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.

MasterSCADA — основа построения систем диспетчеризации и учета ресурсов в промышленности и ЖКХ

ЗАО «ИнСАТ», г. Москва

В данной статье рассматривается пример построения системы диспетчеризации и учета ресурсов на базе вертикально-интегрированной системы MasterSCADA. Приведены примеры реализации и характеристики системы. 

Классические SCADA-системы прекрасно подойдут для создания указанных в заголовке систем.  Есть только одна маленькая проблема — большинство таких систем не содержит в арсенале своих возможностей готовых решений для отказоустойчивой связи по коммутируемым или сотовым каналам, программного обеспечения контроллеров с полным набором функций устройств связи с объектом (УСПД), генераторов сложных отчетов и библиотек, типовых отчетов коммерческого учета, умения читать архивы коммерческих счетчиков и вычислителей. И далее в том же духе. А ведь это — типовые задачи в таких системах. 
Создается парадоксальная ситуация. С одной стороны, потребитель уже вырос из специализированных систем диспетчеризации и учета. Они не устраивают его в силу ограниченности списка поддерживаемого оборудования, недостаточности функциональных возможностей, зависимости от производителя при необходимости расширения. Основное преимущество использования SCADA-систем — возможность объединения учета всех типов ресурсов в одной программе. С другой стороны, увы, универсальные SCADA-системы, привлекающие пользователя именно своей универсальностью и открытостью, почти не имеют функционально и архитектурно специализированных решений для систем такого рода, что порождает неоправданно большие трудозатраты по созданию проектов. 
Компания ИнСАТ решила сочетать преимущества обоих подходов и по возможности избежать их недостатков. Последние несколько лет развития в этом направлении вертикально-интегрированной объектно-ориентированной системы MasterSCADA, множество внедренных нами и нашими заказчиками систем коммерческого и технического учета и диспетчеризации на промышленных предприятиях, в газовых, тепловых, электрических сетях, водоканалах и ЖКХ позволяют нам утверждать, что мы на правильном пути. Это оказалось возможным благодаря заложенной в саму архитектуру нацеленности идеологии нашего продукта на создание сколь угодно специализированных тиражируемых решений при полном сохранении универсальности функциональности общего назначения. В рамках этой статьи мы не будем обсуждать стандартные функции SCADA-систем, которые с избытком реализованы в MasterSCADA, а сосредоточимся на специфических возможностях, дающих декларируемый выше эффект. Рассмотрим подробнее, чем мы можем обосновать такую нескромную заявку на успех.

pic1.jpg
Рис. Диспетчеризация и учет ресурсов удаленных объектов

Архитектура территориально-распределенных систем диспетчеризации и учета инженерных сетей

Обычно такие системы имеют одну центральную диспетчерскую, опрашивающую множество территориально-распределенных узлов сбора данных или управления, связь с которыми чаще всего производится по сетям GSM, GPRS, радиоканалу.    Иногда эта диспетчерская бывает резервированная, в ряде случаев собранные данные передаются на вышестоящий архивный сервер, в крупных системах встречается двухуровневая структура, где диспетчерская верхнего уровня опрашивает подчиненные системы. Все эти варианты являются штатными структурами систем на базе MasterSCADA и практически не требуют никаких усилий в реализации при создании проекта. 
Начнем снизу вверх — от возможностей контроллера сбора данных.
MasterPLC — УСПД на базе контроллеров с открытой архитектурой
Входящая в состав MasterSCADA исполнительная система MasterPLC для контроллеров с открытой архитектурой поддерживает весь свой функционал на любой из выбранных аппаратных платформ с операционными системами DOS, Windows CE, Linux, Windows, Ecos. Список удовлетворяющих этим условиям контроллеров очень широк:  Adam, Тесон  MFC (MFC3000), Teconic P06, TCM410, Wincon (Winpack), I8000, I7188, Moxa7408 (7420),   Овен ПЛК100 (150), Trei  и многие другие... Рассмотрим основные функциональные возможности MasterPLC.
Возможности программирования:
1_Программирование на технологическом языке ФБ; 
2_Горячая загрузка программ без остановки режима управления;
3_Библиотеки — свыше 100 ФБ, включая регулирование, программно-логическое управление (шаговая программа — циклограмма), контроль и управление двухпозиционными исполнительными механизмами;
4_Визуальные ФБ, состоящие из визуальной части (динамический символ, окно управления, сообщения о состоянии, контроль доступа), работающей в MasterSCADA, и алгоритмический ФБ в контроллере. Связь между ними — автоматическая, не требует настройки;
5_Свободные формульные вычисления, включая библиотеку из нескольких десятков функций. Условные вычисления (ЕСЛИ-ТОГДА-ИНАЧЕ); 
6_Открытые интерфейсы для расширения библиотек.
Коммуникационные возможности:
1_Вертикально-интегрированная система без необходимости установки внутренних связей между нижним и верхним уровнем;
2_Связь с верхним уровнем по каналу RS232/RS485, Ethernet, GSM; 
3_Резервирование канала связи с MasterSCADA;  
4_OPC-сервер для использования с другими SCADA (RS232/RS485, Ethernet, GSM); 
5_Универсальный конфигурируемый драйвер для обмена данными с внешними интеллектуальными устройствами без программирования;
6_Межконтроллерная связь;
7_Поддержка Modbus (Master/Slave) на любом последовательном порту контроллера;
8_Поддержка протокола DCON (модули I7xxx) на любом последовательном порту контроллера;
9_Открытый драйверный интерфейс;
10_Набор драйверов (включая чтение архивов) для ряда популярных контроллеров (Danfoss ECL), коммерческих вычислителей (Логика), электросчетчиков (Меркурий-230), счетчиков импульсов (Пульсар) и др.;
11_Прозрачный канал связи с порта на порт;
12_Инициативная передача информации на верхний уровень по резервному каналу связи (GSM); 
13_Передача сообщений и данных с помощью SMS;
14_Автоматическая синхронизация времени в системе.
Средства повышения надежности:
1_Горячий рестарт;
2_Дублирование контроллеров;
3_Специальные алгоритмы («2 из 3»);
Возможности архивирования: 
1_Архивирование в контроллере в темпе с циклом программы пользователя;
2_Ведение в контроллере журналов переключения исполнительных механизмов;
3_Ведение в контроллере специальных архивов типа «снимок аварии»;
4_Включение в единый архив архивов подключенных внешних устройств (счетчиков и т.п.);
5_Передача архивов нескольким серверам ввода-вывода верхнего уровня;
Еще раз подчеркнем главное: MasterPLC — это неразрывная часть MasterSCADA, не требующая настройки связи переменных контроллера с проектом диспетчерской части системы. Вся система разрабатывается, как единый проект. Каждый параметр или документ создается в проекте однократно, после чего доступны во всей системе. Именно в этом и заключается преимущество вертикально-интегрированной системы. 

pic2.jpg

Рис. Снимок экрана формирования отчетов

Средства опроса контроллеров 
со стороны диспетчерской

MasterSCADA позволяет опрашивать контроллеры по расписанию, по событию, по команде оператора. События могут вычисляться (без написания сценариев или программ) на основании сложных условий. 
Для опроса через GSM (или по иным модемным линиям) возможно использование модемных пулов, а также прием инициативных звонков «снизу».
Возможно резервирование каналов связи с контроллером каналом того же или другого типа.
Качество связи контролируется, и может использоваться не только для сигнализации, но и для вычисления условий опроса.

Средства чтения архивов счетчиков и вычислителей систем учета
MasterSCADA может опрашивать внешние архивы как на уровне контроллера, так и напрямую со стороны диспетчерской. В первом случае используются драйверы контроллера, которые опрашивают архив счетчика и записывают его во внутренний архив контроллера с «родными» метками времени. Разумеется, если счетчик это позволяет, время в нем синхронизируется с временем MasterSCADA. «Подъем» архивов контроллера производится во все подключенные к нему серверы ввода данных MasterSCADA, а при необходимости и в OPC-сервер MasterPLC OPC, обеспечивающий передачу данных во внешние системы, например в местный «Энергосбыт».
Опрос архивов счетчиков со стороны диспетчерской производится с помощью OPC HDA cерверов, предназначенных для чтения архивов. Наиболее «продвинутые» производители счетчиков такими серверами уже обзавелись. «Отстающие» предлагают, как правило, использовать OPC DA сервер, который, по сути, рассчитан только на передачу мгновенных значений. Передача через этот сервер архивов счетчика (например, каждое среднечасовое значение в виде отдельной переменной) приводит к расходу переменных из числа лицензируемых, а также к необходимости трудоемкой обработки этих значений в проекте с целью их записи в архив SCADA.
pic3.jpg

Рис. Диспетчеризация и учет ресурсов здания и микрорайона

Передача архивов 
во внешние серверы и системы

Очень часто собранные системой архивы или результат их обработки (усредненные и итоговые за период значения) необходимо передать в систему вышестоящего уровня. MasterSCADA предлагает для этого целый ряд возможностей:
1_Ведение всех или части архивов во внешнем SQL-сервере (в собственной структуре базы данных);
2_Экспорт всех или части архивов во внешний SQL-сервер  (в собственную структуру базы данных);
3_Двусторонний обмен данными с базой данных во внешнем SQL-сервере (произвольная структура базы данных);
4_Экспорт всех или части архивов в Access (mdb-файлы);
5_HDA-сервер, который может опрашиваться внешними клиентами;
6.Экспорт данных в 1С (по запросу).

Формирование отчетов

Основная продукция любой системы учета — это отчеты о потреблении ресурсов. Прежде всего эти отчеты содержат информацию о среднем или суммарном потреблении того или иного ресурса за единицу времени — час, сутки, месяц и т.п. MasterSCADA позволяет включать в отчеты как данные, полученные из внешних источников, так и рассчитанные внутри самой системы. Такие вычисления могут производиться многими способами:
1_С помощью формул (в контроллере или компьютере диспетчерской);
2_С помощью схем функциональных блоков;
3_С помощью специализированных блоков типа «Подготовка периодического отчета», «Вычисление расхода пара» и т.п.;
4_С помощью вычислений в модуле отчета;
5_С использованием внешних средств — например, внутри SQL-сервера.
Поскольку MasterSCADA  имеет возможность оперировать переменными типа «время», а также использовать в формулах извлеченные из архивов значения, такие вычисления особых затруднений не вызывают. 
Собственно сами отчеты в MasterSCADA можно делать двумя способами. 
Простые одностраничные отчеты — с использованием Microsoft Excel (переменные или специальные функциональные блоки перетаскиваются в поле листа Excel, которое открывается внутри среды MasterSCADA). 
Сложные по графическому оформлению отчеты, многостраничные отчеты, отчеты с промежуточными суммами и иными внутренними вычислениями, включая прямое обращение с SQL-запросами к базам данных, удобнее делать в специальном модуле MasterReport. Отчет в этом модуле создается путем визуального расположения компонентов отчета на странице с обозначением их повторяемости.  
Для удобства просмотра отчетов на экране есть возможность создавать отчеты с навигацией — оглавлением, закладками, гиперссылками. Созданный в MasterReport отчет может быть отредактирован оператором (при наличии прав доступа) перед печатью или сохранением. Перед формированием отчета оператор может ввести дополнительные данные в форму запроса, подготовленную разработчиком проекта. Отчеты могут быть автоматически сохранены практически в любом формате, включая защищенный PDF, Excel, Word, HTML, XML и др.  Готовые отчеты могут быть отправлены по заранее определенному списку Email-адресов.
Формирование отчетов производится периодически по расписанию (в котором могут быть заданы относительные временные привязки — например, к началу смены), по событиям или по команде оператора. Возможна публикация отчетов в Internet.

Комплекты отчетов для систем коммерческого учета, включая АИИС КУЭ

Для типовых систем коммерческого учета, в частности  АИИС КУЭ, компания ИнСАТ подготовила библиотеки готовых отчетов, соответствующих действующим нормам и правилам. Наряду с печатными формами имеется XML-отчет для отправки в органы энергосбыта. 
ИнСАТ готов сотрудничать с заинтересованными сторонами как для расширения набора полуфабрикатов, так и в части совместной аттестации программно-технических комплексов коммерческого учета.

Архитектура диспетчерской

Для построения разнообразных структур систем MasterSCADA предлагает основные строительные элементы — средства резервирования серверов, выделенный архивный сервер, локальные клиенты, Интернет-клиенты. Вставка в проект нового узла или наделение его выбранной ролью делаются одним щелчком мыши. 
Интернет-клиенты не требуют предварительной установки программного обеспечения на компьютер пользователя — достаточно набрать в строке браузера сетевой адрес MasterSCADA-сервера.

Специфика построения систем диспетчеризации и учета на базе сетей Ethernet

Системы на базе широкополосных каналов связи имеют ряд отличий:
- более простое масштабирование системы от малых до неограниченных размеров;
- возможность частого опроса контроллеров, счетчиков, вычислителей в ряде случаев позволяет отказаться от «подъема» архивов с нижнего уровня;
- возможность использования технологии «виртуальных портов» для подключения через коммуникационный сервер удаленных счетчиков и вычислителей, имеющих только последовательный порт связи;
- использование устройств Industrial Ethernet позволяет повысить живучесть системы (кольца, аппаратное резервирование сети), а также минимизировать время восстановления после сбоев (время восстановления у подобных устройств измеряется в миллисекундах, они имеют встроенные сторожевые таймеры, а также дискретные входы/выходы для сигнализации и перезапуска).

Комплексная диспетчеризация ЖКХ на базе геоинформационных систем

MasterSCADA решает важнейшую, но не единственную задачу, стоящую перед предприятиями инженерных сетей. Ее объединение с геоинформационной системой (такая работа была проведена для ГИС «Сфера») обеспечивает решение всех задач в комплексе, включая сигнализацию на карте, паспортизацию распределенных объектов  с использованием текущих и архивных данных, расчет точек утечки по показаниям датчиков давления на основании гидравлических расчетов по топологии сети, выписку нарядов аварийным бригадам с детализацией места и перечня работ.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(20)_2008

И.Е. Аблин, генеральный директор,
ЗАО «ИнСАТ», г. Москва,
тел.: (495) 974-00-92,  
е-mail: info@insat.ru
www.insat.ru