О разработке автоматизированной системы контроля норм технологического режима
Перед нашей компанией была поставлена задача разработки системы контроля норм технологического режима (далее – НТР), которая должна стать частью функционирующей на производстве интегрированной информационно-технологической системы (далее – ИИТС). Данная система должна осуществлять мониторинг за технологическим процессом производств в режиме реального времени и производить оценку отклонений фактических параметров технологического режима от заданных нормативов, предоставляя выходные расчетные и графические отчеты.
Основные требования к системе:
- Автоматическое считывание значений технологических показателей из системы сбора и распределения данных в режиме реального времени, их хранение и обработку;
- Ручной ввод, хранение и обработку значений технологических и аналитических показателей;
- Оценку количественного уровня попадания технологических и аналитических показателей в заданный диапазон колебаний;
- Оценку группы статистических показателей для технологических и аналитических показателей (минимум, максимум, среднее значение, размах колебаний);
- Расчет количества нарушений норм технологического режима для технологических и аналитических показателей;
- Формирование статистических отчетов по технологическим и аналитическим показателям режимов производства за различные периоды времени;
- Формирование статистических отчетов по деблокировочным ключам;
- Графическое отображение статистики нарушений за различные периоды времени;
- Экспорт отчетов в документ Microsoft Excel.
Анализ требований
Специфика обрабатываемых и хранимых в подсистемах ИИТС данных требует использования двух типов баз данных (далее – БД): реляционной БД и базы данных реального времени (далее – БДРВ).
БДРВ оптимизирована для хранения большого объема технологических данных, поступающих в реальном времени с уровня распределенной системы управления (далее – РСУ) и автоматизированной системы управления технологического процесса (далее – АСУ ТП), в то время как реляционные БД больше ориентированы на обработку и хранение данных, редко изменяемых во времени.
Для решения задачи связи этих типов БД мы воспользовались сервис-ориентированной архитектурой (SOA, service-oriented architecture). SOA – модульный подход к разработке программного обеспечения, основанный на использовании распределенных, слабо связанных заменяемых компонентов, оснащенных стандартизированными интерфейсами для взаимодействия по стандартизированным протоколам.
Выбор компонентов
В качестве основных поставщиков программного обеспечения (далее – ПО) для проектируемой подсистемы выбраны компании Oracle и OSISoft. Обе компании являются мировыми лидерами в своих областях.
База данных реального времени
Компания OSISoft предоставляет своим клиентам систему «PI System» – систему, обеспечивающую сбор, хранение и предоставление в едином формате данных от различных источников. Фундаментом PI System является Universal Data Server (далее – UDS). Это базовый структурный элемент системы, который выполняет функции сбора и распределения данных в режиме реального времени по всем приложениям PI System.
UDS полностью интегрируется не только с архивом PI Data Archive, но и со множеством сторонних хранилищ данных, таких как, например, провайдеры данных OLEDB, Oracle и Microsoft SQL Server, а также с архивами иных производителей, таких как Honeywell PHD и Aspentech IP/21. Благодаря UDS существует уникальная возможность работы всего предприятия с единой базой информации реального времени.
В основе UDS лежит PI Data Archive – специализированная база данных для хранения данных временных рядов, с уникальным алгоритмом сжатия и скоростью восстановления данных. PI DataArchive является единым хранилищем, где все важнейшие технологические данные могут храниться годами, предоставляя пользователю оперативную и архивную информацию, необходимую для понимания и управления технологическими процессами на предприятии. На начало разработки системы НТР предприятие заказчика использовало систему PI System версии 3.4.
Реляционная база данных
В качестве реляционной БД выбрана базовая платформа Oracle Database компании Oracle. Все программные продукты Oracle Database созданы на базе единой надежной архитектуры ядра СУБД.
Основные преимущества использования такой платформы:
- масштабируемость,
- простота модернизации,
- надежность,
- доступность.
На момент начала разработки у заказчика была последняя версия: Oracle Database Enterprise Edition 11g R2.
Построение архитектуры системы
Сервис-ориентированная архитектура строится на принципах многократного использования функциональных элементов информационных технологий, ликвидации дублирования функциональности в ПО, унификации типовых операционных процессов, обеспечения перевода операционной модели компании на централизованные процессы и функциональную организацию на основе промышленной платформы интеграции.
Компоненты программы могут быть распределены по разным узлам сети, и предлагаются как независимые, слабо связанные, заменяемые сервисы-приложения. Программные комплексы, разработанные в соответствии с SOA, часто реализуются как набор веб-сервисов, интегрированных при помощи известных стандартных протоколов (SOAP, WSDL, и т. п.)
Интерфейс компонентов SОА-программы предоставляет инкапсуляцию деталей реализации конкретного компонента (ОС, платформы, языка программирования, вендора, и т. п.) от остальных компонентов. Таким образом, SOA предоставляет гибкий и элегантный способ комбинирования и многократного использования компонентов для построения сложных распределенных программных комплексов.
SOA хорошо зарекомендовала себя для построения крупных корпоративных программных приложений. Целый ряд разработчиков и интеграторов предлагают инструменты и решения на основе SOA (например, платформы Oracle/BEA, JBoss SOA Platform, IBM Web Sphere). В данном проекте было принято решение использовать программный пакет Oracle SOA Suite производства компании Oracle.
OracleSOASuite
Oracle SOA Suite – это комплексный, поддерживающий возможность оперативного подключения программный пакет, предназначенный для построения и развертывания сервис-ориентированной архитектуры, а также управления ею. Для компонентов, входящих в состав пакета, предусмотрен ряд общих функций, в том числе общий инструментарий, единая модель развертывания и управления, сквозная система безопасности и единое управление метаданными.
Oracle SOA Suite содержит все функции, необходимые для того, чтобы:
- подключаться к практически любым источникам данных, технологиям (средств обмена сообщениями, БД и т. п.), приложениям или партнерским системам через единую инфраструктуру передачи данных, содержащую адаптеры, а также шлюз B2B и встроенную интеграцию с пакетом Oracle Data Integration Suite;
- маршрутизировать, преобразовывать и виртуализировать службы с помощью шины Oracle Service Bus, обеспечивающей высокую степень масштабируемости;
- выполнять композитные приложения SOA посредством единой оптимизированной инфраструктуры: инфраструктуры служб SOA, построенной на основе распределенной сети приложений, Web Logic Server, JRockit и Coherence;
- обеспечивать согласованную защиту всех служб с помощью, основанной на политиках, интегрированной инфраструктуры безопасности и диспетчера глобальных политик в составе Enterprise Manager. Основное наше внимание было уделено продукту Oracle Weblogic Suite.
OracleWeblogicSuite
Oracle Web Logic Suite является ключевой составляющей семейства Oracle Fusion Middleware, формирующей основу распределенной сети приложений. Он предоставляет возможность объединения приложений в пул общих серверов, обеспечивая высокую производительность и КПД. Это лучший фундамент Java для инфраструктуры и приложений Oracle. Среда выполнения Java, используемая Oracle Web Logic Suite – Oracle JRockit, являющаяся быстрейшей в мире виртуальной машиной Java (JVM). Среда Oracle JRockit оптимизирована для работы на современных многоядерных процессорах для достижения максимального КПД.
Разработка пользовательского интерфейса выполнялась на Java SDK 1.6.
Реализация
В настоящее время система НТР успешно интегрирована в состав ИИТС предприятия. По своей сути она представляет собой классическую трехзвенную архитектуру (клиент – сервер приложения – сервер БД).
При этом, система состоит из нескольких независимых или слабо зависимых друг от друга подсистем, что позволяет легко настраивать и переносить систему на другие предприятия.
Состав системы:
- подсистема хранения данных;
- подсистема обработки данных;
- подсистема взаимодействия с пользователем;
- подсистема управления.
Подсистема хранения данных
Система НТР изолирована от внешних источников данных. Она предоставляет несколько интерфейсов для загрузки данных в систему, включая ручной ввод. Все загружаемые данные помещаются в единое хранилище (унифицированное) для дальнейшего использования подсистемой обработки данных.
Предусмотрено архивирование или удаления устаревших данных.
Подсистема обработки данных
Подсистема обработки данных использует данные, находящиеся в хранилище.
Подсистема взаимодействия с пользователем
Предоставляет несколько видов АРМ для решения различных задач: АРМ администратора, АРМ специалиста, АРМ лаборанта, АРМ технолога, АРМ мастера. Выполняется разделение доступа к данным и функциональным возможностям.
Подсистема управления
Данная подсистема выполняет действия по управлению выполняемыми задачами, в частности, запуском задач, отвечающих за помещение внешних данных в подсистему хранения.
