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Tecnologías de integración

MICROSOFT para la

supervisión de Procesos

industriales

Ing. Eddie Sobrado

• El Component Object Model (COM) es un concepto

de Microsoft utilizado para la comunicación entre

componentes del mismo ordenador. Los

componentes de diferentes ordenadores pueden ser

combinados utilizando el DCOM (ver DCOM).

Com Component Object Model

• Los primeros computadores personales tenían

capacidades limitadas y empleaban sistemas operativos

simples que solo podían ejecutar un proceso (programa

en ejecución) a la vez.

• Con el desarrollo de procesadores más poderosos y de

sistemas operativos más sofisticados se hizo posible la

ejecución de varios procesos de forma (aparentemente)

simultánea incorporando técnicas de tiempo compartido.

• Pronto se sintió la necesidad de contar con mecanismos

de intercambio de información entre procesos

(programas en ejecución).

Evolución de DCOM

• El Distributed Component Object Model (DCOM) es

un conjunto de conceptos de Microsoft e interfaces

de programa, en el que los elementos del programa

del servidor pueden solicitar los servicios de los

objetos de servidores en otros ordenadores de la red.

El DCOM está basado en el Component Object

Model (COM), que provee un conjunto de interfaces

que permiten a los clientes y servidores comunicarse

dentro del mismo ordenador.

Evolución de DCOM

Evolución de DCOM

• Los primeros intentos de ofrecer comunicación entre procesos en los ambientes Windows fueron el DDE (Dynamic Data Exchange) y el Clipboard.

• Microsoft introdujo en 1992 la tecnología OLE (Object Linking and Embedding). OLE introduce los conceptos de objeto y componente.

• COM surge para satisfacer la necesidad de Microsoft de modularizar las complejas aplicaciones modernas.

• COM permite la creación

de componentes reutilizables

que pueden ser desarrollados

de manera independiente

los unos de los otros.

• A continuación mencionaremos los

primeros y actuales mecanismos que

ofrecen comunicación entre procesos

en los ambientes Windows

• La comunicación DDE (Dynamic Data Exchange) es una forma de Comunicación Interprocesos que usan memoria compartida para intercambiar datos entre aplicaciones dentro de Windows

• Su principal característica es que las aplicaciones que se comunican es de manera constante, es decir, cualquier modificación de una variable en una de las aplicaciones repercute inmediatamente en la otra aplicación.

Ejemplo: establecer un enlace nediante DDE entre el programa WinCC (Siemens) y una hoja de EXCEL (Microsoft), para que las variables del procesos sean accesibles desde la hoja de cálculo.

Comunicación DDE

• Cuando dos o más aplicaciones compatibles con DDE se ejecutan simultáneamente, se hace posible que intercambien información, datos y comandos. El DDE ha sido mejorado con tecnología Object Linking and Embedding (OLE).

Comunicación DDE

• Si un grupo de variables debe ser compartido, la aplicación server DDE proveerá datos para intercambiar datos dinámicos con uno o mas clientes DDE. El server DDE se „apropia‟ de todas las variables, entonces los clientes se refiere a esas variables para leer o escribirlos.

• La dirección de las variables compartidas consiste de tres partes:

Comunicación DDE

a.Service: (application):en el mayor de los casos consiste en el nombre de la aplicacion

b.Topic:el nombre del area de dato c. Item:the nombre del data item (esto

es ingresado por el usuario)

Comunicación DDE

• La desventaja de la comunicacion DDE, es la transferencia lenta entre el server DDE y la aplicacion (esto se eleva si hay varias aplicaciones clientes)

• Otra desventaja y muy esencial es la imposibilidad para configurar mensajes individuales. Es imposible por ejemplo setear que entradas analogicas tengan que ser transferidas una vez cada minuto y las entradas digitales una vez cada segundo

• El ancho de banda era limitado (la información se transfiere en formato de caracteres) y no se podía enviar información a través de redes.

• El OPC es una mejor y mas rapida interface que el DDE, pero a veces no esta disponible el server OPC y tienes solo el server DDE

Comunicación DDE

1992 Windows 3.1 & Object Linking &

Embedding 1.0 (OLE) En cuanto apareció, ya

se intuía que OLE iba a desplazar al DDE

para intercambio de datos, ya que era más

flexible, robusto y usaba mecanismos de

transporte mas eficientes.

• COM (Component Object Model) permite que una

aplicación utilice funcionalidades de otra aplicación

residente en la misma computadora, ello se hace

incorporando a la aplicación principal objetos

software propios de la otra aplicación.

• DCOM (Distributed COM) supone extender el

estándar COM a sistemas formados por redes.

COM / DCOM

• DCOM (Distributed Component Object Model) es el resultado de la evolución y convergencia de dos tecnologías: la comunicación inter-procesos en los ambientes Windows de Microsoft y los esfuerzos del la OSF (Open Software Foundation) para desarrollar un ambiente de computación distribuido (DCE, Distributed Computing Environment), en particular un protocolo para la invocación de procesos remotos (RPC, Remote Procedure Calls).

COM / DCOM

• VBA es el lenguaje de programación (basado en scripts)

incorporado en las aplicaciones de Microsoft Office y

ofrece diversas ventajas. Está muy extendido y es

aceptado por diversos fabricantes, por lo que se ha

convertido en un estándar “de facto” .

• El uso de un lenguaje común también facilita la

integración de objetos suministrados por terceros, en la

medida que aplican este mismo estándar. Además,

permite interactuar directamente con las aplicaciones de

Office (Access, Excell, Word, …), y de otros productos

compatibles.

Visual Basic for Applications (VBA)

OPC

(OLE para el Control de Proceso)

• Antes del OPC, cada software requería de un interfase específico (servidor, driver) para intercambiar datos con una determinada familia de dispositivos de campo.

Software Driver

Software Driver

Software Driver

Software Driver

Aplicacion

Grafica

OPC: necesidad

Aplicacion

Tendencias

Aplicacion

Informes

• Además, para intercambiar datos entre aplicaciones se utilizaba el estándar DDE o bien interfaces específicas para cada pareja de aplicaciones

• Por tanto se presentaba una dificultad en las operaciones de control industrial, como la de compartir información entre dispositivos inteligentes de campo, así como también con el resto de la empresa.

• Esta diversificación obligaba a los desarrolladores de software SCADA a incorporar centenares de drivers para cada fabricante.

OPC

• OPC elimina esta necesidad y permite utilizar una misma interface para comunicar aplicaciones, dispositivos y drivers. Los proveedores, tanto de hardware como de software, pueden suministrar productos con una elevada conectividad y compatibilidad, y los usuarios tienen una amplia gama de opciones para construir la solución que mejor se adapta a sus necesidades.

Aplicaciones

empleando

varios

servidores (de

diferentes

fabricantes) a

la vez

Software Driver

Software Driver

Software Driver

Software Driver

OPC OPC OPC OPC

Aplicacion

Grafica

Aplicacion

Tendencias

Aplicacion

Informes

OPC OPC OPC

OPC

• Por tanto, OPC es una interfaz estándar de comunicación en

el campo del control y supervisión de procesos

proporcionando un acceso simple a los datos, permitiendo el

nexo de las aplicaciones a cualquier componente de

automatización que este en red por medio de un bus de

campo o Ethernet Industrial

• Este estándar permite que diferentes fuentes de datos envíen datos a un mismo servidor OPC, al que a su vez podrán conectarse diferentes programas compatibles con dicho estándar.

Que es OPC

Driver 1 Driver 2 Cliente OPC Cliente OPC

Controlador de dispositivo

Dispositivo Hardware

Servidor OPC

Dispositivo Hardware

• Es una norma de intercambio de datos para el nivel de

planta basada en la tecnología de Microsoft COM/DCOM

y OLE (Object Linking and Embedding) denominada OPC

(OLE for Process Control), que permite un método para el

flujo transparente de datos entre aplicaciones corriendo

bajo sistemas operativos basados en Microsoft Window.

• La tecnología COM permite la definición de objetos

estándar así como de métodos y propiedades para los

servidores de información en tiempo real. La tecnología

OLE Automation posibilita comunicar las aplicaciones con

datos recibidos a través de LAN, estaciones remotas o

Internet.

• OPC es un primer paso concreto que permite tener una

red, para compartir los datos de los dispositivos a nivel

de proceso.

Que es OPC

Ejemplo sin OPC

PLC de Siemens PLC de Schneider

Supervisión

Problema

• El fabricante puede no dar un driver

de comunicación

• Necesario driver especifico para cada

marca

Proceso Proceso

Driver de

comunicación

con Siemens

Driver de

comunicación

con Schneider

Ejemplo con OPC

PLC de Siemens PLC de Schneider

Supervisión

Solución

• Solo necesito desarrollar un único

driver OPC

• Con OPC puedo cambiar de fabricante

sin realizar ningún cambio

Proceso Proceso

Interface

OPC

Ejemplo sin OPC

PLC de

Siemens

PLC de

Schneider

Supervisión

Proceso Proceso

Servidor

OPC

Servidor

OPC

Cliente

OPC

Interface

OPC

aplicación

Interface

OPC

• La arquitectura del OPC es Cliente/Servidor.

• Las aplicaciones que requieren servicios, los piden como clientes desde los componentes de automatización, y los servidores a su vez proveen la información requerida. La idea del OPC esta en normalizar el interface entre el servidor OPC y el cliente OPC independientemente de cualquier fabricante particular

• Los servicios prestados por los servidores OPC para clientes OPC por medio del interface OPC típicamente implican la lectura, cambio y verificación de variables de proceso. Mediante estos servicios es posible operar y controlar un proceso.

OPC

Datos de un SCADA,

PLC o cualquier fuente

de datos

Servidor

OPC Cliente

OPC

Como se conecta la aplicación Cliente al

Server OPC en la practica?

• Un DLL se proveee para dar la Interface

Automation OPC al programa Visual Basic

• Esta DLL enlaza el Server OPC (RSLinx) y el

programa cliente Visual Basic

Como se conecta la aplicación Cliente al

Server OPC en la practica?

Visual Basic: Metodos, Eventos & Propiedades

OPC Server: RSLINX

• OPC permite comunicar un software SCADA y los buses

de comunicación con los autómatas, así como comunicar la

aplicación SCADA y otras aplicaciones como puedan ser

las de gestión, abriendo a estas últimas el acceso a los datos

de planta, como datos históricos, datos batch, etc.

• Una interfaz OPC es un conjunto de interfaces COM

(objetos COM)

OPC

OPC

• Diferentes vendedores pueden proveer servidores OPC.

• Los vendedores indican el dispositivo y los datos a el cual

cada servidor tiene acceso.

•OPC es un conjunto de estandares (protocolos) entre los que podemos destacar los siguientes:

– OPC-DA (Data Access): OPC acceso a datos, el original, sirve para el intercambio de datos a tiempo real entre servidores y clientes.

–OPC-AE (Alarms & Events): Proporciona alarmas y notificaciones de eventos.

–OPC B (Batch).- Útil en procesos discontinuos.

–OPC DX (Data eXchange): Proporciona interoperabilidad entre varios servidores.

–OPC HDA (Historical Data Access): Acceso histórico a datos OPC.

OPC

–OPC S (Security): Especifica cómo controlar el acceso de los clientes a los servidores.

–OPC XML-DA (XML Data Access): Sirve para el intercambio de datos entre servidores y clientes como OPC-DA pero en vez de utilizar tecnología COM/DCOM utiliza mensajes SOAP (sobre HTTP) con documentos en XML.

–OPC CD (Complex Data): Permite a los servidores exponer y describir tipos de datos más complicados en forma de estructuras binarias y documentos XML

OPC

Que proporciona OPC Data Access?

• Datos de sensores: presión, caudal, temperatura, etc

• Parámetros de control: abierto, cerrado, arranque, parada

• Información de estado: estado de hardware y las conexiones

• En general cualquier dato que un servidor desee exportar

Interfaces OPC

Datos de

sensores

Estado de las

comunicaciones

Rendimiento

del sistema

Estadísticas

del SO

Compuesto por varios elementos:

El servidor (server): Sirve como container para objetos del grupo

OPC. Es el Objeto al que se conectan las aplicaciones. Los

servidores están organizados en grupos y cada grupo puede

contener distintos items

El grupo (group): El servidor genera grupos OPC. Las diferentes

partes de la aplicación (displays de operador, informes, etc.)

pueden usar distintos grupos, los cuales pueden tener distinta

frecuencia de refresco y pueden ser de acceso secuencial o

basado en excepciones (eventos). Los grupos tienen items que

son datos del servidor

El elemento (item): Están dentro de los grupos OPC.

Representan conexiones a fuentes de datos (tags, variables de

proceso).

Acceso de Datos OPC: OPC-DA

•A cada item se asocia un nombre, valor (valor de la

variable de proceso), un cualificador (estado de la variable,

OK, bajo rango, etc.) y una marca de tiempo

•El cliente puede leer y escribir items: Las lecturas pueden

ser sincronas o asíncronas

Servidor OPC


Grupo OPC Grupo OPC Grupo OPC

Ítem OPC Ítem OPC Ítem OPC



Interfaces COM

Mapeo de Variables

Interfaces COM

Datos reales

Grupo OPC

Ítem OPC

Ítem OPC

Ítem OPC

Ítem OPC

Servidor OPC

FIC101

FIC102

TIC101

TIC102

SCADA

SISTEMA DISTRIBUIDO

(DCS)


OPC Alarm & Events: OPC A&E

• Los servidores OPC A&E proporcionan:

– Mecanismos para informar de condiciones de alarma

– Interfaces para que los clientes conozcan las alarmas

que soporta el servidor y el estado actual

• Los servidores OPC A&E son necesarios para señalar:

– Alarmas sobre datos de sensores: presión, temperatura...

– Alarmas sobre parámetros de control: start, stop, open...

– Actualizaciones sobre estado de información(HW,SW)

– Completar secuencias “batch”

– Otro tipo de eventos que no están en servidores OPC DA

OPC Alarm & Events : OPC A&E

• Eventos

– Acontecimiento reseñable. Asociado o no a una

condición.

– Se distinguen tres tipos de eventos.:

• Condition Related: asociados a una condición

• Tracking Related: no asociados con alarmas, pero

implican interacción cliente servidor

• Simple: Usados para codificar errores materiales

• Alarmas

– Condición anormal a un proceso. Asociada o no a una

condición

OPC Historical Data Acces: OPC HDA

• Define la manera en la que son tratados los archivos OPC

• Items: Los items OPC HDA comprenden:

– Identificador

– Valor

– Calidad

– Agregado al que pertenecen

– Atributos

• Atributos: Describen parámetros propios del Item (nombre, tipo de dato, unidad de conversión...).

• Agregados: Especifican el tratamiento a los datos

OPC DX – OPC Data Exchange : OPC DX

• OPC DX define:

– Comunicaciones servidor a servidor a través de redes

de comunicación Ethernet

– Servicios de gestión y configuración remotos

– Extensiones del estándar OPC Data Access

OPC DX – OPC Data Exchange : OPC DX

Ventajas de utilizar OPC

• OPC-DA ofrece un estándar de acceso a datos entre sistemas propietarios de control y automatización.

• Integración tecnológica de diferentes fabricantes dentro de un mismo sistema.

• Costos de desarrollo menores, por trabajar en una plataforma “universal” (OLE/COM), evitando duplicidad de esfuerzos.

• Desarrollar sistemas específicos, según nuestras necesidades y no las que nos ofrezcan los fabricantes.

• Integrar múltiples plataformas (Windows, Linux, Unix, suSe) mediante la utilización de COM, DCOM, Active X y Entire X.

• Comunicación en redes LAN y WAN como así también exportar datos a Internet

• Por medio de Softwares industriales específicos se puede lograr un mayor control dentro del proceso productivo, y optimizar Materias Primas, Recursos,Costos, etc.


• OPC-DX ofrece un estándar operacional e interconectividad

en Buses de Campo

• OPC-DX extiende la funcionalidad de OPC-DA, trabajando con

ella, permite:

• Interconectividad Plug and Play con múltiples oferentes de

Buses de Campo.

• Arquitectura de integración más versátil. Múltiples Buses de

Campo podrán operar e intercambiar datos entre sí. Lo anterior

con lleva a aminorar los costos de Hardware y Software.

• Acceso a datos en tiempo real y de manera consistente.


• OPC-XML-DA es un paradigma a considerar en los servicios vía WEB

• Permite un acceso global a los datos de Buses de campo y Redes Industriales de diferentes fabricantes, ya que puede operar a nivel a Extranet e Internet.

• Gracias al formato XML, la arquitectura de control y comunicación puede combinar diversos sistemas operativos (Microsoft, Linux, suSe, Unix) con la posibilidad de combinar la eficiencia y seguridad, en forma libre, de las múltiples plataformas.

• Con la incorporación al mercado de softwares que permitan hacer mantención remota y monitoreo a Sistemas DCS, Controladores o dispositivos I/O, posibilitará reducir costos y fortalecer la eficiencia operativa del sistema.

Desventajas de utilizar OPC

• La interoperabilidad trae un costo asociado: La Seguridad

• Los fabricantes de Buses de Campo (Fieldbus), han desarrollado

Gateways para interconectar sus protocolos propietarios a redes

Ethernet. Personas inescrupulosas podrían accesar desde el nivel de

Negocios (Gestión) hasta el nivel de proceso, dañando potencialmente

todo el sistema comunicacional.

• Hoy en día existe la capacidad de ingresar a sistemas de red de

diferentes sistemas operativos a nivel WAN, mediante Entire X y

Active X. La red de comunicaciones OPC puede estar expuesta a

escala mundial y accesible desde cualquier plataforma operativa, más

aún y con mayor efectividad si se implementa definitivamente OPC-

XML-DA, por utilizar wrapper genéricos.

OPC • Miembros entre otros :

- Microsoft

- Siemens

- ABB.

- Digital.

- Eurotherm control.

- FactorySoft.

- Fisher-Rosemount.

- Foxboro.

- Honeywell.

- Intellution.

- Johnson Yokogawa.

- National Instruments.

- Siemens.

- Toshiba

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