Жилищно-коммунальное хозяйство одна из самых социально значимых сфер для применения технологий автоматизации. В области назрел целый ряд проблем, которые привели к подписанию федерального закона о создании государственной информационной системы жилищно-коммунального хозяйства. В данной статье речь пойдет о возможности применения технологий Tibbo в подобных проектах.
Ниже отражены лишь некоторые проблемы сферы ЖКХ:
Это и многое другое подталкивает к созданию систем диспетчеризации и управления в обасти ЖКХ.
В некоторых регионах РФ уже функционируют автоматизированные системы. Однако, отсутствие законодательной базы не обязывает игроков использовать предложенные средства. Более того, различие в методологиях сбора и обработки информации этих систем, затрудняет масштабирование решения до межрегионального уровня. А это не позволяет ответственным федеральным органам рассмотреть проблематику сегмента ЖКХ комплексно.
В результате назревшие проблемы привели к подписанию федерального закона от 21.07.2014 № 209-ФЗ «О государственной информационной системе жилищно-коммунального хозяйства» (ГИС ЖКХ). С точки зрения потребителей принятие данного закона вносит удобство и «прозрачность» в процессы предоставления коммунальных услуг. Через личный кабинет пользователь сможет не только увидеть расходы ресурсов и оплатить их удобным для себя способом, но и оставить жалобу в режиме онлайн (например, если в квитанции есть позиция по уборке, но в реальности ее не было). Для актуализации данных и пресечения нарушений в системе предусмотрен механизм сверки показаний: потребители передают показания приборов учета (например, расход воды), контролирующий орган сравнивает сумму показаний индивидуальных приборов со значениями расхода обще-домовых счетчиков. Различие этих показателей является основанием для запуска процесса по выявлению нарушений. Согласно закону, с 1 января 2017 потребитель не обязан оплачивать квитанции выставленные вне ГИС ЖКХ или квитанции, показания которых отличаются от электронной копии. Доступ к системе будет предоставляться в рамках единого портала государственных услуг.
В разрезе системы ГИС ЖКХ мы можем подробнее рассмотреть подсистему сбора показаний приборов учета. Эта подсистема представляет из себя классическую задачу по диспетчеризации ЖКХ, которую можно разбить на несколько уровней:
1. Нижний уровень. Контрольно-измерительная аппаратура, устройства автоматизированного управления. На данном уровне происходит выбор счетчиков, вычислителей, ПЛК, определяется по каким протоколам устройства будут передавать информацию.
2. Коммуникации. Выбор технологий и средств по организации основных и дублирующих каналов связи. Здесь же определяются устройства согласования (шлюзы) протоколов и интерфейсов.
3. Диспетчеризация. Выбор прикладного ПО, осуществляющий сбор и обработку данных.
4. Интеграция. Обеспечение связи с другими подсистемами и системами верхнего уровня.
В общем случае, интегратор может выбрать любое решение для создания такой системы. Однако, в рамках ГИС ЖКХ появляются дополнительные требования, которые и определяют подход к диспетчеризации. Например, пункт 14 технологических требований ГИС ЖКХ определяет, что в системе должны быть заложены механизмы по возможному расширению функциональных возможностей. Пункт 6 этого же документа гласит:
«6. Система должна функционировать в непрерывном режиме. Оператор обеспечивает:
а) бесперебойную круглосуточную работу системы 7 дней в неделю, 365/366 дней в году;
б) быстрое (не более одного часа) восстановление работоспособности системы и ее частей в случае отказа их работы;
в) постоянное проведение мониторинга событий и текущего состояния системы и ее частей, позволяющего непрерывно отслеживать доступность программно-аппаратного комплекса системы и текущее состояние использования оборудования, а также незамедлительно формировать уведомления оператору системы об отказе работы системы и ее частей;
г) контроль и анализ текущей производительности и других параметров работы системы и ее частей, своевременное выявление угроз, ограничивающих ее производительность и устойчивость...»
При этом многие объекты уже имеют налаженную автоматику. А интеграторам ставят задачу обеспечить взаимодействие с ГИС ЖКХ, при этом существующая схема не должна нарушать свою работу.
Учитывая вышесказанное, появляются очевидные проблемы в создании универсальной диспетчерской системы для ее внедрения в рамках ГИС ЖКХ:
С помощью технологий Tibbo можно решить большинство возникающих проблем. Рассмотрим кратко возможности наших решений.
Классическая ситуация на объекте — это удаленный сбор показаний приборов учета. При этом приборы обычно используют последовательные интерфейсы RS232, RS485. Для решения подобной задачи мы предлагаем использование простого преобразователя интерфейсов DS1100. Конвертер может работать как в режиме сервера, так и в режиме клиента. Контролируемая скорость передачи данных, установка битовых таймингов, выбор протоколов TCP/UDP и другие гибкие параметры позволяют прозрачно передавать потоки информации вне зависимости от используемых протоколов. В данном случае расшифровка протокола осуществляется на сервере. DS1100 способен передавать данные как по локальной сети, так и через интернет.
Часто на объекте уже установлена система мониторинга. Например, к тепловычислителю подключен GPRS модем для удаленной передачи данных. Интегратору требуется организовать новый канал связи для интеграции системы с ГИС ЖКХ. В этом случае рекомендуется использование многопортового преобразователя DS1101. Преобразователь, получив данные с прибора учета, дублирует передачу и на второй последовательный порт (GPRS модем), и на линию Ethernet. При необходимости можно задать иной сценарий работы: постоянно передавать данные по одному из каналов, но при появлении запроса на приоритетном (например, GPRS) ориентировать поток информации на него.
В случае первичной автоматизации объекта с помощью преобразователей DS1101 или DS1102 формируется канал передачи данных по Ethernet с возможностью создания резервной линии связи (GRPS, радиоканал, Wi-Fi и т.д.). На практике на основе устройств Tibbo можно создать практически любой сценарий по организации коммуникационных узлов.
Все предыдущие случаи можно также реализовать на аппаратной платформе Tibbo Project System. Модульность системы TPS позволяет заложить в систему возможность аппаратного расширения функционала. Например, если в будущем потребуется производить мониторинг сухих контактов, это реализуется путем установки на плату соответствующих тиббитов (модулей ввода/вывода) и небольшого изменения прошивки. Устройство даже не придется снимать с объекта: все манипуляции осуществляются в месте установки, а процедура перепрошивки реализуется удаленно. Здесь можно посмотреть подробнее, что представляет из себя система TPS.
В любом из вышеперечисленных случаев мы предполагаем, что весь информационный поток существует «вне протоколов», т.е. реализована прямая побитовая передача данных. Такой метод не всегда применим. Например, для уменьшения трафика через GSM модуль, можно «разобрать» ModBus протокол от тепловычислителя (или другого прибора) и передавать на сервер только полезную информацию. Такую задачу можно выполнить на любом модуле Tibbo. Свободное программирование позволяет реализовать локальный сервер сбора данных: опрос приборов учета по нативному протоколу, кэширование данных при отсутствии связи, передача показаний на сервер. Частным случаем такого решения является аппаратный шлюз протоколов, такого как ModBusRTU/ModBusTCP. Таким образом, устройства Tibbo позволяют не только реализовать каналы связи, но и устраняют проблему «совместимости» различных приборов учета и внешней системы.
Кроме того, программирование модулей Tibbo позволяет создавать локальную логику системы, придавая ей больше интеллектуальности: мониторинг обрыва линий связи, валидность получаемых значений, кэширование данных, эскалация тревог и событий по заданным сценариям, выработка управляющих воздействий и многое другое. Устройства связи превращаются в полноценные ПЛК.
При возникновении проблем запрос от пользователей может поступать со значительной задержкой (до нескольких суток). В результате не всегда удается разобраться в причинах возникновения нестандартных ситуаций, т.к. отсутствуют журнальные данные: какие параметры системы были установлены в момент возникновения проблемы, какие команды шли от приборов учета, какой запрос прислал сервер и т.д. Ведение полного лога событий позволит разобраться в проблеме даже спустя существенное время.
При использовании технологий Tibbo предлагается использовать журналирование данных при помощи внешней системы мониторинга AggreGate. Устройства Tibbo передают на сервер собственное состояние и все параметры подключенных приборов. AggreGate записывает эти данные на сервере, предоставляя удобный доступ к ним через десктоп клиент или веб-интерфейс. Время хранения истории, архивация, тип базы данных, период опроса и прочие параметры гибко настраиваются. В случае обрыва связи модули способны локально кэшировать статусную информацию и передавать ее на сервер в момент восстановления линии связи.
При диспетчеризации на сервере устанавливается специализированное ПО, которое собирает информацию с локальных устройств, обрабатывает ее и выдает обобщенные данные оператору или другим системам. В ряде случаев для этих целей используются SCADA системы, которые зачастую имеют избыточный, невостребованный функционал, а полезные для сегмента ЖКХ функции могут отсутствовать. Решение от Tibbo основано на SCADA системе, но модифицировано специально для использования в секторе ЖКХ — это AggreGate Meter Reading.
AggreGate Meter Reading имеет все необходимые средства для организации удобной работы диспетчера, а также для интеграции с другими подсистемами. Например, не все классические SCADA умеют работать с трендами или имеют средства создания отчетов. В AggreGate это реализовано на низком уровне платформы. Связка AggreGate + устройства Tibbo дают гибкий программно-аппаратный комплекс по автоматизации ЖКХ: диагностика оборудования, раннее обнаружение проблем, эскалация тревог и событий, оповещение ответственного персонала, журналирование системных данных, гибкая работа с измеряемыми величинами (история, аггрегирование, статистика, тренды, сложные вычисления, графики, отчеты и т.д.). Открытые API функции, техническая поддержка от разработчиков и грамотная документация позволяют интегрировать AggreGate в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Некоторые преимущества AggreGate:
Используя технологии Tibbo мы получаем полный и гармоничный аппаратно-программный комплекс, представленный одним целым. Такой подход позволяет мгновенно фиксировать внештатные ситуации и оперативно реагировать на нарушение работоспособности узлов системы. Благодаря этому достигается выполнение условий требования к ГИС ЖКХ: «быстрое (не более одного часа) восстановление работоспособности системы и ее частей в случае отказа их работы». Журналирование статусной информации позволяет анализировать внештатные ситуации, вносить корректировки в работу системы.
Совокупность аппаратной гибкости системы TPS и возможность удаленной перепрошивки устройств (с помощью AggreGate) обеспечивает требования к ГИС ЖКХ о будущем расширении функциональных возможностей. Тиббит с функцией GSM модема позволяет создавать основной или резервный канал коммуникации на основе линий связи сотовых операторов без использования внешних модемов. Таким образом, большинство возникающих задач автоматизации ЖКХ решается на базе технологий одного вендора, что существенно упрощает коммерческие процессы и эксплуатацию системы.
Ниже отражены лишь некоторые проблемы сферы ЖКХ:
- Несоответствие начислений в квитанциях к реально оказанным услугам или потребленным ресурсам;
- Недобросовестное отношение игроков рынка приводит к не оптимальной поставке услуг (например, эффект «перетопа»).
- Затраты на ручной сбор показаний приборов учета обслуживающими компаниями.
- Отсутствие единой информационной базы и непрозрачная схема работы участников бизнес-процессов не позволяют грамотно планировать распределение бюджета, теряется обратная связь с потребителем.
- А без средств мониторинга технического состояния объектов, время реагирования на аварийные ситуации может затягиваться до неприемлемых значений.
Это и многое другое подталкивает к созданию систем диспетчеризации и управления в обасти ЖКХ.
В некоторых регионах РФ уже функционируют автоматизированные системы. Однако, отсутствие законодательной базы не обязывает игроков использовать предложенные средства. Более того, различие в методологиях сбора и обработки информации этих систем, затрудняет масштабирование решения до межрегионального уровня. А это не позволяет ответственным федеральным органам рассмотреть проблематику сегмента ЖКХ комплексно.
В результате назревшие проблемы привели к подписанию федерального закона от 21.07.2014 № 209-ФЗ «О государственной информационной системе жилищно-коммунального хозяйства» (ГИС ЖКХ). С точки зрения потребителей принятие данного закона вносит удобство и «прозрачность» в процессы предоставления коммунальных услуг. Через личный кабинет пользователь сможет не только увидеть расходы ресурсов и оплатить их удобным для себя способом, но и оставить жалобу в режиме онлайн (например, если в квитанции есть позиция по уборке, но в реальности ее не было). Для актуализации данных и пресечения нарушений в системе предусмотрен механизм сверки показаний: потребители передают показания приборов учета (например, расход воды), контролирующий орган сравнивает сумму показаний индивидуальных приборов со значениями расхода обще-домовых счетчиков. Различие этих показателей является основанием для запуска процесса по выявлению нарушений. Согласно закону, с 1 января 2017 потребитель не обязан оплачивать квитанции выставленные вне ГИС ЖКХ или квитанции, показания которых отличаются от электронной копии. Доступ к системе будет предоставляться в рамках единого портала государственных услуг.
Автоматизация ЖКХ
В разрезе системы ГИС ЖКХ мы можем подробнее рассмотреть подсистему сбора показаний приборов учета. Эта подсистема представляет из себя классическую задачу по диспетчеризации ЖКХ, которую можно разбить на несколько уровней:
1. Нижний уровень. Контрольно-измерительная аппаратура, устройства автоматизированного управления. На данном уровне происходит выбор счетчиков, вычислителей, ПЛК, определяется по каким протоколам устройства будут передавать информацию.
2. Коммуникации. Выбор технологий и средств по организации основных и дублирующих каналов связи. Здесь же определяются устройства согласования (шлюзы) протоколов и интерфейсов.
3. Диспетчеризация. Выбор прикладного ПО, осуществляющий сбор и обработку данных.
4. Интеграция. Обеспечение связи с другими подсистемами и системами верхнего уровня.
В общем случае, интегратор может выбрать любое решение для создания такой системы. Однако, в рамках ГИС ЖКХ появляются дополнительные требования, которые и определяют подход к диспетчеризации. Например, пункт 14 технологических требований ГИС ЖКХ определяет, что в системе должны быть заложены механизмы по возможному расширению функциональных возможностей. Пункт 6 этого же документа гласит:
«6. Система должна функционировать в непрерывном режиме. Оператор обеспечивает:
а) бесперебойную круглосуточную работу системы 7 дней в неделю, 365/366 дней в году;
б) быстрое (не более одного часа) восстановление работоспособности системы и ее частей в случае отказа их работы;
в) постоянное проведение мониторинга событий и текущего состояния системы и ее частей, позволяющего непрерывно отслеживать доступность программно-аппаратного комплекса системы и текущее состояние использования оборудования, а также незамедлительно формировать уведомления оператору системы об отказе работы системы и ее частей;
г) контроль и анализ текущей производительности и других параметров работы системы и ее частей, своевременное выявление угроз, ограничивающих ее производительность и устойчивость...»
При этом многие объекты уже имеют налаженную автоматику. А интеграторам ставят задачу обеспечить взаимодействие с ГИС ЖКХ, при этом существующая схема не должна нарушать свою работу.
Учитывая вышесказанное, появляются очевидные проблемы в создании универсальной диспетчерской системы для ее внедрения в рамках ГИС ЖКХ:
- Сбор информации по различным протоколам (зависит от уже установленного измерительного оборудования на объекте).
- Выбор основного канала связи (Ethernet, Wi-Fi, GPRS, радиоканал и т.д.).
- Согласование интерфейсов оборудования с основными каналами связи.
- Создание резервных (дублирующих) каналов связи.
- Организация нового информационного потока, не нарушая предыдущей схемы работы.
- Логгирование служебной информации для последующего разрешения проблемных ситуаций.
- Онлайн мониторинг состояния устройств автоматики.
- Возможность быстрого обнаружения и решения проблемных ситуаций.
- Быстрое наращивание функционала в будущем.
- Гибкая программная платформа, обеспечивающая сбор информации по любому возможному протоколу, настраиваемая логика и т.д.
С помощью технологий Tibbo можно решить большинство возникающих проблем. Рассмотрим кратко возможности наших решений.
Передача показаний приборов через Ethernet (Internet)
Классическая ситуация на объекте — это удаленный сбор показаний приборов учета. При этом приборы обычно используют последовательные интерфейсы RS232, RS485. Для решения подобной задачи мы предлагаем использование простого преобразователя интерфейсов DS1100. Конвертер может работать как в режиме сервера, так и в режиме клиента. Контролируемая скорость передачи данных, установка битовых таймингов, выбор протоколов TCP/UDP и другие гибкие параметры позволяют прозрачно передавать потоки информации вне зависимости от используемых протоколов. В данном случае расшифровка протокола осуществляется на сервере. DS1100 способен передавать данные как по локальной сети, так и через интернет.
Дублирование канала связи
Часто на объекте уже установлена система мониторинга. Например, к тепловычислителю подключен GPRS модем для удаленной передачи данных. Интегратору требуется организовать новый канал связи для интеграции системы с ГИС ЖКХ. В этом случае рекомендуется использование многопортового преобразователя DS1101. Преобразователь, получив данные с прибора учета, дублирует передачу и на второй последовательный порт (GPRS модем), и на линию Ethernet. При необходимости можно задать иной сценарий работы: постоянно передавать данные по одному из каналов, но при появлении запроса на приоритетном (например, GPRS) ориентировать поток информации на него.
В случае первичной автоматизации объекта с помощью преобразователей DS1101 или DS1102 формируется канал передачи данных по Ethernet с возможностью создания резервной линии связи (GRPS, радиоканал, Wi-Fi и т.д.). На практике на основе устройств Tibbo можно создать практически любой сценарий по организации коммуникационных узлов.
Расширение функционала
Все предыдущие случаи можно также реализовать на аппаратной платформе Tibbo Project System. Модульность системы TPS позволяет заложить в систему возможность аппаратного расширения функционала. Например, если в будущем потребуется производить мониторинг сухих контактов, это реализуется путем установки на плату соответствующих тиббитов (модулей ввода/вывода) и небольшого изменения прошивки. Устройство даже не придется снимать с объекта: все манипуляции осуществляются в месте установки, а процедура перепрошивки реализуется удаленно. Здесь можно посмотреть подробнее, что представляет из себя система TPS.
Шлюз протоколов
В любом из вышеперечисленных случаев мы предполагаем, что весь информационный поток существует «вне протоколов», т.е. реализована прямая побитовая передача данных. Такой метод не всегда применим. Например, для уменьшения трафика через GSM модуль, можно «разобрать» ModBus протокол от тепловычислителя (или другого прибора) и передавать на сервер только полезную информацию. Такую задачу можно выполнить на любом модуле Tibbo. Свободное программирование позволяет реализовать локальный сервер сбора данных: опрос приборов учета по нативному протоколу, кэширование данных при отсутствии связи, передача показаний на сервер. Частным случаем такого решения является аппаратный шлюз протоколов, такого как ModBusRTU/ModBusTCP. Таким образом, устройства Tibbo позволяют не только реализовать каналы связи, но и устраняют проблему «совместимости» различных приборов учета и внешней системы.
Кроме того, программирование модулей Tibbo позволяет создавать локальную логику системы, придавая ей больше интеллектуальности: мониторинг обрыва линий связи, валидность получаемых значений, кэширование данных, эскалация тревог и событий по заданным сценариям, выработка управляющих воздействий и многое другое. Устройства связи превращаются в полноценные ПЛК.
Логгирование
При возникновении проблем запрос от пользователей может поступать со значительной задержкой (до нескольких суток). В результате не всегда удается разобраться в причинах возникновения нестандартных ситуаций, т.к. отсутствуют журнальные данные: какие параметры системы были установлены в момент возникновения проблемы, какие команды шли от приборов учета, какой запрос прислал сервер и т.д. Ведение полного лога событий позволит разобраться в проблеме даже спустя существенное время.
При использовании технологий Tibbo предлагается использовать журналирование данных при помощи внешней системы мониторинга AggreGate. Устройства Tibbo передают на сервер собственное состояние и все параметры подключенных приборов. AggreGate записывает эти данные на сервере, предоставляя удобный доступ к ним через десктоп клиент или веб-интерфейс. Время хранения истории, архивация, тип базы данных, период опроса и прочие параметры гибко настраиваются. В случае обрыва связи модули способны локально кэшировать статусную информацию и передавать ее на сервер в момент восстановления линии связи.
Диспетчеризация на AggreGate
При диспетчеризации на сервере устанавливается специализированное ПО, которое собирает информацию с локальных устройств, обрабатывает ее и выдает обобщенные данные оператору или другим системам. В ряде случаев для этих целей используются SCADA системы, которые зачастую имеют избыточный, невостребованный функционал, а полезные для сегмента ЖКХ функции могут отсутствовать. Решение от Tibbo основано на SCADA системе, но модифицировано специально для использования в секторе ЖКХ — это AggreGate Meter Reading.
AggreGate Meter Reading имеет все необходимые средства для организации удобной работы диспетчера, а также для интеграции с другими подсистемами. Например, не все классические SCADA умеют работать с трендами или имеют средства создания отчетов. В AggreGate это реализовано на низком уровне платформы. Связка AggreGate + устройства Tibbo дают гибкий программно-аппаратный комплекс по автоматизации ЖКХ: диагностика оборудования, раннее обнаружение проблем, эскалация тревог и событий, оповещение ответственного персонала, журналирование системных данных, гибкая работа с измеряемыми величинами (история, аггрегирование, статистика, тренды, сложные вычисления, графики, отчеты и т.д.). Открытые API функции, техническая поддержка от разработчиков и грамотная документация позволяют интегрировать AggreGate в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Некоторые преимущества AggreGate:
- Поддержка стандартных протоколов (M-Bus, Modbus, OPC, SNMP и др.).
- Приборы учета и управления с другими протоколами легко интегрируется используя программируемые аппаратные решения Tibbo.
- Показания приборов могут импортироваться из других систем через SOAP. Другим способом «связи» систем является подключение к внешней базе данных SQL.
- Гибкие настраиваемые правила сбора показаний данных и истории хранения.
- Встроенные средства оповещений, отчетности, графиков.
- Прогнозирование на основе корреляций, трендов и тенденций позволяет заранее предупредить операторов если рост потребления собирается пересечь порог Соглашения об уровне обслуживания (SLA).
- Детальный анализ пиковых значений.
- Экспорт показаний в различные форматы.
- API с открытым исходным кодом для интеграции с билинговыми и аналитическими системами и предоставления информации клиентам и поставщикам услуг.
- Возможность работы на основе OEM соглашения.
Используя технологии Tibbo мы получаем полный и гармоничный аппаратно-программный комплекс, представленный одним целым. Такой подход позволяет мгновенно фиксировать внештатные ситуации и оперативно реагировать на нарушение работоспособности узлов системы. Благодаря этому достигается выполнение условий требования к ГИС ЖКХ: «быстрое (не более одного часа) восстановление работоспособности системы и ее частей в случае отказа их работы». Журналирование статусной информации позволяет анализировать внештатные ситуации, вносить корректировки в работу системы.
Совокупность аппаратной гибкости системы TPS и возможность удаленной перепрошивки устройств (с помощью AggreGate) обеспечивает требования к ГИС ЖКХ о будущем расширении функциональных возможностей. Тиббит с функцией GSM модема позволяет создавать основной или резервный канал коммуникации на основе линий связи сотовых операторов без использования внешних модемов. Таким образом, большинство возникающих задач автоматизации ЖКХ решается на базе технологий одного вендора, что существенно упрощает коммерческие процессы и эксплуатацию системы.