Wonderware Historian 2014 R2 Co je nového Jiří Nikl, Tomáš Mandys Pantek (CS) s.r.o
Strana 2 Úvod Neustálý vývoj modernějších, výkonnějších a inteligentnějších zařízení a jejich masivnější nasazení v oblasti průmyslové automatizace logicky zvyšuje i požadavky na zpracování podstatně většího množství procesních údajů generovaných těmito zařízeními. Na nové trendy reaguje nejnovější verze procesní historizační databáze Wonderware Historian 2014 R2, která přináší významná vylepšení pro ukládání, zpracování a analýzy velkých objemů dat. Rozšíření a změny systémové architektury ve Wonderware Historian 2014 R2 nový způsob zpracování alarmů a událostí, optimalizace kompresních algoritmů pro minimalizaci nároků na šířku pásma při přenosu velkých objemů dat po sítích LAN/WAN, vyšší výkonnost při dotazování dat, ale i řada dalších, uživateli skrytých změn a nových funkčností opět významně posouvá hranice využitelnosti Wonderware Historianu. Otevírají se tak nové možnosti jeho nasazení v aplikacích prakticky jakékoliv velikosti a topologie od automatického sběru dat z jednoduchých HMI aplikací běžících na embedded systémech do malých historizačních projektů, přes rozsáhlá celopodniková distribuovaná nasazení až po zajištění služeb sběru a archivace dat na moderních technologiích typu cloud computing. Účelem tohoto dokumentu je přehledně představit nejdůležitější vylepšení a nové vlastnosti, které jsou k dispozici v nové verzi produktu Wonderware Historian 2014 R2 (technické označení verze je Wonderware Historian 11.6). Poznámka: Předchozí verze produktu měla označení Wonderware Historian 2014 (technické označení verze bylo Wonderware Historian 11.5). Wonderware Historian 2014 R2 přehled hlavních novinek Mezi nejvýznamnější novinky uvedené ve verzi Wonderware Historian 2014 R2 patří: Podpora nových SW platforem firmy Microsoft Vylepšená správa alarmů a událostí Nezávislost časového razítka příchozích hodnot na systémovém času vyrovnávací paměti Historianu Sjednocení ukládání všech typů dat pomocí 64bitových služeb Navýšení počtu licencovaných proměnných až na 2 000 000 (bylo již ve verzi Wonderware Historian 2014) Nové uživatelské nástroje pro přejmenování proměnných a import dat Zobrazení statistik z dat Historianu v ArchestrA symbolech Rozšíření o datový typ double Wonderware Online (Managed Historian)
Strana 3 Podpora nových SW platforem firmy Microsoft Inovace softwarového kódu historizační databáze Wonderware Historian 2014 R2 zaručuje nejen rozšíření o řadu nových funkcí vlastního produktu, ale zároveň přináší i technologickou aktualizaci umožňující jeho použití s novými softwarovými platformami firmy Microsoft. Jedná se o podporu moderních operačních systémů firmy Microsoft Windows Server 2012 R2 a Windows 8.1, kompatibilitu s technologickou platformou Microsoft. NET 4.5.1, ale i možnost využití nejnovější relační databáze Microsoft SQL Server 2014, na které je nyní možné Wonderware Historian provozovat. Z důvodu oficiálního ukončení podpory některých produktů firmy Microsoft přestal Wonderware podporovat běh historizačního serveru na operačních systémech Windows XP, Windows Vista, Windows 2003 Server, 2003 R2 Server a 2008 Server. Vylepšená správa alarmů a událostí Přestože ukládání alarmů a událostí (dále jen A&E) do běžné databáze Microsoft SQL Server představuje otevřené a v prostředí HMI/SCADA systémů běžně používané řešení, je tato koncepce omezena značnými výkonnostními limity. Pro zajištění konstantní výkonnosti ukládání a poskytování dat zejména u rozsáhlých projektů musí uživatelé periodicky pročišťovat data uložená v databázi, což se negativně odráží na hloubce archivovaných záznamů. Značná pozornost se musí věnovat i pravidelné údržbě databázových indexů. Uvedená omezení odstraňuje jedna z hlavních novinek ve Wonderware Historianu 2014 R2 možnost ukládat A&E generované v prostředí Wonderware System Platform do databáze Wonderware Historian. Při návrhu aplikace se uživatel může, s ohledem na předpokládanou četnost alarmů a událostí, rozhodnout, zda využije tradiční model ukládání A&E do databáze Microsoft SQL Server, nebo zcela nový výkonnější mechanismus, který ukládá data optimalizovaně do tzv. historických bloků databáze Wonderware Historian. Obr. 1: Volba způsobu archivace alarmů a událostí v konfiguračním programu Wonderware Historianu
Strana 4 Nová koncepce správy A&E přináší uživatelům jednoznačné výhody, mezi které lze zahrnout: Výrazné navýšení výkonnosti. Nový způsob ukládání dat je proti původnímu asi desetkrát výkonnější (zpracování až 1 000 záznamů A&E/ sekundu). Je využita moderní platforma postavená na technologiích ArchestrA Services Bus (ASB) a Historical Client Access Layer (HCAL). Sjednocení historie procesních hodnot i historie alarmů a událostí do jediného úložiště, což umožňuje snadnou správu záznamů. Pro archivaci nebo obnovu dat lze využít klasické aplikace pro práci se soubory, např. Windows Explorer nebo Total Commander. V porovnání s tradičním řešením je zajištěna konstantní výkonnost bez dalších zásahů uživatele (čištění dat a reindexace). Pro případ nedostupnosti Historian serveru je systém ukládání A&E z Wonderware System Platform vybaven podporou místního ukládání a dohrávání dat (režim známý pod označením Store&Forward). Podpora redundantního páru Historianů, jež zajišťuje 100% horkou zálohu, nejen z hlediska procesu historizace, ale zejména přístupu uživatelů k datům. Snadná uživatelská konfigurace A&E a procesních dat na jedno klepnutí myši z vývojového prostředí ArchestrA IDE (Integrated Development Environment). Obr. 2: Schéma principu zpracování alarmů a událostí v páru AOS (Application Object Server) a redundantních Historianů S novým způsobem ukládání dat úzce souvisí i nová technologie přístupu k takto uloženým datům prostřednictvím protokolu OData. Jedná se o protokol původně definovaný společností Microsoft v reakci na nekonzistenci webových služeb zpřístupňujících data z různých serverů. Protokol používá návrhový vzor REST (rozhraní určující jak se přistupuje k datům) a datový formát JSON nebo ATOM (způsob, jak se zapisují data). Jedná se o zcela nezávislý protokol, který je možné provozovat na libovolné platformě. Dotazovat data s využitím protokolu OData je tedy možné např. v moderním internetovém prohlížeči na operačním systému Linux či v prostředí tabulkového kalkulátoru Excel provozovaném v systému Windows. Implementace protokolu OData na straně Wonderware software je realizována prostřednictvím webové služby s rozhraním ihistory, která umožňuje interaktivní dotazování dat formou jednoduchých HTTP dotazů. Protokol OData pro komunikaci se serverem nově využívá v tomto směru upravený alarmový objekt v aplikaci InTouch, ale v případě napojení ke cloudovému řešení Wonderware Online (viz dále) i klienti Wonderware Historian Client.
Strana 5 Obr. 3: Ilustrativní příklad přístupu aplikace Microsoft Excel k datovému zdroji přes protokol Odata Sjednocení ukládání všech typů dat pomocí 64bitových služeb Nová moderní koncepce ukládání procesních dat prostřednictvím 64bitových procesů byla poprvé uvedena ve verzi Wonderware Historian 2012 R2, přičemž novým výkonným Tier-2 ukládacím jádrem se zpracovávala pouze data, která byla do Historianu zasílána Wonderware Application Serverem verze 3.5 (= 2012 R2), replikačními službami nebo aplikacemi naprogramovanými v tehdy nové verzi Historian SDK. Data ze starších verzí Wonderware Application Serveru a z komunikačních serverů (DAServery) i nadále využívaly původní 32bitovou službu pro ukládání dat. Wonderware Historian 2014 R2 přichází s novou službou Classic Data Redirector. Směrováním hodnot i ze starších verzí Wonderware Application Serveru a z komunikačních serverů na moderní 64bitové ukládací procesy je dalším logickým krokem v opuštění starého konceptu ukládání dat službou Classic Storage. Sjednocení způsobu archivace procesních hodnot pocházejících z různých datových zdrojů vede k jejich výkonnějšímu ukládání i načítání. Obr. 4: Architektura zpracování procesních dat ve Wonderware Historianu 2014 R2
Strana 6 Nezávislost ukládaných dat na systémovém času S koncepcí sjednocení mechanismů ukládání dat úzce souvisí i další důležitá novinka uvedená ve Wonderware Historian 2014 R2 nezávislost ukládaných dat na systémovém času. Původní koncept ukládání procesních dat byl postaven na kombinaci 32bitové služby periodicky ukládající data s vyrovnávací pamětí (ActiveImage) pro aktuální data. Na svou dobu se sice jednalo o revoluční řešení, které se však při stále se zvyšujících požadavcích na ukládání vyšších objemů ne vždy homogenních dat ukázalo jako nedostatečné. Moderní archivační systém musí zpracovávat ohromné množství aktuálních hodnot z výrobních procesů i nemenší množství hodnot s časovým razítkem z minulosti či v budoucnosti (např. hodnoty získané jednorázovým vyčtením z paměťové oblasti udržované po určitou dobu na měřícím zařízení nebo hodnoty přicházející ze špatně časově synchronizovaných datových zdrojů). Výše uvedené požadavky nutně vedly ke změně interních mechanismů souvisejících se zpracováním hodnot přicházejících do systému. Provedené změny v systémové architektuře v konečném výsledku znamenají úplnou nezávislost času zdrojových dat na systémovém času cílového serveru, což systému umožňuje efektivní zpracování aktuálních hodnot i hodnot přicházejících s časovým razítkem z minulosti nebo budoucnosti. Obr. 5: Ilustrativní příklad prezentace hodnot s časovým razítkem mimo aktuální čas Navýšení počtu licencovaných proměnných až na 2 000 000 Stále stoupající požadavky na vyšší počet historizovaných procesních veličin kladou nejen vyšší nároky na použitou hardwarovou platformu, ale vyžadují i nutnou podporu výkonnosti ze strany provozovaného software. Průběžná modernizace softwarového kódu a zejména řada změn v systémové architektuře Wonderware Historianu vedla v kombinaci s použitím moderního hardwaru k významnému nárůstu výkonnosti produktu Wonderware Historian. Dosažená vysoká výkonnost v kombinaci s vysokou spolehlivostí umožnila rozšířit škálu poskytovaných licencí Wonderware Historianu až do velikosti 2 000 000 proměnných. Poznámka: Toto rozšíření počtu licencovaných proměnných na 2 000 000 bylo umožněno již v předchozí verzi Wonderware Historian 2014.
Strana 7 Nové uživatelské nástroje pro přejmenování proměnných a import dat Již zmiňované změny v systémové architektuře Wonderware Historianu 2014 R2 podpořil Wonderware uvedením dvou uživatelských programů, které tvoří součást instalace produktu. První z nich je aktualizovaná aplikace pro přejmenování proměnných Historian TagRename Utility. Jedná se o uživatelský program, který v případě požadavku na změnu názvu archivované proměnné umožní její hromadné přejmenování v již dříve uložených datech. Uživatelé tak mohou bez jakýchkoliv dalších úprav přistupovat k historickým datům i po tak významném zásahu, jakým je změna názvu proměnné. Druhá aplikace nazvaná Historian Data Importer umožňuje zcela automatizovat import souborů s historickými daty z aplikací InTouch (soubory typu.lgh a.idx) nebo z textových souborů (soubor typu.csv). S pomocí grafického rozhraní může uživatel provést jednorázový import konkrétního souboru, nebo nastavit adresář, který bude periodicky sledován pro výskyt takovýchto souborů. V případě potřeby lze aplikaci jednoduše ovládat i programově z příkazové řádky. Zobrazení statistik z dat Historianu v ArchestrA symbolech Zcela novou funkčnost, úzce související s Wonderware Historianem, zajisté ocení uživatelé Wonderware InTouch. ArchestrA symboly nyní obsahují nový datový typ History Summary, s jehož pomocí lze snadno v prostředí symbolu konfigurovat výpočet různých typů statistik z dat uložených ve Wonderware Historianu, např. časově váženého průměru, směrodatné odchylky nebo setrvání veličiny v určitém stavu. Uživatelem nadefinované funkce jsou při běhu v runtime prostředí průběžně kalkulovány na straně Historian serveru a ArchestrA symbol zobrazuje jen výslednou hodnotu. Obr. 6: Konfigurační dialogové okno ArchestrA symbolu s novým datovým typem History Sumary Statistiky lze konfigurovat pro různé časové intervaly, čímž se výrazně rozšiřují stávající možnosti statistického zpracování ve Wonderware System Platform. Informace poskytované grafickými objekty tak nyní mohou být daleko komplexnější a adresnější (např. žádaná hodnota/target může být funkcí váženého průměru). Rozšíření datových typů Na základě požadavků uživatelů byly ve Wonderware Historianu 2014 R2 rozšířeny stávající datové typy o typ Double, 64bitové číslo s dvojitou přesností s plovoucí řádovou čárkou, který uživatelům poskytne větší číselný rozsah i podstatně vyšší přesnost.
Strana 8 Obr. 7: Editor pro konfiguraci proměnné v prostředí Wonderware System Management Console Wonderware Online (Managed Historian) Vedle tradičních licencí pro místně provozované historizační servery, které jsou ve vlastnictví uživatele, je nabídka nově rozšířena o možnost ročních pronájmů historizačního serveru Wonderware Historian. Software s označením Wonderware Online je v tomto případě poskytován jako služba (Software as a Service). Jedná se Wonderware Historian, označovaný jako tzv. Managed Historian, hostovaný na cloudu v rámci služeb Microsoft Azure, což s sebou přináší zajímavé výhody oproti tradičním, v podniku provozovaným řešením nízké náklady, bez nutnosti využití služeb IT, rychlou implementaci, nižší riziko, vysokou bezpečnost, výkonnost a jednoduchost používání. Wonderware Online ukládá data z různých datových zdrojů a zajišťuje přístup k těmto datům pomocí klientských aplikací Wonderware. Typickými datovými zdroji jsou aplikace Wonderware InTouch, Wonderware InTouch Machine Edition, lokální Wonderware Historian a další. Všechna data, která jsou uložena ve Wonderware Online, jsou dostupná čtyřiadvacet hodin denně, sedm dní v týdnu, a to s maximální úrovní zabezpečení. Pro ověřování přístupu k datům i při samotné komunikaci se využívají nejmodernější bezpečnostní mechanismy, které jsou standardně používány např. finančními institucemi autorizace, autentizace a šifrování veškeré odcházející i přicházející komunikace. Pro analýzu uložených dat má uživatel k dispozici dobře známé nástroje Wonderware Historian Client, které může provozovat na stacionárních počítačích či tabletech, i reportní aplikaci Wonderware SmartGlance, která je dostupná pro většinu dnešních běžných mobilních operačních systémů ios, Android nebo Windows Phone.