Aktuální vydání

celé číslo

05

2021

Perspektivy automatizace, umělá inteligence v automatizaci; prostředky automatizace v době lockdownu
celé číslo

Publikace dat z Wonderware FactorySuite do prostředí internet/intranet

Automa 8/2000

Ing. Pavel Průša,
Pantek (CS) s. r. o.

Publikace dat z Wonderware FactorySuite
do prostředí internet/intranet

Příspěvek obecně informuje o některých možnostech, které přinášejí internetové technologie do oblasti průmyslové automatizace a ukazuje jejich využití v praxi v softwarových produktech dodávaných společností Wonderware Corporation. Podrobněji jsou představeny produkty Wonderware FactorySuite Web ServerWonderware SuiteVoyager Portal Server.

1. Úvod
Internet je standardizovaná celosvětová datová síť poskytující služby využívané ve stále rostoucím počtu oborů lidské činnosti. Progresivní softwarové technologie (např. SSL, Digital Certificates), realizující zabezpečený přenos dat a otevírají internet i úlohám se zvýšenými nároky na bezpečnost.

Prostřednictvím internetu je v současné době běžně možné nejen uskutečňovat bankovní operace a obchody, účastnit se aukcí a zasílat důvěrné dokumenty, ale i sledovat a ovládat vzdálené výrobní technologie. Obrázek operátora „ladícího“ výrobní proces běžící na druhém konci světa z notebooku připojeného do sítě internet není již dávno záležitostí science-fiction.

Internetové technologie jsou rovnocenně použitelné i v interní podnikové síti – v tomto případě hovoříme o tzv. intranetu. Použitím vhodných softwarových nástrojů je možné zvýšit bezpečnost komunikačních sítí v podniku, zmenšit zatížení sítě na úrovni výroby (která bezprostředně slouží ke sledování a ovládání výrobní technologie), a je-li použit software schopný poskytovat data tzv. tenkým internetovým klientům (viz dále), lze ušetřit i mnoho času a finančních prostředků.

2. Internetové technologie v průmyslové automatizaci

2.1 Využití internetu pro sběr technologických dat
Se stále se zvětšující složitostí řízených technologií rostou i nároky na jejich řízení, správu a údržbu. Toto tvrzení platí zejména v případě rozlehlých distribuovaných technologií (potrubní systémy, vodárenská zařízení, ropné vrty) a odlehlých bezobslužných provozů.

Náklady na řízení, správu a údržbu takovýchto technologií a provozů lze minimalizovat propojením jednotlivých podsystémů s centrálním řídicím centrem – velínem – otevřeným komunikačním systémem založeným na běžně uznávaných komunikačních protokolech a standardizovaných přenosových prostředcích.

Vybudování a údržba vlastní sítě propojující jednotlivé provozy závodu nebo podniku představují zpravidla nákladné, a proto neefektivní řešení.

Východiskem v mnoha případech může být využití sítě Internet. Ta je, díky podpoře všeobecně uznávaných standardů (TCP/IP, HTTP, SHTTP), celosvětově rozšířená, a uskutečnění projektu se v takovém případě zjednoduší na realizaci mnohem kratších datových spojů mezi vzdálenými provozy a jim nejbližšími přípojnými místy do sítě Internet.

Správa těchto datových spojů je pak zpravidla záležitostí poskytovatelů služeb internetu a data z připojených technologických systémů (výrobní data) jsou přístupná všem oprávněným uživatelům připojeným k internetu kdekoliv na světě.

2.2 Prohlížeč internetu – jednoduché vizualizační rozhraní
Moderní komplexní řídicí systémy průmyslové automatizace shromažďují značná množství dat důležitých pro stále širší spektrum uživatelů na všech úrovních podniku od výrobních provozů až po oblast ekonomicko-správní.

Někteří z těchto uživatelů (operátoři, mistři) potřebují komfortní a účinné prostředky k nepřetržitému sledování a ovládání svěřených výrobních úseků. Jde o klasické uživatele softwarových systémů pro sběr dat, vizualizaci a dohled nad technologickými procesy označovanými jako SCADA/HMI, jakým je např. známý program Wonderware InTouch (viz [1], [2], [3]).

Existuje však také početná skupina uživatelů, kteří údaje z výroby nevyžadují nepřetržitě a spíše než živá data je zajímají vybrané souhrnné údaje (výrobní nebo hospodářské výsledky, údaje o zmetkovitosti, údaje o rozpracované výrobě apod.). Těmto uživatelům může k získávání informací postačovat rozhraní mnohem jednodušší než systém kategorie SCADA/HMI, a to běžný prohlížeč internetu.

Internet se z původně textové podoby během let svého vývoje změnil na interaktivní grafické prostředí připomínající stávající vizualizační systémy kategorie HMI. Jelikož pořízení stanic osazených pouze operačním systémem a běžným prohlížečem internetu (a tudíž s mnohem menšími požadavky na hardware, než mají klasické systémy kategorie SCADA/HMI) je podstatně levnější, lze předpokládat značné rozšíření této strategie přístupu k datům i v oblasti firemních intranetů.

2.3 Internetová/intranetová komunikace ve zkratce
Data jsou do sítě internet prezentována zpravidla prostřednictvím služby WWW. Předávají se mezi internetovými servery a klienty.

Internetový klient je počítač žádající o vrácení dokumentů, které specifikuje pomocí adresy, označované jako URL, zatímco internetový server je počítač, na kterém je v činnosti software schopný odpovídat na požadavky internetových klientů, tj. zasílat klientům žádané dokumenty.

Klient a server komunikují pomocí protokolů HTTP nebo SHTTP [8].

Internetový server může předávat internetovým klientům soubory přímo zapsané v některém standardně podporovaném formátu, jako např. HTML nebo XML. Na straně internetového klienta je možné zaslaný dokument prohlížet v běžném prohlížeči internetu. V takovém případě mluvíme o tenkém internetovém klientovi (thin client). Internetový server však může data předat i v jiném než standardizovaném formátu. V takovém případě musí na straně klienta běžet speciální software, který je schopen předaná data zpracovat a zobrazit. Jde o tzv. tlustého klienta (thick client). Obě řešení mají své výhody i nevýhody.

Řešení s tlustými klienty poskytuje uživatelům internetu veškerý komfort. Protože po internetu jsou přenášena pouze data bez formátovacích znaků, která lze navíc komprimovat, vynikají řešení s tlustými klienty velkou rychlostí přenosu. Jejich nevýhodou je, že na klientských PC musí být instalovány programy schopné předaná data zpracovat do žádané podoby, což řešení prodražuje, zvláště při větším počtu internetových/intranetových klientů. Náročnější je i údržba takového systému. Software i hardware klientských stanic často vyžadují s novou verzí aplikačního programu aktualizaci (upgrade).

Naproti tomu řešení s tenkými klienty vystačí na klientské straně s kancelářským PC, na kterém může být nainstalován pouze operační systém a standardní prohlížeč internetu. To v praxi znamená mnohem menší náklady na pořízení a údržbu klientských PC. Nevýhodou však je, že přenášená data nelze komprimovat a že grafická interpretace dat je většinou zjednodušená v důsledku omezení daných možnostmi formátu použitého pro přenos dat. Nevýhody tenkého klienta lze částečně potlačit použitím appletů Java, objektů ActiveX a nově nastupujících standardů XML a VML – viz dále.

3. Internetové/intranetové technologie firmy Wonderware

3.1 Internetová strategie firmy Wonderware
Firma Wonderware nabízí uživatelům obě zmíněné varianty přístupu k výrobním datům, tj. prostřednictvím tlustého i tenkého klienta.

Produkt Wonderware FactorySuite Web Server umožňuje poskytovat data z aplikací softwarové rodiny Wonderware FactorySuite [1] vzdáleným aplikacím InTouch a InTouch FactoryFocus, aplikaci InSQL Report a klientským objektům ActiveX (pro přístup k datům uloženým v databázi IndustrialSQL Server [4]).

Nový produkt Wonderware SuiteVoyager Portal Server je schopen předávat požadované technologické údaje tenkým internetovým nebo intranetovým klientům, tj. počítačům vybaveným pouze operačním systémem (Windows, Mac, Unix) a běžným prohlížečem internetu (Microsoft Internet Explorer 5.x).

Oba nové produkty těsně spolupracují s rodinou FactorySuite 2000, ve které nahrazují předchozí, podstatně jednodušší produkt Scout.

3.2 FactorySuite Web Server

3.2.1 Představení produktu
FactorySuite Web Server je nadstavbou produktu Microsoft Internet Information Server (v operačním systému Windows NT Server, Windows 2000 Server a Windows 2000 Advanced Server) nebo Peer Web Server (v prostředí operačního systému Windows NT Workstation).

Data z FactorySuite 2000 zpřístupňuje FactorySuite Web Server do sítě Internet tak, že na vlastní síti komunikuje s poskytovateli dat pomocí protokolů Wonderware SuiteLink nebo Wonderware NetDDE a s internetovými klientskými aplikacemi prostřednictvím protokolů HTTP nebo SHTTP. Tvoří tak datovou bránu pro živá data, historická data a výstražná hlášení. Dále poskytuje centrální prostor pro správu a distribuci publikovaných aplikací programu InTouch.

3.2.2 Poskytovatelé dat pro FactorySuite Web Server
Data pro FactorySuite Web Server mohou poskytovat:

  • aplikace podporující komunikaci DDE nebo SuiteLink, tj.:
    – Wonderware InTouch (i starší verze),
    – komunikační I/O servery (od různých dodavatelů),
    – Wonderware InControl,
    – Microsoft Excel atd.,
  • komunikační OPC (OLE for Process Control) servery (od různých dodavatelů),
  • Wonderware IndustrialSQL Server.

3.2.3 Klientské aplikace pro FactorySuite Web Server
K datům publikovaným produktem FactorySuite Web Server mohou přistupovat tyto klientské aplikace:

  • InTouch Runtime 7.1 a MS Internet Explorer 5.x,
  • InTouch FactoryFocus 7.1 a MS Internet Explorer 5.x,
  • klientské objekty ActiveX z ActiveFactory (pro IndustrialSQL Server) vložené v libovolném kontejneru ActiveX,
  • InSQL Report (pro IndustrialSQL Server).

Uvedené klientské aplikace mají funkční schopnosti tlustých klientů.

Uživatel internetové aplikace InTouch může tedy i z prostředí internetu sledovat a ovládat řízenou technologii stejně, jako kdyby provozoval zdrojovou aplikaci programu InTouch na běžné místní síti s poskytovateli dat. Podporován je také přístup k historickým datům uloženým zdrojovými aplikacemi InTouch nebo IndustrialSQL Server. Je umožněna i správa výstražných hlášení (alarmů).

Obr. 1.

Klientské aplikace InTouch je možné provozovat buď v běžném prostředí InTouch WindowViewer (runtime), nebo vložené v okně prohlížeče MS Internet Explorer (obr. 1).

Klientské objekty ActiveX umožňující komfortní přístup k databázi IndustrialSQL Server mohou být vloženy přímo v aplikaci InTouch nebo v jiném kontejneru ActiveX.

3.2.4 Publikace aplikací InTouch
V prostředí FactorySuite Web Server lze stávající aplikace InTouch publikovat téměř beze změn.

Jako vzdálené je možné provozovat také aplikace s menším počtem proměnných, než má zdrojová aplikace (levnější licence), nebo naopak aplikace složené z několika různých zdrojových aplikací.

Snadno lze navrhnout i speciální aplikaci InTouch komunikující pouze s I/O servery jako poskytovateli dat (např. vzdálená bezobslužná pracoviště bez zdrojových aplikací InTouch).

Klientská aplikace InTouch může současně přistupovat i k několika aplikacím produktu FactorySuite Web Server běžících v různých lokalitách.

K publikaci aplikací InTouch slouží nástroj Application Publisher, který je schopen publikované aplikace zkomprimovat a zabalit do podoby vhodné ke stažení internetovými klienty.

3.2.5 Zabezpečení
Zabezpečení přístupu k publikovaným aplikacím InTouch a dalším datům od poskytovatelů dat je zajištěno prostředky Windows NT a prostředky produktu Internet Information Server, popř. Peer Web Server.

Přenos dat může být zabezpečen použitím protokolů SSL a Digital Certificates. K bezpečnosti komunikace přispívá i neveřejný formát přenášených dat.

Změna obsahu proměnných u poskytovatelů dat z klientských aplikací může být v konkrétní konfiguraci aplikace FactorySuite Web Server zakázána.

3.2.6 FactorySuite Web Server – souhrn výhod
Řešení s produktem FactorySuite Web Server zajišťuje komfortní prezentaci dat na klientských počítačích s možností sledovat i ovládat vzdálené technologie, přistupovat k historickým datům a potvrzovat výstražná hlášení. Existující aplikace InTouch mohou být publikovány téměř bez úprav. V důsledku komprese dat se dosahuje maximální možné propustnosti datového spoje. Dále je umožněna komunikace s několika aplikacemi FactorySuite Web Server současně. Použitím prostředků, které nabízejí Windows NT a Internet Information Server, a podporou protokolů SSL a Digital Certificates je zároveň zajištěna vysoká úroveň bezpečnosti publikovaných aplikací i přenosu dat.

3.2.7 Nevýhody řešení s tlustými klienty
Jak již bylo uvedeno, hlavní nevýhodou architektury s produktem FactorySuite Web Server je nutnost instalovat na všechna klientská PC speciální software, což v případě, že je požadován přístup většího počtu klientů, prodražuje celkové řešení. Nezanedbatelnou položkou jsou také provozní náklady na údržbu klientských PC (upgrade operačního systému při nové verzi, upgrade klientského aplikačního softwaru a s tím často související upgrade hardwaru).

Zvláště při větším počtu internetových nebo intranetových klientů, kteří nevyžadují nepřetržité připojení, se vyplatí tradiční architekturu nahradit nebo kombinovat s architekturou s tenkými klienty použitím produktu Wonderware SuiteVoyager Portal Server.

3.3 Internetový portál SuiteVoyager Portal Server

3.3.1 Představení produktu
Název SuiteVoyager Portal Server (dále jen SuiteVoyager) označuje integrované interaktivní internetové stránky určené pro přístup k technologickým (výrobním) datům. K dispozici jsou nástroje a programy pro rychlý přístup klientů k žádaným informacím, k ochraně před neoprávněnými přístupy a k monitorování návštěvnosti portálu.

Portál SuiteVoyager je velmi dobře dostupný. S daty může současně pracovat i více než 300 klientů.

Kromě klasických grafických zobrazení technologických procesů (HMI) obsahuje portál nástroje pro přístup k historickým datům, pro správu výstražných hlášení, pro tvorbu výrobních reportů, odkazy na soubory z prostředí Microsoft Office atd.

3.3.2 Princip činnosti a hlavní vlastnosti
Grafická zobrazení (okna) aplikací InTouch jsou exportována do formátů XML a VML [8] pomocí nástroje InTouch XML Window Exporter, který je schopen v těchto formátech popsat všechny základní komponenty příslušných oken, jako jsou čáry, kruhy, mnohoúhelníky, symboly, bitmapy, komplexní objekty z prostředí InTouch (wizards), objekty z knihovny Symbol Factory, uživatelské zadávací dialogy, potenciometry, tlačítka, texty, objekty ActiveX, okna atd.

SuiteVoyager shromažďuje vygenerované soubory a doplňuje jimi sadu rámců, které aplikuje na živá data, výstražná hlášení a historická data získaná z aplikací FactorySuite (InTouch, IndustrialSQL Server, AlarmSuite a InControl, z I/O serverů atd.). Výsledek je zasílán klientům ve formátech XML a VML.

Jako klientská aplikace s přístupem k datům obsaženým v aplikaci SuiteVoyager je podporován prohlížeč internetu Microsoft internet Explorer (obr. 1) od verze 5.0 výše (freeware).

SuiteVoyager má implementovánu několikajazyčnou podporu. Detekuje nastavení prohlížeče přistupujícího uživatele a vrací žádané dokumenty v odpovídajícím jazyce.

SuiteVoyager je navržen pro činnost s operačními systémy Windows NT Server, Windows 2000 Server a Windows 2000 Advanced Server a využívá služeb produktu Microsoft Internet Information Server (freeware).

3.3.3 Formáty XML a VML
Již bylo zmíněno, že SuiteVoyager zasílá klientům data zapsaná v souborech formátu XML a VML. Výhodami těchto formátů jsou rozšiřitelnost (je možné definovat vlastní elementy, atributy, entity a notace) a strukturovanost.

Soubor XML neobsahuje žádné formátovací znaky. Informace o tom, jak mají být data souboru XML zobrazena v prohlížeči, je zapsána v souboru XSL. Jeden soubor XSL může být použit i pro formátování většího počtu souborů XML.

Oddělením dat a formátovacích znaků výrazně vzrůstá přehlednost dat a zmenšuje se velikost souborů předávaných mezi klientem a serverem (ve srovnání s protokolem HTML až o 80 %).

3.3.4 Bezpečnost
Součástí produktu SuiteVoyager je program Security Manager, který zabezpečuje přístup k publikovaným datům. Velmi těsně spolupracuje se zabezpečením, které používají Windows NT a Internet Information Server, a podporuje protokol SSL.

Obr. 2.

3.3.5 SuiteVoyager – souhrn výhod
Nejvýznamnější vlastností portálu SuiteVoyager je schopnost předávat data tenkým internetovým klientům. Tyto klientské počítače mohou být v minimální konfiguraci vybaveny pouze operačním systémem a prohlížečem internetu – programem MS Internet Explorer od verze 5.0. Při změně provozované aplikace se změny automaticky promítnou na všech tenkých klientech bez potřeby změnu implementovat jednotlivě na všechna klientská PC. Klientské aplikace jsou rovněž zcela nezávislé na verzi programového vybavení portálového serveru SuiteVoyager. V porovnání s produktem FactorySuite Web Server jsou však objem a kvalita přenášené grafické informace limitovány možnostmi formátů XML a VML. SuiteVoyager má implementovánu několikajazyčnou podporu a data jsou zabezpečena před zneužitím neoprávněnými osobami. Oprávněný klient může sledovat i ovládat zobrazované technologie.

3.4 Příklady internetových architektur FactorySuite 2000
Pro ilustraci předchozího výkladu představíme nyní dvě ukázkové architektury.

V architektuře na obr. 2 je použit FactorySuite Web Server spolu s tlustými klienty. Počítač hostící FactorySuite Web Server je v tomto příkladu vybaven dvěma síťovými kartami. Zpřístupňuje data od poskytovatelů dat do sítě internet a současně odděluje podnikovou síť (intranet) s administrativními klienty od rušné „technologické“ sítě, čímž zvětšuje bezpečnost na ní provozovaných technologických aplikací.

FactorySuite Web Server je schopen optimalizovat dotazy z několika klientských aplikací. Poskytovatelům dat se pak všichni internetoví i intranetoví klienti jeví jako jediný „náročnější“ klient s mnohem menším vlivem na zatížení „technologické“ sítě.

Jako klientské aplikace jsou použity standardní aplikace InTouch (pro obousměrnou komunikaci, tedy včetně možností zásahů do řízené výrobní technologie) nebo InTouch FactoryFocus (pouze sledování, bez možností zásahů) a objekty InSQL ActiveX (pro přístup k datům uloženým v databázi IndustrialSQL Server).

Internetová nebo intranetová část mohou být samozřejmě v konkrétní aplikaci vynechány.

Obr. 3.

Na obr. 3 je architektura s produktem SuiteVoyager a tenkými klienty. Část architektury s poskytovateli dat je obdobná jako v předchozím případě s tlustými klienty. SuiteVoyager také odděluje síť na úrovni výroby od sítě podnikové a zprostředkovává přístup z tenkých intranetových i internetových klientů (vybavených pouze prohlížečem MS Explorer) k datům ze vzdálených aplikací InTouch, I/O serverů nebo serverů OPC a z databáze IndustrialSQL Server.

V konkrétních případech řídicích systémů lze samozřejmě obě zmíněné architektury kombinovat. Další příklady architektur jsou k dispozici v [5], [7].

4. Závěr
Integrovaná rodina softwarových produktů pro průmyslovou automatizaci Wonderware FactorySuite 2000 obsahuje dva produkty pro publikaci výrobních (technologických) dat do sítí internet a intranet – FactorySuite Web Server a SuiteVoyager Portal Server.

FactorySuite Web Server rozšiřuje funkce oblíbeného vizualizačního systému InTouch o možnost komfortního přístupu ke vzdáleným technologickým procesům odkudkoliv z prostředí internet/intranet (tlustý klient).

SuiteVoyager Portal Server nabízí o něco méně komfortní, avšak z hlediska klientských pracovišť levnější řešení, spočívající ve zpřístupnění požadovaných dat běžnému internetovému prohlížeči (tenký klient).

V obou případech jde o velmi výkonné a optimalizované řešení, které podstatně rozšiřuje možnosti přístupu oprávněných uživatelů k požadovaným výrobním údajům téměř z kteréhokoliv místa na světě.

Názvosloví:
DDE – Dynamic Data Exchange
komunikace mezi procesy používající sdílenou paměť pro výměnu dat mezi aplikačními programy v prostředí Windows
Digital Certificates
ověřování oprávnění přistupovat k datům serveru pomocí digitálního podpisu
HTML – HyperText Markup Language
světově rozšířený standard sloužící k zápisu dokumentů a jejich formátování pomocí uzavřené množiny formátovacích značek (tagů)
HTTP – Hyper Text Transfer Protocol
protokol sloužící ke komunikaci mezi internetovými servery a klienty
OLE – Object Linking and Embedding
mechanismus umožňující uživatelům automaticky vytvořit dokumenty složené z objektů vytvořených různými aplikačními programy
OPC – OLE for Process Control
sada definic objektů OLE určená pro sběr dat z výrobních procesů a řízení strojů a technologií
SCADA/HMI – Supervisory Control and Data Acquisition/Human-Machine Interface
softwarové systémy pro sběr dat, vizualizaci a dohled nad technologickými procesy
SHTTP – Save HyperText Transfer Protocol
protokol zajišťující bezpečný přenos dokumentů v internetu
SSL – Secure Sockets Layer
protokol zajišťující bezpečný přenos dat v internetu
TCP/IP – Transmission Control Protocol/Internet Protocol
soubor protokolů pro propojování heterogenních sítí
URL – Unique Resource Locator
jednotný lokátor zdroje: označení adresy informačního zdroje (dokumentu) v síti internet
VML – Vector Markup Language
obdoba jazyka XML pro zápis a přenos vektorových dat
WWW – World Wide Web
služba sítě Internet: distribuovaný informační systém typu klient/server používající větší počet protokolů pro přenos dat
XML – eXtended Markup Language
rozšiřitelný jazyk využívající značek, určený pro zápis strukturovaných dat
XSL – eXtended Stylesheet Language
soubor obsahující množinu pravidel pro transformaci souboru XML na jiný soubor XML nebo na soubor formátu HTML, který je možné zobrazit v prohlížeči
Literatura:

[1] ČERVENKA, Z.: Současné trendy v průmyslovém automatizačním softwaru pro průmyslovou automatizaci. AUTOMA, 6, 2000, č. 3, s. 46-51.

[2] VAVŘINKOVÁ, N.: SCADA/HMI Wonderware InTouch – příklady aplikací v České republice. AUTOMA, 5, 1999, č. 5-6, s. 22-25.

[3] JARKA, J.: Wonderware InTouch 7.0 – nová verze softwaru pro aplikace SCADA/HMI. AUTOMA, 4, 1998, č. 5-6, s. 38-44.

[4] NIKL, J.: Wonderware IndustrialSQL Server 7.1 a příklady aplikací v ČR. AUTOMA, 6, 2000, č. 6, s. 2-7.

[5] http://www.pantek.cz

[6] http://www.wonderware.com

[7] http://internet.wonderware.com

[8] http://www.w3c.org