Опыт, накопленный ИНЭУМ за почти полувековую историю СМ ЭВМ от первых поколений до самых современных разработок, позволил реализовать новые (а точнее, “хорошо забытые старые”) подходы и в области инструментальных средств, представляющих эффективную технологию разработки автоматики высокой надёжности и низкой интегральной стоимости. Одной из ключевых разработок в этой части является инструментальная система CONField. Этот продукт позиционируется как CASE-система стандарта МЭК 1131-3, ориентирован на квалифицированных КИПовцев и инженеров КБ отечественных предприятий и позволяет создавать решения прикладных задач без посредничества программиста. Однако, CONField качественно отличается от традиционных CASE-систем. Основные отличия – значительное снижение стоимости решения малых задач и принципиально более высокая достижимая надёжность решений произвольных задач.

То есть, мы хотим сказать, что появление представленного продукта связано с некоторыми принципиальными ограничениями существующих на рынке систем разработки, и эти ограничения становятся всё более ощутимыми в реальной практике автоматизации.

Ограничения существующих систем

Вполне естественно, что существующие CASE и SCADA-технологии построения систем автоматизации уже достаточно хорошо отработаны, унифицированы и получили повсеместное распространение в десятках различных продуктов, реализующих единые базовые принципы. Мощный поток информации, отражающий позицию фирм - системных интеграторов и дилеров (бизнес), создаёт впечатление, что всё – хорошо, и надо просто грамотно выбрать решение из массы предлагаемых рынком средств.

Однако существует и более критический взгляд на ситуацию (не имеющий такой информационной поддержки), это взгляд – с позиций потребителя-производственника. И эта позиция такова – многие отечественные опытные заводы и мелкие производства, кровно заинтересованные в оснащении своей продукции/технологии современной автоматикой – отрезаны от современных технологий разработки и вынуждены применять устаревшие подходы с соответствующими затратами и результатом.

Причина такой ситуации - в том, что предлагаемые рынком технологии разработки автоматики и технические средства (PLC), развивавшиеся с 90-х г.г. на централизованных крупномасштабных системах с приоритетом “цена-на-канал”, НЕ масштабируются на малоканальные задачи (с числом каналов ввода-вывода порядка 10).

Корень проблемы – это уровень вычислительных ресурсов PLC, на которые рассчитывают существующие CASE-системы. Для множества малоканальных задач (от интеллектуальных датчиков до систем малой автоматики) в большинстве случаев применение этих средств оказывается недопустимо дорогим, не говоря уже об ограничениях, связанных с габаритами, конструктивным исполнением, электропотреблением, искробезопасностью для эксплуатации в опасных средах, климатическим исполнением и пр.

Кроме того, общепринятые подходы, применяемые для снижения цены канала в расчёте на большое их количество, плохо подходят для малоканальных систем. Например, номенклатура компонентов УСО большинства производителей PLC основана на разделении по типам каналов и не позволяет решить даже простейшую задачу менее чем 3 компонентами (при этом, компоненты дешевле 100 USD редко встречаются даже у отечественных производителей).

Таким образом, существующие средства разработки и PLC не предназначены для малых задач. И это - стабильная ситуация, поддерживаемая системными интеграторами и дилерами: на фоне дорогих решений не так заметны деньги, которые они запрашивают.

Неприятность этой ситуации для производственника – в том, что во многих случаях экономическая и организационная возможность создания предполагаемого решения а также его надёжность основана именно на выделении отдельных самостоятельных задач (как правило - малоканальных), и их независимом решении и в смысле конструктивной реализации, и по времени, и по деньгам.

В итоге, производственник во многих случаях либо вынужден отказаться от самостоятельной разработки и подстраиваться под существующие на рынке унифицированные спецрешения, либо начинает разрабатывать всё “с нуля” с соответствующими затратами, уровнем рисков разного рода и техническим результатом.

CONField

Разработанная ИНЭУМ CASE-система CONField – один из первых продуктов на рынке, рассчитанный на преодоление указанной проблемы.

В основе потребительских достоинств CONField – резкое снижение требований к ресурсам целевой системы. Вы можете программировать на графическом языке функциональных блок-схем (FBD МЭК 1131-3) дешёвые устройства, реализованные на самых распространённых 8- и 16- разрядных микроконтроллерах так же как и устройства на мощных 32- и 64- разрядных процессорах.

Это означает, что CONField доступны не только мощные контроллеры, но также недорогие универсальные и специализированные (функциональные) контроллеры, встраиваемая в оборудование спецавтоматика, интеллектуальные датчики и исполнительные механизмы, для разработки ПО которых (из-за неприменимости стандартных CASE-систем) ранее требовалось привлечение профессиональных программистов.

В основе указанных возможностей – ориентация (успешно реализованная в новых контроллерных сериях марки СМ) на выделение отдельным подзадачам отдельных вычислительных ресурсов. Исключение конкуренции многозадачного ПО за вычислительный ресурс позволило отказаться от применения сложных операционных систем реального времени (с такими их опасными функциями как динамическое выделение памяти, загрузка произвольного приложения и др.) и реализовать простой детерминированный программный автомат. На этой основе обеспечена простота и надёжность системного ПО, исключена возможность взаимовлияния его компонентов и радикально снижены требования к вычислительным ресурсам целевых систем.

Поддерживаемые платформы

CONField является открытой системой с точки зрения поддерживаемых микроконтроллерных платформ. В данный момент поддерживаются 8-разрядные микроконтроллеры с ядром Intel51 любого производителя, 8-разрядные микроконтроллеры семейства AVR Atmel, микропотребляющие 16-разрядные микроконтроллеры DSP Texas Instruments (MSP430), 16-разрядные микроконтроллеры Fujitsu (MB90FXXX), 32-разрядные ARM (в частности, Phillips LPC 210X) и, конечно, клоны Intel x86.

Области применения, в которых особенности CONField позволяют получить уникальные возможности:

Интеллектуальные датчики и энергонезависимые решения

Примером достоинств CONField является возможность разработки ПО интеллектуальных первичных преобразователей (датчиков/исполнительных механизмов) силами специалистов опытного завода, то есть, без привлечения квалифицированного программиста.

Одим из оптимальных вариантов технического решения в таких задачах являются 16-разрядные микроконтроллеры с архитектурой DSP фирмы Texas Instruments. Их микропотребление позволяет добиться сохранение функциональности сенсора при пропаданиях питания, создавать решения, рассчитанные на автономное питание, а также решения, рассчитанные на питание от линии связи. DSP-архитектура этих микроконтроллеров весьма эффективна для высокоскоростной обработки сигнала в реальном масштабе времени а разнообразие конфигурации портов ввода-вывода (АЦП, ЦАП, дискретные, ШИМ) и сетевых интерфейсов позволяют легко подобрать оптимальное решение для самых различных задач. При этом контроллер “вписывается” в исключительно малые габариты (например, печатная плата одного из созданных встраиваемых контроллеров имеет размер всего 31х36 мм).

Возможность применения CONField при создании микропотребляющих и энергонезависимых решений на базе специально подобранных серий микроконтроллеров позволяет преодолеть последнее преимущество старой автоматики на базе механики, сдерживавшее внедрение электроники, - независимость от электропитания. Многие системы аварийной защиты должны быть энергонезависимыми. То же касается систем учёта (счётчики).

Функциональные контроллеры (спецконтроллеры)

Ещё один пример возможностей применения CONField связан с повсеместной проблемой замены старой автоматики, пришедшей к пределу морального и физического износа. Эта автоматика строилась на базе функционально-законченных малоканальных устройств, таких как электронные регуляторы, механические реле и пр. Возможность их “поштучной” замены на с аналогичными функциями во многих случаях является наиболее привлекательной экономически, психологически и организационно. Часто недопустимо “снести” всё сразу, и речь может идти только о замене части действующей установ

Возможность реализации функционально-законченных решений в 1 устройстве является привлекательной во многих аспектах:

Во всех случаях унификация аппаратной реализации позволяет как поставщику, так и потребителю вложить деньги в контроллерные компоненты на складе и сократить время исполнения договоров.

Основные особенности реализации CONField

Одна из основных особенностей CONField – особое внимание живучести и надёжности самой среды разработки, исключающих возможность потери результатов или срыва выполняемых работ или из-за гипотетических проблем в системе разработки, компьютере и т.д. Это тем более важно, т.к. CONField является “открытой” модульной системой, находящейся в состоянии непрерывного развития. Основой безопасности CONField является его ядро. Это – минимальная система разработки, позволяющая выполнять весь объём работ без графической среды (с помощью описаний, выполняемых в любом текстовом редакторе) с незначительным снижением производительности. В таком виде CONField проходит обкатку в реальных проектах более 2 лет и является вполне надёжным инструментом.

Ещё одна важная особенность CONField – возможность сквозной разработки и обслуживания автоматики едиными средствами и в одной графической инструментальной среде. Язык функциональных блок-схем (FBD) весьма удобен как универсальное средство не только для формирования алгоритмов, но и для описания конфигурации сопряжения аппаратных средств, включая датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и даже компоненты автоматизируемого процесса.

Для “рисования” функциональных блок-схем CONField предоставляет обширную библиотеку алгоблоков, традиционно знакомых и понятных КИПовцам. Библиотека оптимальна на реализации самых различных алгоритмов аналоговой и цифровой обработки сигналов в задачах регулирования и логического управления, содержит около 300 компонентов и является “открытой” – при необходимости можно создать новый блок – “нарисовать” на языке FBD или написать на Си. Наряду с библиотекой постоянно пополняется архив готовых решений для типовых задач.

Создаваемые алгоритмы могут быть отлажены как на программном эмуляторе в самой среде разработке, так и реальной системе.

Ещё одной особенностью CONField является возможность решения задач SCADA-уровня также средствами языка FBD. При этом SCADA-система программируется как обычный контроллер. Отличие – лишь в специфическом наборе алгоблоков ввода-вывода: в данном случае это элементы привычного набора средств отображения и управления (кнопки, лампы, табло …). Таким образом, CONField имеет собственные средства компоновки SCADA-среды для обеспечения независимости соответствующей службы предприятия в вопросах обслуживания системы автоматики.

Важным достоинством CONField является то, что его освоение и применение не требует затрат времени на чтение документации. В результате, вся система автоматики может быть разработана и обслуживаться одним инженером КИПиА отечественного предприятия, что немаловажно при известном дефиците квалифицированных специалистов.

Перспективы развития CONField

CONField является “открытой” модульной системой, находящейся в состоянии непрерывного развития.

Выход данной версии продукта связан с завершением разработки графической среды проектирования, в которой были учтены плюсы и минусы многих графических систем.

В последней версии реализованы программные средства сопряжения (OPC, ODBC) с типовым ПО SCADA-уровня, применяемым технологическими и другими службами.

В списке ближайших задач:

Завершение

Технологии автоматизации и подходы разработчиков становятся всё в большей степени ориентированными на создание сетей функционально самостоятельных специализированных устройств. Так что появление CONField – закономерно и своевременно.

Назад