कामेच्छा के साथ परिचित - ACS बनाने के लिए पुस्तकालय

यह लेख वितरित नियंत्रण प्रणालियों के निर्माण के लिए एक खुली लाइब्रेरी पर केंद्रित होगा - लिबुनसेट, लिनक्स के लिए C ++ में लिखा गया है। लाइब्रेरी में उपयोग किए जाने वाले बुनियादी अवधारणाओं, तत्वों और अवधारणाओं का एक सामान्य अवलोकन दिया जाएगा।

लिब्यूनिसेट लाइब्रेरी का मुख्य लक्ष्य वितरित नियंत्रण प्रणाली (एसीएस) के निर्माण के लिए तैयार "ब्लॉक" प्रदान करना है। किसी भी एसीएस में, कोई भी ऐसे मुख्य क्षेत्रों को अलग कर सकता है:

• इनपुट / आउटपुट;
• नेटवर्क साझाकरण;
• प्रबंधन प्रक्रियाओं (एल्गोरिदम);
• डेटा भंडारण;
• डेटाबेस के साथ काम करें।

लिब्यूनिसेट में, इन सभी दिशाओं के लिए तैयार-से-उपयोग, सुसंगत और बातचीत करने वाले घटकों को बनाने का प्रयास किया गया था, और एक ही समय में एक काफी सार्वभौमिक और आसानी से एक्स्टेंसिबल लाइब्रेरी बना सकते हैं।

इस पुस्तकालय का उपयोग करने वाली एक विशिष्ट परियोजना एक परियोजना है, लगभग 20-25 नोड्स से मिलकर जो राज्य प्रबंधन और नियंत्रण को लागू करते हैं, साथ ही ऑपरेटर स्टेशन (आमतौर पर एक दूसरे के कम से कम दो बैकअप) जो जानकारी प्रदर्शित करते हैं और इसके अलावा, सिस्टम में होने वाली सभी घटनाओं के लॉगिंग को लागू करते हैं (जो डेटाबेस को आबाद करते हैं)। सामान्य तौर पर, सिस्टम नोड्स की संख्या असीमित है।

एक छोटी ऐतिहासिक पृष्ठभूमि

लिबुनिसैट लाइब्रेरी विकसित हुई (और अब विकसित हो रही है) जैसा कि उसे - धीरे-धीरे होना चाहिए। नियंत्रण प्रणालियों की विभिन्न परियोजनाओं पर काम के दौरान, कुछ सामान्य गुणों, तंत्रों या घटकों को सभी प्रणालियों से अलग किया गया था, और इन आम भागों को पुस्तकालय में आगे पुन: उपयोग के लिए दर्ज किया गया था। फिलहाल, वर्तमान संस्करण संस्करण 1.6 है, जो एक अच्छी तरह से स्थापित एपीआई के साथ एक काफी परिपक्व पुस्तकालय है, जो आपको आसानी से (और जल्दी से) नियंत्रण प्रणाली बनाने और तैनात करने की अनुमति देता है।

फिलहाल, पुस्तकालय और उसके सभी सहायक उपयोगिताओं को एएलटी लिनक्स वितरण के तहत संकलित किया गया है ,
और इसके अलावा, कोरिनफ प्रणाली का उपयोग करके, पुस्तकालय के तहत बनाया गया है:

• डेबियन ;
• फेडोरा ;
• ubuntu ;
• सेंटोस ।

लिबुनिसैट क्या है

चित्रात्मक रूप से यह दर्शाने का प्रयास किया जाता है कि लिब्यूनेट क्या है।

यह CORBA तकनीक पर आधारित है, इस पर एक-दूसरे के साथ सिस्टम के "घटकों" के सभी इंटरैक्शन का निर्माण किया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि लाइब्रेरी एपीआई "मास्क" कॉर्ब- आधारित इंटरैक्शन है और यदि आवश्यक हो, तो प्रोजेक्ट में उपयोग के लिए इच्छित इंटरफेस को प्रभावित किए बिना अन्य तंत्र का उपयोग करके इंटरैक्शन को फिर से लिखा जा सकता है। आप देख सकते हैं कि लिबुनिसिट जब भी संभव हो तो तीसरे पक्ष के पुस्तकालयों का उपयोग करता है (साइकिल के आविष्कार से बचने की कोशिश कर रहा है)। पुस्तकालय का उपयोग करने के तरीके अलग-अलग हो सकते हैं: लाइब्रेरी कक्षाओं से विरासत में प्राप्त किए गए आवश्यक कार्यक्षमता को लिखने से लेकर बिना किसी संशोधन के तैयार घटकों का उपयोग करना, लेकिन केवल उन्हें अपने कार्यों के लिए अनुकूलित करना।

मूल अवधारणाएँ

पुस्तकालय में सूचना की मुख्य इकाई सेंसर है । वास्तव में, एक सेंसर एक स्टेट को स्टोर करने वाला वेरिएबल होता है। लगभग किसी भी जानकारी (घटनाओं के बारे में, एक विशेष प्रक्रिया की स्थिति के बारे में, ऑब्जेक्ट, ऑपरेटर को संदेश, आदि) "सेंसर" की स्थिति के माध्यम से प्रेषित होती है। पुस्तकालय में चार प्रकार के सेंसर हैं :

• DI - डिजिटल इनपुट (DigitalInput)
• DO - डिजिटल आउटपुट (DigitalOutput)
• ऐ - एनालॉग इनपुट (AnalogInput)
• एओ - एनालॉग आउटपुट (एनालॉगऑउटपुट)

प्रारंभ में, इन प्रकारों का उपयोग सीधे I / O प्रक्रियाओं द्वारा किया जाता है। "आउटपुट" (डीओ, एओ) कमांड "कंट्रोल सिस्टम से", "इनपुट्स" (डीआई, एआई) "कंट्रोल सिस्टम" ऑब्जेक्ट से जानकारी हैं। इसके अलावा, सेंसर को "लाइव" इनपुट या आउटपुट होने की आवश्यकता नहीं है - इन चार प्रकारों का उपयोग करके आप किसी भी जानकारी को एन्कोड कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, आप ऑपरेटर को संदेश भेज सकते हैं, अग्रिम में प्रत्येक संदेश के लिए अपना स्वयं का "सेंसर" बना सकते हैं और यदि आवश्यक हो, तो इसे "1" पर सेट करने के लिए एक संदेश भेजें। डिजिटल सेंसर की सुविधा और बहुमुखी प्रतिभा आपको डेटा संचारित करने के लिए बड़ी संख्या में विभिन्न प्रोटोकॉल का उपयोग करने की अनुमति देती है, केवल डिजिटल जानकारी प्रसारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उदाहरण के लिए: CAN , ModbusRTU , ModbusTCP , आदि।
दूसरी महत्वपूर्ण अवधारणा वस्तु है । एक वस्तु से मतलब है कि संदेश प्राप्त करने में सक्षम एक इकाई। ऑब्जेक्ट्स को एक विशेष ऐक्टिवेटर द्वारा ऑपरेशन में बनाया और शुरू किया जाता है।
इसके अतिरिक्त, आप अभी भी प्रक्रिया की अवधारणा को पेश कर सकते हैं। एक प्रक्रिया से तात्पर्य एक प्रणाली प्रक्रिया (एक रनिंग प्रोग्राम) से है जो कुछ नियंत्रण कार्य करती है और इस उद्देश्य के लिए अन्य प्रक्रियाओं के साथ संदेशों का आदान-प्रदान करती है या अन्य वस्तुओं के कार्यों को दूरस्थ रूप से बुलाती है। ज्यादातर, प्रक्रिया और वस्तु की अवधारणाएं मेल खाती हैं। कुछ मामलों में, एक प्रक्रिया में कई इंटरेक्टिंग ऑब्जेक्ट हो सकते हैं। सिस्टम में सभी प्रक्रियाएं बहु-थ्रेडेड हैं, क्योंकि अन्य ऑब्जेक्ट्स (प्रोसेस) के साथ बातचीत के लिए, CORBA के लिए थ्रेड्स बिना किसी विफलता के बनाए जाते हैं, और प्रत्येक ऑब्जेक्ट का अपना संदेश प्रोसेसिंग थ्रेड होता है (जब तक कि आप इसे विशेष रूप से अक्षम नहीं करते)।

नोड प्रक्रिया इंटरेक्शन

परियोजना के विकास के दौरान, नोड पर प्रक्रियाओं के आदान-प्रदान की निम्नलिखित योजना का गठन किया गया था:

सिस्टम का केंद्रीय तत्व शेर्डमेरी (एसएम) है - एक प्रक्रिया जो सभी सेंसर की स्थिति को संग्रहीत करती है। प्रक्रियाओं के बीच सभी बातचीत इसके माध्यम से की जाती है। उसी समय, यह नाम "साझा मेमोरी" की अवधारणा के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जो UNIX सिस्टम में बातचीत के तंत्र को संदर्भित करता है। इस मामले में, SharedMemory प्रक्रिया केवल एक साझा भंडार के रूप में कार्य करती है, और इसलिए इसे नाम मिला है। इसके अलावा, SharedMemory एक सेंसर के राज्य परिवर्तन के बारे में अन्य प्रक्रियाओं को सूचनाएं भेजता है।
सभी प्रक्रियाओं को सशर्त रूप से दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: "सक्रिय" और "निष्क्रिय"।
निष्क्रिय प्रक्रियाएं ऐसी प्रक्रियाएं होती हैं जो किसी विशेष सेंसर में बदलाव के बारे में संदेशों की प्रतीक्षा करते हुए अधिकांश समय "नींद" करती हैं। मूल रूप से, इन प्रक्रियाओं में प्रबंधन प्रक्रियाएँ शामिल हैं।
सक्रिय प्रक्रियाएं ऐसी प्रक्रियाएं हैं जो लगातार किसी तरह का काम करती हैं। इन प्रक्रियाओं में शामिल हैं:

• नेटवर्क पर विनिमय प्रक्रियाएं (इस मामले में CAN);
• इनपुट / आउटपुट कार्ड (IOControl) के साथ काम करने की प्रक्रियाएं;
• कुछ बाहरी उपकरणों (RS485 या ModbusTCP) के साथ विनिमय प्रक्रिया।

चूंकि सक्रिय प्रक्रियाएं SharedMemory के साथ निकटता से काम करती हैं, इसलिए कार्य को अनुकूलित करने के लिए (CORBA के माध्यम से दूरस्थ प्रक्रिया कॉल को छोड़कर), सभी सक्रिय प्रक्रियाओं को समान पता स्थान में साझा किया जाता है जैसे कि SharedMemory (प्रत्येक प्रक्रिया एक अलग थ्रेड में), और SM के साथ सीधे पॉइंटर्स के माध्यम से काम करें। इस ऐतिहासिक प्रक्रिया को ऐतिहासिक कारणों से SharedMemory2 कहा जाता है।
अलग-अलग, हम "सहायक" प्रक्रियाओं के एक समूह को भेद कर सकते हैं। इस आंकड़े में, DBServer इन्हें संदर्भित करता है, आमतौर पर ऑपरेटर स्टेशनों पर लॉन्च किया जाता है जहां डेटाबेस बनाए रखा जाता है। इसका कार्य एसएम से सूचनाएं प्राप्त करना है जब कोई भी सेंसर बदलता है और इन घटनाओं को डेटाबेस में बचाता है। डिफ़ॉल्ट रूप से, MySQL और SQLite के लिए समर्थन लिबुनसेट में लागू किया जाता है, लेकिन यदि आवश्यक हो, तो आप उचित डीबीएसएवर विकसित करके किसी भी डीबीएमएस के साथ बातचीत को लागू कर सकते हैं।

वितरित सहभागिता (नेटवर्क)

यह आंकड़ा लिबुनसेट पर आधारित एक विशिष्ट नेटवर्क आरेख दिखाता है।


"नेटवर्क पारदर्शिता" सुनिश्चित करने के लिए, प्रत्येक नोड SharedMemory (SM) की अपनी प्रति चलाता है। उसी समय, उपयुक्त प्रोटोकॉल (चित्रा में ये CAN और UNET हैं) का उपयोग करके नोड्स के बीच विनिमय प्रक्रियाओं द्वारा "पारदर्शिता" सुनिश्चित की जाती है। नोड्स एसएम में संग्रहीत जानकारी की "एकरूपता" सुनिश्चित करते हुए, लगातार आपस में सेंसर का आदान-प्रदान कर रहे हैं। प्रत्येक विनिमय प्रक्रिया उनके पास मौजूद सेंसर के बारे में अन्य नोड्स से जानकारी प्राप्त करती है, और बदले में इसके नोड पर स्थित सेंसर के बारे में अन्य नोड्स जानकारी भेजती है।
I / O प्रक्रिया (IOControl) एसएम के माध्यम से भी कार्य करती है। इनपुट चैनलों से जो कुछ भी पढ़ा जाता है वह एसएम में संग्रहीत होता है, और एसएम और आउटपुट से आउटपुट चैनल पर "आउटपुट" की स्थिति पढ़ी जाती है।
आकृति से आप देख सकते हैं कि इंटरैक्शन को वास्तव में किसी भी इंटरफ़ेस (ईथरनेट, कैन, आरएस, मिल-एसटीडी, आदि) पर बनाया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, बस एक विनिमय प्रक्रिया लिखें जो उपयुक्त इंटरफ़ेस को लागू करता है और एसएम के साथ सहभागिता करता है। इसके अलावा, सिस्टम के बाकी हिस्सों में संशोधन की आवश्यकता नहीं होगी।

लिबुनिसैट में शामिल तैयार किए गए घटकों का एक संक्षिप्त विवरण

तैयार-किए गए घटक पहले से ही पूर्ण किए गए प्रोग्राम (प्रक्रियाएं) हैं जो कि "जानते हैं कि कैसे" SharedMemory के साथ बातचीत करना और वितरित सिस्टम को "तैनात" करना आसान है। निम्नलिखित तैयार किए गए घटक कामेच्छा पुस्तकालय में उपलब्ध हैं:

• SharedMemory - "चर" का भंडारण;
• IOControl - इनपुट / आउटपुट कार्ड के साथ काम करते हैं;
• मोडबसमास्टर - मोडबस टीसीपी / आरटीयू मास्टर मोड का कार्यान्वयन;
• मोडबसस्लेव - मोडबस टीसीपी / आरटीयू दास मोड का कार्यान्वयन;
• यूनेटएक्सचेंज - यूडीपी संचार;
• लॉजिकप्रोसेसर - एक घटक जो आपको लॉजिकल सर्किट (xml फ़ाइल में लिखा) के आधार पर एल्गोरिदम का वर्णन करने की अनुमति देता है;
• DBServer_MySQL - MySQL डेटाबेस के साथ बातचीत करने के लिए एक सर्वर;
• DBServer_SQLite - SQLite के साथ काम करने के लिए एक सर्वर।

उपयोगिताएँ लिबुनसेट के साथ शामिल हैं

जैसे-जैसे हमने परियोजनाओं पर काम किया और पुस्तकालय की क्षमताओं को विकसित किया, विभिन्न सहायक उपयोगिताओं को इसमें शामिल किया जाने लगा, जिससे हम इसका उपयोग करके बनाई गई परियोजनाओं को स्थापित कर सके। यहाँ संक्षिप्त विवरण के साथ मूलभूत उपयोगिताओं की एक सूची दी गई है:

सेंसर के साथ काम करने के लिए उपयोगिताओं का एक समूह:

• यूनिसेट-एडमिन - एक बहुविध सांत्वना उपयोगिता जो आपको सेंसर की स्थिति को लिखने / पढ़ने की अनुमति देती है, लेकिन इसके विभिन्न सहायक कार्य भी हैं;
• यूनिसेट-सिमुलेटर - एनालॉग सेंसर के रैखिक परिवर्तन का सिम्युलेटर;
• यूनीसेट-स्मव्यूअर - सभी सेंसर की स्थिति देखें;
• यूनिसेट-स्मोनिट - सेंसर (या सेंसर के समूह) की स्थिति में परिवर्तन की निगरानी करना।

नेटवर्क प्रोटोकॉल के साथ काम करने के लिए उपयोगिताएँ:

• uniset-mbtcpserver-echo - एक मोडबस टीसीपी स्लेव डिवाइस का एक सिम्युलेटर;
• uniset-mbtcptest - कंसोल उपयोगिता जो मोडबस टीसीपी प्रोटोकॉल (मास्टर मोड) का उपयोग करके पूछताछ (जांच) उपकरणों की अनुमति देती है;
• uniset-mbrtuslave-echo - सिमुलेटर Modbu RTU स्लेव डिवाइस;
• uniset-mbrtutest - कंसोल उपयोगिता जो आपको मोडबस आरटीयू प्रोटोकॉल (मास्टर मोड) का उपयोग करके पूछताछ (जांच) करने की अनुमति देती है;
• यूनीसेट-यूनेट-यूडीपी-टेस्टर - यूनीटूडपी प्रोटोकॉल के साथ काम करते हैं।

विभिन्न अतिरिक्त उपयोगिताओं:

• यूनिसेट-इओटेस्ट - इनपुट-आउटपुट कार्ड के साथ परीक्षण कार्य;
• यूनिसेट-आइकोलिब्रम - एनालॉग सेंसर का अंशांकन;
• यूनिसेट-कोडगेन - नियंत्रण प्रक्रिया के कंकाल का जनरेटर।

अतिरिक्त परियोजनाएं

लिब्यूनिसेट लाइब्रेरी के प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस (एपीआई) एक लंबे समय के लिए स्थिर हो गया है, और धीरे-धीरे, इसके अलावा, विभिन्न सहायक कार्यक्रम दिखाई दिए हैं। चूँकि इस लेख का उद्देश्य विशेष रूप से लिबुनसेट को जानना है, इसलिए हम केवल इस तरह के परिवर्धन को सूचीबद्ध करने के लिए खुद को प्रतिबंधित करते हैं:

• यूनिसेट-कंफिगरेटर एक ग्राफिकल यूटिलिटी है जो आपको विभिन्न सिस्टम पैरामीटर (I / O कार्ड, I / O चैनल, नेटवर्क कम्युनिकेशन आदि) को कॉन्फ़िगर करने की अनुमति देता है।
• यूनीसेट-टेस्टसुइट - विशेष परीक्षण स्क्रिप्ट बनाने के लिए उपयोगिताओं का एक सेट (एक अलग परियोजना) जो कि लिबुनसेट पर आधारित प्रणाली के स्वचालित (प्रतिगमन और न केवल) परीक्षणों की अनुमति देता है।
• uniwidgets - gtkmm के आधार पर ग्राफिकल इंटरफेस के निर्माण के लिए एक पुस्तकालय, लिबुनसेट का उपयोग करके बातचीत करता है।

निष्कर्ष

लिबुनिसिट लाइब्रेरी आपको "जटिल" सिस्टम बनाने की अनुमति देता है। कुछ मायनों में, यह वैचारिक रूप से SCADA प्रणालियों के समान है, लेकिन यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि यह केवल एक सतही समानता है: इस मामले में उपयोगकर्ता को सिस्टम पर पूर्ण नियंत्रण दिया जाता है, किसी भी एल्गोरिदम को प्रोग्राम करने की क्षमता (C ++ में)। यद्यपि यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि लिब्यूनिसेट पर निर्मित एक प्रणाली को आसानी से किसी भी मौजूदा प्रणाली (SCADA के आधार पर) में एकीकृत किया जा सकता है - बस अभिनय, उदाहरण के लिए, एक मोडबस स्लेव नोड के रूप में। या इसके विपरीत, यह किसी भी तृतीय-पक्ष SCADA- सिस्टम के साथ बातचीत कर सकता है, बस मोडबस मास्टर एक्सचेंज प्रक्रिया (तैयार घटक) का उपयोग कर सकता है।
महत्वपूर्ण परियोजनाओं में इसका उपयोग करने का एक सकारात्मक अनुभव है, जहां इसने खुद को एक विश्वसनीय प्रणाली (24x7x365) साबित किया है।

संबंधित लिंक

• परियोजना का गेट रिपॉजिटरी: git.etersoft.ru/projects/asu/uniset.git
• प्रोजेक्ट पेज: wiki.etersoft.ru/UniSet

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