«Применение облачных технологий для решения задач управления газовым хозяйством»

Статья в журнале «АПГО»

Сегодня, жизнь современного человека без использования информационных технологий себе трудно представить, с каждым годом электронные устройства и компьютерные программы все сильнее интегрируется в нашу повседневную жизнь, как никогда важно использование вычислительной техники в рабочих процессах и на отдыхе. С появлением свободного доступа в сеть Интернет, у большинства людей на планете появился доступ к огромным массивам информации. Для нас стали обыденными различные онлайн сервисы: мы в рабочих и частных целях пользуемся электронной почтой, храним данные в облачных хранилищах, общаемся в социальных сетях, заказываем путешествия и оплачиваем различные услуги не выходя из дома.

Многие компании активно переносят в «облака» свою производственную деятельность – одним из первых, кто оценил удобство виртуальных операций, стал банковско-финансовый сектор, некоторые банки даже не имеют физических офисов для работы с клиентами – все взаимоотношения происходят виртуально!

В свою очередь, системы промышленной автоматизации технологических процессов и диспетчерского контроля в настоящий момент остаются достаточно закрытыми – прежде всего это связано с политикой конфиденциальности корпоративных служб безопасности – «де факто» используются стандарты обеспечения безопасности доступа к информации, где основным способом ограничения доступа к функциям сбора данных и управления рабочим процессом является локализация и сегментирование используемых проводных локально-вычислительный сетей. Данный способ не исчерпал своих возможностей в рамках территориально ограниченного предприятия, производственной площадки и т.п., но практически не применим в условиях широкого территориального распределения технологических объектов. Одними из представителей таких территориально распределенных объектов являются технологические объекты сетей транспортировки и распределения теплоэнергоресурсов, в частности – объекты сетей газоснабжения.

И если в самом начале процесса телемеханизации первоочередных и крупных объектов газоснабжения для организации системы передачи данных использовались проводные технологии – линии телефонной связи, выделенные линии корпоративной сети и т.п., то по мере наращивания общего количества оснащаемых объектов – на первый план выходит использование беспроводных каналов связи. Сначала это были радиорелейные системы передачи данных, в дальнейшем и наиболее массовым в применении стал стандарт сотовой связи вначале GSM DATA, а в дальнейшем — GPRS/3G/LTE.

Именно использование передачи данных между объектом и центром сбора данных (так же называемым пультом управления системами телеметрии и телемеханики) услуг «Пакетной передачи данных / Доступ в сеть Интернет» позволил полноценно рассматривать возможность применения «облачных» технологий и в этой сфере.
Первым шагом для входа в «облачность» можно считать использование SCADA-систем, в составе которых имеется возможность использовать web-сервер. Одним из примеров такой SCADA-системы, используемую в качестве основы для построения Пульта управления системами телеметрии и телемеханики АКТЕЛ разработки ООО «АКСИТЕХ», можно считать программный пакет InduSoft Web Studio 7.1/8.0. Основное преимущество при использовании подобной схемы построения систем телеметрии и телемеханики – это организация общего сервера сбора и обработки данных в рамках регионального подразделения РГК или ГРО, куда сводятся вся информация о работе объектов газового хозяйства, а уже из центра сбора – предоставляется территориальным подразделениям – аварийно-диспетчерским службам или абонентским участкам, доступ на которых организован посредством использования web-браузера со специальным плагином.

Схема ПУ с использованием WEB.SERVER в составе SCADA

Экраны ПУ СТМ

Табличное представление объектов/ Управление крановым узлом

Основным преимуществом перед локально-распределенными системами (т.е. когда в каждом территориальном подразделении АДС есть свой сервер / терминал сбора и диспетчеризации данных) является прежде всего экономическая целесообразность. Фактически вместо нескольких центров сбора данных используется только один, а значит и средства на его организацию, эксплуатацию и поддержку затрачиваются меньшие, включая трудозатраты обслуживающего персонала. Кроме того, используя единую точку входа и обработки данных, можно больше внимания уделить надежности применяемого компьютерного оборудования, резервированию хранилищ данных и дублированию каналов передачи данных для доступа в сеть Интернет. Стоит отметить, что уже на тот момент (2007 – 2008 г.) для защиты данных была использована технология VPN (англ. Virtual Private Network — виртуальная частная сеть), что позволило обеспечить построение корпоративной сети поверх публичной Интернет).
Следующим шагом в использовании «облачных» решений стало желание и даже необходимость более глубокого использования получаемых от телеметрических комплексов, данных и параметров в организации рабочего процесса предприятия. Основным недостатком в использовании типовых  SCADA-систем  — это довольно жёсткая политика лицензирования – как правило на количество обрабатываемых сигналов и клиентских лицензий на просмотр данных, с другой стороны есть определенные сложности для интеграции данных в смежные системы, а также углубленной обработкой этих данных – например, подготовка специализированных отчетных документов, сравнительных графиков параметров текущих и архивных данных и т.п. Сложности вполне реализуемые и в рамках SCADA-системы, но ведущие к усложнению системы, а так как количество обрабатываемых сигналов и клиентских экранов увеличивается – то и к повышению стоимости внедрения и обслуживания программного продукта.

В связи с вышесказанным специалисты компании предложили использовать независимую программную платформу в основе которой лежит ядро с базовыми web-сервисами, и единая шина обмена данными между поставщиками (датчики, контроллеры, системы управления локального уровня и т.п.) и потребителями данных – систем обработки и хранения, клиентских приложений и модулей дальнейшей интеграции в системы более высокого уровня управления.

В качестве шины обмена данными было решено использовать наиболее современный на тот момент промышленный стандарт OPC UA (Unified Architecture — англ. Унифицированная архитектура).  Также для поддержки клиентской части, выполняющейся под управлением различных операционных системам и web-браузеров, в ядре платформы используется кроссплатформенная реализация web-сервиса на базе языка HTML 5.0. Большое влияние было уделено работе с внешними программами, такими как СУБД, системами генерации отчетных документов, программами бухгалтерского учета и т.п.

Структура Информационно отчетной системы ИОС

В результате такой программной платформой стала программная разработка Компании – «Информационно-отчетная система (ИОС)», которая предназначается для встраивания в программное обеспечение Пультов управления АКТЕЛ, выполненных на базе SCADA-системы, как программный модуль для получения следующей дополнительной функциональности:

• интегрированная с программным обеспечением Пульта управления система безопасности доступа к данным на основе паролирования;
• ведение иерархической структуры контролируемых объектов с возможностью их паспортизации;
• наличие файлового хранилища данных, в том числе с привязкой документов к конкретным объектам;
• встроенный визуальный SCADA-редактор, позволяющий отображать контролируемые параметры на графической подложке;
• картографический модуль, предназначенный для отображения объектов и их основных параметров на интерактивной карте с привязкой к координатам объекта, на основе некоммерческого сервиса Open Street Map;
• наличие модуля формирования отчетных документов на основе как текущих, так и архивных параметров, с возможностью экспорта в виде файлов популярных офисных приложений: DOC, XLS, RTF, PDF и др.;
• наличие модуля формирования сводок и графиков с расширенной функциональностью – реализована возможность выявления зависимости параметров как отдельного объекта, так и параметров различных объектов контроля;
• наличие модуля математической обработки, позволяющего производить математические и некоторые логические операции с получаемыми данными – например сделать сводку балансов и т.п.;
• наличие модуля для организации контроля обслуживания объектов, т.е. планирование работ на объектах;
• наличие модуля оповещения пользователей при возникновении событий и аварийных ситуаций на объектах по e-mail, SMS, а также с помощью Push-Up уведомлений (опционально). Возможность подключения модулей выполненных по требованию Заказчика.

Таким образом, ИОС позволяет как дублировать информацию, получаемую диспетчером на Пульте управления СТМ, так и предоставлять ее прочим заинтересованным лицам, в формате привычном тому или иному подразделению РГК или ГРО.
Следующим программным продуктом, помогающим в эксплуатации объектов, стал web-портал «Диагностика работоспособности оборудования», предназначенный для автоматизированного наблюдения за работоспособностью технологического и телеметрического оборудования. Данный web-портал интегрирован в современную HelpDesk систему (англ. HelpDesk — автоматизированная система учета заявок от клиентов, построенная на системе обработки заявок), ориентированную на работу служб поддержки и сервисного сопровождения.

• Web-портал «Диагностика работоспособности оборудования» позволяет реализовать следующие функции:
• мониторинг работоспособности системы — контроллеров, каналов связи, сетевого оборудования, серверов и рабочих станций;
• удаленная диагностика работоспособности систем телеметрии и телемеханики, а также контролируемого оборудования;
• ведение единой базы данных объектов с возможностью предоставления полной информации об объекте, включая состав шкафа телеметрии, серийные номера оборудования, версии прошивки контроллера и т.п.; 
• настраиваемая система автоматического формирования отчетов о работоспособности оборудования с привязкой к различным параметрам, таким как тип оборудования, регион внедрения, дата и т.п.

Пример экранной формы диагностики работоспособности оборудования

Рассмотренные выше продукты устанавливаются, как правило, в сетевом пространстве филиала РГК или ГРО – т.е. функционируют в так называемом «корпоративном облаке» и подключение к этим сервисам доступно при помощи организации защищенного доступа удалённого пользователя в корпоративную сеть.

Дальнейшим развитием платформы ИОС стала онлайн система мониторинга и управления технологическими объектами «WEB-Телеметрия» (http://web-telemetry.ru). Данное программное решение предназначено для использования в публичной сети Интернет и предназначено прежде всего для тех, кто не имеет возможности содержать свой дата-центр и соответствующее программное обеспечение или хочет сэкономить на этом.  В конечном итоге, пользователю систем мониторинга и телеметрии важна информация о технологическом процессе и текущем состоянии самого объекта и затраты на эксплуатации самого телеметрического оборудования по сути для него являются не профильными. Клиенту нет необходимости заниматься приобретением, поддержкой и обслуживанием собственной инфраструктуры по сбору и обработке  данных, что, в конечном счете, уменьшает общие издержки производства. Все процедуры по резервированию и сохранению целостности данных производятся провайдером «облачного» центра, который не вовлекает в этот процесс клиента и его персонал.

Экран управления Автономной системы загазованности переходов (АСКЗП-АКТЕЛ)

Стоит отметить, что несмотря на множество плюсов, сбои в работе дата-центров и каналов связи, обеспечивающих клиенту доступ в Интернет, возможны. Повышение надежности и отказоустойчивости – по факту — это цена услуги, за которую готов платить пользователь, и он сам вправе выбрать степень надежности и оптимизировать свои затраты. Но кроме этого, особо актуальными вопросами являются вопросы,  связанные с безопасностью информации.

Безопасность при хранении и организации доступа к данных является одним из самых основных вопросов при работе с «облаком», в отношении конфиденциальных, приватных и технологических данных, особенно если реализованы команды управления, и учитывая существующий уровень киберпреступности. Поэтому при организации «облака» вопросам безопасности уделяется особое внимание – для ответственных систем данные передаются по защищенному каналу, а также с использованием алгоритмов шифрования, как коммерческих (AES, CAST, DES и др.), так ГОСТ.

Представленные выше решения позволяют эффективно решать вопросы, связанные с контролем технологического процесса и эксплуатацией оборудования, но по сути охватывают объекты одной принадлежности, т.е. объекты того или иного филиала РКГ или ГРО. Но одним из немаловажных вопросов является метрологическое обеспечение, в частности применение технических средств для обеспечения единства и требуемой точности измерений оборудования контролируемых объектов. Наиболее востребованной такой операцией является поверка средств измерений — т.е. подтверждение соответствия средств измерений метрологическим характеристикам. И прежде всего это касается средств учета расхода тепло энергоносителей, в частности приборов учёта расхода газа.

В большинстве своем, услуга поверки никак не связана с функционированием филиалов РКГ или ГРО, кроме обязательного требования предоставления документов о ее выполнении на приборе учета, по которому происходят коммерческие расчеты по поставке энергоносителей. Услуги поверки оказывают и независимые компании, имеющие в своем составе сертифицированных специалистов и необходимое оборудование. Учитывая количество приборов учета расхода газа у юридических, а особенно, физических лиц, РГО и РГК заинтересованы в систематизации данного процесса в части автоматизации процесса отслеживания поверенных приборов для исключения возникновения споров и судебных разбирательств в части производства оплаты за поставку ресурса. 

Именно для этих целей компанией АКСИТЕХ был разработан информационно-сервисный портал «Поверка Измерительных Средств». Портал размещен на ресурсе http://поверка.su и эксплуатируется компанией «АМК-ЮГ», деятельностью которой и является предоставления услуг поверки как промышленных, так и бытовых приборов учета расхода газа, а также прочих средств измерений.

• В настоящий момент на портале «Поверка Измерительных Средств» реализована следующая функциональность:
• Организация работ по поверке бытовых и промышленных приборов учета газа;
• Ведение Базы данных абонентов;
• Ведение реестра используемых приборов учета и их текущего статуса;
• Автоматизированный прием заявок (форма на сайте / телефон );
• Распределение заявок по исполнителям работ;
• Контроль выполнения и результата работ, включая фотофиксацию и геометку;
• Формирование отчетных документов, сбор и обработка статистики;
• Интеграция данных в системы управления предприятием.

Портал ПОВЕРКА.SU

Еще одной немаловажной операцией, обеспечивающей безопасную эксплуатацию газового оборудования, является периодическое обслуживание ВДГО. Для систематизации обмена данными о проведении обслуживания ВДГО по действующим договорам был разработан программный модуль «ВДГО-Сервис». Модуль работает в составе сервисной программной платформы «Поверка Измерительных Средств» и позволяет реализовать следующие функции:

• ведение Базы данных абонентов;
• ведение реестра используемых газовых приборов (плита, варочная панель, газовая колонка, котел, домовой регулятор давления и т.д.);
• получение и обработка заявок на установку/ремонт/обслуживание/замену газовых приборов и формирование наряд-заданий для исполнителей работ;
• формирование графиков для проведения технического обслуживания газового оборудования, формирование наряд — заданий на проведение ТО, ведение журнала учета работ;
• ввод начислений за проведенное техническое обслуживание газового оборудования, обработка платежей за ТО, печать извещений / квитанций на оплату;
• ведение журнала предписаний;
• формирование графиков контроля газоиспользующего оборудования;
• формирование отчетных документов, сбор и обработка статистики;
• Интеграция данных в системы управления предприятием.

ВДГО-СЕРВИС–программный модуль расширения для портала ПОВЕРКА.SU

Таким образом, информационно-сервисный портал «Поверка Измерительных Средств» и модуль «ВДГО-сервис», представляют собой «облачное» решение, которое в свою очередь может выступать площадкой агрегатором предоставления услуг по поверке и обслуживанию ВДГО от различных компаний и индивидуальных предпринимателей. Одним из основных преимуществ агрегатора является предоставление для клиента наиболее качественного и полного контента, удобного поиска по фильтрам и параметрам, включая стоимость оказания услуг, что позволит клиенты выбрать наиболее подходящего для себя исполнителя работ.

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что уже на сегодняшний день информационные технологии позволяют перенести контроль над большинством производственных процессов в рамках деятельности РГК и ГРО в «облака», а некоторые из них, в основном связанных с непрофильной деятельностью, отдать на аутсорсинг. Что может стать основным шагом в направлении цифровизации экономики, позволяющей существенно повысить качество деятельности предприятия по сравнению с традиционными формами производства товаров и услуг.