microbik.ru
1
Автоматизация на службе альтернативной энергетики – перспективный альянс

В связи с возросшей популярностью использования альтернативной энергетики многие страны всерьез делают ставку на энергию солнца, ветра, воды, земных недр и на водородную энергетику. На сегодняшний день возросли инвестиции в различные системы автоматизации для возобновляемых источников энергетики. Сравнение эффективности различных технологий преобразования альтернативных источников энергии в электрическую приведено на Рисунке 1. Как видно из рисунка, наиболее эффективным способом получения энергии являются системы с комбинированным циклом и газовые турбины низкого давления. Так многие зарубежные компании стали внедрять комплексные системы управления, мониторинга генерации и потребления энергии, полученных благодаря ВИЭ. Эти системы мониторинга получили условное название «Энергетические порталы» (Energy Analytics), а аналитические системы интегрированные в эти порталы позволяют получать оперативные сводки и аналитические данные об эффективности контролируемых систем. В сетях Internet с появлением в языке HTML диалоговых свойств позволяют получить обратную связь с Web-сервером. Для обеспечения специальной обработки на Web-сервере запускается WebHMI сервер, который обменивается параметрами с браузером. Для контроля вводимых данных применятся сценарии на клиентской стороне. Серверная процедура получает введенные пользователем данные, формирует и передает SQL-запрос к СУБД. Сервер БД по запросу выполняет обновление, вставку, удаление или выборку записей из БД. Затем Web-сервер посылает экранную форму SCADA полученную в виде HTML-cтраницы, с полученными значениями диалоговых переменных, тегов, регистров, динамических объектов браузеру для отображения. Так как этот процесс основан на технологии Silverlight, клиентской платформой может стать любой компьютер, на котором исполняется Web-браузер, а серверной платформой – любой ПК под управлением Web-сервера

Проиллюстрируем применение Internet-технологий на базе SCADA системы GENESIS64 компании ICONICS. Пакет GENESIS64 имеет высокий уровень сетевого сервиса. Для построения устойчивых сетевых соединений применена интегрированная технология GenBroker с поддержкой протоколов TCP/IP и SOAP/XML обеспечивает возможность взаимодействия через Internet/Intranet. Компонент SCADA системы GenBroker позволяет преодолеть недостатки протокола DCOM, затрудняющие построение разветвленных сетей, такие как:

- неустойчивая работа в междоменных соединениях;

- невозможность применения DCOM для доступа через Интернет;

- невозможность доступа через брандмауэры (firewalls) и маршрутизаторы.

Также применение GenBroker дает возможность настраивать доступ к удаленной лицензии, серверам безопасности, событиям, глобальным и языковым псевдонимам и устанавливать различные настройки для оптимизации сетевого обмена. Система имеет возможность встраивания элементов управления Silverlight и объектов OLE, встроенную среду редактирования сценарных процедур реализованных на платформе WPF Microsoft .NET. Перечисленные компоненты поддерживают web-технологии дают возможность передавать как статическую, так и динамическую информации на web-узлы. Web-сервер WebHMI, основанный на технологии Нулевой инсталляции и Тонкого Клиента, предназначен для обеспечения доступа к проектам Genesis64 из сети Интернет. Это означает, что компьютер клиента не должен иметь ничего, кроме операционной системы Windows и Интернет-браузера. Все необходимые Web-компоненты, тип и количество которых определяется содержимым экранных форм SCADA системы, пересылаются клиенту с удаленного компьютера. Мастер Web-публикаций GENESIS64 позволяет экспортировать экранные формы в файлы HTML и/или публиковать файлы HTML на Web-сервере (в локальной сети или в Интернет). В файлах HTML, полученных в результате экспорта экранных форм, находятся ссылки на экраны с динамическими объектами, т.е. экранная форма реально не «преобразуется» в HTML. Каждая экранная форма GENESIS64 просматривается как простая Web-страница. В дополнение к сказанному технологии заложенные в WebHMI дают возможность использовать функциональные компоненты обработки транзакций (Transaction Process Monitoring), систему обеспечения безопасности (Security) при наличии разграничения прав доступа и выходе в Internet (Fire-wall), публикацию информации в Internet (Web-access), подсистему подготовки отчетов (Trend Report), отбора и анализа данных в процессе принятия решений (DataWorX), асинхронного уведомления о событиях (Alarm Server), горячего резервирования данных (Redundancy) и другие. Вследствие наличия такого огромного количества функций, закладываемых в WebHMI по сути являющимся сервером приложений (Application Server - AS), являющимся неким единым универсальным средним BL-звеном между клиентской и серверной частью системы, но AS существует во множественном варианте, как частично изолированные приложения, выполняющие специальные функции, обладающие открытыми интерфейсами управления и поддерживающие стандарты объектного взаимодействия. Многоуровневая клиент-серверная система выглядит следующим образом (рис. 2)



Рис. 2 Многоуровневая клиент-серверная структура WebHMI.

Причем, различные протоколы взаимодействия могут применяться в различных связках узлов системы, а мосты встраиваться в любой узел или выделяться в своеобразные серверы приложений, с физическим выделением в узлах сети. Двигаясь между клиентами слева-направо на рис. 2 рассматривается переход между различными моделями распределенных вычислений - через Intranet к Internet. Для поддержки процесса обмена данными между WebHMI сервером и экранными формами отображаемыми на стороне «тонкого клиента» в виде динамических страниц широко используется технология Silverlight. С ее помощью приложение может получать доступ к источникам информации находящимся как на локальном сервере, так и в произвольном месте сети. Для организации внутрисетевого обмена используются технологии MS IIS (Internet Information Services) в составе которой широко используется следующий набор готовых объектов:

  • внутренние объекты (Intrinsic Objects), набор вспомогательных объектов, необходимых для получения информации о среде её исполнения и клиенте с которым производится обмен:

  • объекты запроса и ответа, request and response, объект запроса содержит информацию о параметрах HTTP запроса, вызвавшего исполнение данного сценария; объект ответа служит для построения ответа сервера в формате протокола HTTP;

  • приложение и сессия, application and session , позволяют поддерживать сеанс с клиентом, а значит сохранять переменные и статусы, во время переключения Web страниц. Информация о сеансе освобождается после его явного обрыва или истечения срока ожидания клиентской активности. Объекты WebHMI сервера позволяет инициализировать переменные и статусы, доступные для всех пользователей данного приложения, на объектах такого типа поддерживаются блокировки для обеспечения разделяемого доступа;

  • Content Linking Component, компонент связывания контекста позволяет создавать подшивки из Web страницы на сервере с возможностью автоматической генерации оглавления и навигационных связей;

  • Filesystem Component, компонент файловой системы, позволяет выполнять чтение текстовых файлов из языков сценариев применяемых в GENESIS32;

  • Browser Capabilities Component, компонент возможностей браузера, позволяет выяснить тип и возможности клиента по воспроизведению того или иного формата HTML и языка сценариев, позволяет иметь одни и те же страницы экранных форм SCADA для всех типов клиентов



Рис.2 Функциональная схема горячего резервирования на базе МС сервера
Сравнительно часто к проектам в которых предъявляются повышенные требования к надежности и безопасности применяется технология Microsoft Cluster Server. Пример использования МС кластера приведен на рисунке 2. При выходе из строя одного из узлов ресурсы или группы доступного узла остаются без изменений. После выявления сбоя полномочия на ресурсы и группы недоступного узла специальным образом передаются доступному узлу. При разрыве соединения между узлами все ресурсы переходят к владельцу ресурса кворума. Конечно, на самом деле все гораздо сложнее, но, даже на первый взгляд, механизм достаточно надежен. Объединение серверов в один ресурс происходит на уровне программных протоколов. В отличие от аппаратного кластера, кластеры, организуемые программно требуют:

  • наличия специального программного модуля Workbench, основной функцией которого является поддержание взаимодействия между всеми серверами — членами кластера:

    • синхронизации данных между всеми серверами — членами кластера;

    • распределение нагрузки (клиентских запросов) между серверами — членами кластера;

  • от клиентского программного обеспечения умения распознавать сервер, представляющий собой кластер серверов, и соответствующим образом обрабатывать команды от Cluster Manager;

    • если клиентская программа не умеет распознавать кластер, она будет работать только с тем сервером, к которому обратилась изначально, а при попытке Cluster Manager перераспределить запрос на другие серверы, клиентская программа может вообще лишится доступа к этому серверу (результат зависит от конкретной реализации кластера).

В большинстве случаев, кластеры серверов функционируют на раздельных компьютерах. Это позволяет повышать производительность за счёт распределения нагрузки на аппаратные ресурсы и обеспечивает отказоустойчивость на аппаратном уровне.

Можно привести ряд примеров аналитических порталов в энергетике с поддержкой горячего резервирования: Energy Point™ компании Factory IQ, модуль Energy Analytics программного комплекса BizViz компании ICONICS, SmartGrid компании GridPoint, комплексные решения в области энергетики компании GramEner и многие другие. На примере Energy Analytics (ICONICS) рассмотрим особенности эффективных технологий визуализации и управления в энергетике.

Очевидно, что создание подобной технологии стало возможным с помощью IT-технологий, ГИС – геоинформационных систем и 3D информационных моделей. Одной из важных особенностей этих технологий является возможность представления сложных данных наиболее простым и доступным для понимания способом - визуальным. Наиболее естественное восприятие данных либо как мы видим этот мир трехмерным, либо плоским – как вид сверху. Трехмерная визуализация, синхронизированная с реальными объектами, помогает пользователю охватить одним взглядом все происходящее в реальном времени. В подобного рода 3D виртуальной реальности можно осуществить то, что нельзя сделать в реальной жизни, например, заглянуть внутрь реального объекта, практически мгновенно перенестись из одного конца завода в другой, одновременно получать оперативные данные и видеть их на одном или нескольких экранах то, что происходит в разных. Примером тому может послужить прикладные решения в сфере бизнеса. Транснациональные компании в настоящее время в силу много профильности и сложности бизнес-процессов перешли на использование аналитических порталов для глобальной оценки и визуализации общей эффективности предприятий холдинга. Например, у ICONICS подобные решения основаны на использовании пакета Productivity Analytics. Интеграция технологий оценки показателей эффективности (KPI) и общей оценки эффективности оборудования (ОЕЕ) на единой платформе сделала возможным контролировать все процессы во всех отделах предприятий и в разных странах. Подобные технологии позволили «окинуть одним человеческим взглядом» все происходящее. на одном конце предприятия или даже земли, равно как и то, что сейчас происходит на другом. Еще одной причиной создания подобных инструментов обусловлено все более возрастающая сложность управления предприятия и качеством их производственных процессов. Как менеджмент коммерческих и технических структур может узнать о том, что происходит в компании или в регионе? Как правило, они получают эту информацию в виде отчетов, состоящих из огромного количества цифр, таблиц и графиков. Разобраться в таком количестве данных – большой труд. Гораздо проще воспринимать информацию в виде хорошо продуманного и скомпонованного трехмерного изображения, поскольку это естественная для человека схема восприятия любой информации в реальной жизни. На рисунке 3 приведен пример экранной формы аналитического портала для служб отвечающих за эффективное управление АСУ ТП и АСУП.e:\_work_iconics\_статьи-all\ста-1-11\energy_analytics_01.jpg

Рис. 3 - Аналитический портал ICONICS для предприятий энергетики

До внедрения новых технологий отчеты всегда представляли устаревшую информацию, так как на их ручную подготовку всегда нужно было время. Очень часто это были не дни, а недели. Кроме того, отчеты от разных подразделений дают разрозненную и часто противоречивую информацию о том, что уже произошло, с их помощью невозможно узнать, что происходит в настоящую минуту или может произойти в будущем.




Рис. 4 – ГЕО порталы ICONICS с привязкой к SCADA и аналитическим подсистемам

Именно информационно аналитические порталы (PortalWorX), с поддержкой web-технологий, ГИС, интегрированной подсистемой сбора и агрегации данных и публикации отчетов из поступающих данных в реальном времени дают возможность в любой момент времени получать реальную ситуацию об объектах управления. Это достигается путем сбора и интеграции всех данных АСУ ТП в регионе, предприятии, цехе в режиме реального времени (BridgeWorX). С другой стороны, часто возникает задача оценить или увидеть процессы в динамике или на основе исторических данных, и сделать это тоже можно с помощью нового пакета сбора и отображения данных Hyper Historian, в котором как и в обычной жизни имеется еще одно измерение – это время. С помощью полученных данных мы можем ускорять или замедлять его для того, чтобы провести анализ событий в мельчайших деталях и нюансах. Еще одна ситуация, в которой не обойтись без помощи визуализации данных – когда требуется сделать оценку, как могут развиваться события, которые в принципе могут произойти, но не могут быть смоделированы в реальности. К ним относятся в первую очередь все виды аварийных событий на предприятии. Нам не требуется производить аварийную ситуацию просто для того, чтобы посмотреть, от чего и как это происходит. Единственная возможность смоделировать какую-либо ситуацию и, самое главное, предусмотреть возможные последствия при наступлении такого случая – это создать и просчитать ее модель в «виртуальной реальности» с помощью компонентов GENESIS64 и BizViz. При использовании реальной или виртуальной модели мы можем визуализировать, происходящие события, пользоваться текущими характеристиками объектов или вводить новые «виртуальные» параметры для оценки функционирования всей системы в целом. Рассмотрим широко распространенную архитектуру сетевой географической информационной системы (ГИС) на базе серверной системы Microsoft BING которая имеет традиционную структуру клиент-сервер.

Экранные формы, объекты которых имеют привязку к ГИС, интегрированы в структуру специализированного портала PortalWorX. Данные порталы основаны на стандартной платформе MS Sharepoint. Примеры реализации ГИС SCADA и портала приведены на рисунке 4. По запросу пользователя ГИ выбирается из удаленной БД и обрабатывается на ГИС сервере. Затем картографический результат преобразуется в растровое изображение, интегрируются с экранными формами SCADA GENESIS64 и пересылается пользователю. Полученные картографические изображения «совмещенные» с экранными формами, в том числе и в 3D, могут просматриваться с помощью любого web-браузера. Возможность охвата такого широкого круга web-браузеров стало доступным после того как разработчики ICONICS начали использовать технологии MS Silverlight. Эта технология, обеспечивает наиболее простой подход к публикации ГИ в сети Интернет без снижения качества передаваемого изображения: на сервере можно использовать настольные ГИС, поскольку отсутствует прямой доступ к базе банных, то данные достаточно просто защитить от несанкционированного доступа.

Заключение
Компания ICONICS постоянно совершенствует свою продукцию. Используя новые технологии в области инструментальных средств комплексной автоматизации она достигла небывалой популярности. Приведенные оригинальные технологии многие другие полнофункциональные решения реализованы в новом пакете GENESIS64 для 64-битных платформ Windows 7 и Windows Server 2008. Компания ПРОСОФТ многие годы представляет передовые технологии ICONICS в России, странах СНГ и Балтии. Большое внимание уделяется качеству технической поддержки, обучения пользователей, дополнительным комплексным услугам по освоению и внедрению конечной системы управления.