Развитие программно-технического комплекса СОДЭК®
1 Стратегия развития распределённых систем сбора данных
С ростом количества корректоров объёма газа у поставщиков и потребителей, увеличением площади территории, на которой расположена автоматизированная система и усложнением алгоритмов управления наиболее эффективным является применение распределённой системы.
Именно такой подход применён к проектированию программно-технического комплекса «СОДЭК® » (далее ПТК СОДЭК®) (см. рисунок 1).
Рисунок 1 — Построение распределённых систем с помощью ПТК «СОДЭК®»
При этом структура распределённой системы и структура алгоритма её работы становятся подобны структуре самого объекта автоматизации, а функции сбора, обработки данных и вычисления оказываются распределёнными среди множества контроллеров. Каждый контроллер работает со своей группой устройств и обслуживает определённую часть объекта управления.
Максимальные преимущества распределённой системы достигаются, когда контроллеры работают автономно, а обмен информацией между ними сведён до минимума.
Распределённая система имеет следующие характеристики, отличающие её от сосредоточенной:
- большее быстродействие благодаря распределению задач между параллельно работающими процессорами;
- повышенную надёжность (отказ одного из контролеров не влияет на работоспособность других);
- большую устойчивость к сбоям;
- простое наращивание или реконфигурирование системы;
- простоту проектирования, настройки, диагностики и обслуживания благодаря соответствию архитектуры системы архитектуре объекта управления, а также относительной простоте каждого из модулей системы;
- улучшенную помехоустойчивость и точ-ность благодаря уменьшению длины линий передачи сигналов от датчиков к устройс-твам ввода;
- меньший объём кабельной продукции, пониженные требования к кабелю и более низкая его стоимость;
- меньшие расходы на монтаж и обслуживание кабельного хозяйства.
Приведённые выше достоинства в полной мере относятся к ПТК «СОДЭК®» и наиболее характерны для нижнего уровня системы, состоящего из множества корректоров и коммуникационного оборудования.
Вся информация с корректоров стекается в единый сервер БД, где хранится с учётом топологии объекта автоматизации.
Обслуживает коммуникационные возможности системы один или несколько Серверов связи с использованием Пула модемов и специального набора программ для организации автоматизации процесса сбора информации.
Учитывая современные потребности пользователей, ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» выработало новую стратегию развития и лицензирования для семейства программных продуктов, выпускаемых под брендом «СОДЭК®». В настоящее время выпускается несколько редакций ПТК «СОДЭК®».
На тех пользователей, у кого на обслуживании находится небольшое количество узлов учёта газа, рассчитана редакция ПТК «СОДЭК® Стандарт™». Основную массу таких организаций составляют конечные потребители газа. Узел учёта и центр сбора информации находятся, как правило, в непосредственной близости, а объём собираемых данных невелик. Минимальный набор функций соответственно определяет и самую доступную цену данной редакции, что зачастую является определяющим фактором для бюджетных и малых предприятий.
Избавить пользователя от множества повторяющихся ручных операций призвана редакция ПТК «СОДЭК®Экстра™». Она позволяет с минимальными трудозатратами обслуживать большое количество узлов учёта, распределённых на обширной территории. Автоматизированный сбор данных, серверная база данных, многопользовательская среда позволяет крупным пользователям обеспечивать своевременный контроль расхода газа в масштабах крупного предприятия или региона.
Гибкая схема лицензирования ПТК «СОДЭК®» гарантирует оптимальное распределение бизнес-функций учёта газа в зависимости от потребностей различных классов пользователей. Лицензия на использование редакции защищена USB-ключом электронной защиты.
Тем пользователям, кто недавно приобрел оборудование ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» — корректоры EK260, EK270 или TC215, TC220, предназначена редакция ПТК «СОДЭК® Демо». Она позволяет ознакомиться с интерфейсом программы, освоить основные приёмы работы: считывания и анализа данных, а также подготовки отчётов.
Редакция ПТК «СОДЭК® Демо» бесплатна и не требует USB-ключа электронной защиты. Она работает 30 дней от даты установки на ПК и легко повышается до «полноценной» редакции, при приобретении USB-ключа электронной защиты.
2 Автоматизированная система сбора данных на базе ПТК «СОДЭК®»
2.1 Программное обеспечение
ПТК «СОДЭК®» стал незаменимым помощником при работе с измерительным оборудованием ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника». Настройка электронных корректоров, считывание данных, печать отчётов — эти и многие другие задачи в рамках учёта газа удобно выполнять именно при помощи ПТК «СОДЭК®». Программный комплекс заслужил одобрительные отзывы пользователей за доступный интерфейс, надёжность и эффективность работы (см. рисунок 2).
Рисунок 2 — Достоинства ПТК «СОДЭК®»
ПТК «СОДЭК® Экстра™» — это качественно новый уровень развития программных продуктов СОДЭК®, ориентированный на региональные газовые компании, а также на крупных субъектов газораспределительных систем, владеющих десятками и сотнями узлов учёта. Комплекс разрабатывался в многолетнем техническом сотрудничестве со специалистами по учёту газа, работающими в таких компаниях.
ПТК «СОДЭК® Экстра™» обеспечивает комплексное решение автоматизации учёта газа, собирающее воедино программные средства верхнего уровня, физические линии связи, технологии передачи данных, измерительное и коммуникационное оборудование.
Краткий обзор функциональных особенностей представлен в следующем перечне:
- многопользовательская среда с различными уровнями доступа;
- удобная настройка топологии сбора данных;
- считывание архивных данных с корректоров (локально и дистанционно) в автоматическом или интерактивном режимах;
- мониторинг автоматического сбора данных;
- автоматическая обработка данных;
- хранение данных в локальной базе данных (далее БД) и серверной БД;
- дистанционное изменение параметров электронных корректоров;
- объединение узлов учёта в выборки и создание групповых отчётов;
- импорт транспортных файлов из рабочих станций на сервер;
- анализ архивов и контроль нештатных ситуаций;
- отображение данных по учёту газа в табличной и графической форме;
- миграция данных из БД ПТК «СОДЭК®» любых версий;
- экспорт данных в приложения MS Office;
- передача данных в «ИУС-ГАЗ».
Ниже приводится краткий обзор компонентов ПТК «СОДЭК® Экстра™».
Сервер связи. В систему может быть включен один или несколько Серверов Связи, соединённых с сервером БД через ЛВС. Сервер связи выполняет автоматический сбор данных. Это выделенный персональный компьютер (ПК), оборудованный пулом модемов для параллельного опроса узлов учёта. Количество модемов и производительность сервера определяются числом обслуживаемых узлов учёта и требованиями к скорости сбора.
Сервер связи под управлением планировщика автоматически осуществляет сеансы связи с узлами учёта: запрашивает и принимает данные. Принятая информация обрабатывается и передается на Сервер БД. Администратору системы остается контролировать эффективность сбора данных и, по мере необходимости, выполнять настройки.
Сервер БД. Сервер БД играет роль централизованного хранилища данных учёта газа. Для крупной системы сбора информации требуется профессиональная база данных.
В качестве универсального хранилища, как для локальной, так и для серверной БД выбрана платформа Firebird. Преимущества этой СУБД — бесплатность, компактность, версионность, масштабируемость, быстродействие — уже начали привлекать внимание специалистов из крупных организаций, управляющих большим числом узлов учёта при помощи нескольких автоматизированных рабочих мест. БД стала практически безразмерной.
Обновление старых версий до версии СОДЭК 6, работающей на Firebird, выполняется легко и безболезненно. Данные учёта за несколько лет, переносятся в новую БД автоматически при помощи инструмента миграции.
Большинство рутинных вычислений сосредоточено на сервере, что благоприятно сказывается на быстродействии клиентских АРМ. Надёжность хранения повышается благодаря встроенной системе безопасности, разграничению доступа, и автоматизированной процедуре резервного копирования. Данные учёта газа могут поступать в серверную БД не только в автоматическом режиме с Серверов Связи, но и при помощи интерактивных методов импорта, знакомых пользователям ПТК «СОДЭК Стандарт™».
Мастер топологии. В окне приложения «Мастер топологии» администратор осуществляет настройку конфигурации и мониторинг автоматизированного сбора данных. Описание конфигурации хранится в БД и имеет иерархическую структуру. На верхнем уровне находятся Серверы Связи. На физическом уровне описывают параметры каждого из имеющихся на Сервере Связи коммуникационных каналов и узлов учёта, участвующих в опросе.
АРМ метролога. АРМ метролога сочетает в себе наглядность графического интерфейса с широким спектром решаемых задач. Вид главного окна приложения «Анализ Данных» напоминает привычный вид Проводника Windows: слева отображается иерархия объектов учёта, справа — панель просмотра данных выбранного узла учёта. И АРМ администратора, и АРМ метролога функционально совместимы с редакцией ПТК «СОДЭК Стандарт™». Таким образом, оператору доступны все возможности по работе с данными учёта, которые известны пользователям настольного ПТК «СОДЭК Стандарт™». Наряду с серверной БД, операторы могут использовать в качестве «активного хранилища» и локальную БД, что удобно пользователям ноутбуков. Таким образом, даже узлы учёта, не оборудованные телеметрией, могут участвовать в общей системе учёта. Данные с таких узлов, однако, придется собирать и импортировать в серверную БД интерактивно.
Крупномасштабные возможности. Кроме автоматизированного сбора данных и возможностей клиент-серверной СУБД, в ПТК «СОДЭК Экстра™» включены дополнительные функции, нацеленные специально на удовлетворение потребностей бизнеса поставщиков и потребителей газа среднего и крупного масштаба.
К числу таких функций относится, несомненно, «Перенос Данных» — инструмент экспорта/импорта больших объёмов данных, позволяющий реплицировать (копировать, перемещать, сливать) информацию между несколькими локальными и серверными БД.
Другой инструмент учёта в крупной организации — это «Отчёты по выборке узлов учёта». Известно, что для упорядочивания процессов учёта или для разграничения обязанностей специалистам удобней разбить всю массу обслуживаемых узлов на участки или «выборки», например, по территориальной принадлежности. Пользователь ПТК «СОДЭК®», лишь однажды создав выборку узлов учёта при помощи редактора выборки, затем сможет многократно создавать различные «отчёты по выборке». Например, отчёт «Полнота собранных данных» позволяет получить оперативную сводку о конкретных узлах и временных промежутках, за которые в БД нет собранных данных. Отчёт «Нештатные ситуации» поможет в едином документе отобразить информацию о проблемах по многим узлам за целый месяц. Отчёты о потреблении за месяц (краткий и посуточный) могут использоваться не только как конечные документы, но и (посредством небольшого дополнительного программирования) как транспортный формат для интеграции с внешней системой коммерческого учёта или биллинговой системой.
2.2 Техническое обеспечение
Задача построения автоматизированной системы сбора данных включает в себя, в первую очередь, реализацию решений по передаче первичных данных на верхний уровень.
Узел учёта является источником первичных данных для автоматизированной системы учёта потребления газа. Оборудование узла учёта предполагает монтаж в газовую сеть измерительного комплекса, включая счетчик газа и электронный корректор. Установкой дополнительных приборов — источника бесперебойного питания, коммуникационного оборудования — обеспечивается возможность удалённого сбора данных. Минимальное дооснащение узла для его включения в автоматизированную систему сбора данных состоит из модема и источника питания. По желанию заказчика в состав оборудования узла учёта могут быть включены датчики перепада давления, загазованности, охраны периметра, дополнительные устройства ввода-вывода.
В роли источников первичной информации применяются технические средства нижнего уровня — электронные корректоры производства ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» ЕК88, ЕК260, ЕК270, TC215, TC220. Все корректоры оснащены последовательным интерфейсом для организации обмена информацией с персональным компьютером. В корректорах ЕК260 и ЕК270 поддерживаются протоколы: RS232, RS485 и оптический МЭК 61107.
Средой передачи данных являются сети и каналы связи различных стандартов. Верхним уровнем системы называют обычно один или несколько компьютеров локальной сети предприятия, где развернуты: центр сбора данных, база данных, АРМы пользователей.
Информация передается и в обратном направлении, т.е. с верхнего уровня на узлы учёта. Это и управляющие команды по протоколам обмена, и данные технологического назначения, например, команды и величины для настройки параметров электронных корректоров. Вследствие этого задача передачи первичных данных технически является вопросом информационного обмена между объектами конфигурации всех уровней.
Организацию удалённой связи между нижним и верхним уровнями реализуют при помощи дополнительного оборудования: модемы, блоки питания, коммуникационные модули и т.п. — на стороне корректоров; модемы, пулы модемов, устройства для разветвления интерфейсов — на стороне центра сбора данных.
Комплекс «СОДЭК®» поддерживает следующие типы каналов связи:
- физические линии стандартов RS232, RS485;
- коммутируемые и выделенные телефонные линии;
- каналы сотовой связи GSM/GPRS.
Нормальным режимом функционирования сетевых редакций системы является автоматический режим сбора, обработки и складирования информации в базу данных. Однако сохранено и интерактивное приложение «СОДЭК-Считывание данных» — для ручного считывания и ввода параметров.
Узлы учёта газа могут размещаться как поблизости от центра сбора данных, так и на значительном удалении. Поэтому не существует единственного универсального способа наладить связь ПК с корректором. Кроме расстояния, на выбор коммуникационного решения и схемы подключения влияют следующие факторы: расположение узла учёта во взрывоопасной/взрывобезопасной зоне; наличие внешних источников электромагнитных помех; необходимость и возможность подключения дополнительных устройств, предназначенных для подачи постоянного напряжения, для обеспечения взрывозащиты, для подключения в телекоммуникационную сеть и др.
ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» предлагает широкий диапазон современных вариантов организации информационного обмена между измерительным комплексом и центром сбора данных, с одновременным решением всех сопутствующих задач.
Например, для настройки удалённой связи широко используются коммуникационные модули и блоки питания электронного корректора: БПЭК-02/М, БПЭК-02/МТ, БПЭК-04/ЕК и БПЭК-05 для корректоров ЕК260 и ЕК270, а также БПЭК-04/ТС, БПЭК-03 (БПЭК-03/Ш), БПЭК-03/Т (БПЭК-03/Ш) для корректоров ТС220 и ТС215.
Блок питания (БП) преобразует сетевое питающее переменное напряжение в постоянное напряжение. Адаптер серийного интерфейса БП обеспечивает обмен информацией между корректором и телекоммуникационной сетью.
Освоение выпуска корректоров EK270, ТС220 и новых коммуникационных приборов позволило реализовать в ПТК «СОДЭК®» поддержку новых возможностей по передаче данных.
3 ПТК «СОДЭК® Демо»: быстрое знакомство
Эта редакция играет роль демонстрационной версии. Она будет работоспособной без регистрации в течение 30 дней.
Внимательные пользователи обнаружат, что в ПТК «СОДЭК® Демо» версии 6 многие функции существенно «урезаны», по сравнению с демоверсиями вплоть до «СОДЭК®» версии 4.5.
Включены следующие опции: считывание архивов и параметризация корректоров по оптическому порту или по кабелю через интерфейс RS232; интерактивный импорт считанных данных в локальную БД; анализ данных и печать всего одного типа отчёта «по узлу» - «интервального».
Кроме того, пользователю будет возможно получить представление о многих функциях, которые станут доступными в ПТК «СОДЭК® Стандарт™» или выше. Вместо выполнения этих функций в Демо на экран выдаются «рекламные» сообщения.
Считывание с использованием оптического порта является основным для ПТК «СОДЭК Демо» версии 6. Физически это осуществляется с помощью кабеля адаптера оптического (КА/О). Он предназначен для организации обмена данными между терминальным устройством (персональным компьютером, переносным компьютером), оснащённым портом последовательной передачи данных и приборами производства ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» (EK260, EK270, TC215, TC220) и др., оснащёнными оптическим последовательным портом, соответствующим стандарту ГОСТ Р МЭК 61107-2001. Использование адаптера облегчает процесс считывания данных и параметризации электронных корректоров, т.к. не требует коммутации проводников и удаления метрологических пломб.
4 «Нестандартные» возможности редакции ПТК «СОДЭК Стандарт™ »
Мы хотели бы обратить Ваше внимание на такие особенности редакции ПТК «СОДЭК® Стандарт™», которые, по нашему мнению, заслуживают большего внимания. При определённых условиях данные свойства и методы могут существенно сэкономить Вам трудозатраты, средства и время.
Эти особенности наиболее полезны малым и средним организациям коммунально-промышленного сектора, которые контролируют небольшое количество точек учёта — от двух-трёх корректоров до нескольких десятков.
Редакция ПТК «СОДЭК® Стандарт™» предназначена для установки на одиночный ПК. Это настольный продукт. Т.е. он включает в себя все необходимое и не требует подключения к компьютерным сетям. «Стандарт™» допускает соединение только с локальной БД, которая физически располагается на том же компьютере.
Редакция ПТК «СОДЭК® Стандарт™» поддерживает все типы каналов связи с корректорами, в том числе модемные, полную систему встроенных отчётов, экспорт данных в офисные приложения, экспорт и импорт через транспортные файлы.
С помощью настольной редакции ПТК «СОДЭК® Стандарт™» можно создать небольшую распределённую систему — сеть из корректоров EK270 (EK260).
Рисунок 3 — Схема подключения по шине RS485
ПТК «СОДЭК® Стандарт™» позволяет формировать список опрашиваемых корректоров и выполнять последовательное считывание данных с приборов, подключенных к шине.
Для создания такой шины реализуют изображённую на рисунке схему подключения. Корректоры объёма газа ЕК270 объединяются в общую шину данных по RS485 интерфейсу. Длина шины должна быть не более 1200 м, поэтому корректоры должны быть не слишком далеко удалены друг от друга. С помощью конвертера (RS232/RS485) интерфейсов RS485-интерфейс преобразуется в RS232- интерфейс. Далее конвертер подключается к последовательному порту ПК.
Перед тем, как с помощью соответствующего программного обеспечения начать опрос подключенных к шине корректоров, необходимо каждому из них назначить адрес прибора, обычно это номер корректора.
Опрос корректоров начинается с запроса. Запрос с адресом корректора, с которого необходимо считать данные, посылается с ПК на все корректоры, подключенные к шине. После получения запроса, ответ формирует лишь тот корректор, чей адрес был указан в запросе.
В том случае, если нет возможности установить локальное подключение, допустимо использовать аналоговый модем или GSM-модем для дистанционной передачи данных по шине. Использование GSM-модема исключает необходимость подводки проводной линии связи.
Многоточечное подключение корректоров ЕК270 целесообразно использовать при установке нескольких приборов, удалённых друг от друга на небольшое расстояние.
Таким образом, реализация многоточечной схемы подключения, использование широко используемых протоколов обмена и соответствующего программного обеспечения позволяет существенно сократить расходы на коммуникационное оборудование и значительно сократить время, необходимое для считывания данных с приборов.
Как известно, ПТК «СОДЭК® Стандарт™» не поддерживает использование Серверной БД и многопользовательского режима. И все же, зная некоторые методы и свойства этой редакции, вполне осуществимо рационально организовать работу по учёту потребления газа, используя только ПТК «СОДЭК®Стандарт™» и несколько компьютеров.
Преимущества такого подхода: экономичность по сравнению ПТК «СОДЭК® Экстра™», интенсификация учёта благодаря распределению обязанностей между несколькими операторами ПК.
Допустим, у организации есть несколько компьютеров, минимально — два. Тогда создают несколько рабочих мест на базе ПК (АРМ) и устанавливают на каждом из них ПТК «СОДЭК® Стандарт™». Один или более ПТК на базе ноутбука предназначают для сбора данных «прямо на месте» с узла учёта. АРМ часто используют и как переносной, и как стационарный.
Один из ПТК используют как АРМ для работы в офисе. Офисный АРМ применяют: для складирования в Центральной БД архивных данных корректоров, собранных при помощи переносных АРМ; для анализа этих данных; для отчётности и для экспорта данных во внешние системы, например, бухгалтерские. Для передачи или пересылки данных учёта газа между ПК используют несколько методов:
- передача считанных архивных данных в форме временных файлов (ВФ);
- ередача данных учёта в форме транспортных файлов (ТФ), с использованием «СОДЭК- Перенос данных» для экспорта и импорта;
- миграция данных из БД старого формата в ЛБД.
- передача файла БД или резервной копии БД для замены им существующей («рабочей») ЛБД.
Метод (a) универсален, т.к. формат ВФ очень редко и незначительно изменяется с течением времени, а именно, по причине выпуска новых версий модулей считывания данных, а также в связи с вводом в производство новых электронных корректоров. Проще говоря, если обработать временные файлы, которые были считаны ПТК «СОДЭК®» версия 2.0, в установках ПТК «СОДЭК®» версий 3.0, 4.0 и 5.0, и создать 3 отчёта, то результаты будут идентичными.
Метод (b) не универсален относительно версий СОДЭК®. При импорте ТФ выполняется строгий контроль версии БД (читай — «версии СОДЭК®»), т.е. ТФ версии Y невозможно будет импортировать в СОДЭК® версии Z. Это неудобство объясняется тем фактом, что структура БД претерпевает изменения гораздо чаще (а в версии 5.0 вообще поменялись и СУБД-платформа и формат ТФ).
Перенос данных через ТФ обладает следующими преимуществами:
- Пользователь может ограничить выборку, указав список узлов учёта и интервал дат;
- Все данные за один перенос упаковываются в один — транспортный файл;
- Слияние импортируемых из ТФ данных с накопленной информацией в ЛБД (СБД) выполняется автоматически (без единого вопроса к пользователю).
Используя метод (d) также надо помнить о контроле версии БД, а также знать, что перезапись файла БД на уровне файловой системы допустима только тогда, когда к ней не подключено ни одного приложения (нужно закрыть все приложения ПТК «СОДЭК®» и др.).
Если данные собирают в БД не с одного, а с нескольких узлов учёта, то задача закрытия отчётного периода может осложняться решением вспомогательной задачи: обеспечить полноту собранных данных за отчётный период. Проще говоря, следует удостовериться, что данные о потреблении газа считаны и присутствуют в БД по каждому узлу учёта и за каждый час данного периода. Т.е. нет прочерков и пропусков.
Если задачу контроля полноты решать простым просмотром форм и отчётов, то это может занять длительное время, и очень вероятны ошибки. Облегчить задачу в пределах одного узла можно при помощи таймера событий «Пропуски в считанных данных».
Отчёт по выборке узлов «Полнота собранных данных» позволяет в одном документе отобразить все промежутки несобранных данных («дырки в интервальных данных») по всем интересующим узлам.
В ПТК «СОДЭК® Стандарт™» для этого отчёта реализованы новые параметры, позволяющие выполнять фильтрацию и сортировку по дате последнего считывания. Эти возможности повышают удобство отчёта с точки зрения быстрейшего отыскания самых проблемных узлов учёта, имеющих «пропуски в считанных данных».
- Комментарии
