Комплекс программ «ЗОНД»

“Зонд” – комплекс программ для решения задач сбора и обработки технологических данных и диспетчерского контроля, SCADA (supervisory control and data acquisition) система.

Комплекс программ “Зонд” – отечественная система. Разработка ведется с 1989 г коллективом авторов-работников инженерных предприятий ОАО Газпром, на сегодня – ООО Фирма “Газприборавтоматика”.

Комплекс применяется на объектах транспорта газа, энергетики, коммунального хозяйства. Является специальным программным обеспечением системы телемеханики “Магистраль-2”. Применяется для решения задач диспетчерского контроля (сбор технологических данных и управление объектами), в системах АСУТП предприятия, в системах телемеханики и цеховой автоматики, в системах автоматического управления ГРС. Комплекс работает под управлением операционных систем DOS и Microsoft Windows.

История разработки

Первые рабочие решения программного исполнения базовых принципов автоматизации были воплощены в 1989 г. для рабочих мест оператора на базе СМ ЭВМ и внедрены на Оренбургском газоперерабатывающем заводе. С распространением персональных компьютеров комплекс был перенесен на платформу IBM PC с операционной системой MS-DOS.

Изначально комплекс разрабатывался для решения задач диспетчерского контроля. В период 1990-1998 гг разработка велась в тесном взаимодействии с отделами автоматизации и диспетчерскими службами газотранспортных предприятий “Белтрансгаз”, “Мострансгаз”, “Лентрансгаз”, “Кавказтрансгаз”, в результате чего комплекс стал штатным программным обеспечением на диспетчерских пунктах этих предприятий, поддерживая необходимый уровень управляемости объектами трассы, где в то время активно применялись системы линейной телемеханики “Магистраль-1”, “Импульс” (программный модуль Зонд440).

В эти же годы комплекс начал применяться для контроля с диспетчерских пунктов цеховой автоматики с использованием в качестве устройств связи с объектом промышленных контроллеров «Ремиконт», «Ломиконт», «Микродат», «Эмикон», “Орион”, “Марк”, CCC серий 3, 4 и измерительные преобразователи «Ш-711» на предприятиях “Мострансгаз”, “Самаратрансгаз”, “Волгоградтрансгаз”.

Кроме представления данных на диспетчерских пунктах решалась задача отображения технологических данных, собранных на файловом уровне, в сети предприятия с организацией рабочих мест главного инженера и руководителей служб (программный модуль Exec440).

В 1998 г в результате кооперации коллективов разработчиков комплекс был доработан для использования в качестве специального программного обеспечения системы телемеханики “Магистраль-2”. В частности, появился модуль для встраиваемых решений (программа «МикроЗонд») и конфигуратор технологических баз данных распределённых систем (программа «Конфигуратор»). Первые значимые объекты, где система была сдана в эксплуатацию – экспортные газопроводы “Ямал-Европа” (1999 г) и “Голубой поток” (Россия-Турция, 2003 г).

В 2002 г в ответ на возрастающие требования к системам автоматизации был разработан исполнимый модуль Зонд2000 (изначально с функцией OPC сервера), а с освоением векторной графики в 2006 г. – Зонд2006.

С 2003 г. многообразие задач в области автоматизации транспорта газа привело к разработке интерфейсов с классами устройств: учета газа (Суперфлоу 2Е, Суперфлоу 2ЕТ, Суперфлоу 21В, Суперфлоу 23, EK-260, EK-270, TC-215, TC-220, FloBoss, GVC-2010, Гиперфлоу-3ПМ, Гиперфлоу-УС, Sevc-D), универсальными и специализированными программируемыми контроллерами, использующими реализации протокола Мodbus (EuroPEP, GE Fanuc, Simatic, Yokogawa, Motorola), контроллерами одоризаторов (Флоутек, БО-М, БОЭ, БУ-102, БУО), подогревателей (БУПГ, ПГ), реклоузеров (Сириус, АПС, PBA-Tel), клапанов-регуляторов (Auma, Rotork, ДКД), станций катодной защиты (Пульсар, НГК-ЭХЗ, М-306), счетчиками электроэнергии (СЭТ, Меркурий, Энергомера, ЕuroAlpha), источниками бесперебойного питания (APC, Eaton, Ирбис) и других.

Необходимость интеграции в АСУТП предприятий уровня трансгаза привела к появлению опыта стыков комплекса с системами сбора данных WinCC, Gamos, Intouch, RTAP, Iconics, Industrial SQL Server по протоколу OPC.

В связи с развитием автономных контролируемых пунктов телемеханики в Конфигуратор распределенных систем к 2008 г. была добавлена возможность подготовки конфигурации малопотребляющих контролируемых пунктов, а в исполнимые модули — поддержка протоколов на базе GSM.

С переходом коллектива разработчиков в ООО Фирма “Газприборавтоматика” к 2009 г. было налажено производство САУ ГРС на базе оборудования “Магистраль-2”. Алгоритмы САУ реализуются на технологическом языке модуля Вычислитель внутри исполнимого модуля комплекса Зонд.

В настоящее время комплекс программ Зонд эксплуатируется на предприятиях ООО “Газпром трансгаз Уфа”, ООО “Газпром трансгаз Санкт-Петербург”, ООО “Газпром трансгаз Москва”, ООО “Газпром трансгаз Ухта”, ООО “Газпром трансгаз Югорск”, ООО “Газпром трансгаз Самара”, ООО “Газпром трансгаз Ставрополь”, ООО “Газпром трансгаз Волгоград”, ООО “Газпром трансгаз Саратов”, ООО “Газпром трансгаз Екатеринбург”, ООО “Газпром трансгаз Краснодар”, ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород», ОАО “Газпром трансгаз Беларусь”.

Область применения

В настоящее время комплекс программ “Зонд” используется в качестве:

  • Системы диспетчерского управления (пункт управления диспетчера линейно-производственного управления);
  • Базового программного обеспечения системы телемеханики «Магистраль-2»;
  • Программной платформы для создания САУ ГРС, УЗРГ на базе комплекса «Магистраль-2»;
  • Программного обеспечения для создания панелей оператора;
  • Системы отображения технологических данных в сети предприятия;
  • Программного модуля согласования протоколов при реализации стыков для передачи технологических данных между системами различных уровней (цех — подразделение — предприятие – головное предприятие (центральный офис));
  • Программного модуля интеграции устаревших систем телемеханики «Магистраль-1М» и «Импульс».

Принципы разработки

Комплекс программ “Зонд” имеет следующие особенности и принципы разработки:

  • Обеспечение максимальной надежности программного обеспечения: использование аппаратных и программных технологий мониторинга и защиты от зависаний и сбоев; полное владение исходным кодом (отказ от использования в разработках сторонних библиотек, исходные тексты которых недоступны); минимальное число рабочих модулей для обеспечения относительной простоты их синхронизации и обновления;
  • Богатый опыт разработки алгоритмов и элементов интерфейса человек-машина (ИЧМ) в сотрудничестве со специалистами предприятий газотранспортной отрасли;
  • Стабильный формат внутреннего представления данных; поставка в составе ПО всех инструментов сопровождения системы, что позволяет заказчику самостоятельно развивать систему и внедрять новые возможности, переходить на новые версии ПО с исправлениями ошибок;
  • Оптимальный набор методов для эффективного решения традиционных SCADA задач; развитая и оптимизированная поддержка устаревших отечественных систем телемеханики «Магистраль-1М» и «Импульс»; развитие системы телемеханики «Магистраль-2»;
  • Ответственность коллектива разработчиков (часто являющихся исполнителями проекта) за конечный результат (внедрение системы и последующую эксплуатацию); возможность консультаций с разработчиками по выбору методов решения задач автоматизации с применением ПО «Зонд»; возможность обсуждения реализации новых возможностей, исправления выявленных ошибок; возможность заключения договоров на пуско-наладку, параметризацию и сопровождение систем указанных типов;
  • Отсутствие явной привязки цены комплекса к числу элементов обработки технологических данных;
  • Ведение официальных версий сборки, журналов отчетности об изменениях (whatsnew) и ошибках (knownbugs) с привязкой к версии сборки.

Структура комплекса

Функционально программные средства комплекса можно отнести к трем категориям:

  • Выполнимые (SCADA) модули – решают традиционный набор SCADA задач: содержат БД реального времени c возможностью run-time редактирования; поддерживают отображение информации в форме фрагментов мнемосхем, графиков архивированных данных, историю, элементы ИЧМ; обеспечивают работу задач сбора и экспорта данных, алгоритмов пользователя, подсистемы формирования отчетов. Имеют исполнение для различных платформ;
  • Модули параметризации (формирования конфигурации) многомашинных программных комплексов – позволяют создать распределенную систему с множеством информационных связей. Модули взаимодействуют в составе системы разработки, интегрирующее приложение которой – Конфигуратор;
  • Модуль отображения данных в сети предприятия Exec2000, ИЧМ которого идентичен с ИЧМ SCADA-модулей. Технологическая информация передается модулю в виде файлов, формируемых SCADA-модулями.
Структура комплекса программ "Зонд"Структура комплекса программ «Зонд»

 

Структура SCADA-модулей

SCADA-модули имеют общую алгоритмику прикладного программного слоя, идентичность выполнения которой обеспечивается единым исходным текстом программ (независимо от платформы). Прикладной слой взаимодействует с программным интерфейсом многозадачного ядра собственной разработки. Для модулей платформы DOS ядро обеспечивает многозадачную среду и взаимодействие с устройствами и драйверами ввода-вывода. Для модулей платформы WINDOWS ядро взаимодействует с ядром операционной системы Windows API (Application Programming Interface).

Модуль Платформа Функциональные возможности ИЧМ
Микрозонд DOS Встраиваемое ПО. Работа с экраном не подразумевается или возможно применение алфавитно-цифровых ЖКИ индикаторов и плёночной клавиатуры
Зонд-панель DOS ИЧМ DOS, текстовый режим (графический при отображении графиков), псевдографические фрагменты, клавиатура пленочная или стандартная, отсутствует часть инструментальных экранных форм в сравнении с Зонд2006
Зонд2006 WINDOWS ИЧМ WINDOWS, векторные или псевдографические фрагменты (режим совместимости с DOS), табличные формы, меню, диалоги управления и ввода данных
Структура задач SCADA-модулей семейства «Зонд»Структура задач SCADA-модулей семейства «Зонд»

Основные характеристики

Характеристики базы данных (БД)

  • База данных ОЗУ-резидента. Максимальное число параметров в БД – 56160;
  • Типы параметров БД: Дискретный (значение кодируется одним или двумя битами), Дискретный многопозиционный (значение кодируется тремя битами), Дискретный восьмибитный, Аналоговый, Счётчик импульсов, Счётчик времени, Таймер, Дата-время и др.;
  • Представление данных в БД – 12 разрядный код АЦП и вещественное значение двойной точности (double – IEEE 754);
  • Каждый параметр БП привязан к источнику данных — задаче УСО, вычисляется или его значение вводится операторам;
  • Данные и свойства параметра могут передаваться задачи экспорта данных;
  • Параметр может быть управляемый.

Задачи сбора данных (УСО)

Задачи сбора данных реализуют протоколы обмена и работают через каналы ввода-вывода. Каналы ввода-вывода – это сетевые или последовательные интерфейсы.

  • Максимальное количество каналов ввода-вывода – 32 (не считая сессий протоколов OPC и TFTP);
  • Задачи сбора работают параллельно. Максимальное количество одновременно работающих задач одного УСО зависит от типа УСО, обычно это 4, 8 или 16;
  • Задачи УСО реализуют алгоритм сбора данных, непрерывный циклический опрос, опрос по расписанию или по изменениям. Алгоритмы сбора данных зависит от типа УСО;
  • Набор задач УСО (протоколов обмена) и количество одновременно работающих задач каждого протокола определяется в конфигурации аппаратного ключ и является объектом лицензирования ПО;

Задачи экспорта данных

Задачи экспорта данных реализуют протоколы обмена и, как правило, отвечают на запросы, полученные через каналы ввода-вывода. В качестве каналов ввода-вывода могут выступать сетевые или последовательные интерфейсы.

  • Задачи экспорта данных работают параллельно. Максимальное количество одновременно работающих задач зависит от типа экспортёра данных, обычно это 8;
  • Число клиентов подключённых клиентов к OPC-серверу ограничено вычислительными ресурсами компьютера;
  • Число клиентов обменивающихся с Zond TFTP сервером ограничено вычислительными ресурсами компьютера;
  • Доступный пользователю набор задач и количество экземпляров каждой задачи, которые могут быть запущены одновременно, определяются в конфигурации аппаратного ключа и являются объектом лицензирования ПО;
  • Доступный пользователю набор задач и количество экземпляров каждой задачи, которые могут быть запущены одновременно, определяются в конфигурации аппаратного ключа и являются объектом лицензирования ПО.

Значения параметров БД и их свойства отображаются в адресное пространство задач экспорта данных. Данные от одного параметра БД могут быть параллельно экспортированы через разные задачи.

Протокол событий

Протокол событий в комплексе «Зонд» реализован как файл — кольцевой буфер. Максимальный объем буфера 20 тысяч записей. Посуточно из архива производятся выгрузки данных за прошедшие сутки в отдельные дисковые файлы.

Архивы

SCADA-модуль комплекса программ «Зонд» ведёт два типа архивов: архивы мгновенных значений и архив средних значений параметров. Глубина архива мгновенных значений и список параметров БД задаётся на этапе параметризации. В архиве средних значений содержит значения за час, сутки и за месяц. Состав архива средних также определяется при параметризации.

Алгоритмы пользователя

В Комплексе «Зонд» реализован язык программирования, который позволяет пользователю создавать технологические программы. Программы могут оперировать данными БД, формировать управляющие воздействия на исполнительные механизмы и промежуточные контроллеры, инициировать формирование отчётов и др. Программы, написанные на встроенном языке программирования, используются при создании САУ ГРС и САУ УЗРГ, для написания расчётных задач.

Средства разработки АСУ ТП

При разработке АСУ ТП с применением комплекса «Зонд» используются два основных инструмента, программа «Конфигуратор» и «Виза2007».

«Конфигуратор» – интегрированная среда для разработки проекта конфигурации. Программа позволяет:

  • Создавать и редактировать базы данных узлов АСУ ТП;
  • Описывать состав параметров БД;
  • Осуществлять привязку параметров к задачам сбора данных;
  • Настраивать параметры работы задач сбора данных;
  • Привязывать параметры БД к задачам экспорта данных;
  • Настраивать параметры работы задач экспорта данных;
  • Описывать связи между БД в узлах АСУ ТП;
  • Параметрировать архивы;
  • Манипулировать экранными формами;
  • Работать с исходными текстами алгоритмов пользователя.

Программа обеспечивает автоматизированное построение БД вышестоящих в иерархии АСУ ТП узлов по нижестоящим БД, генерацию адресного пространства задач обмена, проверку корректности введённых данных, компиляцию текстов алгоритмов пользователя.

Программа «Виза2007» — предназначена для создания экранных форм. Экранные формы (фрагменты мнемосхем) реализованы как 2-х мерные векторные изображения.

Перспективы

Нами начата работа над версией комплекса с рабочим названием «Зонд2015». Основные направления разработки:

  • Портирование SCADA-модулей комплекса на ОС Linux;
  • Расширение возможностей «встраиваемых» версий SCADA-модулей;
  • Переход к «стандартным» форматам хранения БД;
  • Включение в состав комплекса специализированного Web-сервера.