Terminálové služby pro InTouch Využití nových možností MS Windows 2000 pro provozování tenkých klientů Jaroslav Jarka Pantek (CS) s.r.o.
Strana 2 Úvod V oblasti průmyslové automatizace dochází k neustálému vývoji. Modernizace vlastních výrobních zařízení (stroje, linky) vyvolávají požadavky na nový řídicí hardware (programovatelné logické automaty, distribuované řídicí systémy, inteligentní I/O zařízení aj.) a jeho obslužné stanice s příslušným softwarovým vybavením. I po provedení skokové modernizace však průběžně dochází k dílčím změnám, a to z důvodu optimalizace výrobního postupu nebo změny vyráběného produktu. V dnešním moderním výrobním závodě se samozřejmě využívá výpočetní technika. Po jejím rozšíření v podnikové administrativě však v posledních letech dochází k jejímu masovému nasazování i přímo ve vlastních výrobních halách. Operátoři potřebují mít přehled o tom, co se v dané technologii děje, reagovat na poruchové stavy nebo nestandardní situace, optimalizovat chod výroby, vyměňovat si potřebné informace s pracovníky jiných oddělení atd. Tyto požadavky jim plní programové vybavení patřící do kategorie SCADA/HMI (Supervisory Control And Data Acquisition/Human-Machine Interface) pro sběr dat, vizualizaci a supervizní řízení technologických procesů na PC. Informační technologie se velmi rychle vyvíjejí. Vznikají nové operační systémy, pro které jsou postupně vydávány tzv. servisní balíčky (Service Pack) obsahující opravy chyb a další drobná vylepšení. Podobně je tomu i se softwarem typu SCADA/HMI. Na trh přicházejí nové verze s lepšími vlastnostmi a i pro tyto verze jsou postupně vydávány servisní balíčky. Na první pohled je tedy vše v pořádku. Dochází k modernizaci výroby, k optimalizaci technologických postupů a operátoři mají o výrobě přehled díky aplikacím SCADA/HMI, které běží v ideálním případě v nejnovější verzi. Je však třeba si uvědomit, že nové verze operačního systému nebo programu SCADA/HMI i jejich servisní balíčky je nutno instalovat na každém počítači, kde jsou provozovány. Nové verze navíc často vyžadují lepší hardware počítače (výkonnější procesor, více paměti RAM, větší harddisk). Rovněž každá zásadnější změna ve výrobě vyvolává nutnost úprav i příslušných SCADA/HMI aplikací, aby odpovídaly aktuálnímu stavu technologie. Ukazuje se, že implementace všech těchto změn je s rostoucím počtem počítačů organizačně, personálně i finančně dosti náročná. Koncoví uživatelé by proto uvítali takovou informační infrastrukturu, ve které lze aplikovat změny co nejrychleji a s minimálními finančními náklady. Jednou z možností je využití terminálových služeb nového operačního systému Microsoft Windows 2000, které centralizují vlastní běh a údržbu softwarových aplikací na jednom místě a jejich ovládání se provádí z velmi jednoduchých stanic (hardware i software), které jsou označovány jako tencí klienti (thin clients). Terminálové služby Co jsou terminálové služby S terminálovými službami se uživatelé mohli setkat již v operačním systému Windows NT Server 4.0, avšak pouze ve verzi Terminal Server Edition. U Windows 2000 jsou terminálové služby implementovány do všech serverových verzí (Windows 2000 Server/Advanced Server/Datacenter Server). Cílem terminálových služeb je umožnit používání moderních 32bitových aplikací pro Windows i na počítačích, na kterých to dosud nebylo možné, tj. zejména na starších počítačích řad 286, 386, 486 s malou operační pamětí, na počítačích s operačními systémy UNIX nebo LINUX a dále na nových typech počítačů jako jsou Windows terminály a obdobná zařízení.
Strana 3 Princip činnosti Všechny aplikace (programy) jsou nainstalovány a provozovány na výkonném počítači (terminálový server) a na klientských počítačích (terminál, tenký klient) je instalován pouze protokol podporující komunikaci s terminálovým serverem. Na hardwarové úrovni je tenký klient zařízení, které u aplikací a dat spoléhá na server a zpracovává jen velmi malou část úkolů aplikace nebo dokonce žádné úkoly. Vyžaduje tak pouze relativně malou velikost paměti RAM a malou kapacitu lokálního pevného disku. Pokud se tenký klient připojí k terminálovému serveru, naváže s ním tzv. relaci (session), ve které si spustí požadované aplikace. Tato relace je řízena operačním systémem serveru a běží na tomto terminálovém serveru nezávisle na jiných spuštěných relacích. Veškerá výpočetní činnost při běhu aplikace se odehrává na serveru a pouze výsledná grafická informace (obrazovkový výstup provozované aplikace) se přenáší na zobrazovací zařízení klienta. Opačným směrem, tj. z klienta na server, se přenášejí všechny aktivity myši a klávesnice na klientském počítači, pomocí nichž se spuštěná aplikace ovládá. Uživatel má tedy u svého jednoduchého terminálu stejný pocit, jako kdyby seděl u výkonného počítače s operačním systémem Windows 2000. K přenosu informací mezi klientem a serverem se využívá protokol RDP nebo ICA. Protokol RDP (Remote Desktop Protocol) od firmy Microsoft je standardní součástí terminálových služeb ve Windows 2000 a lze ho použít v případě, že klientská stanice má operační systém Windows (Windows CE, Windows NT Embedded, Windows for Workgroups 3.11, Windows 95/98, Windows NT 3.51/4.0, Windows 2000). Velkou výhodou protokolu RDP je, že mu standardně stačí malá šířka přenosového pásma (cca 20 Kb/s). Pokud klientská stanice používá jiný operační systém (např. Linux, Unix, MS DOS), je třeba ještě dokoupit software Citrix Metaframe od firmy CITRIX rozšiřující funkčnosti Windows 2000 Terminal Services. Tento software používá komunikační protokol ICA (Independent Computer Architecture) a je určen pro podporu klientů s jiným operačním systémem než Microsoft Windows.
Strana 4 Terminálové služby pro InTouch 7.1 Co je InTouch Wonderware InTouch je software pro vytváření komplexních aplikací kategorie SCADA/HMI (Supervisory Control And Data Acquisition/Human-Machine Interface) pro sběr dat, vizualizaci a supervizní řízení jakýchkoliv technologických procesů na PC, univerzálně použitelný prakticky ve všech průmyslových oborech. V aplikacích InTouch lze graficky zobrazit jakékoliv výrobní technologie včetně názorných dynamických animací, které věrně zobrazují aktuální stavy provozovaných výrobních technologií. Využívají je zejména výrobní operátoři ke komfortnímu získávání informací o probíhající výrobě a k jejímu ovládání. Terminálové služby pro InTouch a jejich přínosy Společnost Wonderware Corporation uvedla koncem roku 2000 na trh nový produkt Terminálové služby pro InTouch (Terminal Services for InTouch) umožňující provozování aplikací InTouch s využitím terminálových služeb. Tento produkt přináší zejména následující výhody používání tenkých klientských aplikací: - Vykonávání aplikací, zpracování a ukládání dat je provozováno na centrálním serverovém počítači. - Na stejném místě se provádí i centralizovaná instalace programů, údržba aplikací a instalace nových verzí či servisních balíčků. - Na klientských počítačích se kromě podpory pro připojení na terminálový server nemusí instalovat žádný další software. - Na terminálových klientech je k dispozici plný uživatelský komfort běžný ve Windows 2000, přestože na nich může být instalován jiný operační systém. - Pro klientská pracoviště lze využít stávající hardware, tj. staré a méně výkonné počítače. - Lze využít i tzv. hardwarově tenké klienty. Většinou to jsou průmyslové zobrazovací displeje nebo malé kompaktní počítače pro síťové aplikace, které nemají žádné pohyblivé části, obsahují paměť typu Flash, operační systém (např. Windows CE) a výstup pro zobrazovací jednotku. Tato zařízení lze nasadit i do provozu s extrémními podmínkami, kde by standardní počítač nemusel být spolehlivý. - Instalace tenkých klientů nebo jejich výměna v případě závady trvá velmi krátkou dobu, přičemž běh aplikace v terminálové relaci není přerušen. Produkt Terminálové služby pro InTouch je určen především pro použití v lokální síti LAN, kde jednoduché klientské počítače mohou nahradit dosud používané řešení, kdy aplikace InTouch musely být instalovány a provozovány lokálně na každé pracovní stanici. Mobilní uživatelé, správci systému a systémoví integrátoři však ocení i možnost vzdáleného přístupu k běžícím výrobním aplikacím. Tuto vlastnost lze využít nejen v rámci intranetu, včetně možnosti připojení po bezdrátové síti LAN, ale i přes Internet [1, 2].
Strana 5 Není tedy potřeba jezdit k zákazníkovi na místo nasazení aplikace, ale stačí se připojit vzdáleně z kanceláře nebo z domova a zobrazit si stejná data, jaká vidí vzdálený uživatel v továrně. V případě potřeby je tedy možné aplikace InTouch vzdáleně ovládat (v režimu InTouch Runtime) i provádět jejich případné modifikace (v režimu InTouch Development např. přidání obrazovek, proměnných apod.). Architektura Nejblíže k vlastním výrobním procesům je úroveň přímého řízení s programovatelnými logickými automaty (PLC), distribuovanými řídicími systémy (DCS) a vstupně-výstupními (I/O) zařízeními. Ty jsou propojeny do řídicí sítě, obvykle pomocí Ethernetu nebo vlastnických firemních sběrnic. Pokud se jedná o větší systém, jsou obvykle již do této úrovně začleněny počítače s příslušnými komunikačními I/O Servery, které soustřeďují veškerou komunikaci s výrobními zařízeními. Nad touto úrovní jsou běžné operátorské stanice. Uživatelé nyní mohou nasadit systémy InTouch v plně centralizovaném režimu, kdy všechny aplikace využívají terminálových služeb a běží výhradně na terminálovém serveru. Každému vzdálenému operátorovi (klientovi) se v tomto případě po přihlášení spustí jeho vlastní relace (session), ve které je provozována zvolená klientská aplikace InTouch. Tutéž aplikaci mohou při splnění licenčních podmínek vícenásobně provozovat i různí další klienti (v dalších relacích). Nebo lze na terminálovém serveru současně provozovat různé aplikace InTouch. Jedna aplikace InTouch může na terminálovém serveru běžet navíc i lokálně jako tradiční aplikace (je uživatelem spuštěna přímo ze serveru). Záleží pouze na tom, jak je celý systém nakonfigurován. V případě, že je do architektury začleněna i procesní databáze Wonderware IndustrialSQL Server, doporučuje se, aby byla provozována na jiném počítači, než je terminálový server. Na terminálovém serveru však mohou být instalovány klientské nástroje Wonderware ActiveFactory pro analýzu dat z IndustrialSQL Serveru, které rovněž podporují terminálové služby a jsou tedy přístupné v terminálových relacích z tenkých klientů. Nadále lze samozřejmě používat tradiční aplikace InTouch běžící lokálně na různých počítačích a tyto uzly kombinovat s aplikacemi InTouch provozovanými na terminálovém serveru. Tento přístup tak umožňuje značnou pružnost při návrhu systémové architektury, aby se splnily konkrétní uživatelské požadavky nejen z hlediska funkčnosti, ale i celkových finančních nákladů na vlastnictví. Při architektuře s 25 uzly vycházejí např. náklady na hardware (včetně operačních systémů) pro terminálové řešení v podobě 1 terminálového serveru a 25 tenkých klientských počítačů bez pevného disku až o 40 % nižší než u tradiční architektury klient/server. Pokud by se na klientské stanice použil stávající hardware, bylo by terminálové řešení cenově ještě mnohem výhodnější. Uživatel by v tomto případě instaloval pouze nový hardware pro terminálový server a starší počítače by použil jako tenké terminálové klienty.
Strana 6 Komunikace Komunikační protokol na bázi TCP/IP Wonderware SuiteLink byl rozšířen o podporu komunikací mezi jednotlivými relacemi. InTouch je tak schopen komunikovat jak mezi aplikacemi v rámci relací (na terminálovém serveru), tak s tradičními aplikacemi provozovanými na lokálních uzlech. Byly rovněž přidány nové InTouch skriptové funkce pro podporu terminálových služeb. Pomocí nich lze např. zjistit, zda aplikace View (InTouch Runtime) byla spuštěna lokálně na terminálovém serveru (jako běžná tradiční aplikace) nebo vzdáleně z terminálového klienta (jako relace) a v tomto případě i zjistit identifikační označení klientského uzlu (IP adresu klienta). Omezení Zatím byly popsány především výhody použití produktu Terminálové služby pro InTouch. Existují však i omezení, která je nutno zvážit. Aplikace s velkou barevnou hloubkou, velkými pohybujícími se bitmapami nebo jinými graficky náročnými objekty mohou výrazně zatížit komunikační síť. Proto je u protokolu RDP pro komunikaci mezi serverem a klientem omezena hloubka barev na 256. Další nevýhodou může být i to, že aplikace běžící v jednotlivých relacích již nemohou komunikovat pomocí protokolu NetDDE. Terminálový server Výkonnost Výkonnost terminálového serveru má přímý vliv i na výkon provozovaných aplikací InTouch. Server musí být proto adekvátně navržen a správně nakonfigurován. Firma Wonderware provedla rozsáhlá testování výkonnosti a škálovatelnosti systémových architektur s terminálovými službami, zejména z hlediska množství současně přistupujících klientských aplikací. Z hlediska koncového zákazníka je samozřejmě požadováno, aby měl na svých tenkých klientech obdobně komfortní a rychlou odezvu jako doposud (na výkonnějších počítačích). Z výsledků testů vyplynulo doporučení použít další terminálový server, pokud je v architektuře více než 25 klientských uzlů. Zabezpečení Každému uživateli lze přidělit vlastní přístupová práva na základě jeho jména a hesla. Uživatelské účty se mohou rozdělit na tři základní skupiny s následujícími právy: - Pouze se uživatelsky připojit na terminálový server a spustit si ve své relaci povolenou aplikaci InTouch a případně další Windows aplikace (např. MS Office). - Navíc možnost dálkového řízení (ovládání) aplikace v relaci spuštěné jiným uživatelem. - Navíc přístup na terminálový server s administrátorskými právy. Terminálové služby tedy mohou být např. nastaveny tak, aby příslušní uživatelé měli ze svých klientských pracovišť přístup pouze k aplikacím InTouch.
Strana 7 Spolehlivost a zálohování S použitím terminálového serveru, na kterém běží více aplikací, je pochopitelně kladen větší důraz na jeho nepřetržitý a bezchybný provoz. Výběr konkrétního hardwaru by měl tedy adresovat i tento požadavek. Pro zajištění redundance lze použít i clusterovou službu Network Load Balancing pro síťové rozdělování zátěže, která je součástí operačního systému Windows 2000 Advanced Server. Umožňuje mj. přesměrovat spojení z havarovaného nebo vypnutého serveru na jeho zálohu a po skončení opravy nebo údržby se původní počítač transparentně zapojí zpět do systému. Závěr Terminálové služby pro InTouch přinášejí další možnosti nasazení vizualizačního systému InTouch v sektoru průmyslové automatizace. Návrat k architektuře s výkonným sálovým počítačem a jednoduchými terminály není rozhodně krokem zpět. Výhody terminálových služeb naopak řeší problémy mnoha podniků, které nechtějí neustále modernizovat veškerý používaný hardware a chtějí snížit celkové náklady na vlastnictví (TCO Total Cost of Ownership) informačního systému. Ke snížení nákladů přispívá centralizovaná instalace, údržba aplikací a vykonávání programů na straně terminálového serveru a možnost použití jednoduchých počítačů na straně klientů, kde lze využít i stávající starší počítače s různými operačními systémy nebo nasadit bezdiskové stanice s vysokou spolehlivostí (HW tencí klienti). Další informace [1] ŘÍHA, P.: Windows 2000 a terminálové služby. Microsoft news 3/2000, s. 18-19. [2] Internet: http://www.microsoft.com/windows2000 [3] Internet: http://www.pantek.cz [4] Internet: http://www.wonderware.com
Strana 8