Для Москвы
8 495 720 54 44

по России бесплатно
8 800 555 61 84



Диспетчеризация территориально распределенных объектов

«Промышленные АСУ и контроллеры» № 1-2006 Автор: Ю. С. Столяров

В последние годы, когда речь заходит об автоматизации какого-либо объекта, непременно затрагивается вопрос диспетчеризации, причем локальная диспетчеризация, когда диспетчер находится в непосредственной близости от объекта, уже не удовлетворяет современным требованиям. И это вполне объяснимо – многие автоматизированные объекты могут работать полностью автономно и не требуют постоянного присутствия персонала.

В тоже время, крайне важно иметь данные о состоянии объекта, чтобы вовремя отреагировать на возникновение нештатных ситуаций. Например, выход из строя насоса на тепловом пункте или регулирующего клапана в системе приточной вентиляции в зимнее время может привести к замораживанию системы, ремонт которой обойдется в кругленькую сумму. При отсутствии диспетчеризации необслуживаемых объектов информацию о них можно получить только периодическим обходом, что не слишком эффективно. Поэтому спрос на системы диспетчеризации территориально распределенных объектов неуклонно растет. Однако внедрение таких систем тормозится сложностью и высокой стоимостью их установки и эксплуатации. Основной проблемой как всегда является проблема «последней мили», т.е. надежной среды передачи данных от объекта на диспетчерский пункт.

Передача по телефонным коммутируемым каналам ненадежна из-за низкого их качества, ведет к необходимости установки в диспетчерской многоканального модемного оборудования, что довольно дорого и требует специального обслуживания. Весьма популярными являются радиостанции, например, компании Motorola, или отечественные «Воронеж», но они обеспечивают связь на относительно небольших расстояниях, качество связи сильно зависит от атмосферных и промышленных помех и, что самое неприятное, требуется получение специальных лицензий. С развитием сотовых сетей связи появились системы, использующие обмен информацией посредством SMS, но они не являются системами реального времени, т.к. не гарантируют доставку сообщения в нужное время. К тому же, информацию в них можно передавать только в текстовом виде и вложить в одно сообщение размером в 160 символов достаточный объем информации получается далеко не всегда, а стоимость передачи SMS весьма высока. Использование сотовых модемов в качестве обыкновенных DialUp-модемов также является малоэффективным и дорогостоящим способом.

Проанализировав состояние рынка и тенденции развития коммуникационных технологий, как в России, так и в мире в целом, на АО «МЗТА» совместно с американской компанией Arecont Systems Inc. из Аризоны разработали программно-технический комплекс (ПТК) КОНТАР, при создании которого особое внимание было уделено коммуникационным возможностям комплекса.

Уже на стадии проектирования были определены основные задачи диспетчеризации территориально распределенных объектов:

  • Оповещение о возникновении на объекте аварийных ситуаций;
  • Периодический сбор данных и запись их в архив;
  • Наблюдение в реальном времени в удобной форме;
  • Управление объектом;
  • Получение отчетов в заданной форме;
  • Обмен данными с другими службами.

При выборе среды передачи данных в качестве основного канала изначально был выбран Интернет. Преимущества Интернет-технологий очевидны: готовая, хорошо развитая инфраструктура, высокая надежность, разнообразие каналов передачи данных, отсутствие ограничений на расстояния, низкая стоимость трафика и доступность без каких-либо лицензий. В процессе создания комплекса были опробованы различные форматы обмена данными, в том числе HTML и XML. Особо привлекательным казался XML-формат ввиду его универсальности.

Однако объем XML-страницы достигал нескольких десятков и даже сотен килобайт, что сильно замедляло реальную скорость передачи. Другим недостатком была высокая стоимость трафика при таких объемах информации. Поэтому разработчики вынуждены были разработать свой собственный формат обмена данными, обеспечив чрезвычайно низкий, полностью защищенный от постороннего вмешательства, трафик.

Наряду с протоколами обмена была разработана принципиально новая технология диспетчеризации, на которую был получен патент [1]. В общих чертах суть ее заключается в следующем: контроллеры, расположенные на объектах, через Интернет передают данные на сервер, на котором работает специально разработанная SCADA-система. Для каждого объекта в SCADA-системе существует отдельная страница, на которой информация об объекте отображается в удобной форме. Страницы могут объединяться в иерархическую структуру, что удобно для корпоративных пользователей. Для просмотра информации об объекте нет необходимости подключаться непосредственно к контроллерам. Достаточно при помощи обычного Интернет-браузера, имея необходимые права доступа, зайти на страницу, соответствующую объекту. Это так называемая технология тонкого клиента.

b_200_250_16777215_00_images_121_1.jpg

Принцип организации диспетчеризации территориально распределенных объектов.

Следует подчеркнуть, что информация от контроллеров принимается не последовательным опросом, а от всех объектов одновременно, что делает систему практически системой реального времени. Такую диспетчеризацию, когда объекты и те, кто наблюдает за их работой, могут находиться в любой точке мира, вполне можно назвать глобальной. Набор функций, реализуемых КОНТАР-SCADA, обеспечивает достаточный сервис потребителям и в то же время не перегружен излишествами. Каждый потребитель получает доступ только к своему объекту или группе объектов и никак не влияет на работу других потребителей. Рассылка отчетов и архивов периодически или по запросу, разнообразные виды оповещения об аварийных ситуациях (электронной почтой, SMS, факсом, голосовым сообщением по телефону) делают систему чрезвычайно эффективной. Внешний вид страницы потребитель может настроить самостоятельно при помощи встроенного конструктора с обширной библиотекой компонентов.

Два таких сервера (в Москве и в Аризоне) предоставлены в общее пользование. Это избавляет потребителей от расходов на приобретение дорогостоящих компьютеров и их обслуживание.

Следует сказать, что ПТК КОНТАР ориентирован не только на Интернет-применение. Наличие у контроллера канала Ethernet позволяет организовать диспетчеризацию и в локальных сетях, включив контроллеры и диспетчерский компьютер в уже существующую компьютерную сеть или просто соединив их кабелем напрямую. Для этих целей разработана программа КОНТАР-АРМ. Ядро, обеспечивающее обмен данными с контроллерами у КОНТАР-АРМ такое же, как у КОНТАР-SCADA. Поэтому КОНТАР-АРМ может получать данные от объектов также и по Интернет. Основное отличие КОНТАР-АРМ от КОНТАР-SCADA заключается в том, что она позволяет наблюдать за работой объектов только на экране того компьютера, на котором она установлена. Функциональный же набор как у КОНТАР-SCADA, так и у КОНТАР-АРМ примерно одинаков.

Коммуникационные возможности комплекса не ограничиваются только диспетчеризацией. Кроме непосредственно диспетчеризации есть возможность через Интернет (или в локальной сети) подключиться к контроллерам универсальным инструментом наладчика – программой КОНТАР-Консоль, что дает неограниченные возможности дистанционного управления объектом. Программа позволяет получить полный доступ к любому контроллеру на объекте – загрузить в него алгоритм, изменять параметры, контролировать все входы, как в физических величинах, так и в напряжениях, в ручном режиме управлять выходами и т.д. При помощи этого инструмента опытный наладчик может производить пуско-наладочные и регламентные работы на объекте, находящемся на большом расстоянии от него, не выходя из своего кабинета, что приносит ощутимую экономию временных и транспортных расходов.

Разнообразие интерфейсов и способов доступа к сети Интернет позволяет организовать диспетчеризацию практически любого объекта. Рассмотрим несколько вариантов диспетчеризации.

Крупные объекты

Примерами таких объектов могут служить офисы и производственные помещения предприятий, административные здания и т.п., т.е. объекты, для управления которыми необходимо относительно больше количество контроллеров. На таких объектах, как правило, уже есть локальная компьютерная сеть. Для организации диспетчеризации, как контроллеры, так и диспетчерский компьютер подключаются к этой, уже существующей, сети по интерфейсу Ethernet.

На диспетчерском компьютере устанавливается программа КОНТАР-АРМ, а в контроллерах указывается его IP-адрес. В этом случае никаких специальных настроек или изменений в самой сети производить не требуется. Обмен информацией между контроллерами и диспетчерским компьютером начинается сразу же после подключения к сети. Легкость настроек контроллеров, простота установки КОНТАР-АРМ позволяют организовать диспетчеризацию такого объекта в короткие сроки. Как уже было отмечено выше, диспетчеризация при помощи КОНТАР-АРМ замыкается внутри локальной сети, и возможность наблюдать за работой объекта извне отсутствует.

Если локальная сеть имеет выход в Интернет, то можно организовать одновременно оба вида диспетчеризации: локальную и глобальную. Для этого в контроллерах нужно дополнительно указать адрес одного из серверов общего пользования с КОНТАР-SCADA.

Описанным способом при помощи КОНТАР-SCADA организована диспетчеризация системы управления инженерными системами Федерального Института промышленной собственности (ФИПС) в Москве, офисного 11-этажного здания Transamerica в г. Тюсон, штат Аризона, США и др.

С использованием КОНТАР-АРМ организована диспетчеризация Всероссийского научно-исследовательского геологического института им А.П. Карпинского в г. Санкт-Петербург.

b_200_250_16777215_00_images_121_2.jpg

Пример локальной диспетчеризации на КОНТАР-АРМ

Средние объекты

Примером таких объектов могут служить приточно-вытяжные установки, центральные кондиционеры в кинотеатрах, крупных магазинах, ресторанах и т.п., т.е. объекты с относительно небольшим количеством контроллеров, как правило, объединенных в одну контроллерную сеть. Зачастую на таких объектах нет своей локальной сети и получить доступ к сети Интернет по выделенной витой паре также не всегда возможно. В этих случаях многие провайдеры предоставляют высокоскоростной (до 7,5 Мбит/сек) доступ к сети Интернет через DSL-модем, подключаемый к телефонной линии, которая остается свободной для разговоров. Многие модели DSL-модемом имеют встроенные роутер и FireWall, что позволяет организовать небольшую локальную сеть с защитой от несанкционированного доступа извне. Настройки контроллеров - такие же, как и в предыдущем случае.

Таким способом организована диспетчеризация системы приточной вентиляции Кинотеатра «Первомайский» в Москве, сетей ресторанов McDonald’s и Burger King в США, разнообразных частных объектов, как в России, так и в других странах.

b_200_250_16777215_00_images_121_3.jpg

Ресторан McDonald’s на КОНТАР-SCADA.

Малые объекты

Как правило, это объекты, на которых нет постоянного персонала, например, ЦТП/ИТП и т.п. Зачастую они расположены в таких местах, где нет возможности получить доступ к сети Интернет ни по выделенной витой паре, ни через DSL-модем. В таких случаях организовать диспетчеризацию можно при помощи сотовых сетей. Наиболее распространенным стандартом сотовой сети является GSM/GPRS, по которому можно получить достаточно устойчивый доступ к сети Интернет. Скорость обмена по этому каналу вполне достаточна для качественной диспетчеризации, но канал GPRS имеет некоторые недостатки.

Главным из них является остаточный принцип организации канала. Это означает, что если сотовый ретранслятор, в зоне которого находится объект, будет перегружен разговорами, то канал GPRS автоматически отключается. Такое может произойти, например, в новогоднюю ночь в городах с высокой плотностью населения. Другим недостатком является то, что все контроллеры, получающие доступ в Интернет, из самой сети Интернет будут «видны» под одним и тем же IP-адресом – адресом сервера оператора сотовой сети. Поэтому подключиться программой КОНТАР-Консоль к такому контроллеру невозможно. Однако следует подчеркнуть, что диспетчеризация будет обеспечена в полном объеме.

Наряду с GPRS в России работают операторы в стандарте CDMA, в котором доступ в Интернет лишен недостатков, присущих GPRS. По сути, CDMA является полноценной альтернативой витой паре и DSL-модему. Остается только сожалеть, что в России пока только один CDMA-оператор – SkyLink - предоставляет услугу доступа к Интернет.

Как GPRS, так и CDMA являются весьма привлекательными каналами для обеспечения диспетчеризации подвижных объектов, например, рефрижераторов, перевозящих охлажденные или замороженные продукты питания. Это позволит в реальном времени отслеживать состояние груза на протяжении всего пути следования. Другим примером мобильных объектов являются передвижные дизель-генераторы и кондиционеры, которые сдаются в аренду для проведения каких-либо выездных мероприятий (конференций, свадеб «на природе» и т.д.). В настоящее время компания Arecont Systems Inc. ведет переговоры с несколькими американскими компаниями, сдающими в аренду такие агрегаты, об организации их диспетчеризации.

Наконец, последним типом модема, при помощи которого может быть организована диспетчеризация – это обыкновенный DialUp-модем, подключаемый к коммутируемым телефонным линиям. Конечно, такая связь уже может считаться устаревшей, тем не менее, и она позволяет обеспечить связь контроллера с сервером как через Интернет, так и напрямую, если на сервере установлен ответный модем. В последнем случае, к тому же, не придется оплачивать трафик.

На вопросе трафика следует остановиться отдельно. Т.к. передача данных через сеть Интернет является платной, то чем больше данных будет передано, тем больше потребителю придется платить, что напрямую сказывается на стоимости эксплуатации системы. Это наиболее ощутимо при использовании сотовых сетей, где стоимость передачи одного мегабайта значительно выше, чем при использовании выделенной витой пары или DSL-модема. Учитывая это, при разработке комплекса снижению трафика было уделено особое внимание.

Успех в этом вопросе пришел не сразу. При пуске в пробную эксплуатацию первого варианта комплекса обмен между контроллерами и сервером велся в формате XML. Этот формат является более универсальным и экономным, чем, например, HTML, и был очень удобным и в то время казался весьма перспективным. В качестве модуля связи в контроллерах использовался на то время новейший и самый миниатюрный Web-сервер SitePlayer американской компании Net Media. Но со временем пришлось обратить внимание на то, что за один сеанс обмена, несмотря на всю экономность, передается от 20 до 100 килобайт.

Это вынудило разработчиков отказаться от использования стандартных форматов данных. Во второй версии комплекса была применена новая запатентованная технология собственной разработки, позволяющая снизить трафик до 0.5 – 2.5 килобайт. В новых контроллерах в качестве модуля связи используется уже собственный модуль WebLinker, который кроме высокой скорости и экономичности трафика, обеспечивает также полную его конфиденциальность. Контрольные замеры показали, что при считывании данных каждые 5 минут с такого типового объекта, как ЦТП, ежемесячный объем передаваемых данных составляет менее 10 Мегабайт. При стоимости одного мегабайта $0.25 (средняя стоимость в сотовых сетях) ежемесячная плата не превышает $2.5.

В комплексе предусмотрена также и дополнительная диспетчеризация – рассылка SMS на телефон ответственного персонала непосредственно контроллером через подключенный к клеммам RS232 сотовый модем. SMS могут быть двух видов – тревоги и значения параметров. SMS с алармами передается по инициативе контроллера или по запросу входящим SMS с паролем, значения параметров – только по запросу.

Интерфейс RS232 контроллера МС8 может служить также для подключения разнообразных периферийных устройств – теплосчетчиков, электросчетчиков, и других устройств. Возможно также подключение любого оборудования, работающего по протоколу Modbus RTU.

Для интеграции с оборудованием, работающим в стандартах Lon и BACnet, в настоящее время совместно с американской компанией Field Server разрабатывается специальный шлюз, который также будет подключаться к интерфейсу RS232 контроллера МС8.

Кроме программных пакетов КОНТАР-SCADA и КОНТАР-АРМ МЗТА предоставляет OPC-сервер, который позволяет интегрировать сеть контроллеров КОНТАР в SCADA-системы других производителей. В настоящее время все рассмотренные виды коммуникации комплекса КОНТАР успешно используются для диспетчеризации различных объектов в России, США и других странах.



Отправляя любую форму на сайте, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности данного сайта.


Для Москвы
8 495 720 54 44

по России бесплатно
8 800 555 61 84

Адрес: Россия, 105318, Москва,
ул. Мироновская, д.33




МЗТА в социальных сетях:

Copyright АО «МЗТА» © 1999-2017 г.
Карта сайта



Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter