Эффективное решение задач, возникающих у организаций, контролирующих большое количество узлов учета газа, невозможно без использования программных и технических средств.
Система автоматического считывания данных (система телеметрии) в коммунально-промышленном секторе, предлагаемая ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлекторника», рассчитана на широкий круг потребителей измерительных комплексов и приборов, заинтересованных в средствах компьютеризации учета потребления природного и других газов в системах газоснабжения и теплоэнергетических установках. Система телеметрии предназначена для сбора данных с узлов учета газа, хранения и дальнейшего использования данных с целью:
учета потребления и создания отчетов;
диагностики и параметризации оборудования;
мониторинга технологических параметров;
оповещения о нештатных ситуациях;
передачи данных во внешние системы;
Конструктивные и схемные решения
Комплексный подход к организации сбора данных с узлов учета газа.
Современное предприятие, обслуживающее газовое хозяйство, сталкивается с рядом тенденций. Неуклонно увеличивается количество узлов учёта. Одновременно растёт парк обслуживаемого оборудования. Постоянно повышаются требования со стороны вышестоящих организаций не только к точности и достоверности информации об измеренных объёмах газа, но и к оперативности её сбора и предоставления.
Так же, как и в небольших организациях, актуальны задачи по диспетчеризации, диагностике, учёту и техническому обслуживанию всех приборов.
Жёсткий хронологический график сбора данных и большие объёмы первичной информации обуславливают растущие технические требования к оборудованию и программному обеспечению, к системе в целом. Возникает необходимость в дополнительных компьютерах и коммуникационных приборах для оснащения диспетчерского центра.
При проектировании системы и выборе базового программно-аппаратного решения неминуемо встают вопросы по отказоустойчивости, степени автоматизации, эргономичности, масштабируемости, информационной безопасности.
Широкий перечень проблем и вопросов неизбежно наводит на мысль о необходимости готового и проверенного временем решения, предпочтительно от авторитетного разработчика. Решение должно быть комплексным и по возможности экономичным.
Вот, вкратце, исходные предпосылки, которые могут быть положены в основу анализа требований к программно-техническому комплексу.
Построение распределённых систем с помощью ПТК СОДЭК®
В то же время, специалистам, проектирующим и разрабатывающим описанную выше автоматизированную информационную систему, приходится учитывать, что при росте количества корректоров объёма газа, располагаемых на обслуживаемой территории, которая может простираться на значительную площадь, имеет место одновременное усложнение алгоритмов управления. При таких условиях сам собой напрашивается вывод, что, наиболее эффективным подходом является применение распределённой системы. Именно такой подход применён к проектированию программно-технического комплекса СОДЭК® ЭКСТРА™ (см. рисунок 1).
В определённом смысле структура распределённой системы и структура алгоритма её работы приходят в наиболее естественное и непротиворечивое соответствие со структурой объекта автоматизации. При этом функции измерения, сбора, передачи 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:
наибольшая устойчивость к сбоям;
повышенная надёжность: отказ одного из контролеров не влияет на работоспособность других;
простое наращивание или реконфигурирование системы;
большее быстродействие — благодаря распределению задач между параллельно работающими процессорами;
улучшенная помехоустойчивость — благодаря уменьшению длины линий передачи сигналов от датчиков к устройствам ввода;
меньшие расходы на монтаж и обслуживание кабельного хозяйства.
меньший объём кабельной продукции, пониженные требования к кабелю и более низкая его стоимость;
простота проектирования, настройки, диагностики и обслуживания — благодаря соответствию архитектуры системы архитектуре объекта управления, а также относительной простоте каждого из модулей системы;
Приведённые выше достоинства в полной мере относятся к ПТК СОДЭК® и наиболее характерны для нижнего уровня системы, состоящего из множества корректоров и коммуникационного оборудования.
На верхнем уровне системы — в диспетчерском центре (в «центре сбора данных») — вся информация с корректоров стекается в единый сервер БД, где хранится в соответствии с топологией объекта автоматизации.
Рисунок 2 — Достоинства ПТК СОДЭК®
Обслуживает коммуникационные возможности системы один или несколько Серверов связи с использованием модемного пула и специального набора программных компонентов, реализующих автоматизацию процессов сбора и обработки информации.
Компоненты автоматизированной системы сбора данных на базе ПТК СОДЭК® ЭКСТРА™
ПТК СОДЭК® за свою более чем 10-летнюю историю стал самым популярным программным инструментом 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®. Комплекс заслужил одобрительные отзывы пользователей за доступный интерфейс, надёжность и эффективность работы (см. рисунок 2).
Качественно новый уровень развития СОДЭК® демонстрирует редакция продукта СОДЭК® Экстра™, созданная в 2008 году для использования региональными газовыми компаниями, а также крупными субъектами газораспределительных систем, владеющими десятками и сотнями узлов учёта. Редакция разрабатывалась и продолжает развиваться 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, современные технологии передачи данных, измерительное и коммуникационное оборудование.
Краткий обзор функциональных особенностей ПТК СОДЭК® Экстра™ представлен в следующем перечне:
многопользовательская среда с различными уровнями доступа;
удобная настройка топологии сбора данных;
поддержка многообразных типов каналов связи между узлом учёта и диспетчерским пунктом (физические линии стандартов RS232, RS485, Ethernet; коммутируемые и выделенные телефонные линии; каналы сотовой связи GSM/GPRS);
считывание архивных данных с корректоров (локально и дистанционно) в автоматическом или интерактивном режимах;
мониторинг автоматического сбора данных;
автоматическая обработка данных;
хранение данных в локальной 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 модемным пулом 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.
Примечательной особенностью СОДЭК® Экстра™ является возможность многократного повышения быстродействия сбора данных: скорость опроса узлов учёта легко увеличивается путём включения в конфигурацию оборудования не одного, а нескольких компьютеров типа «сервер связи», работающих параллельно. Один из серверов назначается «ведущим» — он распределяет сеансы сбора данных по свободным каналам (модемным или проводным) «своего ПК» и «ведомых» серверов. Обобщённая топология автоматизированного сбора данных (АСД) с одиночным и с распределённым Сервером Связи представлена на рисунках 3 и 3-А соответственно.
Рисунок 3 — АСД с одиночным Сервером Связи
Рисунок 3-А — АСД с распределённым Сервером Связи
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. Т.к. СУБД открытая, в свободном доступе имеются полноценные инструменты администрирования, которые могут пригодиться для обслуживания БД больших размеров.
Большинство рутинных вычислений сосредоточено на сервере, что благоприятно сказывается на быстродействии клиентских АРМ. Надёжность хранения повышается благодаря встроенной системе безопасности, разграничению доступа, и автоматизации 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, во-первых, Перенос Данных — инструмент экспорта/импорта больших объёмов данных, позволяющий реплицировать (копировать, перемещать, сливать) информацию между несколькими локальными и серверными БД. Объём передаваемого за один перенос транспортного файла может достигать нескольких ГБ. Эффективность инструмента повышается возможностью массового импорта транспортных файлов
Другой инструмент учёта в крупной организации — «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 СОДЭК® Экстра™, лишь однажды создав выборку узлов учёта при помощи Редактора Выборки, затем сможет многократно формировать «отчёты по выборке» по ряду готовых шаблонов.
Например, 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.
Техническое обеспечение
Задача построения автоматизированной системы сбора данных включает в себя, в первую очередь, реализацию решений по передаче первичных данных на верхний уровень.
Узлы учета. Узел учёта является источником первичных данных для автоматизированной системы учёта потребления газа. Оборудование узла учёта предполагает монтаж в газовую сеть измерительного комплекса, включая счётчик 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, ЕК280, ЕК290, TC215, TC220.
Средства передачи данных. Верхним уровнем системы называют обычно один или несколько компьютеров локальной сети предприятия, где развернуты: центр сбора данных, база данных, АРМы пользователей. Средой передачи данных являются сети и каналы связи различных стандартов.
Организацию удалённой связи между нижним и верхним уровнями реализуют при помощи дополнительного оборудования: блоки питания и коммуникационные модули серии БПЭК — на стороне корректоров; модемы и модемные пулы — на стороне центра сбора данных.
Комплекс СОДЭК® поддерживает следующие типы каналов связи:
•физические линии стандартов RS232, RS485, Ethernet;
•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 «Считывание данных» — для ручного считывания и ввода параметров.
Выбор схемы передачи данных.
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 выбор вариантов организации информационного обмена между измерительным комплексом и центром сбора данных, с одновременным решением всех сопутствующих задач.
Например, для организации в СОДЭК® ЭКСТРА™ удалённой связи между узлом учёта и сервером используются коммуникационные модули БПЭК-02МТ, БПЭК-03T, БПЭК-04/EK, БПЭК-04/ТС, БПЭК-04/Ex, БПЭК-05/GSM. Блок питания электронного корректора (БПЭК) преобразует сетевое питающее переменное напряжение в постоянное напряжение. Адаптер серийного интерфейса БПЭК обеспечивает обмен информацией между корректором и телекоммуникационной сетью.
Полная и актуальная информация о решениях по передаче данных содержится в разделе «блоки питания и коммуникационные модули». Выбрать наиболее подходящий вариант передачи данных в каждом конкретном случае, можно воспользовавшись таблицей подбора блоков питания и коммуникационных модулей.
Варианты практического применения ПТК СОДЭК®
Автоматизация технологического или коммерческого учёта на крупном предприятии или на нескольких предприятиях промышленного холдинга
Большое количество узлов технологического учёта газа, расположенные в цехах крупного предприятия или на предприятиях промышленного холдинга, легко интегрируются в единую систему дистанционного сбора данных путём использования ПТК СОДЭК® Экстра™ и коммуникационных модулей серии БПЭК. Информация о потреблённых количествах газа станет доступной на любом рабочем месте, где это необходимо.
Такая система, например, успешно функционирует на производственных предприятиях группы компаний «КАМАЗ».
На узлах учета, на производственных объектах, установлены измерительные комплексы СГ-ЭК, с корректором объема газа ЕК270. С данных измерительных комплексов, с помощью коммуникационных модулей БПЭК-02/МТ, организована передача данных в программный комплекс «СОДЭК Экстра», установленный в ООО «КАМАЗ Энерго», — организации, ответственной за учет энергоносителей. Вся система: комплексы СГ-ЭК, коммуникационные модули БПЭК-02/МТ, ПО «СОДЭК Экстра», работает в автоматизированном режиме. Полнота собираемости данных с узлов учета составляет 100%.
Сбор данных о потреблении газа в тепловых сетях
Тепловые сети любого населенного пункта собирают данные о потреблении газа на котельных. При использовании ПТК СОДЭК® Стандарт™, приходится либо объезжать котельные с ноутбуком и скачивать данные по оптическому порту, либо вручную обзванивать по модемной связи и также вручную запускать обработку считанных данных о потреблении — для импорта их в БД. Применение ПТК СОДЭК® Экстра™ позволяет упростить и ускорить получение данных по сравнению с использованием ПТК СОДЭК® Стандарт™.
Учёт в обслуживающей организации, с предоставлением отчётов в региональную газовую компанию
В различных регионах РФ обслуживание узлов учёта организовано по-разному. Региональные газовые компании некоторых регионов не принимают в эксплуатацию узел учёта, если собственник не заключил договор со специализированной организацией на обслуживание узла учёта. При этом обслуживание может включать предоставление отчётов о потреблении газа в региональную газовую компанию. Тогда обслуживающая организации, вероятней всего, заинтересована в приобретении и эксплуатации ПТК СОДЭК® Экстра™, т.к. затраты на сбор данных и их предоставление в региональную газовую компанию в этом случае значительно снижаются.
Применение в системе АСКУГ в региональных газовых компаниях
В региональных газовых компаниях внедрена и успешно эксплуатируется система АСКУГ, составной частью которой являются измерительные комплексы с электронными корректорами ЕК260, ЕК270, ЕК280, ЕК290, ТС215 и ТС220. Для сбора данных в системе АСКУГ применяются контроллеры телеметрии нескольких производителей, которые обеспечивают сбор данных с разнообразных корректоров и вычислителей. Однако за счёт этой универсальности такие контроллеры, как правило, довольно дороги, и далеко не каждый потребитель может позволить себе их установку. К тому же, подобные универсальные контроллеры не всегда учитывают все важные особенности реализации конкретной модели и версии корректора, либо с их помощью может считываться не вся информация из архивов электронного корректора, которая важна для качественного коммерческого учёта газа.
Применение коммуникационных модулей серии БПЭК и ПТК СОДЭК® Экстра™, разработанных специально для корректоров производства ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника», позволяет организовать экономичную и надёжную систему сбора данных всей информации, сохраняемой в архиве электронных корректоров ЕК260, ЕК270, ЕК280, ЕК290, ТС215, ТС220. Это особенно актуально в коммунальном секторе, где в последнее время существенно увеличился парк эксплуатируемых температурных корректоров ТС215 и ТС220.
Возможность передачи данных в систему «ИУС-Газ» позволяет ПТК СОДЭК® Экстра™ стать полноценной составляющей системы АСКУГ в части сбора данных с электронных корректоров производства ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника».
Так, например, программно-технический комплекс СОДЭК® Экстра™ успешно работает в ООО «Газпром межрегионгаз Калуга» со дня ввода в эксплуатацию в августе 2012 года.
В Калужской области установлено большое количество корректоров объема газа ЕК260, ЕК270 и температурных корректоров ТС220, работающих в составе узлов учёта в коммунально-промышленном секторе. Для удалённого сбора данных с объектов применяются коммуникационные модули серии БПЭК производства ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника», а также контроллеры телеметрии других производителей.
Так как число узлов учёта неуклонно растёт, то для оптимизации информационного обслуживания узлов учёта в ООО «Газпром межрегионгаз Калуга» было принято решение заменить применявшийся до этого программный комплекс «СОДЭК® Стандарт™» на систему автоматизированного сбора данных на базе «СОДЭК® Экстра™».
В марте 2014 система насчитывала около 300 узлов учёта. В диспетчерском центре установлен одиночный сервер сбора данных, выполненный в виде системного блока настольного ПК (hp core i5), оснащённого пулом из 8 GSM-модемов. Такое оборудование справляется с опросом всех узлов учёта с отставанием от контрактного часа не более чем на несколько часов. При последующем увеличении количества узлов учёта система может быть масштабирована путём наращивания центра одним-двумя «параллельными» серверами связи и дополнительными одновременно работающими модемами. Разработчики рассматривают и другие способы ускорения опроса.
Выполняется ежедневная передача свежих данных из СОДЭК® Экстра™ в используемую в ООО «Газпром Межрегионгаз» аналитическую систему верхнего уровня «ИУС ГАЗ» производства ООО «АНТ-Информ».
Специалисты ООО «Газпром межрегионгаз Калуга» в целом довольны работой ПТК СОДЭК® Экстра™ и отмечают такие преимущества комплекса перед другими системами сбора данных, как полный перечень считываемых архивов и широкие возможности анализа, диагностики, статистических компонентов и отчётности. Специалист-метролог имеет доступ не только к значениям потреблённых объёмов, но и к архивам системных событий и историям важнейших параметров. Предоставлены средства для того, чтобы оперативно определить списки проблемных узлов и возникших нештатных ситуаций, либо факты временного отсутствия связи, и подробно проанализировать затруднения. Другим важным достоинством считается стабильно высокий уровень технической поддержки, что для такой сложной системы немаловажно.
Сотрудничество разработчиков и пользователей будет продолжено, так как в этом заинтересованы обе стороны. Новые усовершенствования могут быть реализованы уже в ближайших релизах.
