M2M-технологии в АСУТП

В.Е. Пальгов, начальник отдела автоматизации и программного обеспечения

Разработчики систем автоматики при создании нового оборудования стремятся объединить в своем устройстве две парадигмы: надежность, проверенную некоторым числом инсталляций, с одной стороны, и новизну, привнесенную с развитием современных технологий. Задача эта не такая простая, как может показаться с первого взгляда. Так сложилось, что промышленная электроника всегда отставала от коммерческого сектора по интеграции, производительности, развитию коммуникаций и количеству программных продуктов. С персональными компьютерами простых обывателей всегда можно было безболезненно экспериментировать: менять оборудование, устанавливать дополнения к операционным системам, выпускать каждый месяц обновления к установленным приложениям, а затем править найденные ошибки и "латать прорехи" программного обеспечения. С промышленным оборудованием подобные эксперименты не проходят. Однажды установленное и настроенное, такое оборудование должно обеспечивать выполнение заданных технологических процессов в течение всего времени службы. Не случайно мировые бренды промышленной автоматизации, такие как OctagonSystem, AllenBradley, Simense и др. до сих пор выпускают изделия электроники, разработанные еще в 80-х и 90-х годах прошлого века.

Однако, с развитием телекоммуникационных сетей беспроводной связи появилась возможность проводить удаленный мониторинг процессов в сферах ранее для этого не доступных: транспорт, ЖКХ, энергоснабжение, медицина, охранные и противоугонные системы. Это дало мощный импульс производителям автоматики к выпуску новых устройств со вcтроенными функциями беспроводной связи и систем позиционирования. К тому же, появилась насущная необходимость к увеличению производительности, повышению интеграции и уменьшению энергопотребления вычислительных устройств.

Объединение технологий автоматики и телекоммуникаций привело к появлению новых технологий, известных в настоящее время под аббревиатурой M2M (Machine-to-Machine). В общем понимании M2M – это технологии, позволяющие с помощью беспроводных и проводных систем связывать между собой различные электронные устройства, выполняющие разнообразные функции, без участия человека. Именно востребованность беспроводных технологий дала мощный стимул к развитию M2M. Благодаря широкому покрытию, обеспечиваемому беспроводными технологиями, услуги передачи данных между устройствами стали повсеместно доступными.

В тарифных планах всех крупнейших российских мобильных операторов присутствуют тарифы для устройств M2M. Существуют также и специальные тарифные планы M2M для промышленной автоматизации.

Появление новых технологий передачи данных привнесло новые возможности в сферу газораспределения и свежие идеи разработчикам оборудования автоматизации для газовой отрасли. Это заметно даже по заказываемому на заводе оборудованию. Если раньше заказчики ГРП и ГРПУ ограничивались требованиями установки приборов КИПиА и иногда промышленного контроллера с возможностью подключения к компьютеру, то на сегодняшний день большая часть контроллеров для блочных ГРП оснащается GSM-модемом с возможностью передачи данных различными способами: GPRS, CSD, SMS.

Наиболее перспективным направлением в реализации концепции M2M считаются ПЛК со встроенным GSM/GPRSмодулем, программное обеспечение которых, наряду с передачей данных по дозвону (CSD), предоставляют такие сервисы как постоянное подключение по GPSR/EDGE-соединению, передача коротких SMS-сообщений и отправка почтовых сообщений E-mail. Входящий в состав базового программного обеспечения интернет-сервер, предоставляет конечному пользователю удивительные возможности по удаленному конфигурированию контроллеров в соответствии с решаемыми ими задачами. Такие нововведения ориентированы не на специалистов в области программирования, а на эксплуатирующий персонал предприятия или организации, где внедряется подобная система. Вместе с традиционными системами обмена данными между центральным компьютером и множеством объектов мониторинга, появляется простое средство доступа к каждому объекту посредством привычного интернет-браузера. Организация веб-страниц и их содержимое нацелено на простоту настройки и диагностики удаленного ПЛК.

Возможности, заложенные в концепцию M2M, позволяют устанавливать правила поведения контроллера при наступлении определенных событий или по расписанию. Применительно к ПЛК, которые осуществляют сбор телеметрической информации от различных датчиков, событием может считаться вскрытие помещения, пожарная сигнализация, выход давления или температуры газа за заданные уставки, увеличение концентрации газов в помещении и т.д. Реакция контроллера на данные события задается с помощью простых правил, определяемых логической конструкцией IF…THEN…ELSE..., или IF… THEN… . Каждое правило описывает реакцию контроллера на одно событие. Число правил зависит от возможностей конкретного ПЛК.

Операция, задаваемая как реакция ПЛК на событие, выбирается из конечного списка: отправить СМС с записанным текстом на один или более телефонных номеров, отправить письмо на один или более адресов электронной почты, включить или отключить выходной сигнал ПЛК, запустить или остановить внутренний программный таймер, запустить внешнюю программу, записать данные во внутреннюю регистровую память. Вот простой пример обработки некоторого события:

Несколько строчек таких правил могут полностью описать логику работы небольшого объекта. Удобный веб-интерфейс позволяет сделать это в несколько щелчков мыши не написав ни строчки кода. И для этого на рабочем месте оператора не требуется установки дополнительного программного обеспечения, только интернет- браузер.

Все логические правила выполняются ПЛК циклично, с заданным периодом. Параллельно с выполнением логических правил ПЛК осуществляет штатный обмен данными с пунктом управления верхнего уровня или системой SCADA в режиме реального времени. Такие же данные можно посмотреть с помощью веб-интерфейса ПЛК. При этом, для исключения несанкционированного доступа веб-сервер защищается паролями разного уровня: инженерным и операторным.

Средствами задания правил логики возможно выполнение некоторых операций с привязкой к конкретному времени или дате. Для этого некоторые ПЛК комплектуются приемниками системы глобального позиционирования GPS/ГЛОНАС, чтобы обеспечить синхронизацию астрономических часов.

Для хранения временных данных и для расширения логических возможностей записи правил в ПЛК резервируются несколько внутренних регистров, которые могут быть доступны как для записи, так и для чтения. Это означает, что один и тот же регистр может выступать как событие и как результат выполнения действия.

Еще одна интересная особенность построения логических правил – это возможность на любое событие задать последовательность из нескольких операций. Такая последовательность записывается в одну макрокоманду, которая будет выполнена при наступлении заданного условия.

Ниже в таблице приводятся содержание функций ПЛК и возможные варианты обработки правил.

Как видно из таблицы, несмотря на ограниченный список условий и операций, их комбинации позволяют реализовать большой набор вариантов для обработки данных. Универсальность такого подхода

становится очевидной, когда требуется создать распределенную структуру с разнородными объектами и централизованным управлением. Например, районную сеть газорегуляторных пунктов, которая будет расширяться по мере ввода новых объектов. Подобная сеть ГРП, объединенная средствами беспроводной связи, может иметь единый диспетчерский центр не только для сбора данных, но и быть полностью управляемой и настраиваемой эксплуатирующим персоналом, не прибегая при этом к услугам сторонних организаций для разработки программного обеспечения. ГРП с различным приборным и функциональным наполнением, оснащенные контроллерами с поддержкой технологии M2M и встроенным веб-сервером, будут иметь единую систему задания методов технологического контроля. При этом не обязательно, чтобы контроллеры были от одного производителя. Достаточно того, чтобы их программное обеспечение соответствовало свойствам и поддерживало методы M2M технологий.

Правильно выбрать аппаратную платформу и разработать программное обеспечение для реализации вышеописанной концепции – не простая, но чрезвычайно интересная задача. Задача, конечная цель которой – воплощение этой концепции для конкретного оборудования, превращение некоторого множества объектов автоматизации в единую стройную систему, работающую на основе M2M технологий.