ННБ IX, Санкт-Петербург, 13 – 15 мая 2021 СОЗДАНИЕ И ТЕСТИРОВАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СРЕДСТВ КОММУНИКАЦИИ ПЛК РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ БЫСОВ Ф.Д. Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)) Аннотация. В современном промышленном производстве широко используются программируемые логические контроллеры (ПЛК) разных производителей. Для обеспечения эффективного взаимодействия между ними требуются надежные и стандартизированные решения. Целью данного исследования является анализ того, как различные настройки сервера, такие как частота опроса и количество подключенных ПЛК, влияют на общую производительность системы. Для этого проводились эксперименты, варьирующие эти параметры, с последующим мониторингом и анализом ключевых показателей эффективности, включая скорость обработки данных, время отклика и стабильность работы системы в условиях возрастающей нагрузки. Вступление В современном мире промышленности все более актуальной становится задача интегрирвания различного оборудования в единую связанную систему. Такая задача предполагает создание различных типов соединения для объединения в единую технологическую платформу. Для таких платформ необходимо обеспечить быстрый и надежный способ передачи информации. Одной из наиболее популярной технологии является OPC UA сервер для интеграции различных ПЛК, использующий протокол Modbus. Однако, несмотря на широкое распространение протокола Modbus, производители медленно переходят на продвинутый протокол OPC UA, что создает необходимость в разработке специализированных серверов, которые могут эффективно объединять и интегрировать данные системы. Целью данной работы является разработка и тестирование универсального тестирование OPC UA сервера для интеграции с ПЛК, использующий протокол Modbus. Такой сервер должен обеспечить максимальную совместимость, а также высокую скорость работы и надежный способ коммуникации. Протоколы передачи данных В процессе развития цифровых технологий важную роль играет разнообразие протоколы передачи данных. В качестве примера ниже описаны основные используемые протоколы: 1. Modbus- популярный протокол прикладного уровня, обеспечивающий связь между клиентом и сервером, используемый в системах промышленной автоматизации Существует несколько спецификаций протокола Modbus: a. Modbus RTU - протокол последовательной связи, использующий двоичное представление данных. Этот протокол требует низкой пропускной способности и низкой задержки. b. Modbus ASCII – требует больше времени на передачу данных, но обеспечивает большую устойчивость, к условиях шумной среды. c. Modbus в сети RS-485 – данный протокол позволяет подключить выше двухсот устройств в единую сеть, что делает систему более устойчивой. К преимуществам использования протокола относится: ННБ VIII, Санкт-Петербург, 14 – 16 мая 2020 1) Есть возможность передачи типов данных через различные типы интер- фейсов 2) Простота в настройке и интеграции в проекты 3) Дешевизна интеграции в системы 2. OPC- это набор повсеместно принятых спецификаций, предоставляющих универсальный механизм обмена данными и взаимодействия между различными системами контроля и управления. Аббревиатура OPC традиционно расшифровывается как OLE for Process Control. Основное преимущество OPC сервера является возможность объединения в единый узел систем, функционирующих на разных платформах, но поддерживающий стандарт OPC. Протокол OPC включает несколько стандартов, который описывает определенный набор функций. Ниже представлены наиболее распространенные стандарты: 1) OPC DA – предоставляет набор функций для обмена данных с реальным временем между устройствами 2) OPC HDA – предоставляет доступ уже к записанным данным в системе 3) OPC UA – самая последняя спецификация, которая основана на технологии Microsoft COM, что позволяет кроссплатформенную совместимость. OPC UA использует различные методы шифрования для достижения безопасного соединения. В качестве дальнейшей интеграции OPC сервера, перспективным решением является развитие OPC UA, который обеспечивает обмен информации в режиме реального времени между различными устройствами и сможет обеспечить безопасную передачу данных, из-за используемых средств шифрований. Преимущество распределенной системы от использования протокола OPC UA является то, что возможно содержать несколько клиентов и серверов. Каждый клиент может работать параллельно при помощи нескольких серверов и каждый сервер может обрабатывать несколько клиентов, как показано на рис.1. Рис. 1. Реализация клиентской программы, работающая в стандарте OPC UA Концепт системы на базе стандарта OPC UA Учитывая растущие темпы современных производственных возможностей, необходимо учесть, что внедрение и эксплуатация современных сетевых технологий в системы управления может повысить темпы производственных мощностей и уменьшить затраты на производство. В нынешних реалиях существует большое разнообразие контроллеров работающие при помощи протокола Modbus. Такая реализация системы считается устаревшей. В данном концепте, как показано на рис. 2, систему можно сконфигурировать таким образом, что все данные с устройств собираются при помощи протокола Modbus TCP/IP, обеспечивающая высокую передачу данных и при правильной настройки безопасность соединения. Все данные собираются в единую для всех устройств базу данных. Чтобы передать данные из Modbus в OPC UA сервер, необходима промежуточная система для преобразований данных, для того чтобы сервер смог их обработать. Для этого нужно настроить Modbus таким образом, чтобы он работал в качестве OPC UA клиента, база данных в данной системе служит прослойкой, неким шлюзом. Сервер OPC UA предоставляет различные механизмы, для управляет доступом к данным, обработку и хранение. Правильно сконфигурированная программа предоставляет доступ для различных клиентских приложений. Такие клиенты могут получать не только текущие данные, но и исторические данные, для визуализации, мониторинга и обработки процессов. Рис. 2. Реализация концепта системы ННБ VIII, Санкт-Петербург, 14 – 16 мая 2020 Правильно настроенную систему возможно легко масштабировать для работы в больших распределенных сетях с тысячами устройствами, а также легко получать подробную информацию о состоянии сети, что позволит более качественно отладить систему. Вывод Объединение информационных потоков от контроллеров, функционирующих через протокол Modbus, в комплексную систему, основанной на серверной технологии OPC UA, является ключевым элементом для создания централизованной системы наблюдения и контроля за производственными процессами на предприятиях. Такой подход не просто способствует эффективному и безопасному взаимодействию с текущими, он также открывает широкие перспективы для детального анализа и наглядного представления информации. Ключевым моментом является трансформация информации из базового формата Modbus в более сложную и защищенную структуру OPC UA, что значительно увеличивает надежность управленческой системы. Это облегчает процесс мониторинга и способствует формированию более взвешенных управленческих решений на различных уровнях управления предприятием. Список литературы 1. Денисенко В. Протоколы и сети Modbus и Modbus TCP //Современные технологии автоматизации. – 2010. – Т. 4. – С. 90-94. 2. Сокольников Р. В., Богданов Д. Ю., Акуленко А. Е. Обзор OPC-серверов //Вестник научных конференций. – ООО Консалтинговая компания Юком, 2015. – №. 3-5. – С. 157-159. 3. Пермитин Б. В. Обзор технологий OPC-серверов и OPC-туннелей //РОССИЯ МОЛОДАЯ. – 2020. – С. 211109.1-211109.5. 4. Козак Н. В., Аль-Вади О. Расширение коммуникационных возможностей систем управления на основе кроссплатформенной реализации протокола OPC UA //Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (СAD/CAM/PDM-2018). – 2018. – С. 80-84.
