Centrálny SCADA systém s využitím routerov eWON

Priemyselné routre eWON sú prostriedkom pre realizáciu komfortnej diaľkovej správy riadiacich systémov cez internet. Vzhľadom na ich vybavenosť priemyselnými sériovými protokolmi, ethernetovými protokolmi a priestorom pre archiváciu, sú veľmi často využívané aj ako inteligentné moduly pre zber údajov alebo ako klienti privátnych sietí centrálnych databázových a vizualizačných systémov. Slovenská spoločnosť NEAT a.s. úspešne integruje routre eWON  do svojich SCADA systémov.

Spoločnosť NEAT a.s. sa zaoberá výskumno-vývojovými, projekčnými a realizačnými činnosťami v strojárenskom priemysle. Jednou z najdôležitejších činností v portfólii firmy je projekcia, výstavba a prevádzka plniacich staníc CNG (stlačeného zemného plynu) pre pohon motorových vozidiel. V tuzemských podmienkach sa jedná najmä o technologické zariadenia využívané dopravnými spoločnosťami na plnenie nádrží autobusov, ktoré používajú zemný plyn ako výlučnú pohonnú látku. Príkladom je hlavné mesto Slovenska Bratislava, kde sa na plniacej stanici postavenej spoločnosťou NEAT a.s. denne plní cca. 150 autobusov.  Kvôli zabezpečeniu nepretržitej funkčnosti technológie, ktorá je pre zákazníkov kľúčová, začala spoločnosť v roku 2005 s vývojom prvej generácie SCADA systému.

Prvá verzia komunikovala v prevažnej miere s riadiacimi systémami Simatic S7, čo bol vzhľadom na portfólio dodávanej technológie dostatočné. Na základe dobrých skúsenosti s touto verziou SCADA systému požadovali zákazníci integráciu ďalších technológii na báze rôznych značiek riadiacich PLC automatov, ako aj zber analógových a diskrétnych signálov. Z pohľadu budúcej integrácie širokého spektra zariadení vznikla požiadavka na voľbu vhodného riešenia zberu dát, ktorý bude spĺňať nasledovné parametre:

• spolupráca s rôznymi PLC bez dodatočných nákladov (OPC servery a pod.)
• možnosť pripojenia inteligentných IO modulov (Modbus RTU, ASCII,..)
• vlastná pamäť pre tvorbu histórie zaznamenávaných veličín
• variantné pripojenie zariadenia k centrálnemu aplikačnému serveru po rôznych komunikačných kanáloch (Ethernet, GSM, ADSL)
• možnosť zabudovania do existujúcich rozvádzačov a z toho vyplývajúca malá priestorová náročnosť
• mechanické vyhotovenie spĺňajúce priemyselné štandardy

Na základe týchto požiadaviek bol vykonaný prieskum trhu a analýza jednotlivých výrobkov. Voľba padla na použitie priemyselných routerov eWON rovnomennej belgickej spoločnosti, ktoré poskytujú vysoko integrované riešenie spĺňajúce dané požiadavky, s ďalším pridanými funkciami, ako napr.

• skriptovací jazyk pre spustenie programových procedúr na základe zmeny dát, vzniku alarmu, kalendárnej periodicity
• vizualizácia dát na zabudovanom web serveri s prístupom do historického archívu
• tvorba alarmov pri prekročení stanovených podmienok
• VPN pripojenie na báze odchádzajúceho spojenia zo siete zákazníka (prechod cez firemný firewall)
• ethernetové rozhranie pre pripojenie rôznych TCP/IP zariadení

Z hľadiska výmeny údajov majú routere eWON  možnosť pripojenia k viacerým typom riadiacich systémov. V aplikáciách spoločnosti NEAT sa využíva spojenie cez MPI/Profibus resp. ModbusRTU/ASCII po porte RS-485 ako aj ethernetové protokoly ISO TCP pre Simatic S7 a Modbus TCP.

V spolupráci s firmou Controlsystem s.r.o. boli pre potreby aplikácie testované typy MicroPLC radu VIPA 100V (MPI) a Advantech ADAM (Modbus RTU), pričom sa potvrdila ich  plná kompatibilita s routermi eWON v súlade so špecifikáciou.

Konfigurácia centrálneho SCADA systému cez VPN

Informácie o hodnotách a stavoch zberaných signálov sa ukladajú do internej pamäte routera eWON, odkiaľ sú periodicky v balíčkoch odosielané na aplikačný server. Samotnú prípravu a odoslanie dát po http protokole zabezpečuje eWON skriptovacím jazykom. V prípade výskytu chyby pri odoslaní (výpadok spojenia, chyba http servera, chyba pri ukladaní do SQL databázy na serveri) sa uloží neodoslaný balíček dát do interného súboru routera. po obnovení funkčnosti spojenia, sa odložené dáta  naraz odošlú na server a importujú do centrálnej SQL databázy. Tieto funkcie sú rovnako realizované pomocu skriptovacieho jazyka routera eWON.

V prípade dlhodobého výpadku spojenia na server sa frekvencia odosielaných balíčkov zmenšuje a  pri preplnení interného súboru sa skript pokúsi nadviazať spojenie s externým FTP serverom a dáta exportovať.

Dáta sú na aplikačnom serveri prijímané prostredníctvom http protokolu a ďalej spracované jazykom PHP, pričom odosielanie dát z routera touto metódou je priamo implementované vo firmware eWONu. Samotný server k historickým dátam pristupuje už priamo cez SQL databázu.

Pre spätnú asynchrónnu  komunikáciu s eWON-om sa používa protokol Modbus TCP.

Vďaka tejto spätnej komunikácii má dispečer možnosť prostredníctvom routera eWON sledovať aktuálny stav premnných alebo vykonať aj rôzne skriptované  akcie, napríklad zmenu hodnoty parametra riadiaceho systému technológie, zopnutie relé pomocou digitálneho výstupu zabudovaného v routeri, atď.

Pri budovaní svojho SCADA systému využila firma NEAT aj ďalší zaujímavý produkt spoločnosti eWON a to firewall Endian for eWON.  Jeho integrovaný VPN server vytvára permanentné spojenia s jednotlivými vzdialenými klientami, ktoré tvoria routre eWON. Tieto sú typicky situované na rôznych firemných sieťach zákazníkov s vysokou úrovňou zabezpečenia. Vzhľadom na využívanie odchádzajúcich spojení, vo väčšine prípadov nie je potrebná úpravu nastavení firewallu podnikovej siete zákazníka. Jednotlivé routre sa po vytvorení spojenia stanú súčasťou jedného segmentu siete, čo umožnuje vzájomnú komunikáciu s aplikačným serverom aj medzi jednotlivými klientami (routerami) navzájom.

Z hľadiska softwarového riešenia novej generácie systému SCADA (nazvanej ScadaNT) sa jedná o modulárne riešenie na báze architektúry server/klient. Jednotlivé moduly obsluhované aplikačným serverom sú spracované na základe požiadaviek konkrétneho zákazníka.

Základný prehľad v súčastnosti dostupných modulov:

Dispečerský klient – poskytuje aktuálny pohľad na dáta pripojenej technológie vo forme technologickej schémy, ako aj historických priebehov jednotlivých veličín. Zobrazuje aj indikáciu aktívnych alarmov a ich archív.

Štatistický klient – na báze analýzy dát a súvzťažností medzi nimi poskytuje prehľad o technickom stave technológie

Web server klient – počítač s bežiacim klientom slúži ako http server pre pripojenie užívateľov cez webové rozhranie

Server obsluhuje jednotlivé klientské moduly, ktorým na základe ich požiadaviek poskytuje vzorky dát. Posiela tiež notifikácie o alarmoch (email/SMS) preddefinovanej skupine užívateľov.

Všetky moduly majú integrovaný hierarchický systém užívateľských práv pre užívateľov s rôznymi úrovňami prístupu k dátam a právomocami pri managemente prevádzky systému.

Po viac ako polročnej nepretržitej prevádzke systému ScadaNT je možné konštatovať jeho vysokú spoľahlivosť a robustnosť. Routery eWON vďaka svojej univerzálnosti minimalizujú náklady na budúce aplikácie zákazníkov spoločnosti NEAT a.s. a sú vhodnou platformou na ďalšie rozširovanie funkcií systému.

Text v  spolupráci s firmou NEAT a.s., Letná 27, 040 01 Košice

ControlSystem, s.r.o.