Увидеть всё: визуализация данных, процессов и показателей эффективности с помощью ­SIMATIC WinCC Open Architecture 3.18

Рассматриваются ключевые нововведения и усовершенствования, реализованные в SCADA-системе SIMATIC WinCC Open Architecture версии 3.18: принципиально новый инструмент для создания дашбордов, развитие возможностей пользовательских интерфейсов, расширения подсистемы архивирования исторических данных NGA, поддержка контейнеризации, новые драйверы, изменения в части обеспечения информационной безопасности.

Визуальное представление состояния и параметров функционирования управляемых объектов остается основным способом обмена информацией в задачах и процессах, связанных с принятием оперативных и стратегических решений человеком. Качество и скорость принятия таких решений определяются не только и не столько составом, количеством и достоверностью предъявляемых данных, но и в значительной степени формой их предъявления ли­цу, принимающему решение. Согласно многочисленным исследованиям (количественные результаты которых тем не менее различны или не верифицированы [1]), графическое представление в противовес отображению значений параметров в числовом ви­де существенно ускоряет восприятие информации и принятие решений на ее основе.

Современные технологии и подходы к визуализации данных позволяют перейти от традиционных индикаторов состояния процесса и значений контролируемых параметров, графиков, таблиц, сводных отчетов (зачастую перегруженных информацией и тяжелых для восприятия) и то­му подобного к активному взаимодействию с пользователем путем формирования адресной, актуальной и интуитивно понятной информации, обеспечивающей как повышение ситуационной осведомленности, так и контроль комплексных показателей эффективности. Такой современной визуализации свойственны минимализм, нейтральная цветовая гамма, активное использование анимации и актуальных когнитивных форм (спарклайны и другие формы простой инфографики, деревья, фракталы, различные ви­ды диаграмм и др.) [2, 3].

Именно средства визуализации стали центральным пунктом, получившим развитие в новой версии SCADA-системы SIMATIC WinCC Open Architecture (WinCC OA). Так, в WinCC OA версии 3.18 появился принципиально новый инструмент для быстрого создания дашбордов, позволяющий создавать собственные экраны показателей и вносить изменения в них в режиме онлайн, пользуясь простыми средствами конфигурирования, без необходимости традиционного для SCADA-систем «ручного» инжиниринга панелей. Кроме то­го, в WinCC OA версии 3.18 реализован ряд усовершенствований в плане развития возможностей пользовательских интерфейсов.

Не менее интересные и востребованные изменения произошли и в системной части: расширение подсистемы архивирования исторических данных NGA, поддержка контейнеризации, новые драйверы, изменения в части обеспечения информационной безопасности и ряд других.

Остановимся на ключевых нововведениях.

Инструмент для создания дашбордов

Этот принципиально новый инструмент в составе WinCC OA значительно облегчает процесс создания информационных панелей для отображения ключевых показателей – веб-дашбордов, обеспечивающих представление сложных данных в удобной и понятной форме. Дашборды, традиционно и активно используемые в связке с системами бизнес-аналитики, в задачах управления производственными процессами и системами также позволяют существенно упростить процесс принятия управленческих решений за счет наглядной и интерактивной визуализации данных, настраиваемой самим пользователем.

Рис. 1. Примеры дашбордов

Предлагаемый инструментарий позволяет адаптивно параметризовать и позиционировать элементы дашборда в любом месте и непосредственно во время просмотра с помощью специальных мастеров для индивидуализации пользовательских представлений. Примеры то­го, как могут выглядеть дашборды, созданные на ба­зе WinCC OA 3.18, показаны на рис. 1. Использование дашбордов, созданных с помощью нового инструмента, возможно и на мобильных устройствах (рис. 2).

Рис. 2. Пример дашборда на мобильном устройстве

Технически инструмент для создания дашбордов является конфигуратором веб-приложений с поддержкой различных виджетов. В частности, поддерживается возможность интеграции динамических SVG-объектов (Scalable Vector Graphics – масштабируемая векторная графика), что позволяет создавать специализированные пользовательские представления информации с помощью полностью конфигурируемых элементов. В то же время это могут быть как готовые виджеты, входящие в комплект поставки системы (рис. 3), так и сторонние динамические SVG-объекты – тем самым достигается практически безграничный простор для дизайна адресных и информативных дашбордов. Навигация между дашбордами осуществляется с помощью специального обзорного интерфейса, пример которого показан на рис. 4.

Рис. 3. Примеры виджетов, применяемых для создания дашбордов

Рис. 4. Пример обзорного интерфейса пользовательских дашбордов

Дашборд является полноценным веб-приложением и при работе обращается к собственному веб-серверу WinCC OA для доступа к запрашиваемым данным. Тем самым обеспечивается возможность использования для формирования дашбордов любых данных, имеющихся в системе WinCC OA.

В качестве типичных примеров применения нового инструмента можно назвать формирование сводных экранов показателей работы установок и цехов, экранов показателей энергоэффективности, экранов комплексных показателей эффективности производства в целом. Важно подчеркнуть, что дашборд – это не только актуальный подход к визуализации ключевых показателей работы производства, но и мощный аналитический инструмент, позволяющий контролировать тренды, выявлять и оценивать корреляцию между несколькими показателями, идентифицировать новые взаимосвязи и да­же строить прогнозы. Характерным и отличающимся от традиционного подхода к созданию диспетчерских мнемосхем и других экранов АСУ ТП является и сценарий применения: дашборды могут формироваться непосредственно диспетчерским персоналом и руководителями разного уровня «на ле­ту». Такое сочетание наглядного способа представления данных, аналитических возможностей и гибкости применения дает новые рычаги для непосредственного управления операционной эффективностью производства.

Развитие пользовательского интерфейса

Помимо выпуска нового инструмента для создания дашбордов в WinCC OA версии 3.18 появились и другие значимые нововведения для дальнейшего развития пользовательского интерфейса:
- добавлена библиотека индустриальных SVG-символов;
- добавлен новый тип диаграмм – древовидные карты (пример приведен на рис. 5);
- появилась возможность масштабирования экранных форм с различными типами адаптивного дизайна;
- расширены и усовершенствованы функции виджета Maps, позволяющего встраивать в экранные формы географические карты различных форматов (OpenStreetMap, Web Map Services или Google Maps);
- реализован дополнительный инструментарий для быстрого создания собственных диалоговых окон посредством настройки предопределенного набора панелей;
- добавлен простой переключатель для одномоментной активации «ночной» цветовой гаммы при отображении экранных форм (экспериментальная опция).

Рис. 5. Пример диаграммы древовидной карты в WinCC OA

В графическом редакторе GEDI добавлена возможность использования адаптивных коннекторов для графических объектов:
- соединяющие трубопроводы и коннекторы теперь могут подключаться к панелям-ссылкам;
- коннекторы автоматически маршрутизируются и адаптируются при перемещении объекта;
- коннекторы получили легко редактируемые соединительные точки.

Модуль конфигурируемого тренда (VarTrend) также значительно усовершенствован в целях обеспечения дополнительного удобства и простоты использования:
- панели с трендами теперь масштабируются адаптивно в целях оптимального использования отображаемого пространства;
- пользовательские конфигурации трендов могут сохраняться и загружаться;
- новые кривые/графики теперь можно добавлять с помощью drag & drop («перетаскивания»);
- реализованы обновленные контекстные меню для более удобного и современного пользовательского интерфейса;
- выбор временного интервала тренда происходит быстрее;
- появилась возможность копирования информации с панелей трендов через буфер обмена.

Есть ряд изменений и в части инструментария инжиниринга и программирования, в том числе:
- именованные цвета WinCC OA теперь могут быть использованы непосредственно в CSS-файлах;
- добавлена CTRL-функция Co­lumn Header Tooltip для виджета таблицы, которая позволяет задавать всплывающую подсказку для табличных заголовков;
- добавлены CTRL-функции для перемещаемых и фиксируемых (doc­ked) окон и виджетов (например, BLOB module Sa­ve Sta­te) для увеличения гибкости работы с настраиваемыми конфигурациями стыкуемых графических объектов;
- конфигурационный ключ Auto Downscale Threshold (который определяет предельный порог уменьшения масштаба экранных форм) теперь распространяет свое действие на все ти­пы пользовательских интерфейсов (Desktop UI, мобильный клиент, веб-клиент), при этом экранные формы автоматически подстраиваются под различные размеры дисплеев, уменьшаясь в размере, чтобы отображать всю видимую область.

Кроме того, обновление платформы Qt, на ба­зе которой в значительной степени реализована система WinCC OA, до версии 5.15.2 привело к общей оптимизации и обновлению всех платформенных компонентов системы.

Поддержка контейнеризации

Начиная с версии 3.18 системы на базе WinCC OA являются совместимыми с платформой контейнеризации Docker.

Docker – это открытая платформа для автоматизации развертывания, запуска и управления приложениями. С помощью Docker можно отделить приложение от инфраструктуры для упрощения его тестирования и доставки и упростить построение виртуализированных конфигураций на ба­зе платформы WinCC OA.

Docker позволяет «упаковать» приложение со всем его окружением и зависимостями в контейнер, который можно развернуть на другой операционной системе, а также предоставляет набор команд для управления этими контейнерами.

На рис. 6 приведена архитектура платформы Docker.

Рис. 6. Docker-контейнеры с WinCC OA на физическом Линукс-сервере

Вместе с дистрибутивом WinCC OA пользователям предоставляется Doc­kerfile, который является специальным текстовым файлом, содержащим набор инструкций по сборке Docker-образа. В свою очередь, на ба­зе данного образа запускается один или несколько Docker-контейнеров с целевым приложением на ба­зе WinCC OA. Фактически каждый Docker-контейнер является «выполняющимся» Docker-образом, запущенным из командной строки с нужными опциями.

Помимо обозначенных ранее применений данной технологии в целях автоматизации развертывания, запуска и управления приложениями для WinCC OA может быть актуально и весьма продуктивно использование Docker в рамках специфичных для платформы WinCC OA конфигураций. Например, при создании распределенных систем WinCC OA ли­бо для более полного использования имеющихся физических ресурсов оборудования можно развернуть несколько Docker-контейнеров с целевыми приложениями в рамках одного сервера или кластера серверов.

Расширение подсистемы архивирования исторических данных NGA

Напомним, целью создания подсистемы NGA, впервые появившейся в WinCC OA версии 3.17, бы­ла унификация механизмов подключения различных баз данных к системам на основе платформы WinCC OA, а также повышение производительности операций чтения/записи [4].

Благодаря модульной архитектуре NGA к системе WinCC OA может быть подключено одновременно несколько независимых баз данных. При этом в распределенных системах WinCC OA имеется возможность создавать в том числе одну или несколько общих БД, подключенных ко всем (или выбранным) узлам WinCC OA, что обеспечивает особый уровень гибкости при проектировании сложных распределенных систем.

Первой СУБД, используемой в новой модульной архитектуре NGA, стала InfluxDB – популярная специализированная СУБД для хранения временных рядов, оптимизированная как по компактности хранения данных, так и по скорости операций чтения/записи.

Теперь же, в версии 3.18, подсистема архивирования исторических данных NGA поддерживает дополнительно две новые СУБД – PostgreSQL и Microsoft SQL Server1 с обеспечением возможности параллельного архивирования одновременно в несколько выбранных (в том числе различных) баз данных. При этом все поддерживаемые в предыдущих версиях WinCC OA ба­зы данных (такие как HistoryDB и ORACLE) остаются доступными для использования по выбору разработчика (рис. 7).

Рис. 7. Архитектура подсистемы NGA в WinCC OA версии 3.18

Из новой функциональности подсистемы NGA, появившейся в WinCC OA версии 3.18, следует отметить:
- поддержку корректирующих значений;
- поддержку операций массового параметрирования;
- повышение производительности операций чтения/записи;
- поддержку резервированных сетевых подключений.

Теперь платформа WinCC OA позволяет с помощью подсистемы NGA работать одновременно с несколькими различными типами баз данных, при этом остается возможность создания дополнительных типов коннекторов на ба­зе предлагаемого разработчиками NGA API. Таким образом, одним из векторов развития NGA в ближайшем будущем является дальнейшее расширение перечня нативно поддерживаемых произвольных баз данных из числа наиболее востребованных и применяемых при работе с большими массивами данных.

Расширения подсистемы драйверов

Перечислим некоторые ключевые изменения и дополнения подсистемы драйверов WinCC OA версии 3.18:
- расширена поддержка стандарта OPC UA:
-- доступны серверные методы (возможность вызова OPC UA-клиентом функций на OPC UA-сервере);
-- возможно сопоставление алармов WinCC OA с уровнями опасности OPC UA;
-- расширены функции аудита;
-- возможно сопоставление кодов состояний OPC UA с битами качества WinCC OA;
- реализована поддержка протокола OMRON FINS2;
- реализована поддержка обмена данными с системами ЧПУ семейства SINUMERIK powerline3;
- обеспечивается поддержка ря­да ПЛК OMRON при обмене данными по протоколу Ethernet/IP;
- драйвер Modbus теперь позволяет использовать опцию In/Out при настройке типа адресации.

Развитие средств разработки

Традиционно при выпуске новой версии WinCC OA ряд усовершенствований коснулся средств разработки и инжиниринга.

- Редактор CTRL-сценариев:
-- добавлен интегрированный форматировщик кода;
-- реализована поддержка переходов к началу декларирования функций;
-- автозавершение теперь работает с подстрокой.

- Графический редактор GEDI:
-- реализован интегрированный инструмент оценки производительности (Performance Measurement);
-- события, которые можно использовать для написания обработчиков нажатия/отпускания/щелчка кнопки мы­ши для графических примитивов (а не только виджетов), теперь доступны для всех кнопок мыши;
-- инструмент поиска включает панели, сценарии, библиотеки, каталоги, конфигурационные файлы, файлы с перечнями точек данных, проектные папки – по выбору пользователя.

- Node-RED:
-- добавлена поддержка работы Node-RED в резервированных системах WinCC OA;
-- обеспечивается поддержка No­de-RED V1.0.

- Добавлены дополнительные клиентские функции для подключения и работы по протоколу WebSocket.

- Расширена интеграция с Active Directory.

Расширения в части информационной безопасности

Разработчики платформы WinCC OA традиционно уделяют повышенное внимание своевременной актуализации и дальнейшему развитию необходимого комплекса средств информационной безопасности.

Ключевые дополнения, появившиеся в WinCC OA версии 3.18, в данном аспекте:
- добавлены правила парольной политики, которые активируются по умолчанию (могут быть отредактированы или отключены);
- для драйвера TLS Gateway активирована опция шифрования (по умолчанию);
- для драйвера S7+ добавлена поддержка TLS4;
- интегрированы обновленные политики безопасности стандарта OPC UA (и применяются по умолчанию);
- в PKI-сертификатах, поставляемых разработчиком платформы WinCC OA, продлена да­та истечения срока действия5.

Выводы

Акцент на развитии инструментов и средств визуализации, сделанный при выпуске WinCC OA версии 3.18, отражает актуальный тренд в эволюции промышленных систем мониторинга и управления. Возможность создания собственных дашбордов и их изменений «на ле­ту» позволяет реализовать современные сценарии работы с промышленными данными, характерные для систем класса IIoT. В сочетании с расширенными средствами сбора и архивирования данных, а также системного инжиниринга WinCC OA версии 3.18 это открывает новые возможности как для развития существующих систем на ба­зе WinCC OA, так и для применения WinCC OA в новых задачах.

Статья опубликована в журнале «ИСУП»

статья на сайте журнала >>