Контроль и управление различными процессами приходится организовывать на любом предприятии. В зависимости от объема имеющихся данных, контролировать и обрабатывать их может как один, так и множество операторов, работающих одновременно. При этом они могут располагаться либо в одном помещении, либо в разных, находящихся на значительном удалении один от другого. И всем им необходим доступ к различным автоматизированным системам управления (АСУ или SCADA-системам) или автоматизированным рабочим местам (АРМ).

Для операторов АСУ и АРМ, как правило, создаются специализированные рабочие места, которые чаще всего предназначаются для контроля различных технологических и производственных процессов (АСУ ТП), а также для организации различных систем контроля (видеонаблюдения, контроля за выполнением операций и т.д.).

Рабочее место оператора АСУ ТП (SCADA-системы) или АРМ обычно представляет собой консоль управления, в состав которой входят клавиатура, мышь, монитор (один или, что бывает чаще, несколько), а также другие вспомогательные устройства (колонки, микрофон, различные средства управления и т.д.).

А вот сами источники информации (по сути это компьютеры, серверы и прочее оборудование) обычно вынесены в отдельные технические помещения, где обеспечивается надежный контроль доступа к ним и поддерживаются оптимальные условия окружающей среды (прежде всего необходимая рабочая температура). В качестве систем для удаленного консольного доступа часто используются различные тонкие клиенты или KVM-удлинители.

Что такое системы SCADA

Программное обеспечение для диспетчерского управления и сбора данных (Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA) предназ­начено для сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления в режиме реального времени. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т.д.

SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где операторский контроль за технологическими процессами требуется осуществлять в режиме реального времени. Это программное обеспечение, устанавливаемое на компьютеры, для связи с объектами мониторинга и управления использует специализированные драйверы ввода-вывода, а для связи с операторами — специализированные системы консольного доступа.

Термин «SCADA-система» имеет два основных толкования. Первое значение — SCADA как программное обеспечение, то есть программный комплекс, обеспечивающий выполнение указанных выше функций, а также инструментальные средства для разработки этого программного обеспечения. Второе толкование подразумевает программно-аппаратный комплекс, который обычно включает в себя:

  • программное обеспечение (ПО);
  • оборудование, обеспечивающее технологическую связь ПО с контролируемыми подсистемами;
  • устройства для организации удаленного доступа операторов АСУ к компьютерам, на которых установлено ПО, для контроля и управления различными процессами;
  • рабочие места операторов АСУ (техническая мебель, устройства отображения, устройства управления и т.д.);
  • линии связи, обеспечивающие передачу данных от рабочих мест операторов и контролируемых подсистем к компьютерам с установленным на них ПО.

ТИПОВАЯ ЗАДАЧА

Обычно задача по созданию удаленного консольного доступа операторов для системы АСУ ТП формулируется следующим образом.

Для контроля и управления процессами используется достаточно большое количес­тво разнообразных компьютеров, на которых установлено специализированное ПО АСУ ТП (ПО систем SCADA). Они могут располагаться в одном месте (например, в серверной), в разных локальных серверных или прос­то представлять собой отдельно стоящее устройство.

Компьютеры имеют разное количество видеовыходов (1, 2, 3, 4 или больше), на которые выводятся изображения контролируемых процессов, причем один процесс может отображаться сразу на нескольких экранах (расширенный рабочий стол)

Операторы, которые отвечают за контроль и управление АСУ ТП, могут находиться в едином ситуационном или диспетчерском центре, в разных локальных центрах либо в разных офисных помещениях предприятия. Им должна быть предоставлена возможность произвольного консольного подключения к компьютерам (консольного доступа), на которых установлено ПО АСУ ТП.

Параллельно с отображением контролируемых процессов на рабочих местах операторов весьма желательно отображать их и на видеостенах. В этом случае контроль за важными процессами можно осуществлять совместно и при необходимости коллегиально принимать те или иные решения.

Для работы оборудования желательно использовать существующую инфраструктуру, и прежде всего оптические линии связи, особенно если оборудование установлено в производственных или технологических помещениях, где имеется большое количес­тво электромагнитных наводок.

Для поддержания дальнейшего развития предприятия и/или модернизации контролируемых процессов, ПО и других компонентов АСУ ТП система должна быть легко перестраиваемой и масштабируемой. Вот только несколько основных тезисов, из которых обычно исходят при организации удаленного консольного доступа операторов АСУ ТП и АРМ.

ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ. КАКУЮ ВЫБРАТЬ?

Прежде всего необходимо принять во внимание, что оборудование, которое предполагается использовать для решения подобных задач, будет находиться в производственных и технических помещениях, где достаточно много различных электромагнитных наводок. Поэтому применение плохо защищенных технологий, например популярной сейчас HDBaseT (включая версию 2.0, но в меньшей степени), в данных решениях нежелательно.

Как показывает наш опыт, даже если для передачи данных используется экранированный кабель (FTP, STP, SFTP и т.д.), устройства, которые располагаются в зонах работы операторов, очень неустойчивы к внешним помехам, что достаточно часто приводит к сбоям и периодическим дефектам изображения. Особенно часто эта проблема проявляется при поступлении вызова на мобильный телефон: в момент звонка изображение на контрольных мониторах пропадает или начинает «смигивать», что недопустимо для АСУ ТП.

Популярная технология HDBaseT (включая версию 2.0), а также другие аналогичные ей технологии, для которых используются кабели UTP/FTP, не подразумевает применения структурированной кабельной системы (СКС) в качес­тве среды для передачи данных. Давайте рассмотрим подробнее, с чем это связано.

На одном конце любой линии кабельной системы обычно располагается порт коммутационной панели (разъем RJ45), а на другом — розетка (тоже с разъемом RJ45). Для подключения и коммутации линий СКС используются коммутационные шнуры, которые обычно изготавливаются из многожильного провода. В отличие от цельного (solid), многожильный провод UTP/FTP (stranded) имеет очень большое сопротивление, что оказывает влияние на силу сигнала, его качество и в конечном итоге на разборчивость сигнала на входе приемника.

Поэтому при использовании СКС и технологии Ethernet предусматриваются ограничения на длину как горизонтальной (от панели до розетки, где используются цельные провод­ники), так и коммутационной части (между панелями или от розетки/панели до устройства) — соответственно 90 и 10 м. Таким образом учитываются физические свойства каждого кабеля и его влияние на передачу данных.

Организация удаленного консольного доступа для операторов АСУ и АРМ
При использовании СКС и технологии Ethernet предусматриваются ограничения на длину как горизонтальной, так и коммутационной части.

С учетом всех нюансов эта структура СКС предназначалась главным образом для работы с Ethernet, поэтому СКС в современном понимании обычно плохо подходит для других технологий, точно так же использующих кабели UTP/FTP для передачи данных. Как правило, в этом случае устройства подключаются друг к другу путем прямого соединения «точка-точка» (единый отрезок кабеля UTP/FTP с разъемами RJ45 на концах) без использования промежуточных узлов коммутации, коммутационных шнуров и прочих методов, присущих классической СКС. В противном случае при наличии промежуточных соединений сигналы «сторонних» технологий в большинстве своем сильно ослабевают (что существенно влияет на дальность передачи), а кроме того, ухудшается их качество и возникают периодические потери сигнала принимающими устройствами. Это выражается в мигании изображения и появлении различных «цифровых дефектов».

Поэтому для организации удаленного консольного доступа операторам АСУ ТП и АРМ на базе существующей кабельной инфраструктуры рекомендуется использовать оборудование, которое для передачи данных задействует технологию Gigabit Ethernet.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ GIGABIT ETHERNET В КАЧЕСТВЕ СРЕДЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В АСУ ТП

Использование Gigabit Ethernet в качестве среды для передачи данных в АСУ ТП в большинстве случаев позволяет решить проблему с электромагнитными наводками и обес­печить стабильное изображение. Данная технология обладает рядом неоспоримых преимуществ:

  • простота и доступность;
  • применимость в любом месте предприятия;
  • возможность гибкого масштабирования и переконфигурирования системы;
  • использование существующей инфраструктуры (структурированной кабельной системы предприятия);
  • возможность подключать устройства, находящиеся на очень больших расстояниях одно от другого (при помощи оптических линий связи).

Как было отмечено выше, использование Gigabit Ethernet гарантирует стабильное отображение информации на рабочих местах операторов, что является одним из главных требований для подобных систем. При этом операторы АСУ ТП и АРМ могут находиться в произвольных местах, даже в десятках километров друг от друга и от контролируемых ими систем.

Чтобы обеспечить доступ к местам прокладки кабелей на действующем предприятии, зачастую необходимо останавливать важные технологические процессы, что недопус­тимо. При выборе Gigabit Ethernet прокладки отдельных кабельных линий не потребуется, что, помимо прочего, позволит избежать дополнительных расходов на проводку.

При использовании устройств удаленного консольного доступа, предназначенных для работы в существующих сетях предприятий, в числе прочего можно задействовать активную часть сетевой инфраструктуры (сетевые коммутаторы), что сводит к минимуму дополнительные затраты (помимо стоимос­ти самих устройств) на развертывание системы консольного доступа к АСУ ТП и АРМ.

Сетевые администраторы могут выполнять настройку и контроль устройств консольного доступа, не вставая со своего рабочего места, что значительно экономит их рабочее время; при этом устраняется потребность в наличии дополнительных админис­траторов на удаленных площадках. Эта возможность позволяет существенно снизить стоимость эксплуатации системы.

Использование Ethernet обеспечивает также необходимую гибкость при организации системы удаленного консольного доступа и ее последующем масштабировании.

ОРГАНИЗАЦИЯ УДАЛЕННОГО ДОСТУПА К РАБОЧИМ МЕСТАМ

Для организации простейшего удаленного рабочего места оператора достаточно подключить компьютер, на котором установлено ПО, к передатчику IP KVM. Затем к приемнику IP KVM подключаются монитор (или несколько — в зависимости от типа используемых устройств), клавиатура и мышь. После этого передатчик и приемник необходимо соединить напрямую (минуя активное сетевое оборудование) с помощью обычного кабеля UTP. В итоге мы получаем консоль оператора, которая может быть удалена на значительное расстояние от компьютера.

Такое соединение имеет схему «точка-точка». Для многих случаев вполне достаточно этого простейшего варианта организации удаленной консоли оператора АСУ ТП и АРМ, но у него есть три существенных ограничения:

  • максимальное расстояние между передатчиком IP KVM и приемником IP KVM физически ограничено 100 м;
  • доступ к компьютеру может быть осуществлен только с одного рабочего места (одной консоли);
  • со своего рабочего места (консоли) оператор может управлять только одним компьютером АСУ ТП.

Следующий вариант, когда передатчик и приемник IP KVM подключаются в локальную сеть, снимает все описанные выше ограничения. Нет необходимости организовывать прямое соединение между передатчиками и приемниками, можно использовать разное сетевое оборудование, разные среды передачи и т.?д.?— главное, чтобы передатчик и приемник находились в пределах одной локальной сети.

При добавлении в сеть дополнительных приемников IP KVM управлять компьютером с ПО смогут сразу несколько операторов с разных рабочих мест (консолей). А если в сеть подключить дополнительные передатчики IP KVM, которые, в свою очередь, подключены к другим компьютерам, то эти же операторы смогут произвольно выбирать, в какой момент времени какой компьютер они будут контролировать (за каким процессом наблюдать), управляя им. В этом случае соединение имеет схему «многоточка-многоточка». Иначе говоря, получается виртуальная матрица, в которой любой оператор АСУ или АРМ может подключиться к любому компьютеру в системе.

Организация удаленного консольного доступа для операторов АСУ и АРМ
 Схема соединения «многоточка-многоточка».

Для удобства использования часто применяется ограничение доступа пользователей, авторизация которых обычно осуществляется на отдельном компьютере (обмен данными между ним и приемниками IP KVM тоже происходит посредством локальной сети).

РАБОЧЕЕ МЕСТО С НЕСКОЛЬКИМИ МОНИТОРАМИ

Как было сказано выше, программное обес­печение АСУ ТП формирует графические «образы» и схемы для контроля и управления различными технологическими процессами. Образы и схемы могут располагаться как на одном экране (рабочем столе), так и одновременно на нескольких (объединенный рабочий стол). Например, очень много различных технологических процессов, отображаются в виде «единой картинки», состоящей из 2, 3, 4 (бывает и больше) экранов. Но в большинстве существующих систем при организации удаленного консольного доступа для операторов АСУ ТП и АРМ предполагается работа с компьютерами, имеющими только один видеовыход, что значительно ограничивает возможность их применения.

Передатчики и приемники IP KVM торговой марки TNTv предоставляют возможность организации многомониторного удаленного консольного доступа. Для организации удаленной консоли оператора, оснащенной несколькими мониторами, необходимо к каждому видеовыходу компьютера подключить передатчик IP KVM, а к одному из них (основному) — все остальные интерфейсы (USB, звук и т.д.). На рабочем месте оператора устанавливается столько же приемников IP KVM, сколько имеется передатчиков IP KVM (или больше). К каждому приемнику IP KVM подключается монитор, а к основному приемнику — клавиатура, мышь и другие необходимые устройства. В основном передатчике IP KVM и основном приемнике IP KVM задаются необходимые настройки для организации многомониторной системы.

После выполнения всех настроек оператору достаточно выбрать основной экран ПО, а остальные экраны (рабочие столы) будут подключаться автоматически вместе с ним. Причем количество используемых экранов (рабочих столов) на разных компьютерах может быть разным. При подключении оператора к новому компьютеру переключаться будут только те экраны, которые относятся только к этому компьютеру, остальные останутся без изменения.

Эта удобная функция позволяет снять ограничение на применение систем удаленного консольного доступа для операторов АСУ ТП и АРМ в многомониторных системах.

ПОСТРОЕНИЕ ЕДИНЫХ ПРОСТРАНСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ

При организации ситуационных и диспетчерских центров очень часто требуется создать единые пространства отображения (видеостены). Операторам АСУ ТП и АРМ приходится контролировать большое число различных параметров, как основных, так и второстепенных, и для удобства восприятия необходимо выводить информацию на общие устройства отображения.

Обычно для построения видеостен используют специализированное оборудование: видеопроцессоры, видеоконтроллеры, матричные коммутаторы с функцией «видеостена» и т.?д. Но это не всегда удобно и оправданно как с технической, так и с финансовой точек зрения. Также нередко приходится совмещать две системы — предоставление консольного доступа и построение видеостен. Поскольку эти системы обычно располагаются в разных местах (и зачастую на значительных расстояниях одна от другой), необходимо использовать различные удлинители. Во многих случаях для таких задач применяются удлинители на базе технологии HDBaseT (о присущих ей недостатках мы говорили в начале статьи). Попутно приходится решать множество других проблем.

Для построения видеостены в IP-KVM-приемниках TNTv реализована специальная функция, которая позволяет объединить несколько приемников (до 64 штук) в единое пространство отображения (максимально 8×8). Достаточно задать физические параметры (размер стены, размер ТВ-панелей, из которых она состоит, и т.?д.), и приемники автоматически сформируют требуемую видео­стену.

Поскольку ограничений по количеству нет, можно сформировать столько видеостен, сколько необходимо для нормальной работы операторов. Переключать источники операторы могут вручную, либо же это будет делаться автоматически, при выборе оператором того или иного источника. На видеостену можно дублировать изображение с любого из экранов на рабочем месте оператора.

Оборудование TNTv для организации удаленного консольного доступа операторов АСУ ТП и АРМ

Взвесив все «за» и «против», мы остановили свой выбор на технологии Gigabit Ethernet, которая является оптимальным решением для организации удаленного консольного доступа к АСУ ТП и АРМ. Рассмотрим на конкретных примерах, какое оборудование торговой марки TNTv можно для этого использовать.

Младшая линейка оборудования TNTv представлена передатчиком IP KVM TNT MMS-9525D-T и приемником IP KVM TNT MMS-9525D-R. Передатчик и приемник могут работать как по прямому соединению между ними, так и по локальной сети. Максимальное поддерживаемое разрешение видеосигнала — 1920×1200@60 Гц.

Одна из главных особенностей этих устройств — возможность работы в действующей локальной сети предприятия. Для этого не надо организовывать выделенную локальную сеть (подключать их к отдельному сетевому коммутатору) — достаточно просто подсоединить их к существующей локальной сети предприятия. Стандартным офисным приложениям остается достаточная свободная полоса — максимальный трафик от одного передатчика в данном случае будет ограничен 200 Мбит/с, что обеспечивает хорошее качество изображения. При этом значительная часть пропускной способности гигабитного канала будет не занята.

Другие производители аналогичного оборудования обычно не предусматривают возможности работы в действующей сети предприятия, поэтому оборудование TNTv выгодно отличается от них наличием этой функции.

Пара устройств, передатчик (TNT MMS-9525D-T) и приемник (TNT MMS-9525D-R), имеют все основные интерфейсы, необходимые для организации удаленного консольного доступа операторов АСУ ТП и АРМ.

Передатчик оснащен интерфейсом DVI–I, что позволяет посредством пассивных адаптеров или шнуров подключать к нему источники с самыми распространенными интерфейсами: HDMI, DVI-D, DVI-A и VGA.

Таким же интерфейсом (DVI–I) обладает и приемник, что, в свою очередь, позволяет подключать к нему мониторы с интерфейсами HDMI, DVI-D, DVI-A и VGA. При этом не важно, какой интерфейс у видеокарты компьютера или у монитора — подключать можно любые комбинации устройств.

Для удобства организации рабочего места оператора приемник оснащен четырьмя разъемами USB. Два разъема имеют интерфейс USB 1.1 для подключения клавиатуры, мыши и других устройств управления, а два других — интерфейс USB 2.0 для подключения периферийных устройств: флеш-накопителей, внешних дисков, принтеров, сканеров и т.д.

К линейному аудиовыходу приемника можно подключить колонки или любую другую акус­тическую систему.

Управление различными «внешними» устройствами можно организовать при помощи передачи команд по протоколу RS232, причем в двунаправленном режиме (отправка команд и контроль их выполнения). Эта достаточно часто используемая функция позволяет операторам управлять не только компьютерами, к которым они имеют консольный доступ, но и различными «внешними» устройствами (мониторами на видеостене, освещением, технологическим оборудованием и т.д.).

Кроме того, при необходимости возможна передача ИК-сигналов от приемника к передатчику, что позволяет управлять различными «внешними» устройствами при помощи ИК-пультов дистанционного управления.

Очень важно, чтобы операторы АСУ ТП и АРМ имели возможность оперативно переключиться на нужный им источник для его контроля и управления. В приемниках TNTv выбор источника осуществляется при помощи удобного экранного меню (OSD-меню), которое вызывается простым нажатием комбинации клавиш (по умолчанию Ctrl+Ctrl, комбинация настраивается). Далее оператор выбирает нужный источник, и генерируемое им изображение мгновенно появляется на экране. После этого можно работать с выбранным источником.

Оборудование старшей линейки IP KVM TNTv включает передатчик IP KVM TNTv MMS-9520H-T и приемник IP KVM TNTv MMS-9520H-R, основные функции которых идентичны возможностям младшей линейки. Имеющиеся отличия касаются максимального поддерживаемого разрешения видеосигнала (3860×2160@60 Гц) и видеоинтерфейса (у старшей линейки — HDMI).

Передатчики и приемники IP-KVM младшей линейки полностью совместимы с передатчиками и приемниками IP KVM старшей линейки за исключением разрешения видеосигнала: видеосигналы с разрешением выше, чем 1920×1200@60, на приемнике TNTv MMS-9525H-R отображаться не будут.

Устройства старшей линейки предназначены для АСУ ТП (SCADA-систем), которые используются для графического представления процессов с высоким разрешением (больше чем 1920×1200). В остальных случаях создавать с помощью данных устройств системы удаленного консольного доступа для операторов АСУ ТП и АРМ оказывается более затратно и экономически менее целесообразно.

Помимо описанных выше устройств, в каждой линейке есть модели передатчиков и приемников IP KVM, в которых вместо сетевого интерфейса RJ45 имеется универсальный слот для подключения SFP-модулей (mini-GBIC).

Используя необходимые SFP-модули, передатчики и приемники IP KVM можно подключать к разным средам (медь или оптика). Для оптических SFP-модулей можно выбирать тип волокна (многомодовое или одномодовое), а также максимальное расстояние, на котором будет работать конкретный SFP-модуль (на рынке можно найти SFP-модули с расстоянием приема/передачи до 80 км).

Рассмотренные здесь две основные линейки оборудования IP KVM позволяют построить достаточно сложные и распределенные системы удаленного консольного доступа для операторов АСУ ТП и АРМ. Но бывают задачи, когда этих устройств недостаточно. О других решениях мы расскажем в следующем обзоре.

Организация удаленного консольного доступа для операторов АСУ и АРМ
Передатчик TNT MMS-9525D-T

Передатчик TNT MMS-9525D-T, подключенный к компьютеру, на котором установлено ПО АСУ ТП, может транслировать в локальную сеть:

  • видеоданные, получаемые от видеокарты с интерфейсами HDMI/DVI-D/ DVI-A/VGA;
  • аудиоданные, интегрированные в интерфейс DVI-D или HDMI, а кроме того, транслируемые через линейный аудиовыход;
  • данные интерфейсa RS232;
  • данные интерфейса USB.

Также он может принимать из локальной сети:

  • данные интерфейсa RS232;
  • данные интерфейса USB;
  • ИК-сигналы.
Организация удаленного консольного доступа для операторов АСУ и АРМ
Приемник TNT MMS-9525D-R

Приемник TNT MMS-9525D-R, подключенный в локальную сеть, может извлекать из нее:

• видеоданные и транслировать их в формате HDMI/DVI-D или DVI-A/VGA;

• аудиоданные, интегрированные в интерфейс DVI-D или HDMI передатчика, а также направляемые на его линейный аудиовыход;

• данные интерфейсa RS232;

• данные интерфейса USB.

Он может транслировать в локальную сеть:

• данные интерфейсa RS232;

• данные интерфейса USB;

• ИК-сигналы.

Подробнее  о технологии и оборудовании  на сайтах: www.colan.ru, www.aten.ru, www.tntvsys.ru, www masterrack.ru