikacje

tych systemów, dostosowane do szczegółowych potrzeb obiektowych.

Dane pobierane z procesu technologicznego, gromadzone są w bazie danych, archiwizowane i przetwarzane, a następnie udostępniane lokalnym lub internetowym użytkownikom końcowym w postaci schematów, wykresów, alarmów, raportów wyświetlanych na komputerach lub urządzeniach mobilnych, a także SMS-ów oraz przesyłek e-mailowych. Ze stacyjek sterowniczych można wysyłać polecenia do obiektu.

Struktura programowa platformy składa się z modułów wykorzystujących rozmaite techniki progamistycznie, pracujących pod systemem operacyjnym Windows w najnowszej wersji.

Oprogramowanie warstwy obiektowej

Oprogramowanie warstwy obiektowej winno zapewnić poprawny przepływ informacji pomiędzy rzeczywistymi obiektami a warstwą bazy danych. Dlatego jest ono ściśle zależne od urządzeń obiektowych, ich sposobów komunikacji (protokoły transmisji, OPC itp). Po stronie platformy do oprogramowania warstwy obiektowej należą moduły komunikacyjne i konfiguracji danych.

Oprogramowanie warstwy bazy danych

Warstwa bazy danych oparta jest o oprogramowanie MS SQL Server w najnowszej wersji. Dostęp do bazy SQL od strony warstwy obiektowej jest kontrolowany przez moduły programowe zapisu / odczytu.

Oprogramowanie warstwy serwera aplikacji

Oprogramowanie warstwy serwera aplikacji zawiera moduły programowe obsługujące funkcje systemu, wizualizację dla klienta, narzędzia do projektowania i administrowania systemem.

Oprogramowanie warstwy klienta

Oprogramowaniem klienta jest dowolna przeglądarka internetowa, zgodnie z jego preferencjami.

Struktura programowa platformy może być skupiona w jednym komputerze bądź rozproszona.

Struktura sprzętowa platformy może zawierać dowolną liczbę komputerów odpowiednio wyposażonych i połączonych w sposób umożliwiający realizację protokołu komunikacyjnego TCP IP np.:

• ● poprzez lokalną sieć Ethernet,
• ● poprzez internet,
• ● poprzez połączenie modemowe.

Oprogramowanie platformy może być instalowane w różnych konfiguracjach sprzętowych, od jednego komputera po wielokomputerowe rozproszone geograficznie struktury.

Struktura sprzętowa warstwy obiektowej

Źródłem i odbiorcą danych obiektowych w rozumieniu platformy czasu rzeczywistego są różnego rodzaju urządzenia i systemy komunikujące się bezpośrednio z rzeczywistymi obiektami takie, jak systemy SCADA, sterowniki, liczniki energii cieplnej i elektrycznej, liczniki wody, inne systemy okołoprodukcyjne itp.

Komputery, na których zainstalowane są moduły komunikacyjne platformy muszą być wyposażone w sprzęt zapewniający fizyczne połączenie z takim źródłem danych (np. wieloportowe łącze szeregowe, porty sieciowe, modemy itp)

Moduły komunikacji z obiektami, pracujące jako serwisy w rozumieniu systemu operacyjnego Windows mogą być instalowane zarówno na komputerze serwera aplikacji, jak również na oddzielnym komputerze PC (Gateway).

Struktura sprzętowa warstwy bazy danych

Baza danych może być zainstalowana łącznie z serwerem aplikacji na jednym komputerze lub na komputerze (komputerach) oddzielnym, w zależności od wymagań danej aplikacji.
Rozproszenie bazy danych w dużych systemach powinno zapewnić optymalne warunki zbierania i przechowywania danych.
Komputer serwera bazy danych winien spełniać wymagania sprzętowe dla serwera MS SQL Server w możliwie najnowszej wersji. Parametry wydajnościowe oraz pojemności dysków są dobierane każdorazowo do potrzeb aplikacji.

Struktura sprzętowa warstwy serwera aplikacji

Komputer serwera aplikacji winien spełniać warunki prawidłowego funkcjonowania systemu operacyjnego Windows w najnowszej wersji. Parametry wydajnościowe są dobierane każdorazowo do potrzeb aplikacji.

Serwer aplikacji oraz serwery bazy danych mogą działać w układzie zredundowanym.

Struktura sprzętowa warstwy klienta

Sprzęt klienta winien spełniać warunki prawidłowego funkcjonowania przeglądarki internetowej dowolnego typu.
Lepsze parametry wydajnościowe wpływają na komfort pracy użytkownika ale nie limitują poprawności działania.

Platforma KOS nie ogranicza liczby monitorów klienta ani liczby okien wyświetlających poszczególne obrazy.W praktyce najczęściej warstwa klienta korzysta z zastanej infrastruktury intranetowej.
Łącza internetowe z kolei umożliwiają korzystanie z systemu w dowolnym miejscu.
Klient wyposażony w telefon komórkowy może odbierać komunikaty SMS o alarmach lub zdarzeniach, a także korzystać z ogólnej lub przygotowanej dla niego wizualizacji oraz wykonywać czynności sterownicze.

Zmienne procesowe są najmniejszymi ale i najważniejszymi elementami każdego systemu zbudowanego na platformie KOS.
Zmienne procesowe są przechowywane w bazie danych i mogą być prezentowane na obrazach i w raportach

Zmienna procesowa jest reprezentowana poprzez:

• ● wartość - bieżąca lub sygnowana czasem,
• ● dane katalogowe - opisy i parametry.

Wartości zmiennych oraz dane katalogowe są przechowywane w bazie danych i mogą być prezentowane na obrazach typu schemat lub wykres oraz umieszczane w raportach.

Ze względu na postać wartości rozróżniamy cztery rodzaje zmiennych:

• ● zmienne analogowe - np. pomiary, wyniki obliczeń,
• ● zmienne binarne - np. stany urządzeń,
• ● zmienne czasowe - np. czas wystąpienia zdarzenia,
• ● zmienne tekstowe - np. komentarze, komendy.

Ze względu na pochodzenie zmiennych rozróżniamy:

• ● odczytywane z obiektu - zmienne wejściowe,
• ● wyliczane w systemie - zmienne obliczane,
• ● wprowadzane przez użytkownika - zmienne ręczne,
• ● wysyłane do systemów automatyki jako sygnały sterownicze, nastawy itp.

Każdą zmienną procesową identyfikują podstawowe dane katalogowe:

• ● numer systemowy - identyfikator dla oprogramowania systemowego,
• ● numer źródłowy - identyfikator pochodzenia,
• ● symbol projektowy - np. KKS,
• ● nazwa długa.

Dodatkowe dane katalogowe opisują szczególne właściwości charakteryzujące dany typ zmiennej: zakresy zmienności, wyróżniki, referencje do przetwarzania itp.

Platforma KOS nie ogranicza liczby zmiennych w danej aplikacji. Liczba ta ma wpływ na dobór sprzętu, rodzaju systemu operacyjnego, typu serwera SQL i kosztów wdrożenia systemu.

Baza danych jest oparta na serwerze Microsoft SQL Server w możliwie najnowszej wersji i jest instalowana i konfigurowana jest przez dostawcę systemu.

Przyjęto umowny podział bazy danych na bazy obiektowe i bazę systemową.

Systemowa baza danych zawiera dane dotyczące:

• ● konfiguracji projektowej aplikacji,
• ● konfiguracji użytkowników - profile, dostępne zasoby itp.,
• ● bieżącej pracy systemu - diagnostyka.

W bazach obiektowych znajdują się:

• ● katalogi zmiennych procesowych,
• ● wartości bieżące zmiennych procesowych, pochodzące z modułów komunikacji oraz przetwarzania,
• ● wartości archiwalne zmiennych procesowych,
• ● dane dotyczące raportów.

Z danych zgromadzonych w bazie korzysta serwer aplikacji, udostępniając dane uprawnionym użytkownikom.

Do baz obiektowych przypisane są serwisy, których zadaniem jest komunikowanie się z programami transmisyjnymi.

Dostęp do bazy danych obiektowych z systemów zewnętrznych jest możliwy wg zasad określonych przez MS SQL Server, np. ODBC, OLE-DB itp. Dostawca systemu określa warunki dostępu dla zewnętrznego użytkownika, jak login, hasło itp., zapewniające bezpieczeństwo danych.
Ze względu na bezpieczeństwo nie zezwala się na bezpośredni dostęp do bazy systemowej z systemu zewnętrznego.

Serwer aplikacji opiera się na usłudze Internet Information Server systemu operacyjnego Windows. Odpowiednie skonfigurowanie IIS wykonuje dostawca systemu.

Oprogramowanie aplikacyjne stanowi witrynę sieci Web i jako takie jest dostępne dla użytkowników sieci zakładowych - intranet.
Po włączeniu serwera do sieci internetowej może być dostępne również dla klientów internetowych. W tym przypadku zaleca się stosowanie bezpiecznego połączenia VPN

Komunikacja z obiektami ma na celu głównie pozyskiwanie danych z obsługiwanych obiektów.

Źródłem danych mogą być:

• ● różnego typu sterowniki,
• ● stacje automatyki,
• ● stacje operatorskie,
• ● koncentratory danych,
• ● liczniki energii, wody itp.,
• ● wagi i inne urządzenia, posiadające interfejs komunikacyjny.

Do komunikacji służą wymienne moduły programowe które mogą być instalowane na serwerze lub na dowolnym innym komputerze.

Moduł komunikacyjny wykonuje funkcje:

• ● obsługa protokołu transmisji zgodnie z wymaganiami źródła danych,
• ● pobieranie danych katalogowych z obiektu,
• ● cykliczne pobieranie i standaryzacja wartości zmiennych z obiektu,
• ● pobieranie raportów obiektowych,
• ● wysyłanie wartości zmiennych ze stacyjek sterowniczych do obiektu,
• ● obsługa stanów awaryjnych komunikacji z obiektami.

Standardowo platforma KOS obsługuje protokoły MODBUS TCP/IP, MODBUS RTU, OPC, MASTERNET, DLMS, IEC 62056-21.
Jeśli zachodzi potrzeba - wykonuje się oprogramowanie komunikacyjne dla nietypowych protokołów.

Archiwizacja danych ma na celu zachowanie w bazie danych jak najwięcej wartości pomiarów, danych obliczanych itd. Służą one następnie do wizualizacji, analiz, raportów itp.

Długość archiwizacji określa się na etapie prekonfiguracji systemu w oparciu o takie wartości jak:

• ● dostępna pojemność dysku,
• ● liczba sygnałów,
• ● cykl próbkowania.

Brak kontroli wielkości bazy może doprowadzić do jej przepełnienia i w konsekwencji do awarii systemu.

Wielkości bazy jest kontrolowana cyklicznie: sprawdza się liczbę wierszy w wyszczególnionych  tabelach i kasuje najstarsze dane w przypadku, gdy rzeczywista liczba wierszy przekroczy zadeklarowaną.

Liczba rekordów oraz cykl próbkowania określają długość archiwizacji danego typu zmiennej wg wzoru :

Długość archiwum (sek) = Liczba rekordów * cykl próbkowania (sek)

np. długość archiwum dla sygnałów pierwotnych typu numerycznego wynosi:

500 000 (rekordów) * 5 (sek) =~1 miesiąc

Szacunkowo można określić zajętość w bajtach, wykonując następujące obliczenie:

Liczba bajtów = Liczba rekordów * Liczba sygnałów  *  4

np. zajętość bazy dla sygnałów pierwotnych typu numerycznego wynosi dla 1. miesiąca:

500 000 (rekordów) * 500(sygnałów) *4 (bajty dla 1 sygnału) =~1GB

W trakcie użytkowania systemu można zmienić ustalone wartości, czyli wydłużyć archiwizację dla określonego typu danych, ale przed wykonaniem zmiany należy przeliczyć zajętość bazy, by nie doprowadzić do jej przepełnienia.

Dzięki obecnym wartościom pojemności dysków twardych nie ma ograniczeń sprzętowych długości archiwizacji. Jednakże dla bardzo dużych baz czas dostępu do danych może się istotnie wydłużać.
Dla baz przechowujących duże ilości danych starszych niż 1/2 roku, stosujemy kompresję do 5. minutowych rekordów.

Przetwarzanie danych znajduje zastosowanie we wszystkich systemach na platformie KOS, a w rozbudowanej formie w sytemach raportowych i bilansowych, systemach optymalizacyjnych, np. SKE, systemach monitoringu spalin, detekcjii ubytków itd.

Przetwarzanie jest realizowane w bazie danych SQL, gdzie instalowane są procedury obliczeniowe na podstaie algorytmów przygotowanych przez:

• ● dostawcę, w przypadku standardowych wymagań klienta - obliczenia średnich, sum, detekcji max/min itp.,
• ● klienta, w przypadku specyficznych wymagań klienta - dla potrzeb różnych służb,
• ● instytucji branżowych i naukowych, w przypadku rozwiązań wymagających takiego wsparcia.

Dane wejściowe do przetwarzania mogą być:

• ● zmiennymi pierwotnymi, pozyskiwanymi z obiektu,
• ● zmiennymi ręcznymi, wprowadzanymi do bazy danych z interfejsu użytkownika.

Dane wyjściowe mogą być:

• ● wyświetlane na obrazach typu schemat synoptyczny lub wykres,
• ● prezentowane w różnego rodzaju raportach,
• ● wysyłane do obiektu jako zmienne sterownicze, nastawy regulatorów itp.,
• ● wysyłane do innych systemów do dalszego użycia.

Moduł przetwarzania jest przygotowywany indywidualnie dla każdego klienta, zgodnie ze specyfiką obiektu. Nie ma ograniczeń co do zakresu funkcji gdyż jest on programowany przez zespół z poziomu języków Trasact SQL, C# i tym podobnych.
W praktyce, w miarę rozwoju aplikacji na danym obiekcie, dołączane są kolejne elementy przetwarzania w miarę aktualnych potrzeb.

Moduł raportów excelowych umożliwia raportowanie z bazy danych platformy przy użyciu arkusza kalkulacyjnego MS Excel.

Raporty generowane przez moduł dzielą się na:

• ● cykliczne, tworzone na serwerze aplikacji z cyklem dobowym, miesięcznym półrocznym oraz rocznym i kwartalnorrocznym, a nastepnie udostępniane klientom poprzez interfejs systemu lub interfejs arkusza Excel,
• ● "na żądanie", aktualizowane bezpośrednio u klienta na podstawie formatek i przy użyciu arkusza Excel, które mogą być: wspólne (globalne), przechowywane na serwerze i dostępne dla wszystkich użytkowników modułu lub lokalne, przechowywane na komputerze klienta i dostępne wyłącznie dla danego użytkownika.

Oprogramowanie modułu zapewnia:

• ● generowanie raportów cyklicznych oraz "na żądanie",
• ● przeglądanie raportów cyklicznych,
• ● przygotowanie formatek,
• ● zarządzanie użytkownikami ,
• ● obliczenia średnich, sum, przyrostów, wartości minimalnych oraz maksymalnych w przedziale czasu na potrzeby raportowania.

Moduł raportów excelowych stanowi wygodne narzędzie do realizacji systemów rozliczeniowych.

Jako nowy interfejs użytkownika platformy KOS obecnie zastosowano oprogramowanie KOS – Response Web Design, służące wizualizacji i raportowaniu danych produkcyjnych, pozyskiwanych i przetwarzanych przez systemy na platformie KOS.

Oprogramowanie wykonane jest w technologii RWD - Responsive Web Design, co pozwala na stosowanie go zarówno na komputerach stacjonarnych, jak i urządzeniach mobilnych: smartfonach, notebookach, tabletach itp. Jest również doskonale skalowalne, co umożliwia wyświetlanie wielu okienek jednocześnie, w różnych rozmiarach, zgodnie z preferencjami użytkownika.

Ważne:
KOS - Responsive Web Design nie wymaga instalowania żadnych plików u Użytkownika. Wszelkie funkcje interfejsu są dostępne bezpośrednio w dowolnej przeglądarce internetowej przy zachowaniu reguł bezpieczeństwa.

Interfejs graficzny użytkownika spełnia następujące funkcje:

• ● logowanie do systemu ze zmianą hasła,
• ● korzystanie z menu,
• ● korzystanie z menu ulubionych,
• ● obsługę schematów synoptycznych,
• ● obsługę wykresów czasowych,
• ● konfigurowanie wykresów użytkownika,
• ● wprowadzanie danych ręcznych,
• ● wyświetlanie raportów,
• ● wyświetlanie helpów.

Szczegóły interfejsu

Interfejs graficzny administratora pozwala lokalnemu administratorowi, który zarządza użytkownikami systemu KOS:

• ● dołączać nowych użytkowników,
• ● usuwać użytkowników,
• ● przydzielać uprawnienia,
• ● przydzielać hasła startowe,
• ● określać czas wygaśnięcia hasła.

Projekt systemu na platformie KOS składa się w swojej części graficznej ze schematów, wykresów i raportów oraz list menu.
Wspomaganie wykonania projektu zapewnia interfejs graficzny projektanta.

Szczegóły interfejsu