Российская
академия наук
Дальневосточное отделение
Институт автоматики и процессов
управления
Бабенко
В.Н., Малышко А.В., Михальцов А.С., Разумов С.В., Чипулис В.П.
ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
ИСМА.
МОНИТОРИНГ И РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ АНАЛИЗ
РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Препринт № 7
Владивосток
2003
Бабенко В.Н., Малышко А.В., Михальцов А.С., Разумов С.В., Чипулис В.П.
Информационно-аналитическая
система ИСМА. Мониторинг и ретроспективный анализ режимов функционирования
источников тепловой энергии и теплоносителя.
Препринт 7 -2003. Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 2003. 24с.
Приводится общее описание информационно-аналитической системы, основными задачами которой являются наблюдение в реальном времени и ретроспективный анализ режимов функционирования источников тепловой энергии и теплоносителя. Описываются основные функции системы, приводится ее структура и описание внутреннего взаимодействия модулей системы. Рассматриваются различные автоматизированные рабочие места, поддерживаемые системой, и приводится ее пользовательский интерфейс.
Работа ориентирована на специалистов в области теплоэнергетики.
Ответственный редактор д.т.н. В.П.Чипулис
Рецензент к.т.н. Ю.Ю.Богданов
© Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, 2003
Содержание
Режим
ретроспективного анализа
Автоматизированные
рабочие места
Уровни
предоставления информации
Внутренняя
организация системы
Подсистема
сбора результатов измерений
Введение
В последнее время все большее внимание специалистов по технологическому и коммерческому учету теплоты уделяется вопросам сбора и передачи в компьютер результатов измерений с контрольно-измерительных приборов, установленных на объектах теплоэнергетики, и их дальнейшей обработки с целью визуализации в наглядной форме (графики, таблицы), подготовки отчетов в теплоснабжающие организации, выявления нештатных ситуаций, обеспечения надежных и энергосберегающих режимов эксплуатации объектов и т.д. Наиболее существенные результаты в этом направлении, как в техническом так и, в особенности, информационном аспектах, получены применительно к объектам-потребителям теплоты.
Подобного рода задачи, только более масштабные, сложные и функционально разнообразные, возникают при техническом обслуживании источников теплоты – ТЭЦ, котельных, бойлерных. При этом не только в значительной степени возрастает и усложняется информационная база результатов измерений, обусловленная широким спектром и большим количеством измерительного оборудования, устанавливаемого (причем, как правило, на значительном расстоянии друг от друга) на источниках теплоты, но и возникает еще один существенный, усложняющий разработку информационно-измерительных и аналитических систем аспект. Он связан с необходимостью создания совокупности автоматизированных рабочих мест с различным набором пользовательских функций. Естественно, что все эти автоматизированные рабочие места должны быть объединены в локальную компьютерную сеть, источником обрабатываемых данных для которой являются архивы контрольно-измерительных приборов. Архивы сохраняются в интеграторах приборов, накапливающих поступающие с датчиков результаты измерений и выполняющих их предварительную обработку. Заметим, что для обслуживающего персонала принципиально важно наблюдать за процессами изменения параметров в реальном времени, что требует периодического считывания данных в компьютер с малым дискретом времени. Программное управление такого рода системным объектом, включающем совокупность разнотипных (в том числе и по форматам архивируемых данных) контрольно-измерительных приборов, коммуникационных средств передачи данных в базовый компьютер и распространения их по локальной сети, является, безусловно, нетривиальной задачей.
Общее описание системы
Задачи, решаемые системой, концентрируются в двух направлениях – мониторинг (наблюдение в реальном времени за параметрами функционирования объекта, сопровождаемое выявлением нештатных и критических ситуаций с последующим оповещением пользователя об их возникновении) и ретроспективный анализ накапливаемых и хранимых системой результатов измерений. Данная система позволяет повысить эффективность, надежность и безопасность эксплуатации источников тепло-водоснабжения (ИТВС), автоматизировать ведение документации и подготовку ежедневных итоговых отчетов. На основе анализа ретроспективной информации можно оценить эффективность управления ИТВС и, при необходимости, внести соответствующие коррективы в технологический процесс. При этом для каждого уровня пользователей (оперативный, инженерно-технический персонал, администрация) предоставляются возможности, позволяющие получить необходимую именно ему информация.
Система выполняет следующие функции:
· создание, хранение и поддержка информационной базы данных объекта обслуживания;
· сбор и первичная обработка информации со средств измерений, установленных на обслуживаемом объекте, занесение полученной информации в информационную базу данных;
· обработка информации для определения показателей функционирования объекта обслуживания;
· оперативное наблюдение за режимом функционирования объекта обслуживания, выявление нештатных и предупреждение чрезвычайных ситуаций;
· отображение полученных характеристик гидравлических и тепловых режимов функционирования объекта обслуживания в виде отчетов, графиков;
· контроль достоверности измерений, производимых приборами учета, выявление неисправностей, возникающих в приборах учета и каналах передачи данных.
Система состоит из набора модулей, на основе которых создаются различные автоматизированные рабочие места (АРМ). АРМ могут функционировать как автономно, имея собственную независимую базу данных, так и в сети, связанные друг с другом. В таком режиме имеется базовое АРМ «Сервер» и нужное количество других АРМ (клиентов). АРМ «Сервер» является поставщиком данных для клиентов. Контрольно-измерительные приборы подключаются к компьютеру с установленным АРМ «Сервер», осуществляющем, помимо прочего, считывание результатов измерений с этих приборов.
Отличительной чертой системы является то, что базовой информационной единицей для всех модулей является не непосредственно параметр (точнее, его численное значение), а произвольная функция (формула) от измеряемых параметров, задаваемая пользователем и несущая конкретный содержательный смысл. Такой подход позволяет оперировать не только с непосредственно измеренными параметрами, но и комбинировать их.
Работы по созданию и внедрению системы выполнены лабораторией технической диагностики совместно с коллективом АО ВИРА. С 2001г. рабочая версия ИСМА эксплуатируется в котельной Всероссийского детского центра «Океан» (дальневосточный аналог широко известного “Артека”), расположенной в пригороде г. Владивостока. Общая схема котельной приведена на рис. 1. В дальнейшем, там, где это целесообразно, описание системы будет вестись в контексте данной конкретной разработки.
На объекте установлено следующее контрольно-измерительное оборудование (рис. 2):
· датчики расхода ультразвуковые Ultraflow II и SONO 2500 (сетевая вода, ГВС, подпитка, мазут);
· датчики расхода вихревые V-BAR 700 (пар);
· датчики давления КРТ-СТ и КРТ-1 (сетевая вода, ГВС, мазут);
· датчики уровня (баки-аккумуляторы, резервуары с мазутом);
· термометры сопротивления РТ 500, 100П (вода, пар, мазут, наружный воздух).
Сигналы с датчиков передаются на многоканальный термометр ТМ 5231 и на два интегратора-тепловычислителя ВКТ-5, имеющих почасовой архив, а с них по интерфейсным связям данные считываются в компьютер. Частота считывания данных для мониторинга задается пользователем и варьируется в диапазоне от секунд до суток, в зависимости от числа и типа приборов и пропускной способности линий связи. База данных системы пополняется из почасового архива тепловычислителей каждый текущий час. Для тех температурных параметров, которые не отражаются в архивах приборов некоторых типов, системой может формироваться свой почасовой архив.
Система установлена на трех компьютерах – главного инженера, начальника теплового цеха и оператора. Компьютеры объединены в локальную сеть (рис.2).
Режим мониторинга
Мониторинг в реальном времени
В режиме мониторинга на
каждом из компьютеров в реальном времени можно наблюдать динамику
функционирования объекта по каждому из измеренных параметров. Кроме того, на
дисплее отображаются другие, вычисляемые системой параметры – уровни мазута и
воды в соответствующих резервуарах, а также объемы их заполнения. Общий вид
отображаемой на дисплее информации в режиме мониторинга представлен на рис.3.
Текущие значения величин измеряемых (вычисляемых) параметов указываются рядом, сверху или
сбоку с обозначениями измерительных приборов (манометры, термометры,
расходомеры) или внутри отбражаемого на схеме
оборудования (объемы заполнения резервуаров с мазутом и водой). Уровни
заполнения резервуаров проставляются над их обозначениями. В левой верхней
части схемы, соответствующей резервуарам с мазутом, отдельно указываются
среднечасовой, суммарный по обоим резервуарам, расход топлива, а также его
количество, потребленное на данный момент с начала текущих суток. В верхней
части схемы, по центру, отображаются текущие значения температуры наружного
воздуха и холодной воды.
Одна из основных,
наиболее ответственных функций системы – обнаружение нештатных и критических
ситуаций и своевременное оповещение об их возникновении. Пользователю
предоставлена возможность настройки диапазона нормативных и допустимых значений
для каждого из измеряемых параметров. При
выходе измеренной величины параметра за пределы нормы включается
предупредительная сигнализация – по желанию пользователя либо статическая
визуальная (значение параметра обрамляется красной рамкой), либо динамическая
(мигающая красная рамка). При возникновении критической ситуации, которая может
привести к аварии, включается аварийная
динамическая сигнализация, сопровождаемая для усиления восприятия звуковой.
Помимо этого, для каждого из контролируемых параметров пользователем задается допустимый интервал «устаревания» данных – период времени, в течение которого измеренные значения параметра не обновляются. Превышение интервала свидетельствует о том, что результатам измерения нельзя доверять. Такая ситуация возникает либо при нарушении связи “прибор-компьютер”, либо при неисправности локальной сети, либо в том случае, когда АРМ «Сервер» выключен. Реализована программная диагностика такого рода дефектов и для каждого из них может быть установлена соответствующая визуальная сигнализация.
В режиме мониторинга на экран выводится не только оперативная информация, но и диагностическая информация о работе системы ИСМА (в частности, время последнего считывания с приборов и состояние связи с базовым компьютером).
ИСМА поддерживает множественность модулей мониторинга. Это означает, что можно составлять укрупненные планы для отдельных фрагментов наблюдаемых объектов с целью более детального их анализа и мониторинга процесса функционирования объекта.
Режим ретроспективного анализа
В режиме ретроспективного анализа результатов измерений система предоставляет пользователю ряд возможностей, основные из которых сводятся к следующим.
Ретроспективный мониторинг
В ряде случаев возникает потребность интегрально оценить ситуацию, сложившуюся в прошлом, по совокупности значений измеряемых параметров. Для этого в системе предусмотрен режим ретроспективного мониторинга. Он позволяет воспроизвести на экране монитора ход технологического процесса в режиме прошедшего, “псевдо-реального” времени. При этом пользователю предоставляется возможность задания масштаба времени, определяющего скорость воспроизведения процесса.
Режим ретроспективного мониторинга целесообразно использовать при:
· анализе тех промежутков времени, когда ответственный сотрудник отсутствовал и не мог наблюдать параметры функционирования объекта (ночная смена, выходные дни и т.д.);
· разрешении спорных ситуаций, сложившихся на объекте в определённые моменты времени в прошлом;
· демонстрации программных средств;
· обучении персонала работе с системой;
· обучении студентов путем демонстрации реальных ситуаций на объекте.
Вид панели управления модулем ретроспективного мониторинга приведен на рис. 4.
Пользователь может выбирать интервал времени для отображения. Существует возможность непосредственно указать интересующий момент времени на интервале, и/или последовательно перемещать указатель во времени в ту или другую сторону. Кроме того, возможно, включить автоматическое перемещение указателя (масштабирование времени) с заданной скоростью в прямом или обратном течении времени. Скорость автоматического режима перемещения указателя может быть выбрана в диапазоне от нескольких секунд до часа на один кадр. Величина кадра определяется исходя из дискрета хранимых данных и составляет обычно один час. Таким образом, отображение информации сжимается во времени максимально до 1800 раз.
По сравнению с обычным мониторингом ретроспективный мониторинг позволяет заглянуть в прошлое и посмотреть состояние системы на определённый момент времени. Отметим, что ретроспективный мониторинг оперирует не с мгновенными, а усреднёнными значениями. Преимуществом ретроспективного мониторинга перед другими средствами системы, направленными на анализ ретроспективной информации, является возможность отображать всю совокупность интересующих пользователя параметров, что позволяет оператору в течение короткого времени оценить техническое состояние наблюдаемого объекта. Модули «Графики» и «Ретроспективный мониторинг» оперируют с одними и теми же данными, поэтому между ними нет различия по точности отображения данных.
Следует отметить, что модуль ретроспективного мониторинга позволяет вывести на печать формируемое им визуальное отображение. Результатом является одна или серия «снимков» объекта в определённые моменты времени в прошлом.
Графики
Графики являются самым распространенным и удобным средством отображения и визуального анализа архивной информации. В системе имеется демонстрационный набор графиков (представлен ниже), однако он должен редактироваться пользователем в соответствии с текущими потребностями и конфигурацией подключения приборов. Выбор отображаемого графика осуществляется пользователем через выпадающее меню, содержащее набор параметров и их сочетаний (формул). За каждым графиком закреплена функция, вследствие чего графики позволяют отображать не только непосредственно измеренные параметры, но и практически любые их производные. Эти функции доступны пользователю для редактирования.
Набор графиков для котельной ВДЦ «Океан» (используемый здесь в качестве демонстрационного) выглядит следующим образом:
· температура наружного воздуха;
· температура мазута;
· сочетание параметров для температурных графиков 130-70С° и 105-70С°:
o температура сетевой воды по СНиП на подающем трубопроводе;
o температура сетевой воды по СНиП на обратном трубопроводе;
o фактическая температура сетевой воды на подающем трубопроводе;
o фактическая температура сетевой воды на обратном трубопроводе;
· температура наружного воздуха;
· сочетание параметров (разности температур) системы отопления:
· разность температур сетевой воды по СНиП в прямом и обратном трубопроводах;
· фактическая разность температур сетевой воды в прямом и обратном трубопроводах;
· давление в теплосети (сочетание параметров):
o давление на подающем трубопроводе системы отопления;
o давление на обратном трубопроводе системы отопления;
o давление на обратном трубопроводе ГВС;
· расходы сетевой воды (сочетание параметров):
o среднечасовой расход сетевой воды на нужды ГВС;
o среднечасовой расход сетевой воды на подпитку системы отопления;
· расход пара и мазута (сочетание параметров):
o среднечасовой расход пара по каждому из котлов;
o среднечасовой расход мазута;
· расход тепловой энергии (сочетание параметров):
o среднечасовой расход выработанной тепловой энергии;
o среднечасовой расход отпущенной потребителям тепловой энергии;
o среднечасовой расход тепловой энергии на отопление;
o среднечасовой расход тепловой энергии на ГВС;
o среднечасовой расход тепловой энергии на собственные нужды.
Графики подразделяются на три группы:
1. Графики параметров (и их сочетаний) во времени;
2. Графики параметров (и их сочетаний), усредненные за каждый час суток заданного интервала времени - «среднее по часам»;
3. Графики уровня.
Графики первой группы отображают значение измеряемых и вычисляемых системой параметров во времени (рис. 5). Графики второй группы отображают среднее значение по часам суток за весь выбранный промежуток времени (рис. 6). Поясним процедуру их формирования и приведем примеры возможного практического применения. Положим, анализируемый временной интервал – месяц, с 0 час. 01.02 по 0 час. 02.02. По оси абсцисс откладываются часы суток – с 0 по 23, по оси ординат – значения параметров. Суммируются и усредняются (делением на 31 – число дней в анализируемом интервале времени) среднечасовые значения параметра с 0 час. по 1 час. каждого дня месяца, затем с 1 час. по 2 час. и т.д. и полученные значения отображаются на графике.
Использование таких графиков многообразно и весьма полезно на практике. Так, график «среднее по часам» расхода подпиточной воды в закрытой системе теплоснабжения позволяет с большой достоверностью выявлять несанкционированный (систематический) водозабор потребителей. Этот же график применительно к расходу горячей воды позволяет установить динамику потребления горячей воды в течение суток и должным образом управлять технологическим процессом ГВС. Знание статистической зависимости суточного расхода пара создает предпосылки для оценки загруженности котлов и облегчения процесса регулирования их производительности.
Графики уровня отображают на каждый момент времени одну из трех возможных ситуаций, связанных с выходом параметра из интервала допустимых значений (или нахождения в нем). Верхний уровень графика соответствует превышению значения параметра максимально допустимого значения, нижний – выходу параметра за нижнюю допустимую границу. Нахождение параметра в среднем уровне свидетельствует о том, что параметр находится в интервале допустимых значений. Для такого способа отображения информации в базе данных не надо хранить значения параметра, что приводит к уменьшению БД и, как следствие, увеличению скорости работы системы в целом. В БД сохраняется лишь время пересечения границы заданного интервала допустимых значений параметра, и идентификатор, определяющий уровень, в котором находится параметр (1 – за нижней границей допустимого интервала изменения, 2 – внутри интервала, 3 – за верхней границе интервала).
Пример такого графика представлен на рис. 7.
Предусмотрена возможность автоматического изменения масштаба графиков по осям путем выделения мышью части анализируемого временного интервала и развертке его на весь экран. Эта процедура может выполняться многократно, создавая тем самым возможности все более детального отображения параметров.
В системе реализована также функция графического
представления данных, занимающая промежуточную ступень между мониторингом и
ретроспективным анализом. Она заключается в отображении графика параметра,
указываемого пользователем, за определенный промежуток времени (также
задаваемый пользователем) до текущего момента времени, например за последний
час. Используя эту возможность, пользователь может наблюдать графическую
картину изменения параметра в реальном времени с указанной им глубиной
предыстории.
Отчеты
Модуль «Отчеты» предназначен для формирования и печати
отчетов. Отчеты выводятся на определенный отчетный день. Отчет формируется на основе шаблона, который может быть модифицирован
пользователем. В системе может использоваться произвольное количество шаблонов.
Пример отчета представлен на рис. 8.
Описание параметров
Отметим существенную особенность системы, определяющую ее возможности в части универсальности обрабатываемой и отображаемой информации. Обозначим через V={v1,…,vn} множество параметров, снимаемых в компьютер с датчиков и интеграторов, установленных на объекте. Информационным примитивом, с которым работает система, являются не только параметры из множества V, но и любые другие, представляемые функцией F от произвольного подмножества из V, а также от некоторых других величин – как констант, так и являющихся функцией времени. Примерами таких функций являются уравнения для пересчета давления (в резервуарах с водой или мазутом) в уровень и объем жидкости, или формула для определения дефицита (излишка) теплоты, как разность между нормативным (являющимся функцией температуры наружного воздуха) и измеренным количеством вырабатываемой теплоты.
Следует отметить, что значения вычисляются на определенный интервал времени. Этот интервал передается интерпретатору функций различными модулями системы и устанавливается пользователем, т.к. все графики, отчеты, мониторинг работают с определенным интервалом времени.
Автоматизированные рабочие места
Уровни предоставления информации
Система ИСМА имеет несколько АРМ. Каждое из них предназначено для выполнения определённых задач и наделено соответствующими функциями. Конкретная реализация системы предполагает наличие следующих АРМ:
· «Сервер»;
· «Пользователь»;
· «Оператор»;
· «Администратор».
АРМ запускаются на разных компьютерах и связываются между собой по сети TCP/IP. АРМ «Сервер» при этом является поставщиком данных для остальных АРМ.
На котельной ВДЦ «Океан» используется схема расположения оборудования и соответственно с ним различных АРМ изображенная на рис. 2.
Меню используемых АРМ
АРМ «Сервер»
Меню рабочего места представлено на рис. 9.
АРМ поддерживает выполнение следующих функций:
· сбор информации с контрольно-измерительных приборов по расписанию с целью обновления и пополнения БД;
· подготовка оперативной информации для рассылки на другие АРМ;
· просмотр и печать оперативной информации;
· визуализация графиков;
· подготовка и печать отчетов.
АРМ «Сервер» является источником данных для всех остальных АРМ, так как именно здесь инициируется процесс чтения текущей и архивной информации с приборов по расписанию с целью обновления и пополнения БД. Соответственно запускается сервис предоставления текущих данных другим АРМ для возможности наблюдения оперативной информации. Информацию по работе данных сервисов можно просмотреть, выбрав соответствующие пункты меню.
АРМ «Пользователь»
Меню рабочего места представлено на рис. 10.
АРМ поддерживает выполнение следующих функций:
· просмотр и печать оперативной информации;
· пополнение измерительной информации из БД АРМ «Сервер»;
· анализ ретроспективной информации при помощи графиков;
· подготовка и печать отчетов.
В этом режиме не происходит автоматического пополнения БД из-за низкой пропускной способности канала связи (модемная линия). Поэтому процедура пополнения БД выполняется вручную по мере необходимости. Данная процедура инициируется выбором соответствующего пункта меню и сопровождается диагностическими сообщениями о ходе выполнения данной операции.
АРМ «Оператор»
АРМ поддерживает выполнение следующих функций:
· просмотр оперативной информации;
· звуковая сигнализация нештатных ситуаций.
Режим оператора предназначен только для оперативного наблюдения за функционированием источника теплоты и не предоставляет никаких средств управления (кроме вывода текущей картины мониторинга на печать), анализа и настройки. Интерфейсом данного АРМ является окно модуля мониторинга.
АРМ «Администратор»
Меню рабочего места представлено на рис. 11.
АРМ поддерживает выполнение следующих функций:
· настройка системы;
· тестирование модулей;
Администратор имеет доступ ко всем имеющимся сервисам программы и осуществляет полный контроль над запуском и остановкой всех сервисов.
Внутренняя организация системы
Подсистема сбора результатов измерений
Сбор информации
Одной из основных составляющих, определяющих возможности развития системы и, как следствие, сферу ее применения, является организация подсистемы сбора данных.
Проектированию подсистемы сбора данных ИСМА предшествовал тщательный анализ сертифицированных Госреестром России интеграторов различных компаний-производителей. Анализ выполнялся в части набора измеряемых, вычисляемых параметров и форматов их хранения в архивах интеграторов. С учетом выполненного анализа была разработана структура БД, позволяющая сохранять любой набор параметров функционирования объектов теплоэнергетики. В БД введена таблица, содержащая информацию о наборе измеряемых и хранимых параметров для каждого типа тепловычислителя, имеющая два поля: уникальный номер (идентификатор) параметра; описание параметра. В основной таблице каждая запись состоит из трех полей: номер параметра в таблице параметров; дата записи; значение величины параметра.
Реализация подсистемы сбора в ИСМА была ориентирована на выполнение следующих требований, сформулированных на основе имеющегося опыта:
· возможность съема данных с любого типа интеграторов, имеющих средства сопряжения с ПК;
· возможность съема данных посредством любого вида связи, поддерживаемого интегратором;
· выполнение первичного анализа информации;
· обеспечение достоверности получаемых с интегратора данных (на основе расчета контрольных сумм и соответствия их типам, определенным протоколом передачи данных);
· пополнение базы данных.
Подсистема является двухуровневой. Первый уровень включает управляющий модуль подсистемы сбора, второй - набор программных драйверов, обеспечивающих съем данных с различных интеграторов. Каждый драйвер имеет один, общий для всех, интерфейс с модулем управления, что обеспечивает лёгкость подключения новых типов приборов к системе. Для возможности работы с новым типом интегратора необходимо разработать драйвер и установить его в программную среду ИСМА. При этом изменений управляющих модулей ИСМА и подсистемы сбора данных не требуется. Данную концепцию демонстрирует функциональная схема подсистемы сбора, представленная на рис. 12.
Принцип работы подсистемы сбора состоит в следующем. Управляющий модуль подсистемы (УМС), получив запрос от управляющего модуля «ИСМА» на съем данных, производит поиск необходимого объекта (здесь под объектом понимается конкретный интегратор) в своей базе данных. Информация о том, с каким объектом работать, должна передаваться вместе с самим запросом. Найдя объект, УМС узнает о том, какого типа интегратор установлен, и какой способ связи используется. После этого УМС производит поиск соответствующего драйвера и, в случае успеха, передает ему ссылку на область памяти для накопления данных и производится съем данных с интегратора.
Помимо снятия данных, на драйвер ложится функция проверки их достоверности с использованием механизма контрольного суммирования. Считав все данные и разместив их в области памяти, указанной УМС, драйвер уведомляет УМС о завершении своей работы. УМС, получив такое уведомление, передает ссылку на область памяти с данными модулю «запись в БД». Модуль «Запись в БД» производит занесение данных в БД. Использование такой технологии дает возможность разработки драйверов практически для любого типа интеграторов, что повышает расширяемость системы в целом.
То, что все данные проходят в конечном итоге через один модуль «Запись в БД», позволяет выполнять над ними дополнительные операции, что в свою очередь создает возможность формирования БД не только на основе непосредственно считанных из архива данных, но и их сочетаний, путем преобразования по заданным пользователем формулам, которая может быть реализована впоследствии.
Одной из основных особенностей система ИСМА в целом и подсистемы сбора в частности является то, что ИСМА позволяет создавать БД не только из почасового архива интегратора, но и путем считывания результатов измерений с задаваемым пользователем интервалом времени (вплоть до секунд).
Подсистема сбора также может заносить в базу не только значения параметров, но и момент перехода границ интервала допустимых значений. Для таких параметров задается допустимый интервал значений и процесс чтения данных переключается в режим контроля границ интервала. Этот режим обычно применяется при постоянном подключении измерительного прибора к компьютеру и малом периоде считывания информации. Когда поступают новые данные, то значения параметров, установленных в режим контроля границ, преобразуются в условные обозначения. Например: 1 – за нижней границей допустимого интервала изменения, 2 – внутри интервала, 3 – за верхней границей интервала. После этого преобразованное значение сравнивается с предыдущим и в случае неравенства заносится в базу данных. Такой способ чтения данных оправдан, когда непосредственно значения параметров не представляют интерес для пользователя, а интересуют лишь моменты выхода значений параметров за заданный интервал. При этом уменьшается размер базы данных и, как следствие, увеличивается скорость работы с ней.
Работа по расписанию
Опрос архивов измерительных приборов системой производится в автоматическом режиме по расписанию, задаваемым пользователем. Для каждого зарегистрированного прибора задается свое расписание.
Расписание представляет собой интервал времени, через который производится периодическое считывание данных с прибора. Интервал может варьироваться в широких пределах от 1 секунды до 24 часов.
Так как данные бывают двух типов, архивные и текущие, то и расписание задается отдельно для чтения текущих и архивных данных.
Модулем расписания также выводится диагностическая
информация о результатах чтения данных. Окно работы модуля расписания представлено
на рис. 13.
Ручное считывание данных
Помимо чтения данных по расписанию в любой момент можно прочитать данные с приборов учета в ручном режиме. Эта функция доступна в режиме администрирования системы.
Структура системы
Как уже упоминалось ранее, ИСМА имеет модульную структуру. Из отдельных модулей составляются АРМ. В системе стандартно имеется три типа АРМ, не считая АРМ «Администратор». Ведущим является АРМ «Сервер». Именно на нем производится опрос приборов и передача данных клиентам.
Оперативная информация передается модулю мониторинга посредством сетевого протокола. На АРМ «Сервер» работает специальный модуль, подготавливающий данные (преобразует их по формулам) и рассылающий их клиентам, которыми являются модули мониторинга различных АРМ, в том числе и АРМ «Сервер». Ввиду того, что модуль мониторинга отображает текущую информацию, архивные данные в этом режиме не передаются. Для улучшения работы при передаче данных исключается избыточность и передаются только те параметры, значения которых действительно изменились. Это минимизирует сетевой трафик и позволяет использовать даже каналы с очень низкой пропускной способностью.
Так как база данных ведется на АРМ «Сервер», то клиентские части должны периодически синхронизировать свою локальную базу данных с базой данных сервера. Нет смысла постоянно передавать архивные данные на клиентские части, так как ретроспективный анализ данных проводится не регулярно, а эпизодически. Вследствие этого синхронизация данных происходит по запросу пользователя. Передача данных происходит аналогично передаче оперативных данных модулям мониторинга.
На рис. 14 отображена упрощённая схема передачи данных в системе. Серыми стрелками обозначены потоки внутри АРМ, организованные на уровне модуля обработки данных, взаимодействующего с БД. Именно этот модуль производит вычисление параметров в соответствии с задающими их функциями. Белыми стрелками обозначены потоки, организованные на уровне модуля сетевых коммуникаций. Тонкими чёрными стрелками обозначены управляющие воздействия.
Структура базы данных
БД состоит из набора таблиц, содержащих результаты измерений параметров, данные для драйверов интеграторов – хранителей архивов, информацию по настройке параметров программных модулей. На рис. 15 показаны связи между таблицами.
Как видно из рисунка вся база разделена на 2 части. Связи на уровне БД между этими частями отсутствуют. Но, тем не менее, существует логическая связь. Она заложена в таблице функций и обозначена на рисунке пунктирной линией. Первая часть БД относится к подсистеме сбора, вторая - к прикладным модулям.
Так как различные типы интеграторов в общем случае хранят различные наборы параметров, то при разработке системы учитывался тот факт, что любые измеренные данные должны быть сохранены и доступны прикладным модулям системы без ее перепрограммирования. Такой эффект обеспечивается «обезличиванием» физической сущности параметра, которая восстанавливается впоследствии благодаря использованию функций от значений параметров.
Перед тем как занести в БД какой-либо интегратор, необходимо зарегистрировать драйвер соответствующий типу интегратора. При этом в таблицу «Все параметры» драйвером записываются все возможные параметры, которые прибор может хранить и выдавать их значения по запросу от АРМ «Сервер». Так как некоторые приборы могут иметь модификации внутри одного типа, то сохраняются все возможные для этого типа приборов параметры. Только после регистрации драйвера в БД можно занести конкретный интегратор. На этом этапе в БД в таблицу «Измеряемые параметры» заносятся только те параметры, которые непосредственно измеряются в текущей конфигурации прибора. При этом таблицу можно корректировать вручную. При удалении параметра из таблицы по нему не ведется архив и его значения не запрашиваются у прибора. Все данные по каждому параметру сохраняются в таблице «Данные».
Следует отметить, что на этапе регистрации драйвера все заносимые им параметры имеют описания, объясняющие их физическую сущность.
Именно «Измеряемые параметры» участвуют в качестве аргументов в функциях задаваемых пользователем, который знает содержательный смысл каждого параметра благодаря таблице «Все параметры», где имеются комментарии. Таким образом обеспечивается применимость имеющейся структуры БД для любых типов интеграторов.
Вторая часть БД организована по аналогии с первой частью, что позволяет прикладным модулям хранить в ней любые необходимые для работы параметры. При этом внутри прикладной части БД имеется разделение на таблицу объектов (ИСМА может работать с несколькими объектами), и таблицу модулей. В таблице модулей перечислены все имеющиеся в системе модули. Все остальные таблицы являются зависимыми от двух указанных выше. В таблице «Формулы» хранятся формулы, которые уникальны для каждого объекта. Таблицы «Параметры модулей» и «Значения параметров» предназначены для хранения настроек прикладных модулей и их содержимое также уникально для каждого объекта.
Бабенко Вячеслав Николаевич
Малышко Алексей Витальевич
Михальцов Алексей Сергеевич
Разумов Сергей Владимирович
Чипулис Валерий Павлович
ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
ИСМА.
МОНИТОРИНГ И РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ АНАЛИЗ
РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Препринт № 7
Подписано к печати 13.04.2003 Усл.п.л. 1,2 Уч.-изд. 1
Формат 60x80/16 Тираж 32 Заказ 31
_________________________________________________________
Издано ИАПУ ДВО РАН Владивосток, Радио, 5
Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН
Владивосток, Радио, 5