Сформулирована задача организации информационного сопряжения комплекса КАГИ и аппаратуры АКРД. Обоснован выбор используемых технологий, дан обзор их основных аспектов. Приведена концепция организации информационного сопряжения СКБ-совместимых систем. Представлен обзор текущей реализации информационного сопряжения комплекса КАГИ и аппаратуры АКРД.
Ключевые слова: угольная шахта, автоматизированная система, аэрогазовый контроль, информационное взаимодействие, система комплексной безопасности, технология CORBA.
Комплекс аэрогазовый информационный КАГИ установлен на 69 шахтах Украины и применяется для контроля содержания метана и расхода воздуха в горных выработках, управления проветриванием в тупиковых выработках и аварийного отключения электроэнергии при недопустимых значениях содержания метана и нарушениях проветривания.
Комплекс КАГИ создан в 1998 г. и расширение его функциональных возможностей до настоящего времени происходило, главным образом, за счет подключения к нему неавтоматизированных средств контроля и автоматики: аппаратуры «Ветер» и новых датчиков контроля параметров рудничной атмосферы.
Однако имеющиеся у комплекса КАГИ возможности не исчерпывают проблемы аэрогазового контроля при ведении горных работ. Поэтому одним из направлений расширения функциональных возможностей комплекса КАГИ является его информационное сопряжение с другими автоматизированными системами, реализующими различные задачи аэрогазового контроля.
Цель работы – повышение эффективности аэрогазового контроля за счет одновременного использования информации от различных автоматизированных систем, действующих на шахте.
Для более полной оценки аэрогазовой обстановки на технологических объектах шахты (выемочных участках, тупиковых выработках и пр.) необходимо учитывать газ метан, который извлекается при помощи систем дегазации. Для контроля параметров систем дегазации на шахтах Украины все более широко применяется аппаратура контроля режимов дегазации АКРД. Эта аппаратура представляет собой автономную автоматизированную систему (ААС), которая организационно относится к технической службе шахты, не имеющей прямого отношения к группе аэрогазового контроля. В данной статье изложен метод информационного сопряжения комплекса КАГИ и аппаратуры АКРД, как ААС.
Сопряжение ААС предусматривает обмен данными между ними и требует разработки принципа и создания механизма информационной связи. Создание механизма информационной связи заключалось в соответствующем согласовании программного обеспечения комплекса КАГИ и аппаратуры АКРД, а также в разработке каналообразующего программного обеспечения, которое должно эту связь обеспечивать.
При разработке принципа взаимодействия между КАГИ и АКРД было использовано такое свойство данных систем, как СКБ-совместимость. При этом разработчики исходили из предположения о системе комплексной безопасности (СКБ) как о коммуникационном центре, который может обеспечивать коммутацию, протоколирование и консолидацию информационных потоков [1, 2].
Использование данного принципа было признано перспективным, в частности, в связи с его универсальностью. Оно позволяет организовать не только информационное взаимодействие комплекса КАГИ с аппаратурой АКРД, но и взаимодействие между любыми другими СКБ-совместимыми автоматизированными системами. Таким образом, информационное сопряжение комплекса КАГИ и аппаратуры АКРД можно рассматривать как пример реализации информационного взаимодействия СКБ-совместимых ААС.
Концепция информационного сопряжения ААС подразумевала следующий механизм взаимодействия. Система-источник (в данном случае, аппаратура АКРД), используя свою функцию СКБ-совместимости, передает в обычном режиме данные системе СКБ. Система СКБ стандартным образом регистрирует поступающие данные. Система-приемник (в данном случае, комплекс КАГИ) взаимодействует с СКБ и определяет, какого рода данные, поступившие в СКБ от системы-источника, необходимы системе-приемнику. После чего система-приемник периодически запрашивает СКБ о необходимых данных за интересующий период времени, которые и получает в случае их наличия.
Описанная схема использования системы СКБ как коммуникационного центра, консолидирующего потоки данных, подразумевает возможность ААС не только передавать информацию СКБ, но также иметь канал обратной связи с данной системой. При этом принцип организации канала обратной связи необходимо было избрать таким образом, чтобы добиться высокой универсальности подхода.
Как известно, ААС разрабатываются, внедряются и сопровождаются независимыми разработчиками, поэтому нельзя делать предположений о платформе, операционной системе, средствах разработки и исполнительной среде внешней системы. В такой ситуации необходимо использовать средства взаимодействия гетерогенных систем, спектр которых простирается от RPC (remote procedure call – вызов удаленных процедур) до .Net Remoting (технология Microsoft для операционной среды .Net). Большинство используемых технологий страдают от отсутствия общепризнанных стандартов, что приводит к ограничению спектра, зависимости от производителя или операционной системы, либо любой комбинации этих или других факторов. На этом фоне выгодно отличается технология CORBA [3, 4].
Международная некоммерческая организация OMG (Object Management Group – консорциум, занимающийся разработкой и продвижением объектно-ориентированных технологий и стандартов) с 1991г. развивает свободно доступную спецификацию стандарта CORBA (Common Object Request Broker Architecture – общая архитектура брокера объектных запросов), в которой определены детали взаимодействия в гетерогенных средах и их применения в большинстве широко используемых языках программирования [4].
В настоящее время существует несколько реализаций CORBA для различных языков, разрабатываемых в рамках проекта Open Source (системы с открытым исходным кодом). Использование Open Source продуктов, во-первых, исключает зависимость от монополии разработчика и, во-вторых, обеспечивает высокую надежность этих пакетов за счет независимого тестирования, исправления ошибок и развития сообществом разработчиков и пользователей без социальных, этнических и т.п. границ. Для языка Delphi (среды разработки КАГИ) существует Open Source проект MTDORB (порт в Delphi пакета MICO-CORBA реализация для C++).
Использование технологии CORBA предполагает определение формальной модели взаимодействия в терминах «клиент-сервер» и спецификацию этой модели на языке OMG IDL (Interface Definition Language – язык определения интерфейсов). IDL описания компилируются соответствующими средствами в определения целевого языка. Данные определения для систем в роли клиента достаточны для вызова специфицированных в IDL сервисов, а для серверов требуют соответствующей реализации [5].
Немаловажным достоинством выбранного подхода является тот факт, что наличие полнофункционального комплекса средств СКБ не является ограничивающим фактором для обеспечения информационного взаимодействия. СКБ представляется как CORBA сервер, который может быть реализован и как эмулятор интерфейсов (удобно на этапе отладки и тестирования), и как локальный буферизирующий шлюз (удобно для экспериментальной эксплуатации, локальных установок КАГИ или для начальных этапов развертывания СКБ). Область «влияния» СКБ четко очерчена IDL спецификацией и, соответственно, минимизирует влияние модификаций CORBA сервера на КАГИ или другую систему-приемник. В случае изменения информационных потребностей системы-приемника можно независимо от СКБ развивать систему интерфейсов, например, для учета специфических характеристик подключаемой системы или использования новых методов управления исполнительными механизмами, предоставляемых внешними системами.
Таким образом, разработка каналообразующего программного обеспечения для организации информационного сопряжения комплекса КАГИ и аппаратуры АКРД заключалась в создании построенного на технологии стандарта CORBA шлюзового модуля для обеспечения соответствующего взаимодействия. Кроме того, был создан модуль, который эмулирует функции сервера СКБ, необходимые для обеспечения взаимосвязи между системами, но может быть интегрирован в программную структуру одной из взаимодействующих систем. Благодаря данному модулю связь между СКБ-совместимыми системами может быть достигнута без наличия на предприятии полнофункционального комплекса средств СКБ. В рамках данной реализации модуль, эмулирующий функции сервера СКБ, интегрирован в программную среду комплекса КАГИ.
ААС, ориентированная на прием информации от внешних источников данных посредством СКБ, требует некоторого согласования своего программного обеспечения. В рамках организации информационного сопряжения комплекса КАГИ и аппаратуры АКРД такого согласования требовало программное обеспечение комплекса КАГИ, как системы-приемника. Оно заключалось в адаптации программного комплекса к приему данных от системы СКБ, соответствующей их интерпретации, анализа, отображения и хранения. Соответственно произошли изменения в структуре конфигурационной базы данных комплекса КАГИ, базы данных телеинформации и телесигнализации, изменения в организации графического интерфейса. Адаптация программного комплекса к приему данных потребовала создания модуля CORBA сопряжения, в функции которого входит взаимодействие со шлюзовым CORBA сервером.
На рисунке представлена схема организации информационных потоков в рамках разработанного метода информационного сопряжения комплекса КАГИ и аппаратуры АКРД.
Рисунок – Схема информационного взаимодействия КАГИ и АКРД
На данном этапе для реализации взаимодействия КАГИ с внешними системами используется модуль TAO_Server, разработанный на языке C++ с использованием Open Source пакетов ACE (ADAPTIVE Communication Environment) и TAO (The ACE ORB). TAO_Server является CORBA шлюзом между КАГИ и СКБ. TAO_Server приводит информационные понятия КАГИ к информационным понятиям СКБ и наоборот. Как СКБ, в случае отсутствия полнофункционального сервера СКБ, используется модуль SKB_Emulator, разработанный на языке C++ с использованием Open Source пакетов ACE, TAO и FastDB (объектно-ориентированная база данных построена на технологии Memory Map). SKB_Emulator является CORBA сервером, выполняет функции буферизированного канала обмена информацией.
Внешние автоматизированные системы обмениваются с SKB_Emulator данными по протоколам, принятым в СКБ (xml пакеты или CORBA интерфейсы при передаче данных в SKB_Emulator, CORBA интерфейсы для получения данных внешними системами от SKB_Emulator). Информационный сервис СКБ(система CORBA интерфейсов) обеспечивает навигацию стандартными справочниками (зарегистрированные системы, выполняемые функции, локализации датчиков, измеряемые величины и т.п.) и запрашивает данные за указанный период времени от указанного перечня источников информации.
Приведенный метод был реализован при выполнении плановой работы по расширению функциональных возможностей комплекса КАГИ. Новая версия комплекса КАГИ, предусматривающая информационное сопряжение с аппаратурой АКРД, в ноябре 2009 г. прошла приемочные испытания в условиях ш. №22 «Коммунарская» ш/у «Донбасс».
Выводы
Новая версия комплекса КАГИ позволяет давать более полную оценку аэрогазовой обстановки на технологических объектах шахты за счет учета газа метана, извлекаемого при помощи систем дегазации.
Использование свойства СКБ-совместимости ААС позволяет применять универсальный подход к организации информационного сопряжения произвольного сочетания таких систем.
Использование технологии CORBA при организации канала обратной связи между СКБ и ААС позволяет абстрагироваться от особенностей среды функционирования и способа разработки каждой отдельной автоматизированной системы.
Рассмотрение сервера СКБ как CORBA сервера позволяет использовать для организации информационного сопряжения автоматизированных систем эмулятор СКБ как локальный буферизующий шлюз, что целесообразно в условиях отсутствия полнофункционального комплекса средств СКБ.
Брюханов А.М. Создание современной системы комплексной безопасности / А.М. Брюханов, Ю.А. Иванов, С.М. Силаков // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. науч. тр. МакНИИ. – Макеевка-Донбасс, 2007. – Вып. 20. – c. 7–15.
Иванов Ю.А. Принципы создания системы комплексной безопасности СКБ и архитектура ее построения / Ю.А. Иванов, С.М. Силаков, Г.Ю. Иванов // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. науч. тр. / МакНИИ. – Макеевка-МакНИИ, 2008 – № 1(21) – c. 82 – 89.
Слама Д. Корпоративные системы на основе CORBA / Слама Д., Гармбс Д., Рассел П. – М.: Вильямс, 2001 . – 368 с.
Таненбаум Э. Распределенные системы. Принципы и парадигмы / Э. Таненбаум, М. Ван Стен – СПб: Питер, 2003. – 877 с.
Бэкон Дж. Операционные системы. Параллельные и распределенные системы / Дж. Бэкон, Т. Харрис – СПб: Питер, 2003. – 800 с.