Разработка многофункционального программного модуля для сбора измерительной информации с объектов теплоэнергетики

УДК 62-519 Волошин Е.В,

ФГБУН Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток, Россия

РАЗРАБОТКА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ СБОРА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

С ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

Рассмотрены проблемы сбора и обработки измерительной информации и пути их решения в теплоэнергетике. Описаны разработанные программные средства для системы сбора данных с теплосчетчиков, обладающие новыми функциональными возможностями. Представлены варианты практического применения созданных программных средств. Ключевые слова:

система сбора, мониторинг, теплосчетчик.

Введение

Теплоэнергетика как отрасль промышленности имеет важное значение для нашей страны. Объекты теплоэнергетики принято разделять на источники и потребители. Проведение научно-исследовательских работ позволяет получить новые методы и программные средства, нацеленные на повышение эффективности функционирования объектов теплоэнергетики.

На данный момент существует ряд работ по исследованию объектов-потребителей: разработка программных средств по сбору и анализу измерительной информации [1], анализ потребления тепловой энергии объектом [2], оценка регулирования потребления тепловой энергии объектом [3].

Так же проводятся исследования и с объектами-источниками: анализ параметров выработки тепловой энергии [4], разработка программных средств для объектов-источников [5], анализ тепловых режимов объектов источников [6]. Кроме этого, проводятся исследования по анализу достоверности и адекватности значений параметров объектов теплоэнергетики [7, 8, 9].

Для проведения анализа необходимо обеспечить регулярный сбор измерительной информации за продолжительный промежуток времени и представить собранные данные в удобной для анализа форме. По мере эксплуатации, у сбора данных увеличивается нагрузка, при этом изменяется список параметров, вместе с ним и форма для анализа. Поэтому совершенствуются и создаются новые системы мониторинга, сбора данных и информационно-аналитические системы.

Однако по мере возрастания количества и новых типов опрашиваемых приборов, ранее принятые решения по сбору данных перестают давать нужный результат. В данной публикации рассматривается работа измерительного оборудования и описывается разработка программного модуля сбора данных для взаимодействия с ним.

Измерительное оборудование

В условиях современного мира измерительные приборы занимают особое место в теплоэнергетике. В связи с тенденцией взятия под контроль все большего количества технологических процессов, появилась необходимость в использовании измерительного оборудования, способного не только измерять различные виды параметров, но и вычислять на их основе расчетные характеристики, а также вести архивные записи. Представителями данного класса приборов являются теплосчетчики, применение которых подробно описано в [10,11,12]. Задачи, решаемые теплосчетчиком: измерение показаний теплоносителя и расчет количества тепловой энергии. Современные теплосчетчики обладают функциями работы с событиями и архивными данными в отличие от простых измерительных приборов. Например, измерители-регуляторы серии ТРМ или датчики ICP DAS позволяют измерять только текущие параметры. Опишем процесс считывания конфигурационных, текущих и предельных данных. При поступлении запроса на считывание прибор выдает значения параметров на текущий момент. Процесс считывания событий и архивных данных более сложный, так как события и архивные записи формируются за отдельный промежуток времени и должны содержать в себе момент времени их возникновения [13, 14] .

Перед считыванием значений необходимо определиться какой отрезок архива по времени необходимо запросить ( dstart - начало отрезка, <Леп^ -

его конец, при этом dstart ^ dend Далее необходимо определиться с архивом в приборе. Особенность заключается в тесной взаимосвязи текущего времени прибора с временем архивной строки tarfa Фактически, на время формирования новой архивной строки, ^агк берется из tCUrr • Поэтому от текущего времени прибора будет зависеть время, записываемое в создаваемую архивную строку. Это очень важно, так как идентификация каждого элемента архива осуществляется по его ^атк • В любой момент времени по ^ситт возможно определить t аГЬ

начального элемента

архива

с помощью

функции ¿An _ FBP (tcurr) , суть

которой заключается

в округлении даты и времени в меньшую сторону для обозначения начала выбранного периода. По

заранее известной глубине архива прибора и в любой момент времени возможно рассчитать tarh конечного элемента архива ( tAa )• Таким образом,

мы имеем два отрезка времени, первый - запрошенный архив (на основе времени с ПК сервера сбора), второй - доступный архив в приборе (на основе времени с прибора). Время ПК сервера сбора и прибора могут не совпадать, возможные обрабатываемые ситуации и их условия возникновения представлены на Рис.1.

Самый простой вариант представлен на Рис.1а, в данном случае запрашивается больше строк, чем располагает архив прибора. В данном случае осуществляется корректировка под конец архива запрашиваемых данных: =¿a • Стандартный вариант представлен на Рис.1б. Запрошенный архив полностью присутствует в приборе. В этом случае корректировки не нужны. В случае на Рис.1в перекос по времени в будущую сторону из за несоответствия времени на ПК сбора и прибора. Здесь необходима корректировка: dstart = ta0 • Последний

обрабатываемый вариант представлен на Рис.1г, здесь запрошенный архив включает весь доступный в приборе, но и выходит за края с обоих сторон. В этом случае необходимы корректировки:

dend = tA и dstart = ¿A ' Остальные ситуации, в которых запрошенный архив не пересекается с доступным, что говорит об огромной разнице в дате и времени, считаются необрабатываемыми и требуют вмешательства специалиста. Стоит отметить, подобный расчет архивных диапазонов актуален для любого прибора с архивами, однако некоторые приборы содержат конфигурационные параметры с точной датой начала и конца архива для каждого периода, что облегчает работу. Порядок и правила считывания событий актуален как и для архивов. Однако хранимый архив в приборе гораздо меньше.

а)

б)

в)

г)

авпй dstart £

4

1А Аа Ао

авпй dstart t

4

1А Аа А0

авпа dstart £

<

Аа А0

йвпй < 1а0

й start — 1 сигг > 1Аа

йвпй — 1Аа

й' — 1А0

йвпа — 1Аа

й , < 1

впа сигг

й , , > 1 з1аг1 сигг

й впа < 1 Аа

й з1аП > 1Ао

Обозначения

Рисунок 1 - Обрабатываемые ситуации при несовпадении запрошенных и доступных архивов

Рисунок 2 - Функциональная схема считывания архивов ВКТ-7

Обобщенная процедура считывания архивных данных, на примере теплосчетчика ВКТ-7, представлена на Рис.2. Она делится на две части: первая - подготовка процесса, где корректируются диапазоны архивов, рассчитываются временные параметры, а также настройка прибора в режим считывания архива, и вторая - непосредственный механизм считывания показаний и их конфигураций, а также формирование готовых значений. Также во второй части стоит отметить действие по считыванию ЦпИ, и ЗК • С одной стороны совершенно

'агН агк

необязательно считывать настройки для каждой архивной строки, так как они идентичны заложенной в приборе конфигурации. Но если в какое-то время прибор перенастраивался и в архиве еще содержатся данные как со старыми настройками, так и с новыми - это может сыграть злую шутку при формировании готовых значений, так как часть с новыми настройками будет корректна, значения остальных могут быть расшифрованы неправильно.

Поэтому во избежание подобных прецедентов целесообразно для каждой архивной строки считывать конфигурационные параметры. Таким образом, результат считывания архивов и событий сильно зависят от настроенной даты и времени в приборе, а также времени на ПК сервера сбора. Кроме этого, в некоторых ситуациях могут потребоваться корректировки запрошенных архивов.

Программный модуль сбора данных

Для реализации вышеперечисленных механизмов и алгоритмов, а также соответствия условиям гибкости, целесообразно разработать отдельный программный модуль опроса («ConsoleApp.exe»), который будет заниматься сбором данных одновременно только с одного прибора, в случае необходимости опрашивать одновременно несколько приборов будут работать сразу несколько модулей. Для повышения адаптивности предусмотреть использование подключаемых в процессе работы динамических библиотек. При этом всю необходимую информацию для работы модуля передавать в качестве

<

параметров запуска. Целесообразно разделить работу модуля на группы стадий: инициализация, работа с прибором, завершение. Блок-схема данной программы представлена на Рис.6. Первоначальная стадия в группе инициализации проводится попытка соединения с БД и запрос списка опрашиваемых параметров. Так как СУБД и архитектура БД могут

Запуск работы модуля

быть различными, целесообразно выделить функции данной стадии в динамическую библиотеку («DB connnect.dll»), при этом для каждой пары <СУБД, архитектура БД> будет отдельная библиотека. Затем следует стадия соединения с прибором.

{Параметры запуска}

Инициализация

_ DB connect.dll

Err = 1

Err = 2

Соединение с БД, запрос списка параметров

Т

-

Err = 3

Err = 4

Работа с прибором

..................г.................

-^Считывание конфигурации

т

Считывание текущих Считывание событий

DriverVKT7.dll

Err = 6

Считывание архивов

....................г.....................

Err = 7

-Завершение

................. ш.....................

ST = 8

1 I

Сохранение считанных параметров в БД

Err = 0

Результат стадии

- Успешно

- Ошибка

Завершение работы модуля

Рисунок 6 - Блок-схема модуля сбора данных

В ней инициируется соединение по одному из каналов связи: сеть, модем или порт. Возможно добавление и других каналов, поэтому для данной стадии целесообразно выделять отдельные библиотеки для каждого канала связи («Link Net.dll», «Link_Port.dll», «Link_GSM.dll»).

При успешном выполнении каждой из стадий осуществляется переход на следующую, в случае же ошибки на любой из перечисленных стадий приводит к завершению работы всего модуля с соответствующим кодом ошибки. Успешное выполнение всех стадий в группе инициализации означает, что установлено соединение БД, выбраны опрашиваемые параметры и установлено соединение с прибором. Следующая группа - работа с прибором. В ней осуществляются поочередные стадии считывания значений с приборов. Чтобы опознать прибор, правильно расшифровывать принимаемые значения, первыми необходимо считать конфигурационные данные. Затем идет стадия считывания значений параметров на текущий момент вместе с пиковыми значениями. После запрашиваются записи о событиях из журнала прибора. Завершающей стадией в группе работы с прибором является считывание архивных данных. Так как существует много моделей приборов с разными возможностями, характеристиками и порядком обмена данными, целесообразно выделить все стадии данной группы в отдельную библиотеку для каждой модели прибора («Driver device.dll»). В случае ошибки на любой из стадии группы работы с прибором, осуществляется переход на начало группы завершение. Первая стадия данной группы

- разъединение с прибором, закрывается открытое ранее соединение. Последняя стадия - сохранение значений всех полученных от прибора значений. В случае ошибки в любой стадии последней группы модуль завершает свою работу с соответствующей ошибкой. Таким образом, работа модуля охватывает весь цикл по перемещению данных от конкретного прибора до БД.

Преимущества разрабатываемого модуля и возможности использования

Факт того, что модуль является самостоятельным программным средством по сбору данных и единовременно взаимодействует только с одним прибором, уже дает качественное преимущество перед разрабатываемыми с уклоном на настройку SCADA-систем и специализированными программными средствами. В данных системах перечень всех приборов (качественный и количественный) должен быть известен, при изменении этого списка необходима перекомпиляция проекта. При работе же с модулем в этом нет необходимости, достаточно изменить параметры запуска модуля (и при необходимости добавить или заменить целевые динамические библиотеки). Так как данное программное средство регулярно развивается, могут проявляться ошибки, при которых программа аварийно завершается. Работая с одним прибором, программу гораздо проще отладить и в случае аварийного завершения опрос других приборов не будет нарушен. Другое важное отличие в автоматизированном считывании не только текущих, но и архивных данных, а также

событий (для поддерживающих их приборов). С не- среднего уровня (а все его динамические библио-

давнего времени у SCADA-систем появилась возмож- теки нижнего уровня).

ность считывать архивы, используя отдельное про- В простых случаях (небольшое количество при-

граммное средство - ОРС-сервер. Однако, особен- боров и каждый на своей линии связи) он может

ностью любого программного средства сбора данных быть использован независимо (например, запус-

является монополизация под себя последователь- каться по заранее заданным параметрам запуска

ного канала передачи данных (которые применяют через планировщик задач). В более сложных слу-

для связи с прибором), при этом другие программ- чаях (использование одного канала связи для не-

ные средства не смогут использовать этот канал. скольких приборов, удаленное управление группой

ЗСАБА-системы и ОРС-серверы ориентированы на приборов) необходима система уровнем выше. При

промышленное использование и не предполагают пе- необходимости, данный модуль может быть задей-

реговоров между собой с целью договоренностей ствован и при работе со SCADA-системой по от-

использования последовательного канала. Логика дельному каналу связи, например, запускаться

работы разрабатываемого модуля заключается в эпизодически по команде от диспетчера,

следующем. В случае работы модуля с прибором и Заключение

поступления необходимости срочно опросить другой Развитие и усложнение измерительного обору-прибор, модуль завершает свою работу и освобож- дования создает потребность в разработке продает канал связи. После этого запускается другая граммных средств для взаимодействия с ним. Пред-копия модуля с директивами и настройками для ставленная в работе разработка является отдель-опроса необходимого прибора. Дело в том, что ным программным модулем среднего уровня, способ-данный модуль в работе является процессом опе- ного функционировать как самостоятельно, так и рационной системы и в случае необходимости его в рамках систем верхнего уровня. При этом, си-можно всегда завершить, и так как каждый процесс стема верхнего уровня должна формировать для работает только с одним прибором, всегда можно данного модуля параметры работы в виде строки определить с каким прибором была прервана ра- команд. Архитектура разработанного модуля явля-бота, чтобы после ее возобновить. Это дает гиб- ется гибкой, что способствует его быстрой моди-кие возможности при использовании модуля. Таким фикации с учетом потребностей к сбору данных и образом, модуль является программным средством появлению новых коммуникационных возможностей

измерительного оборудования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Виноградов А.Н., Даниельян С.А., Кузнецов Р.С. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СКУТЕР // Промышленные АСУ и контроллеры. 2010. № 12. С. 1-6.

2. Виноградов А.Н., Кузнецов Р.С. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 74-76.

3. В.П. Чипулис. Сравнительная оценка режимов регулирования теплопотребления // Измерительная техника. 2014. №9. С. 32-39.

4. Виноградов А.Н., Гербек Ф.Э., Раздобудько В.В., Кузнецов Р.С., Чипулис В.П. УЧЕТ И АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ //Информатизация и системы управления в промышленности. 2006. № 7. С. 4.

5. Виноградов А.Н., Даниельян С.А., Кузнецов Р.С., Раздобудько В.В., Чипулис В.П. СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И РЕТРОСПЕКТИВНОГО АНАЛИЗА РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ //Информационные технологии в проектировании и производстве. 2011. № 2. С. 43-49. // В сборнике: Труды международной конференции "Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (СAD/CAM/PDM - 2014)" Под редакцией Толока А.В.. Москва, 2014. С. 116120.

6. Виноградов А.Н., Даниельян С.А., Кузнецов Р.С., Раздобудько В.В., Чипулис В.П. МОНИТОРИНГ И АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ // Измерительная техника. 2008. № 11. С. 51-56.

7. Кузнецов Р.С. К АНАЛИЗУ ДОСТОВЕРНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ЗАДАЧАХ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ // Датчики и системы. 2008. № 7. С. 45-47.

8. Михайлов А.А. Адекватность косвенных измерений в задачах учета тепловой энергии // Труды международного симпозиума «Надёжность и качество - 2015», г. Пенза, с. 420-425

9. Чипулис В.П. Верификация результатов измерений параметров систем теплопотребления // Надежность и качество 2010: труды международного симпозиума. - Пенза: ПГУ, 2010. - Т. 1. С. 434-437.

10. Глухов А.П., Старовойтов А.А., Канев С.Н. Теплосчетчики: мифы и реальность //Материалы 19-й международной научно-практической конференции, 20-22.04, С-Пб, 2004.

11. Старовойтов А.А., Канев С.Н. Теплосчетчики: мифы и реальность - часть II //Материалы 20-й международной научно-практической конференции «Коммерческий учет энергоносителей», 23-25.11.04, СПб, 2004.

12. Н. А. Баранов, Н. А. Северцев Основы теории безопасности динамических систем. Российская акад. наук, Вычислительный центр им. А. А. Дородницына. Москва, 2008.

13. Артемов И.И. Прогнозирование надёжности и длительности приработки технологического оборудования по функции параметра потока отказов / И.И. Артемов, А.С. Симонов, Н.Е. Денисова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 3-7.

14. Канев С.Н. Комбинированный теплосчетчик - что это такое? // Материалы 24-й международной научно-практической конференции «Коммерческий учет энергоносителей», 21-22.11.06, С-Пб.

УДК 378.1:519.1

Кривицкая М.А., Бушмелева К.И.

БУ ВО ХМАО-Югры «Сургутский государственный университет», Сургут, Россия

УЧЕТ КОМПЕТЕНЦИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ УЧЕБНОГО ПЛАНА

В статье рассматривается методика формирования учебного плана на этапе привязки дисциплин к компетенциям. В основе реализации данной методики заложен аппарат экспертных оценок.

Ключевые слова:

учебный план, аппарат экспертных оценок, компетенции

Социуму нужны выпускники, готовые к включению висит как от полученных знаний, умений и навы-в дальнейшую жизнедеятельность, способные прак- ков, так и от неких дополнительных качеств, для тически решать встающие перед ними жизненные и обозначения которых и употребляются понятия профессиональные проблемы. А это во многом за-