К вопросу о диспетчеризации Ч.1

 часть 1

Как устроены системы диспетчеризации?

Стандартная система диспетчери­зации состоит из шкафов автоматики и диспетчерского пункта, которые обеспечивают функции управления, а также сбора данных с определен­ного инженерного оборудования. В диспетчерском пункте находится один или несколько персональных компьютеров, оснащенных специали­зированным программным обеспече­нием. Все оборудование связано с ПК диспетчера через технологическую сеть. Количество сегментов в сети, а также число подключаемых шкафов практически не ограничено. В зави­симости от характеристик автомати­зируемого объекта и объема обра­батываемой информации структура построения систем диспетчеризации реализуется в каждом случае индиви­дуально.

Какие задачи решает диспетчеризация?

Система диспетчеризации обеспе­чивает многоуровневый комплексный контроль и управление:

• автоматический сбор рабочих дан­ных и параметров системы, подле­жащих диспетчерскому контролю;
• отображение состояния работы элементов (подсистем, оборудо­вания, устройств) системы и пред­ставление информации в удобном для анализа виде (таблицы, графи­ки, диаграммы);
• бесперебойную диагностику подчи­ненных объектов по перечню конт­ролируемых параметров, поддержи­вает внеочередное прохождение сигналов с объектов контроля, ко­торым присвоен высший аварийный приоритет с четким представлени­ем ситуации и окнами контекстной подсказки диспетчеру;
• ведение журнала событий в автома­тическом режиме с персонализаци­ей ответственности за принимаемые диспетчером решения;
• авторизованный доступ к информа­ции и управлению;
• технический и коммерческий учет потребления энергоресурсов (теп­ло, горячая вода, газ, электроэнер­гия) в многотарифном режиме и ведение суточных графиков изме­нения любых контролируемых па­раметров.

 Преимущество применения систем диспетчеризации:

• быстрая и достоверная диагностика состояния объектов;

• возможность замены множества дорогих механических самописцев всего одним персональным ком­пьютером диспетчера с возмож­ностью оперировать информацией в электронном виде с удобной ви­зуализацией необходимой инфор­мации;
• сбор информации для статистичес­кой обработки и прогнозирования, анализ потерь энергоносителей в коммунальном хозяйстве, в осо­бенности при проведении взаимных денежных расчетов;
• круглосуточный контроль за рабо­той оборудования;
• снижение влияния человеческого фактора;
• снижение эксплуатационных расходов.

 Остановимся на каждом из пере­численных пунктов более подробно.

1. Контролирующая система

Вопрос заключается в следующем: система будет осуществлять только мониторинг объекта или же оператор должен иметь возможность управлять объектом удаленно с диспетчерского пункта. Входит ли в «обязанности» оборудования, расположенного на объекте, управление технологическим процессом? На основании этого бу­дет принято решение о применении контроллера со свободно програм­мируемой логикой или же достаточно локальных регуляторов с прошитой ло­гикой, интерфейсом связи или простых модулей ввода/вывода.

2. Канал передачи данных

Каналы связи между различными уровнями системы могут быть провод­ными и беспроводными на основе выде­ленных и коммутируемых телефонных линий, локальных компьютерных сетей, сетей сотовой связи, радиоканалов. Если речь идет о диспетчеризации на уровне цеха или предприятия, зачастую прокладка кабеля решает вопрос орга­низации связи диспетчерского пунк- та с установленным оборудованием. В случае удаленной диспетчеризации используются беспроводные линии, ко­торые вызывают наибольший интерес и все большее распространение, об их применении и пойдет далее речь.

Компания ОВЕН вместе со своими партнерами предоставляет возможнос­ти решения задач удаленной диспетче­ризации на основе сети GSM. Передачу данных в сети GSM можно осуществлять тремя способами: SMS, CSD и GPRS.

SMS (Short Message Service – служ­ба коротких сообщений) – техноло­гия, позволяющая осуществлять при­ём и передачу коротких текстовых сообщений сотовым телефоном, вхо­дит в стандарты сотовой связи. SMS используется, как правило, для ин­формирования главного специалиста и диспетчера о произошедшем собы­тии. SMS для передачи данных прак­тически не используется из-за вы­сокой стоимости. Кроме того, время доставки SMS не регламентировано, и, следовательно, ставит под вопрос ак­туальность получаемой информации.

CSD (Circuit Switched Data – техно­логия передачи данных) использует один временной интервал для переда­чи данных по голосовому каналу связи в подсистему сети и коммутации, где они могут быть переданы через экви­валент модемной связи в телефонную сеть. На текущий момент CSD является самым надежным и гарантированным способом передачи данных. Принцип действия: устанавливается прозрач­ный канал связи между модемами, и данные передаются от устройства, под­ключенного к одному модему, на дру­гое, подключенное к другому модему. Как правило, такой способ передачи данных используется при создании систем, в которых требуется инициа­тивная связь объекта с диспетчерским пунктом. Основным препятствием его широкого использования является вы­сокая стоимость времени соединения из-за гарантированного времени со­единения (при нахождении в сети всех абонентов).

GPRS (General Packet Radio Service – пакетная радиосвязь общего пользо­вания) – один из наиболее востребо­ванных способов передачи данных. Он позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интер­нет. GPRS предполагает тарификацию как по объёму переданной/полученной информации, так и по времени, про­ведённому он-лайн. Такой способ связи позволяет объекту постоянно находить­ся на связи. Тем не менее и этот вари­ант не лишен недостатков. Канал связи GPRS не является приоритетным в отли­чие от голосового канала (CSD), и время доставки пакетов не регламентировано. Кроме этого, число предложений и от­сутствие стандартных решений отнима­ют много времени при создании подоб­ных систем. Компания ОВЕН предлагает потребителям три варианта решения задачи соединения по каналу GPRS:

Статический IP

С оператором связи заключается договор на предоставление стати­ческого IP-адреса (услуга платная), закрепленного за СИМ-картой. После регистрации в сети ПЛК к нему мож­но будет обращаться по этому IP-ад­ресу. Обращение можно организо­вать с любого ПК, подключенного к Интернету.

Динамический IP (реальный IP)

C оператором связи заключается договор на предоставление услуги «ре­альный» IP (услуга платная), но значи­тельно дешевле услуги «статический IP».

Пользователь регистрируется на одном из сервисов DynDNS (платно или бес­платно), ему предоставляется логин и пароль для регистрации в Интернете. После регистрации ПЛК он определяет свой текущий IP-адрес, сообщает его DynDNS-серверу и обращаться к нему можно через Интернет, используя не IP-адрес, а DNS-имя.

3. Архив данных

Потребность создания и ведения архивов непосредственно на самом объекте и передача их при очередном сеансе связи на диспетчерский пункт возникает в том случае, если связь с объектом носит периодический ха­рактер, а информация о состоянии оборудования и технологическом про­цессе необходима в полном объеме. Возможность создания архивов оп­ределяется перечнем установленного оборудования. При необходимости архива не обойтись без контроллера, если же архив не требуется, то можно использовать локальные приборы или модули ввода/вывода с модемом.

4. Опрос устройств с нераспро­страненными протоколами пере­дачи данных

Часто совместно с автоматически­ми системами управления на объекте устанавливаются средства учета тепло­вой и электрической энергии, и возни­кает дополнительная задача передачи информации и от этих средств учета. В этом случае необходимо использо­вать контроллер в качестве шлюза пе­редачи данных от средств учета на ПК оператора. Основной особенностью такой задачи является то, что, как пра­вило, подобные средства имеют свой протокол передачи данных, который необходимо поддерживать в основном контроллере (шлюзе). Такие протоко­лы зачастую поддерживаются в SCADA и SoftLogic-системах, и их примене­ние значительно облегчает процесс объединения контроллеров и средств учета. В случае отсутствия поддержки необходимого протокола клиент может организовать поддержку протокола са­мостоятельно.

5. Программное обеспечение

Выбор программного обеспече­ния – один из основных вопросов при создании новой системы диспет­черизации. Ведь от выбора ПО зави­сит стоимость и скорость создания проекта, квалификация нанимаемо­го специалиста, уровень поддержки производителя. Компания ОВЕН предлагает своим клиентам несколь­ко программных продуктов.

Среда программирования CoDeSys

CoDeSys – одна из самых распро­страненных независимых сред про­граммирования как в России, так и за рубежом, разработана компанией 3S-Software (www.3s-software.com). CoDeSys выбрали для своих контрол­леров такие крупнейшие разработчики как Beckhoff, Wago, Turk и др. CoDeSys полностью поддерживает пять языков программирования согласно стандарту IEC 61131-3 и дополнительный язык CFC и обеспечивает поддержку прото­колов передачи данных: Мodbus ASCII/ RTU/TCP, DCON, OWEN. Помимо стандар­тных протоколов CoDeSys позволяет создавать оригинальные протоколы с использованием библиотек, поставля­емых компаниями 3S-Software и ОВЕН.

CoDeSys идеально подходит для решения задач, в которых необходимо организовывать сложные алгоритмы управления и системы со сложными вычислениями, она позволяет созда­вать системы диспетчеризации с ис­пользованием как проводных, так и беспроводных сред передачи данных.

Единственным ограничением можно назвать только отсутствие поддержки нераспространенных про­токолов обмена с внешними устройс­твами – такими как расходомеры, теп­лосчетчики, электросчетчики и т.п. Кроме того, интеграция в SCADA–сис­темы хотя и является стандартной процедурой через ОРС-сервер, но тем не менее при большом количестве пе­ременных занимает много времени.

Среда программирования ISaGRAF

Разработка компании ICS Triplex ISaGRAF (www.isagraf.com) – ин- струмент для создания прикладных программ состоит из среды разра­ботки (Workbench), адаптируемой под различные аппаратно-программные платформы исполнительной системы (Target). ISaGRAF поддерживает пять языков стандарта IEC 61131-3 и язык Flow Chart, обеспечивает поддержку большого количества стандартных протоколов (Modbus ASCII/RTU/TCP и DCON). ISaGRAF является открытой платформой и позволяет добавлять в него драйверы для собственных ПЛК, библиотеки и дополнительные модули.

Диапазон применения ISaGRAF очень широк – от крупных ТЭЦ до не­больших теплиц.

На основе ISaGRAF компанией «ФИОРД» (www.fiord.com) разрабо­таны расширения, которые сделали ISaGRAF универсальной средой для создания интегрированных решений как в области АСУ ТП (www.isagraf.ru), так и в системах диспетчеризации.

ISaGRAF является универсальной средой программирования контролле­ров и обладает такими же ограничени­ями, как и CoDeSys.

SCADA и Softlogic-система Master- SCADA

Одна из самых популярных рос­сийских SCADA-систем (www.insat.ru), представленных на российском рын­ке. Поставляется компанией ОВЕН и ее дилерами. При использовании SCADA- системы целесообразно использовать контроллер с предустановленной на нем Softlogic-системой MPLC. Связано это с тем, что при использовании дан­ного продукта пользователь создает свою программу из единой среды раз­работки – MasterSCADA. Это значи­тельно облегчает связь переменных нижнего уровня (ПЛК) с верхним (АРМ диспетчера). Преимущество ис­пользования SCADA и Softlogic-систе­мы перед средой программирования очевидны в случае создания систем мониторинга. Поддержка SCADA–сис­темой большого количества как стан­дартных, так и нестандартных про­токолов передачи данных позволяет использовать контроллер в качестве шлюза, объединяющего в единую сеть все установленное на объекте обору­дование.

Ограничение в использовании по­добного подхода только в том, что при необходимости создания сложных про­грамм и алгоритмов управления среда программирования ПЛК может оказать­ся недостаточно функциональной.

SCADA и Softlogic-система Энтек

SCADA-система Энтек – одна из самых распространенных SCADA-сис­тем (www.entels.ru), работающих в российской энергетике. Она разрабо­тана компанией Энтелс, занимающей­ся внедрением автоматизированной информационно-измерительной сис­темы – АИИС ЭНТЕК. Энтек, также как и предыдущая SCADA-система, позво­ляет запрограммировать контроллер для диспетчерского пункта непос­редственно из основной среды разра­ботки, для чего на ПЛК должна быть предустановлена система исполнения En-logic от компании Энтелс. Приме­нение SCADA-системы Энтек и системы исполнения En-logic целесообразно при создании крупных распределен­ных систем мониторинга энергетичес­ких и других объектов, так как большое количество примитивов и библиотек позволяет сделать проект с минималь­ными временными затратами.

Более подробную информацию о всех этих программных продуктах можно прочитать на сайтах компаний разработчиков.

Довольно часто при создании новой системы диспетчеризации приходится интегрироваться в уже установленную на ПК SCADA-систему. При решении этой задачи необходимо понимать, ка­кие протоколы передачи данных и ка­кие интерфейсы поддерживает ранее установленный программный продукт, так как это повлияет и на выбор про­граммного обеспечения, и на выбор среды программирования для ПЛК. Если ПО необходимо устанавливать с нуля, то зачастую имеет смысл выбрать SCADA и SoftLogic-системы, которые позволят не только создать визуализа­цию, но и запрограммировать контрол­лер в одной среде программирования.

В следующей части статьи будут рассмотрены несколько способов ре­шения задач удаленной диспетчери­зации различной степени сложности, используемые аппаратные и програм­мные средства, преимущества и недо­статки предлагаемых методов.