- Любую автоматическую систему управления техническими системами разных уровней сложности (от роутера в домашней сети до гидроэлектростанции) можно в конечном итоге разделить на 3 основных уровня иерархии.
Самым нижним уровнем является уровень датчиков и исполнительных механизмов, которые устанавливаются непосредственно на технологических объектах. Их деятельность заключается в получении параметров процесса, преобразовании их в соответствующий вид для дальнейшей передачи на более высокую ступень (функции датчиков), а также в приеме управляющих сигналов и в выполнении соответствующих действий (функции исполнительных механизмов).
Средний уровень – уровень производственного участка.
Его функции:
- сбор информации, поступающей с нижнего уровня, ее обработка и хранение;
- выработка управляющих сигналов на основе анализа информации;
- передача информации о производственном участке на более высокий уровень.
Верхний уровень в системе автоматизации занимает т.н. уровень управления. На этом уровне осуществляется контроль за производством продукции. Этот процесс включает в себя сбор поступающих с производственных участков данных, их накопление, обработку и выдачу руководящих директив нижним ступеням. Атрибутом этого уровня является центр управления производством, который может состоять из трех взаимопроникающих частей:
1) операторской части,
2) системы подготовки отчетов,
3) системы анализа тенденций.
На верхнем уровне АСУ ТП размещены мощные компьютеры, выполняющие функции серверов баз данных и рабочих станций и обеспечивающие анализ и хранение всей поступившей информации за любой заданный интервал времени. а также визуализацию информации и взаимодействие с оператором. Основой программного обеспечения вырхнего уровня являются пакеты SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - системы управления и доступа к данным).
Промышленные контроллеры и компьютеры. расположенные на средне уровне АСУТП играют роль управляющих элементов. принимающих цифровую информацию и передающих управляющие сигналы.
Операционные системы контроллеров должны удовлетворять не только требованиям открытости, но и требованиям работы в режиме реального времени, была компактна и имела возможность запуска из ПЗУ или флеш-памяти. Также операционная система должна поддерживать работу в сетях Ethernet, Arcnet, Serial и Token Ring и обеспечивать более чем один путь для коммуникации, а также балансировку нагрузки в сетях. Если кабель или сетевая плата выходят из строя и связь прекращается, то система будет автоматически перенаправлять данные через другую сеть. Это предоставляет пользователю автоматическую сетевую избыточность и увеличивает скорость и надежность коммуникаций во всей системе.
Верхний уровень в системе автоматизации тесно связан с понятием «web-интерфейс». Веб-интерфейс — это совокупность средств, при помощи которых пользователь взаимодействует с технической системой (сайтом, базой данных) через веб-приложение. Практически всегда над его разработкой работает группа программистов. Веб-интерфейсы удобны тем, что дают возможность вести совместную работу сотрудникам, не находящимся в одном офисе, позволяют реализовать эргономичное управление техническими системами, отводя управляющим и исполняющим системам наиболее удобные зоны расположения.
Основные требования к качественным интерфейсам: кроссбраузерность (адекватное отражение в разных браузерах), удобность в пользовании для потребителя, наличие удобной панели навигации и еще многое другое.
Рассмотрим основные принципы работы и создания веб-интерфейса на примере системы управления базами данных (СУБД). Приведенные ниже способы реализации могут быть применены для любой системы, в том числе и технической.
В последнее время существует тенденция создания "красивых" мультимедийных Entranet приложений, содержащих много документов и объектов со сложной структурой. Для реализации таких приложений наиболее предпочтительно использовать объектные СУБД вследствие их способности быстро работать с данными сложной структуры. Основным протоколом при работе браузера c Internet является протокол HTTP (HyperText Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста). Этот протокол предполагает взаимодействие браузера (Web - клиента) c HTTP - сервером по принципу "вопрос - ответ", т.е. браузер посылает запрос HTTP – серверу на информацию, а Web – сервер отсылает клиенту сформированную HTML (HyperText Markup Language – язык разметки гипертекста страничку и "забывает" о клиенте.
Обычно, работа клиентов с базами данных также строится либо по принципу "вопрос - ответ", либо ориентирована на поддержание постоянного соединения "Login - Logout". По принципу "вопрос - ответ" обычно работают различные поисковые системы Internet. При таком подходе пользователи подают запросы на Web – сервер, сервер обрабатывает их и отсылает обратно клиенту.
Принцип поддержания постоянного соединения обычно предполагает проверку паролей пользователей и применяется в системах, где важным является разграничение прав доступа к информации. Такой принцип применяется в системах электронной почты, основанных на Web. При таком подходе Web – сервер вынужден на протяжении всего сеанса работы с базой данных хранить информацию о подключенном пользователе. По запросу Web - клиента "Logout" Web – сервер "отключает" пользователя. Подобный подход позволяет производить однократную проверку пароля при подключении с последующей передачей (при работе с базой) уникального идентификатора, однозначно определяющего конкретного пользователя на время всего сеанса работы. Такой уникальный идентификатор присваивается клиенту сервером и передается серверу при каждом запросе к базе данных. Если пользователь забудет отключиться от системы, через некоторое время Web – сервер сам его отключит.
При работе HTTP – сервера без СУБД его функции (с точки зрения пользователя) в основном сводятся к передаче дисковых HTML - файлов по запросам браузеров через сеть Internet/Intranet. Для работы с СУБД HTML – файлы должны формироваться динамически, заполняясь данными из базы данных. Эти функции обычно выполняют CGI (Common Gateway Interface – общий шлюзовой интерфейс) и ISAPI (Microsoft Internet Server Application Program Interface – интерфейс приложений Internet – сервера фирмы Microsoft) расширения. Оба типа расширений предназначены для придания "интерактивности" Web - сайту, возможности вести диалог с пользователем.
Информация может быть введена пользователем в управляющих элементах форм в HTML – страницах или передана посредством параметров строки запроса на сервер. Преимуществами CGI - скриптов являются их относительная независимость от платформы и высокая надежность. Под "надежностью" следует понимать безопасность работы HTTP - сервера: при ошибке в CGI - скрипте процесс скрипта будет аварийно завершен, а процесс HTTP - сервера не пострадает. Существенным недостатком CGI - скриптов является их относительно низкое быстродействие, что связано с накладными расходами на запуск процессов CGI - скрипта. Для каждого Web – клиента HTTP – сервер запускает новый процесс CGI – расширения. После отработки запроса каждый CGI – процесс завершается.
При обращении Web – клиента к ISAPI - расширению, соответствующая библиотека DLL загружается в адресное пространство сервера Microsoft Information Server и становится ее составной частью. Так как расширение ISAPI работает в рамках процесса сервера Microsoft Information Server, а не в рамках отдельного процесса, оно может пользоваться всеми ресурсами, доступными серверу. Это положительно сказывается на производительности системы.
Приложения ISAPI обеспечивают высокую производительность при использовании СУБД одновременно многими пользователями. Тем не менее, ISAPI расширения имеют недостаток - при ошибке CGI расширения аварийно завершается сам процесс CGI-расширения, ошибка же в ISAPI расширении может привести к аварийному завершению процесса самого Web - сервера. Поэтому необходима очень тщательная отладка ISAPI - расширений.
Возможный вариант промежуточного использования CGI - процессов для передачи информации между Web - сервером и процессом - сервером СУБД позволяет увеличить надежность системы путем достаточно простого введения внешних систем перезапуска сервера СУБД при ошибках. Но этот вариант был отклонен из-за потерь в производительности, являющихся существенными при характере работы СУБД, ориентированном на постоянное поддержание соединения с клиентами ("Login - Logout").
Одним из примеров информационно - поисковой системы является стандартный комплекс "Odb-Text" (сервер и клиенты), дополненный средствами разделения прав доступа, репликации баз данных и ISAPI - Web - расширением с несколькими утилитами для администрирования. Web - расширение может вызываться Web - серверами, работающими на платформах Windows 9x, Windows NT в 32-х разрядном режиме. Такими Web - серверами на сегодня являются Internet Information Server для платформ Windows NT и Personal Web Server для платформ Windows 9x.
Web - расширение представляет собой выполненный в виде DLL сервер "Odb-Text", и снабженный средствами динамической генерации HTML - страниц по данным из баз данных и стандартным интерфейсом ISAPI расширения.
Обычный сервер "Odb-Text" располагается на одной машине с Web - сервером и расширением ISAPI. Клиенты "Odb-Text", подключаясь к серверу "Odb-Text", могут просматривать, редактировать, удалять и добавлять документы в базы данных, с которыми работает сервер. Расширение ISAPI работает со своими базами. Когда администратор сочтет нужным, работа ISAPI - расширения корректно приостанавливается и происходит операция синхронизации - базы, с которыми работал сервер "Odb-Text", переписываются на место баз, с которыми работалo ISAPI - расширение. Так как операция модифицирования баз является сложной, то, с точки зрения надежности, целесообразно не ставить под угрозу работу Web-расширения и целостность баз данных, с которыми работает Web-расширение. Файлы баз, с которыми работает ISAPI - расширение, открываются только на чтение, что исключает их порчу по вине программных ошибок.
Ориентированный на поддержание постоянного соединения с клиентами сервер "Odb-Tеxt" заставляет ввести для каждого конкретного пользователя уникальный идентификатор, вырабатываемый с помощью хэш-функции. Этот идентификатор присутствует во всех данных, приходящих от браузера и служит для однозначной идентификации конкретного пользователя. При отправке пользователю сформированной HTML странички данный идентификатор вписывается во все ссылки и формы.
Пользователя нельзя однозначно идентифицировать с помощью IP адреса, так как некоторые программы могут маскировать IP - адреса пользователей. Сам протокол HTTP и специфика Internet изначально предназначены для работы в режиме "вопрос-ответ", а не рассчитаны на поддержание постоянного соединения клиента с сервером.
Если пользователь забыл отключиться от системы, вспомогательный поток отключит его сам через устанавливаемое в настройках ISAPI - расширения время.
Механизм синхронизации баз данных выдвигает дополнительное требование к ISAPI - расширению - оно должно уметь общаться с обычным сервером ИПС "ODB - Text", чтобы получить от него информацию о начале переключения баз.
Данная проблема решается с помощью механизма событий (Events), функционирующего на платформе Windows 32 бит. Отдельная вспомогательная процедура принимает событие от обычного сервера, дожидается окончания обработки всех обрабатываемых в данный момент запросов и входит в критическую секцию, не допуская обработки новых запросов. После выполнения переключения баз и обновления соответствующих им структур данных происходит подключение работающих с системой пользователей к новым базам и устанавливается флаг обмена баз в структуре данных, хранящей информацию о каждом конкретном пользователе. После очередного запроса от какого - либо пользователя, если флаг обмена баз установлен, происходит отсылка пользователю уведомления об обновлении баз.
Таким образом, технологии объектных СУБД создают предпосылки для создания распределенных корпоративных высоконадежных систем для критических приложений.
Литература:
Кирюшин О.В. Управление техническими системами: курс лекций. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003. – 80 с.
Интернет источник: http://www.inteltec.ru
