На пути от SCADA к MES-системам

В.Е. Пальгов, начальник ОАиПО

 SCADA (supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.

MES (Manufacturing Execution System, система управления производственными процессами) — специализированное прикладное программное обеспечение, предназначенное для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства. Функции MES: RAS (Resource Allocation and Status) — контроль состояния и распределение ресурсов включая резервирование и диспетчеризацию. ODS (Operations/Detail Scheduling) — Оперативное/Детальное планирование. Обеспечивает упорядочение производственных заданий за счет составления оптимальных расписаний. DPU (Dispatching Production Units) — Диспетчеризация производства уровня выполнения производственных заданий, технического обслуживания и ремонта оборудования. DOC (Document Control) — Управление документами включая инструкции и нормативы, процедуры стандартных операций, передачу сменной информации, историю прохождения и изменения документов. DCA (Data Collection/Acquisition) — Сбор и хранение данных всех уровней технологического процесса в реальном времени. LM (Labor Management) — Управление персоналом с функцией распределения ресурсов, для формирования оптимальных заданий. QM (Quality Management) — Управление качеством путем анализа причин требующих вмешательства обслуживающего персонала. PM (Process Management) — Управление производственными процессами с помощью выполнения корректирующих действий опираясь на данные техпроцесса. MM (Maintenance Management) — Управление техобслуживанием и ремонтом оборудования и инструментов путем планирования периодического и предупредительного ремонта. PTG (Product Tracking and Genealogy) — Отслеживание состояния и местоположения продукции в каждый момент времени. PA (Performance Analysis) — Анализ производительности, включая такие показатели, как коэффициент использования ресурсов, доступность ресурсов, время цикла для единицы продукции, соответствие плану и соответствие стандартам функционирования. Систематизирует информацию, полученную от разных функций, измеряющих производственные параметры.

ИУС (Информационно-управляющая система) — цифровая система контроля или управления некоторым реальным объектом, отвечающая требованиям:

  • работа в реальном времени;
  • повышенные требования по надежности и безопасности;
  • непрерывный режим работы;
  • безаварийное разрешение нештатных ситуаций.

 

На заре появления первых SCADA-систем операторы диспетчерских пунктов, в основном, на распределенных производствах, где была необходима оперативная информация о конкретных параметрах процесса, например, о давлении и расходе газа, самостоятельно переключали световые индикаторы диспетчерских щитов по сообщениям операторов удаленных объектов. Тогда, в начале 70-х годов прошлого века, закладывались основные требования, которым должны удовлетворять современные информационные системы. Мало кто предполагал, что уже к концу столетия диспетчер будет на своем рабочем месте наблюдать всю динамику процесса, происходящего на любой удаленной станции. Толчком для развития SCADA-подобных систем стало широкое распространение в середине 90-х годов персональных компьютеров и программируемых контроллеров, а также развитие телекоммуникационных сетей. Персональные компьютеры дали диспетчеру получать оперативные данные с объектов прямо на рабочее место - на экран монитора, а контроллеры обеспечивали реализацию сбора и передачи этих данных в реальном времени по широкополосным каналам проводной и беспроводной связи.

На начальных этапах организации информационных диспетчерских систем была попытка увязать существующие системы телеметрии, которые передавали данные от первичных датчиков и выводили информацию на мнемонические щиты, с различными микрокомпьютерами, появившимися в изобилии благодаря развитию микроэлектронной промышленности. Инженеры-энтузиасты «на коленках» собирали самодельные блоки сопряжения жесткой логики телемеханики с последовательными интерфейсами компьютеров, чтобы потом вывести на экран черно-белого монитора десяток параметров и состояний двухпозиционных датчиков. А вывод такой информации на автоматическое печатающее устройство, также подключенное через самодельный интерфейс, считался в те времена верхом автоматизации.

К счастью, этот период продолжался недолго. Стремительное развитие компьютерных технологий, наполнение рынка качественными образцами программируемых логических контроллеров (ПЛК), также появление в сфере коммуникации стандартных открытых протоколов обмена данными, такие как Modbus, CANbus, HART, TCP/IP и др., изменило отношение к SCADA-системам, как к принадлежности только центральных диспетчерских пунктов. Встроенные в панели оператора SCADA-программы стали обыденным явлением в самых разных отраслях промышленности и ЖКХ. Появилось большое количество разнообразных SCADA-систем и каждая система в своем классе решает свой определенный набор задач, для которого она предназначена.

Сегодня не составляет большого труда автоматизировать любой технологический процесс, будь то подготовка топливного газа или управление компрессорной станцией. Разнообразен выбор технических средств и программного обеспечения. В современных условиях, когда средства сбора и передачи информации уже не являются сдерживающим фактором развития систем автоматики, на повестку дня поднимается вопрос о полноте и доступности этой информации для различных служб, участвующих в управлении производством.

Длительное время системы управления технологическим процессом и системы управления производством развивались параллельно, осуществляя взаимодействие технических служб предприятия с административными подразделениями и руководством на уровне производственных планов, совещаний и отчетов. Изменить такое положение и связать административное управление предприятием с технологической информацией на всех уровнях производства помогло появление в конце прошлого века систем класса MES. Несомненно, для каждого предприятия и отрасли степень внедрения MES-системы будет индивидуальной, зависящей от специфики производства и уровня его автоматизации. Однако, определенные для MES-систем процессы в большей или меньшей степени будут присущи для большинства современных производств.

Применительно к предприятиям газотранспортных и газораспределительных организаций, внедрение MES-систем позволяет существенно расширить границы традиционного диспетчерского управления, транслируя технологическую информацию на административный уровень и наоборот, информацию, нормирующую производственную деятельность, на уровень диспетчерского управления, а оттуда в распределенную систему газотранспортных предприятий и объектов. Кроме распространения информации по «вертикали» производства, MESсистема предоставляет широкие возможности по использованию требуемой информации сопредельными службами газотранспортных предприятий - энергетиками, метрологами, ЭХЗ, ТОиР.

В настоящее время идет планомерное оснащение газораспределительных станций системами автоматического управления (САУ). Это происходит как на новых станциях, так и на морально устаревших станциях, подлежащих капитальному ремонту. Почти все САУ в своем составе имеют локальную SCADA-подобную систему, обеспечивающую человеко-машинный интерфейс между оператором ГРС и системой автоматики. Не затрагивая основного предназначения САУ, можно существенно расширить ее функции, дополнив некоторыми элементами системы управления производством. Выполнить такую модернизацию можно пересмотрев принципы организации рабочего места оператора ГРС, сделав его не просто повторением операторской панели САУ, а полнофункциональной информационно-управляющей системой (ИУС). Именно этим руководствовались наши специалисты по промышленной автоматике, когда приступали к разработке АРМ оператора ГРС с функциями ИУС. На начальном этапе разработки были определены следующие цели:

  • предоставить оператору ГРС эффективный инструмент для полного мониторинга состояния оборудования и автоматического формирования разного вида отчетов, в соответствии с установленными формами;
  • предоставить сотрудникам эксплуатирующих служб средство для контроля проведения технического обслуживания и ремонта оборудования, оперативного получения нормативно-справочной информации и технической документации, дистанционного получения сменных заданий и отправления отчетов об их выполнении;
  • предоставить диспетчеру ЛПУМГ наиболее полную информацию о проведении мероприятий ТОиР и обеспечивать дистанционный контроль за выполнением заданий на удаленных объектах.

Чтобы осуществить задуманное, прежде всего, необходимо было описать набор функций ИУС, расширяющих возможности SCADAсистемы и не приводящих к ее дублированию. К таким функциям мы отнесли следующие:

  • предоставление обслуживающему персоналу инструмента контроля за техническим состоянием оборудования ГРС от первичного датчика до автоматизированных узлов на площадке ГРС с помощью ведения электронных паспортов каждого блока и прибора;
  • ведение дистанционно обновляемой базы технологической и нормативной документации;
  • хранение контактной информации оперативных служб и операторов ГРС;
  • ведение электронного журнала с долгосрочным хранением эксплуатационных параметров ГРС;в
  • едение журнала работ, выполняемых оперативным персоналом различных служб эксплуатирующей организации;
  • хранение рецептов типовых операций, выполняемых на ГРС при проведении ТОиР, формирование регламентных действий по ТОиР и пооперационный контроль при их проведении;
  • разграничение доступа к информации для групп и служб эксплуатирующей организации, ведение журнала доступа с персонализацией пользователей;
  • формирование регламентной отчетности с возможностью доступа к ней с верхнего уровня диспетчерского управления;
  • обеспечение взаимодействия с информационными системами верхнего уровня в принятом для них формате.

Следующий шаг – выбор аппаратно-программной архитектуры для реализации вышеперечисленных функций. Задача не менее ответственная, чем разработка основной концепции организации системы. Ведь именно здесь закладывается не только основной функционал для дальнейшей модернизации системы, но и возможные ограничения ее функциональности. Кроме того, будущая ИУС должна в полной мере учитывать характеристики оборудования систем автоматики, выпускаемых Заводом «Газпроммаш» для оснащения газораспределительных станций и газорегуляторных пунктов. Поэтому, опираясь на опыт предыдущих разработок и работу с системами сторонних производителей оборудования автоматики, а также, учитывая специфику территориально-распределенной структуры большинства газотранспортных предприятий, выбор был сделан в пользу web-ориентированной системы, как наиболее эффективной для реализации подобного комплекса задач.

Разработка информационно-управляющей системы на основе webтехнологий, на наш взгляд, имеет ряд неоспоримых преимуществ, по сравнению с традиционным построением большинства SCADA-систем:

  • генезис web-технологий изначально уже ориентирован на коллективное использование с рабочими местами как в пределах одного предприятия, так и, при необходимости, из любого другого места, где есть подключение к сети интернет;
  • ядро системы располагается вместе с сервером баз данных и ОРС-серверами, ответственными за обмен информацией с периферийным оборудованием, что упрощает администрирование и дальнейшую модификацию составных частей программного обеспечения;
  • интерфейс системы ориентирован на стандартные интернетбраузеры и не требует установки дополнительного программного обеспечения, а также специального обучения персонала навыкам работы в программе;
  • в отличие от большинства коммерческих SCADA-систем, не требуется лицензирования по количеству рабочих мест и соответственно снижаются затраты на их содержание;
  • позволяет встроенными средствами разграничить права доступа как для отдельного пользователя, так и для службы в целом с предоставлением именно той информации, которая необходима для эффективной работы;
  • имеет встроенные средства защиты данных, отвечающие требованиям информационной безопасности, принятым в ОАО «Газпром»;
  • при дальнейшем развитии сети ГРС с подобными информационно-управляющими системами, их без особых затрат можно будет объединить в единую автоматизированную систему диспетчерского управления – АСДУ.

Дополнительные возможности информационного обмена и хранения данных, не относящихся напрямую к традиционным задачам САУ ГРС и телемеханики, создают информационную среду, близкую по содержанию к нижнему уровню MES. Поэтому, соблюдая основные принципы построения подобных систем, мы стремимся, чтобы любые службы эксплуатирующей организации (энергетики, метрологи, ЭХЗ, эксплуатации или охраны) могли не только извлекать необходимую информацию, но и создавать на ее основе документы и отчеты, требуемые современными регламентами.

Когда год назад мы делали первые шаги в разработке современного рабочего места оператора, концепция MES-системы представлялась нам применимой исключительно на промышленных производствах, далеких от специфики газотранспортных предприятий. В дальнейшем, определив для себя круг задач ИУС, мы пришли к пониманию, что дополняя возможности традиционных SCADA-систем перечисленными выше функциями, автоматически получаем уровень управления производственным процессом на принципах организации MES-системы. Это, в свою очередь, помогло конкретизировать требования к нашей информационно-управляющей системе. И, в дальнейшем, распространить эти требования на новую разработку по созданию системы диспетчерского управления для сети газорегуляторных пунктов масштаба района или небольшого города.

В настоящее время мы ведем активный поиск программных средств для реализации принятой нами модели информационно-управляющей системы. Внимание уделяется как готовым аппаратно-программным комплексам, таким как, например «Веб-портал» разработки «Компании «Терсис», так и платформам для создания информационных систем производства, типа «Инфоконт» разработки компании «СМС-информационные технологии». Также рассматривается вопрос о собственной разработке, опирающейся на богатый опыт работы с различными SCADA-системами и высокую квалификацию наших специалистов. Несомненно, правильно выбранная аппаратная платформа и разработка на ее основе программного обеспечения для реализации вышеописанной концепции – не простая, но чрезвычайно интересная задача. Задача, конечная цель которой – воплощение этой концепции для конкретного оборудования с превращением некоторого множества объектов автоматизации в единую стройную систему, работающую на принципах MES.