Система сбора данных на основе Накопителя–архиватора DataBox

Задачи автоматизации технологических процессов чрезвычайно разнообразны.

Одна из задач, представляющая самостоятельный интерес, – сбор, архивирование и обработка данных, формирование отчетов о протекании технологических процессов, о поведении и состоянии системы, регистрация действий персонала.

Стало уже традиционным решение, предполагающее создание сети, применение контроллеров, серверов или компьютера, специального  программного обеспечения, то есть предполагающее построение полноценной дорогостоящей SCADA - системы.

Всегда ли такое решение является адекватным и оптимальным? Видимо во всех тех случаях, когда  осуществляется сбор большого числа параметров (сотни, тысячи) и требуется непрерывный контроль за ними, такое решение необходимо. Однако на практике часто встречаются ситуации, когда число точек контроля (число параметров) невелико, а данные о параметрах техпроцесса нужны не для оперативного контроля, а скорее как свидетельство качества изготовления продукции.

В таких ситуациях, более адекватным по простоте реализации и стоимости будет применение Системы сбора и архивирования данных на базе Накопителя-архиватора DataBox. Система поэтапно решает три задачи:

• Сбор и архивирование во внутренней памяти Накопителя-архиватора DataBox значений параметров, поступающих от приборов в локальной сети по интерфейсу RS-485.
• Перенос данных с Накопителя-архиватора DataBox на компьютер с помощью стандартного USB flash носителя (флэшки). USB flash носитель используется кратковременно только для переноса данных.
• Работа с данными на компьютере как средствами MS Excel, ACCESS, так и SCADA-систем: формирование и печать таблиц, графиков, отчетов, визуализация на мнемосхеме.

Структура системы представлена на Рис. 1

Рисунок 1. Структура Системы сбора и архивирования данных на базе Накопителя-архиватора DataBox

Речь идет о некотором изолированном сегменте сети с контрольно-измерительными приборами. Наличия контроллеров, серверов, ПК не требуется.  Управление потоками данных осуществляет Накопитель-архиватор DataBox. Он является «Мастером»  в сети. Связь с другими сетями ни горизонтально, ни вертикально не осуществляется.

Масштабы такой сети могут быть различны. Например, сеть может охватывать только приборы, расположенные в одном шкафу управления каким-либо технологическим объектом. В то же время система позволяет собирать данные и с нескольких шкафов.

Масштаб системы ограничен четырьмя условиями: число приборов в сети не должно превышать 247, число параметров - 250, длина сети  - не более 1200 м, а объем данных (без переноса на ПК) – 1Гб.

Объема памяти 1 Гб достаточно для записи 10 параметров с периодом 1 с в течение 200 суток. А если учесть, что данные периодически будут переноситься на ПК, то указанный объем памяти,  вряд ли, можно даже рассматривать как ограничивающий фактор.

Структура системы и принцип работы с данными показывают, что Система сбора и архивирования данных на базе Накопителя-архиватора DataBox является оптимальным решением в тех случаях, когда создание полномасштабной сети или радиоканала экономически и технически нецелесообразно. Назовем совокупность факторов, при наличии которых рекомендуется применять данную систему:

• Число точек контроля невелико (единицы, десятки).
• Сетевые решения и SCADA-системы на предприятии не применяются.
• Приборы значительно удалены друг от друга и резко возрастают затраты на сети и их прокладку.
• Приборы сгруппированы, но данные обрабатываются на недоступном для сети компьютере (например, их можно пересылать по e-mail как обычный файл).
• Велико влияние электромагнитных помех на сеть RS-485, так что не обеспечивается требуемый уровень качества передачи данных на большие расстояния.
• Требуется редкий периодический сбор данных.
• Необходимо простое и экономичное решение.

Перечисленные факторы очевидны и не требует дополнительных комментариев.

• Формирование протоколов о протекании технологических процессов как свидетельства качества изготовления продукции.
• Формирование протоколов событий (аварийные ситуации, действия операторов, срабатывания сигнализаций и проч.).
• Контроль действий оперативного персонала, повышение технологической дисциплины.
• Возможность анализа технологических процессов, совершенствование технологии производства продукции.
• Перенос данных в SCADA-системы в тех случаях, когда объекты не включены в единую сеть.
• Защиту данных от несанкционированных изменений.

Накопитель-архиватор DataBox поддерживает одновременно два протокола передачи данных: ModBus RTU, RNet (протокол обмена регуляторов серии МЕТАКОН). Это значит, что в одной сети одновременно могут работать как приборы, поддерживающие ModBus RTU, так и поддерживающие RNet. Сорость обмена должна быть установлена единая, а адреса - разные.

Накопитель может работать как с приборами,  которые выпускаются НПФ «КонтрАвт» в настоящее время, так и с ранее выпущенными. Для них определена регистровая модель -перечень внутренних параметров приборов, доступных по сети. Накопитель автоматически использует ее при конфигурировании. В то же время Накопитель может и работать с приборами других производителей, однако способ доступа к данным в этом случае придется вводить вручную. Способность  Системы собирать данные с приборов самых разных производителей представляется очень полезной, поскольку на практике разнообразие приборов, как правило, и встречается.

Следует отметить, что накопитель собирает данные непосредственно из регистров приборов, а не из встроенного архива. Это, с одной стороны, позволяет применять все приборы (а не только модификации с внутренними архивами), а  другой -  удешевляет общее решение.

Итак, накопитель осуществляет сбор данных от приборов и их запись во встроенную память накопителя – внутренний архив. Существует два способа записи. Первый – запись  до заполнения памяти, после этого процесс записи прекращается. Такой способ удобен в том случае, когда нужно записать данные  непосредственно после запуска процесса записи, а момент, когда эти данные будут перенесены с Накопителя, неизвестен. После полного заполнения внутренней памяти накопителя, данные будут храниться там неограниченно долго.

Второй способ – запись до заполнения памяти, после этого происходит запись новых данных на место самых старых в соответствии с принципом FIFO. Такой способ удобен, когда интересуют только последние данные (например, за последнюю неделю), а с момента запуска прошло значительно время (например, запись длится непрерывно уже целый год).

Перенос данных с Накопителя-архиватора на ПК производится с помощью обычного USB Flash-носителя (флэшки), который поддерживает файловые системы FAT16, FAT32. Запись данных и их перенос осуществляется разными носителями, поэтому на время переноса данных на флэшку, запись данных с приборов в сети продолжается бесперебойно. Способов переноса данных на флэшку также два. Первый способ – полный перенос всех данных. Второй – переносятся только данные, которые были добавлены в Накопитель с момента последнего переноса. Второй способ рекомендуется в том случае, если на ПК создается наращиваемый архив данных,  так как исключается дублирование перекрывающихся кусков данных. Но нужно иметь в виду, что при втором способе старые данные становятся недоступными. Это может вызвать некоторые трудности, если Накопителем пользуются несколько человек – первый закрывает доступ следующему, а также, если  требуется восстановить старые данные с Накопителя (например, утеряны данные на ПК).

Как видим, порядок работы Накопителя-архиватора может быть различным. Поэтому пользователь должен провести конфигурирование Накопителя, т.е. задать параметры, которые определяет режимы и порядок его функционирования. Конфигурирование производится с помощью ПО-конфигуратора SetMaker, которое входит в комплект поставки, а последние версии доступны на сайте фирмы.

При конфигурировании сначала устанавливаются общие параметры:

• Дата и время часов реального времени
• Имя Накопителя
• Скорость передачи данных
• Период опроса
• Режимы записи в DataBox и в USB flash носитель

На следующем  шаге надо сформировать структуру данных, в  соответствии с которой будут собираться данные. Для этого указываются:

• Имя данных в таблице
• Адреса приборов
• Типы протокола
• Перечень параметров для записи
• Дополнительная обработка данных

Данные на флэшке оформляются в виде текстового файла в закодированном виде. Поэтому эти данные можно перенести на ПК и разместить их в обычной файловой системе ПК, так как это удобно пользователю.

Поскольку данные закодированы, любая попытка их изменить будет обнаружена пользователем. Это дает пользователю уверенность в том, что данные  не изменялись (в противном случае они просто будут утерянными). Раскодирование файла производится при помощи ПО SetMaker. После раскодирования он превращается в файл в формате .CSV

Обработка данных на ПК может производиться любым удобным для пользователя способом.

Первый способ предполагает использование широко распространенного средства обработки данных - стандартные средства MS Office. Например, с помощью MS Excel можно формировать и печатать таблицы, графики, диаграммы практически в любом необходимом виде, а также математически обрабатывать данные, в том числе и статистическими методами.

Второй способ является развитием первого и требует создания специальных утилит средствами MS Excel или Access, упрощающих процедуру формирования отчетов. Такие утилиты могут учитывать все требования пользователя по обработке данных. В отличие от первого способа, здесь возможно создание шаблонов графиков, таблиц, отчетов, которые будут формироваться автоматически по простым командам пользователя. Это особенно удобно, когда требуется многократно использовать стандартизированные формы отчетности и анализа.

Наконец, третий способ подразумевает интеграцию данных в SCADA-системы, которые могут получать данные из файлов CSV. Например, SCADA/HMI DataRate (фирмы КРУГ) имеет для этих целей CSV-коннектор.

При загрузке данных в DataRate посредством встроенного CSV-коннектора, пользователь может развернуть архив данных за все время, за смену или выбранный интервал времени. После чего, распечатать отчеты, допустим  для сдачи – приемки смен, формирования паспорта изделия или организации отчетности и т.п. Данные хранятся на компьютере в структурированной базе и в любой момент могут быть использованы не только для просмотра, но и для проведения статистических расчётов. Специальные сервисные функции и единый способ доступа позволяют получить данные любого временного участка тренда. Это даёт возможность разрабатывать типовые алгоритмы их обработки.

Богатые функциональные возможности и дружественный интерфейс модуля отчетов дают возможность легко и быстро создавать шаблоны отчетов любой структуры и сложности, осуществлять по запросу или расписанию печать отчетов.

Разграничение доступа к отдельным компонентам и функциям системы используется для задания необходимых полномочий и ответственности пользователей.

Итак,  простое и дешевое устройство – Накопитель-архиватор DataBox – дает  в руки специалистам удобный инструмент построения определенного класса систем сбора и архивирования данных. Задача специалиста – применять его там, где это применение будет наиболее адекватным по отношению к решаемым задачам и оптимальным по функциям и цене. Надеемся, что данная статья облегчает такой выбор.