Подсистема трендов в SCADA-системах. Особенности промышленных баз данных.

Тренд (от англ. trend –общее направление, тенденция) - графическое представление значений технологических параметров во времени, способствущее лучшему пониманию динамики технологического процесса на агрегате. Подсистема создания трендов и хранения информации о параметрах с целью ее дальнейшего анализа и использования для управления является неотъемлемой частью любой SCADA - системы. Как правило тренд изображается в виде двухмерного графика, на котором представлены изменения одного или нескольких технологических параметров во времени.

Тренды реального времени (real time trends) отображают динамические изменения параметров в текущем времени, при этом их текущие значения выводятся в правой части окна тренда. Таким образом при работе SCADA-системы в режиме исполнения график тренда реального времени движется относительно координатной сетки справа налево.

Тренды становятся историческими (historical trends) или архивными после их сохранения на диске для просмотра предыдущих значений. Исторические (архивные) тренды не являются динамическими. Они обеспечивают "снимок" состояния данных за прошедшее время, то есть по архивным данным. В отличие от трендов реального времени исторические тренды обновляются только по команде оператора или программы.

При конфигурировании архивного тренда можно создать "визиры" (ползунки, бегунки), с помощью которых удобно получить значения всех отображаемых переменных на один и тот же момент времени. Бегунки представляют собой позиционные индикаторы на временной оси, положение которых определяет объем извлекаемых данных. Кроме того, имеются функции вычисления среднего, минимального и максимального значений в определенном бегунком положении. Можно создать правый и левый бегунки и производить обработку данных кривой, расположенной между бегунками.

Процесс создания тренда, в большинстве случаев состоит из выбора подходящего готового шаблона тренда и его конфигурирования (рис.).

При конфигурировании настраиваются диапазон времени, охватываемый трендом, частота вывода значений переменной, разрешение координатной сетки по горизонтальной и вертикальной осям, цвета фона и рамки графика.

Конфигурирование перьев тренда включает выбор имени переменной или выражения, цвета и толщины линии для каждого пера.

Рис. Объект "тренд реального времени" в InTouch

Повышения производительности системы при работе с трендами реального времени можно достичь путём уменьшения толщины линий графика, уменьшения частоты вывода значений переменных, обновления данных тренда только в моменты, когда окно с трендом отображается на дисплее.

Для архивирования значений требуемых переменных в регистрационный файл настраиваются соответствующие опции в диалогах свойств переменных. В настройках определяются следующие параметры:

- Условие записи в регистрационный файл. Запись может производиться при изменении переменной на величину, превышающую заданный порог для архивирования, или по умолчанию один раз в час, если значение переменной за это время практически не изменилось. Возможно также задание частоты выборки данных (Sample Period) в формате HH:MM:SS. Можно ввести одну цифру, например 2, и это будет означать 2 секунды. Ввод десятичной цифры система воспримет, как долю секунды. Например, 0.2 будет означать 200 миллисекунд. Объем выборки для хранения в файлах задается в процессе конфигурирования тренда временным периодом от 10 миллисекунд до 24 часов в сутки.

- Срок хранения регистрационных файлов на диске (исключая текущий день). Если введено значение 0, то файлы будут храниться бесконечно долго.

Например, SCADA-система InTouch создает регистрационные файлы с расширением.LGH и.IDX. По умолчанию имена этих файлов имеют формат

YYMMDD00.LGH и YYMMDD00.IDX,

где YY, MM, DD - год, месяц и день создания файла; 00 - всегда нули.

Объем хранимой информации, как правило, не ограничивается SCADA-системой и определяется размерами жесткого диска компьютера.

В большинстве случаев используется круговая система записи в файлы, что предпочтительней, чем в один большой файл. По умолчанию используются 10 файлов, регистрирующих данные в течение одной недели, начиная с полуночи воскресенья. В самом начале регистрации данные записываются в первый файл. С полуночи следующего воскресенья запись будет производиться во второй файл. С полуночи следующего воскресенья запись будет производится в третий файл и т. д. После 10 недель в первый файл записываются новые данные, уничтожая при этом старую информацию. Также по умолчанию имя файла будет содержать 8 символов имени переменной тренда.

Рассмотрим пример расчета дискового пространства, необходимого для файлов тренда. Каждое значение требует для хранения два байта. Можно предварительно рассчитать объем памяти, занимаемый архивом при его записи на диск, по следующей формуле

,

где: V - объем памяти, байт; N - количество файлов; T - время хранения информации, с; t - период выборки, с.

Например, если в архив записывается одно значение переменной каждые десять секунд в течение одной недели, и используются пять файлов данных (пять недель), то требуемый объем памяти составит

,

т.е. приблизительно 600 кбайт.

Традиционные базы данных не всегда применимы в системах промышленной автоматизации. Можно выделить несколько основных ограничений:

- Интенсивность генерации данных производственным процессом. Чтобы хранить производственный архив системы, например, с 7500 рабочими переменными, в базу данных каждую секунду необходимо вставлять 7500 строк. Обычные базы данных не могут выдержать подобную нагрузку.

- Большой объем производственной информации. Например, многомесячный архив завода с 7500 рабочими переменными требует под базу данных памяти объемом около 1 Терабайта. Обычные БД такими объемами манипулировать не могут.

- SQL не поддерживает временные характеристики данных, поэтому не подходит для обработки временных или периодических данных, типичных для производственных систем. В частности, чрезвычайно трудно указать в запросе периодичность выборки возвращаемых данных.

С учетом отмеченных особенностей производители SCADA-систем предлагают собственные разработки, базирующиеся, как правило, также на языке SQL.