SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Новые технологии в SCADA-системах для эксплуатации трубопроводов

В статье описаны некоторые из преимуществ SCADA-систем на основе Web-технологий применительно для трансграничных магистральных трубопроводов. Рассмотрены дальнейшие возможности повышения эффективности, которые могут принести использование подобных систем.

OOO «Иокогава Электрик СНГ», г. Москва

Iokogava.png 


Сегодня никто не оспаривает важность и значимость правильного выбора программного обеспечения, в частности SCADA-системы, при автоматизации промышленных предприятий. Но огромное количество предлагаемого на рынке ПО делает выбор, если не архи-сложным, то трудным наверняка.

В данной статье мы не будем пытаться охватить весь рынок SCADA-систем, а попробуем разобраться в достоинствах и недостатках решений на основе Web-технологий применительно для трансграничных магистральных трубопроводов. Ведь подобные объекты, как показала практика, не должны быть зависимы от платформы и среды передачи данных. По этой причине перед SCADA-системами, обладающими средой визуализации на основе Web, открываются весьма интересные перспективы в данном направлении. Конечным пользователям это принесет наглядную визуализацию и оперативное внедрение их технологических схем, сигнализаций, трендов, обзорных отчетов. Кроме того, станет легче обрабатывать и интегрировать информацию из различных источников в рамках единой графической панели, с главными эксплуатационными показателями на основе присвоенных ролей. Таким образом, возможен безопасный совместный доступ к информации в географически удаленных точках. Это позволяет операторам контролировать условия эксплуатации и функционирование всего оборудования трубопровода с помощью всего одного окна Web-браузера. 

pic1.jpg

Рис. SCADA-клиенты на сетевой основе получают доступ к платформонезависимому SCADA-серверу

Преимущества и потенциальные сокращения расходов возможны благодаря самой структуре SCADA на сетевой основе и могут быть весьма существенными: ведь реальная сетевая архитектура на основе сервера и клиента слабо связана с операционной системой и обеспечивает удобный удаленный доступ и повышенную безопасность при запуске графических и прикладных служб по сети. Например, для поддержания корпоративной политики безопасности, SCADA?системы и их приложения могут иметь дополнительную защиту от неавторизованного использования и доступа. Прозрачность, независимость и гибкость Web позволяют легко адаптировать систему к самым современным технологиям IT-безопасности.

Более того, платформенная независимость подобного класса SCADA-систем является важным фактором обеспечения достаточной гибкости для работы на компьютерах с различными ОС. Достичь этого можно, используя Java как основную программную технологию, которая превращает SCADA-клиент в среду, доступную как независимое приложение или апплет в Web-браузере на любом микропроцессорном устройстве (смартфон, КПК, iMac, и т.д.). Определенные пользовательские группы (управленческий персонал, финансы, эксплуатация, логистика, техобслуживание и т.д.) могут получать информацию в соответствии со своими конкретными интересами и потребностями.


pic2.jpg

Рис. Возможность использования утвержденных мер IT-безопасности и безопасных сетевых подключений

Приведем ряд общих характеристик SCADA-системы на сетевой основе:
- система проектируется и создается для работы полностью в сетевом окружении, что позволяет иметь доступ ко всем функциональным возможностям при наличии на уровне рабочего места лишь средств просмотра (браузера);
- система обеспечивает более высокий уровень восприимчивости и интерактивности благодаря обмену малыми объемами данных с сервером «за кадром». При этом осуществляется обмен лишь той информацией, которая связана с ролью и интересующей областью конкретного пользователя.

Еще одним фактором снижения стоимости при использовании Web-технологий является установка и обслуживание среды визуализации SCADA на удаленных клиентах по структуре обмена данными системы. Такая функциональная возможность называется «не требующей предустановки» (англ. – zero deployment). Эта функция предназначена для упрощения и усовершенствования распространения приложений среди пользователей (клиентов). «Не требующий предустановки» означает, что пользователям не нужно запрашивать или скачивать приложение, поскольку оно будет автоматически доставлено с SCADA-сервера при первой идентификации и загрузке. При следующей загрузке клиент получает только обновление данных и постоянно сохраняет актуальное состояние в случае каких-либо изменений приложений/конфигурации.

Запуски клиентских приложений не создают существенной дополнительной нагрузки на сервер, поскольку выполняются локально, с использованием вычислительной мощности клиентского ПК.

Основные преимущества «без предустановки»:
- авторизованные пользователи могут автоматически получать клиентские приложения с помощью любого Web-браузера;
- пользователь всегда получает самые новые версии приложения;
- нет необходимости управления лицензиями и установкой ПО с клиентской стороны; 
- отсутствие файлов для копирования и необходимости установки конфигурирования подключения;
- более эффективное распределение нагрузки между сервером и клиентами;
- возможность использования утвержденных мер IT-без­опас­ности и безопасных сетевых подключений.

Архитектура сервер/клиент на сетевой основе обеспечивает удобство удаленного доступа, и, следовательно, для надежного запуска графических и прикладных служб по сети необходимы усиленные меры безопасности:
- вычисления, ориентированные на применение сетей (например, Citrix XenApp);
- предоставление каналов VPN по меткам и система Имя пользователя / Пароль (уровень безопасности 2).

Встроенные процедуры сканирования конечных точек и средства управления политикой безопасности должны учитывать роль каждого пользователя, характеристики устройства и состояние сети для определения того, к каким приложениям и данным им разрешен доступ. Это имеет следующие преимущества:
- безопасное получение приложений;
- более низкая общая стоимость владения;
- более высокая производительность IT;
- отсутствие неавторизованного доступа;
- качественное шифрование данных.

Подобные технологии визуализации на сетевой основе предоставляют конечному пользователя экономически эффективную эксплуатацию и целостность информации внутри всего предприятия, не подвергая риску безопасность и технологическую эффективность системы.

pic3.jpg

Рис. Информация для пользователя может отображаться в зависимости от условий процесса


Динамические слои, масштабирование и панорамирование для Web

Данная технология позволяет строить технологические схемы с динамическими слоями и фоновыми изображениями (чертежи и т.д.), прозрачность и отображение которых могут быть настроены в рабочей среде оператора. Слои могут приводиться в действие на основе технологических условий, ручного управления или в соответствии с привилегиями загруженного пользователя. Подобная технология позволяет многоуровневый контроль за главными эксплуатационными показателями в рамках одной рабочей среды.

Это дает возможность логического разделения различных типов эксплуатационной и технической информации о трубопроводе и ее структурированном представлении. Слои можно включать/выключать в зависимости от условий (техпроцесса), это позволяет:
- разрабатывать технологические схемы в одном слое, подробное описание оборудования во втором слое, схемы распределения электропитания в третьем и т.д.;
- авторизовать различных пользователей для просмотра и/или доступа к определенным уровням под управлением SCADA-системы;
- использовать включение/выключение отображения подробной информации в зависимости от настроек безопасности, технологических условий и величины масштабирования.

Такие возможности, как включение/выключение отображения подробной информации в зависимости от настроек безопасности, технологических условий и величины масштабирования, имеют следующие преимущества:
- отображение информации, актуальной только для конкретного пользователя, для повышения эффективности его работы и сокращения количества ошибок, без необходимости перестроения множества дисплеев для экспертов в каждой конкретной области;
- конкретная информация по эксплуатации, техобслуживанию, составлению планов и графиков, логистики и финансов может содержаться в отдельных слоях в рамках единой среды;
- информационное содержание одной схемы может быть достаточно обширным, без ущерба для эргономики оператора.


pic4.jpg

Рис. Информация для пользователя может отображаться в зависимости от коэффициентов масштабирования

Кроме того, для компоновки/отбора областей масштабирования и панорамирования можно задавать группы визуализации. Здесь использован тот же принцип, что и на картах «Google Earth style», где детали становятся видимыми в зависимости от уровня масштабирования. При этом доступны: 
- быстрое и плавное масштабирование и панорамирование (изменяющееся непрерывно, а отсутствие необходимости открывать другие окна повышает производительность);
- компоновка/отбор (то есть в зависимости от уровня масштабирования становятся видны те или иные детали).

Отдельные слои можно привязывать к определенным уровням масштабирования, это позволяет оператору видеть лишь те слои с информацией в достаточных подробностях, которые связаны с уровнем масштабирования определенной технологической области на протяжении контролируемого им трубопровода:
- изображать целые технологические области и трубопроводы в одной большой операторской схеме, которая также может быть выведена на экран видеостены;
- выполнять масштабирование для получения детального изображения благодаря непрерывно изменяющемуся масштабному коэффициенту;
- одновременно представлять обзорную информацию по всему трубопроводу и детальные изображения определенных областей;
- позволяет использовать специальные функции геоинформационной системы (можно импортировать карты и присваивать их разным слоям на операторской схеме).


Новые технологии в реальности

Примером внедрения описанных выше технологий и решений может служить практическая реализация SCADA-проекта NAM в Нидерландах. Проект охватывает крупное газовое месторождение и включает в себя 170 км трубопроводов, 14 компрессорных станций, 180 кустов скважин, всего более 30 000 сигналов ввода/вывода. В качестве полевого оборудования использованы системы PLC Siemens S4, S5 & S7, РСУ Foxboro, Eckard, Yokogawa. На верхнем уровне применяется SCADA FAST/TOOLS версии R 9.01. Целью создания системы была модернизация верхнего уровня с объединением информации, получаемой от различного оборудования в единую базу данных SCADA.


Заключение

Визуализация SCADA на сетевой основе окажет влияние на работу с информацией в реальном времени, и даст возможность развития более наглядного и усовершенствованного подхода к визуализации управления трубопроводом и созданию соответствующих графических панелей. Кроме того, она облегчает адаптацию и использование технологий безопасности и запуска приложений. Архитектура клиент/сервер на сетевой основе должна запускаться на любой платформе, чтобы снизить затраты на разработку обновлений для конкретных операционных систем. Динамические слои и группы отображения позволяют обеспечить контроль над многоуровневым процессом и главными эксплуатационными показателями в рамках единой рабочей среды.

Результаты принятия рассмотренных технологий позволят сократить отказы в работе, а также снизить расходы на разработку и техобслуживание. В заключение следует отметить, что все описанные в данной статье технологии разработаны и реализованы в программном пакете SCADA FAST/TOOLS от компании YOKOGAWA.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(25)_2010

Э.В. Лоенен, менеджер по развитию бизнеса,
Глобальный центр SCADA компании Yokogawa, Нидерланды;
А.В. Петров, менеджер Департамента системных проектов, 
OOO «Иокогава Электрик СНГ», г. Москва,
тел.: (495) 737-7868,
e-mail: info@ru.yokogawa.com