Дипломная работа: Потоковая визуализация данных в системе автоматизации производств SEDMAX

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

1.1 Исследование промышленного интернета вещей

1.2 Аналитический обзор существующих систем автоматизации

1.3 SEDMAX - решение для промышленного интернета вещей

1.4 Постановка задачи ВКР

2. РАЗРАБОТКА РЕШЕНИЙ ДЛЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

2.1 Описание используемой системы

2.2 Разработка структуры системы

2.3 Определение технологий для разработки

2.4 Разработка алгоритмов

2.5 Разработка программных модулей

3. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Тестирование

3.2 Внедрение

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ ПО РАБОТЕ С СИСТЕМОЙ

4.1 Виджеты

4.2 Паспорт и диспетчерские метки на мнемосхемах

4.3 Редактор наборов

4.4 Анализ полноты данных

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

За последний век технический прогресс шагнул далеко вперёд. Человечество создает новые технологий и средства, которые помогают ему и облегчают его повседневную жизнь. Все активнее в производство внедряется процесс автоматизации, что в свою очередь уменьшает участие людей в производственных циклах, что ведет к повышению производительности труда.

В настоящее время человечество стоит на пороге четвертой промышленной революции, которая ознаменует новую эпоху, в которой технологии объединяют виртуальный мир с физическим.

В широком смысле, это характеризует текущий тренд развития автоматизации и обмена данными, который включает в себя киберфизические системы, Интернет Вещей и облачные вычисления. Зарождается новый уровень организации производства и управления технологическими циклами на протяжении всего жизненного цикла выпускаемой продукции.

Все вышесказанное подчеркивает актуальность данной темы и обуславливает создание универсальных программных комплексов для автоматизации и диспетчеризации производств разного масштаба, которым могут позволить человеку управлять отдельными технологическими процессами или целым предприятием с помощью единого центра управления.

Целью данной выпускной квалификационной работы является реализация потоковой визуализации данных в системе автоматизации SEDMAX.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

В условиях современного производства, промышленный интернет вещей - это именно то, что может позволить человеку управлять любым технологическим процессом с помощью своего смартфона или компьютера. Поэтому внедрение данной технологии в производство - это один из лучших и эффективных путей к автоматизации и оптимизации.

При обработке огромного массива неструктурированных данных их фильтрация и адекватная интерпретация является приоритетной задачей для предприятий. В данном контексте особую значимость приобретает корректное представление информации в понятном пользователю виде, для чего сегодня на рынке представлены передовые аналитические платформы, предназначенные для сбора, хранения и анализа данных о технологических процессах и событиях в реальном времени.

1.1 Исследование промышленного интернета вещей

Промышленный интернет вещей (Industrial Internet of Things) - это сложная многоуровневая структура, включающая в себя датчики, устройства, регуляторы, средства передачи и обработки собираемых данных и их визуализации, мощные инструменты аналитики данных и наиболее удобная и эргономичная интерпретация данных в пользовательском интерфейсе.

Ключевая задача IIOT - автоматизация, оптимизация, сокращение материальных и временных затрат, постоянный и безошибочный сбор информации.

Основной принцип технологии заключается в следующем: первоначально устанавливаются датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и человеко-машинные интерфейсы на ключевые части оборудования, после чего осуществляется сбор информации, которая впоследствии позволяет приобрести объективные и точные данные о состоянии предприятия.

Структура технологии от уровня «железа» до клиентского уровня представлена на рисунке 1

Рисунок 1.1 - Технологический цикл Industrial Internet of Things

Уровень 1 - уровень датчиков и контроллеров.

Уровень 2 - сервис сборщик - устанавливает связь с уровнем 1 с помощью сетевых протоколов транспортного уровня (например, TCP, ModBus, UDP, МЭК104 и т.д.), преобразует сообщения от счетчиков к нужному виду и отправляет их в брокер сообщений.

Уровень 3 - брокер сообщений - выступает в роли посредника между различными сервисами (веб-приложениями). Они существенно снижают нагрузку и сокращают время доставки сообщений, поскольку задачи, на обработку которых уходит некоторое время, распределяются между рабочими процессами.

Брокер отдает данные в микросервисную архитектуру: сервисы на уровне 4 и 7 служат для связи с базами данных, уровень 5 - для непосредственной потоковой обработки данных и их преобразования к требуемому виду. Так же необходим сервис для кеширования данных.

На самом верхнем уровне находится клиентское приложение, которое через специальный интерфейс (API) позволяет связаться с системой.

Основные проблемы данной технологии заключаются в том, что:

1) Нужно связывать огромное количество устройств и сервисов между собой и обрабатываю огромное количество данных.

2) Часто приходится иметь дело с временными метками

3) Нужно предоставлять пользователю актуальные данные в реальном времени

4) Нельзя терять данные

Поэтому работать с интернетом вещей стоит очень осторожно, нужно выбирать правильные инструменты. Главными аспектами выбора должны стать скорость работы с большими объемами данных, эффективность и многозадачность. Отлично подходит язык Go.

Так как приходится работать с временными рядами, то лучше использовать специализированные базы данных. Лучше всего подойдут NoSQL базы, например, InfluxDB и MongoDB.

Так как технология очень перспективная, крупнейшие компании давно начали ее прорабатывать. Готовые решения есть у Amazon, Microsoft, IBM и Google.

Таким образом, одним из эффективных способов к автоматизации производства является Industrial Internet of Things.

1.2 Аналитический обзор существующих систем автоматизации

Из существующих сейчас средств автоматизации (АСУ ТП, АСКУЭ) можно выделить ОИК Диспетчер, Энергосфера, Пульсар, Матрикс, СК-2007, функционал которых различен, но наиболее приближен к разрабатываемой системе.

При этом Энергосфера и Пульсар обеспечивают гораздо больший функционал, нежели Матрикс и СК-2007, поэтому сравнивать будем по функциональным группам.

Рассмотрим каждое из них и приведем сравнительную таблицу.

АРМ Энергосфера

Программа АРМ Энергосфера предназначена для представления пользователям системы информации о параметрах объекта учета в виде мнемосхем, таблиц, графиков, журналов событий.

В программе АРМ Энергосфера реализованы следующие возможности:

- работа с тарифными счетчиками - представление информации о показаниях и расходе электроэнергии по тарифам с помощью специально разработанных шаблонов графиков и отчетов;

- просмотр журналов счетчиков -отображение событий счетчика или набора счетчиков, согласно заданным критериям;

- оперативный контроль данных представлен интерфейсом окна конфигурирования условий проверки событий, улучшено представление текущих и архивных событий;

- возможность работать с мнемосхемами низкого уровня

Пульсар

Программный комплекс «Пульсар» предназначен для работы на верхнем уровне измерительной автоматизированной системы контроля и учета энергоресурсов "Пульсар" и обеспечивает сбор показаний с различных типов счетчиков энергоресурсов (воды, тепла, газа, электроэнергии), ведения архивов потребления ресурсов, формирования отчетов различного вида, а также технологического, контроля параметров энергосбережения и мониторинга нештатных ситуаций. Подходит для автоматизированного учета больших управляющих компаний, поставщиков ресурсов

ОИК Диспетчер

«ОИК Диспетчер НТ» (альтернативное название ARIS SCADA) -- это программный комплекс, предназначенный для создания информационно-управляющих (SCADA) систем для автоматизации технологического процесса передачи и распределения электрической энергии. Применяется на предприятиях электрических сетей, в районах предприятий электрических сетей, на крупных энергообъектах с круглосуточно работающим оперативным обслуживающим персоналом.

Комплекс опрашивает устройства телемеханики, сохраняет собранную информацию в базе данных, позволяет диспетчерам просматривать на экранах рабочих станций оперативные схемы с реальными значениями телесигналов и телеизмерений, производить телеуправление. Пользователи комплекса могут создавать, редактировать и удалять мнемосхемы, бланки переключений, оперативные журналы, текстовые документы.

СК-2007

Оперативно-информационный комплекс СК-2007 - это высокопроизводительная масштабируемая система SCADA, поставляющаяся с набором приложений для различных применений. Комплекс используется в качестве основы для построения систем оперативного и технологического управления в ситуационных центрах и центрах управления в энергетике.

СК-2007 является универсальной многофункциональной системой для построения автоматизированных систем коммерческой и технологической диспетчеризации в генерирующих компаниях.

Результаты сравнения по наиболее важным показателям для производства представлены в таблице 1.1 и таблице 1.2. Данные получены из открытых источников.

Таблица 1.1 - Результат сравнения приложений меньшей функциональности

Таблица 1.2 - Результат сравнения приложений большей функциональности

Так же стоит отметить, что СК-2007, ОИК Диспетчер и Энергосфера используют MS SQL (платная) и Windows (платная).

Пульсар использует PostgreSQL (бесплатная) и Windows (платная).

В тоже время SEDMAX использует нереляционные гибкие СУБД InfluxDB и MongoDB (бесплатные), а располагаться может не только на Windows, но и на Linux.

На основе данного анализа было выявлено что система автоматизации SEDMAX имеет ряд сильных преимуществ, по сравнению с аналогами.

1.3 SEDMAX - решение для промышленного интернета вещей

SEDMAX - это универсальная промышленная информационно-аналитическая платформа, которая подходит для создания локальных или единых систем автоматизации и диспетчеризации на предприятиях (как система для IIOT), где уже накопилось много разных систем автоматизации, IT-оборудования, приборов полевого уровня и т. д. Это система, которая объединяет в себе следующие термины: АСУ ТП, АСКУЭ, Scada-системы.