Výběr vizualizace pro řídicí systém
Nad každým řídicím systémem by měla být ovládací nadstavba, která poskytuje rychlý přehled o řízených procesech a pohodlné nastavování parametrů. Při jeho výběru bychom si měli především položit otázku, kdo bude se systémem pracovat.
Bude to:
- domovní technik, jehož úkolem je udržovat technologii v provozu, odstraňovat poruchy a měnit některé parametry podle momentálních potřeb uživatelů?
- manažer budovy, který odpovídá za dlouhodobé dodržování komfortních parametrů a minimální doby odstávky?
- energetik, který si klade za cíl snížit spotřebu energií v budově na minimum za použití analytického aparátu?
- občasný uživatel, který potřebuje dostat informaci o poruchách a několikrát do roka přestavit časové programy?
- servisní technik, který systém zná „jako své boty“ a potřebuje provádět jeho údržbu a diagnostiku?
- dispečer, který má na starost několik desítek budov a úkoluje pracovníky servisu?
- nebo více osob, případně osoba, která zastává více funkcí?
Každá z těchto rolí – a jistě bychom našli ještě další – potřebuje trochu jiná data, navíc různě reprezentovaná a na jiných koncových zařízeních. Proto je důležité, aby projektant spolu se zákazníkem vybrali pro každou instalaci správnou vizualizační nadstavbu.
Obr.: Topologie jednotlivých vizualizací
V posledních letech jsou velmi oblíbené webové přístupy: webový server je obvykle součástí PLC, konfigurace bývá jednodušší než u plnohodnotného systému SCADA, a klient – webový prohlížeč – nemusí být licencován. Na druhou stranu zde musíme dbát na síťovou bezpečnost, protože veřejně přístupný webový server v PLC je daleko náchylnější k útokům než samotné PLC, které pracuje v uzavřené síti a komunikuje pouze některým z firemních protokolů pro přenos dat, obvykle chráněných alespoň heslem.
Další možností je jednoduchý klient v podobě aplikace pro mobilní zařízení. Toto řešení nabízí přístup „odkudkoli“ za předpokladu, že na PLC se lze připojit otevřeným firemně specifickým protokolem. Při připojování se jako bezpečnostní prvek používá alespoň jméno a heslo, lepší je šifrovaný přístup. Mobilní telefon nebo tablet jsou vhodné pro rychlou kontrolu zařízení, potvrzení alarmů nebo nastavení požadovaných hodnot či časových programů.
Webový přístup a mobilní aplikaci v systému Domat dále označujeme jako Merbon HMI, protože jejich funkce jsou víceméně shodné a jejich primární úloha je poskytnout rozhraní mezi člověkem a PLC, „Human-Machine Interface“, pro jednoduchou obsluhu a sledování aktuálních hodnot.
Pro pohodlnější práci z místa, kde je trvalé připojení k PLC, slouží klasická vizualizace – SCADA. Ta se vyskytuje ve dvou podobách: jako klientský software nebo jako tzv. webová SCADA. Klientský software je program, který umožňuje plnohodnotnou práci na jednom počítači. Z něj se spojuje na PLC, kterých může být až několik stovek, vyčítá z nich dat a zobrazuje je v technologických schématech. Nechybí ukládání historických dat, přehled aktivních alarmů, historie alarmů a událostí atd. Webová SCADA nabízí stejné funkce, ale pracuje jako služba – webový server, k němuž klienti přistupují pomocí prohlížečů. Znamená to, že jednak se na server dá připojit i z jiných počítačů v místní síti nebo Internetu, jednak může být v jednom okamžiku připojeno i více uživatelů, kteří pracují nad stejnými daty. Stále se ale jedná především o práci s aktuálními hodnotami a s historickými daty.
Zcela jiný koncept představuje energetický manažerský systém, např. ContPort. Jeho těžiště je v dlouhodobém ukládání a analýze historických dat spolu s dalšími funkcemi, které podporují správu nemovitostí, analýzy dat, servisní procesy a energetický management. Zde již nejsou podstatné aktuální procesní hodnoty, uživatelé neřeší operativu, ale zajímají se o analýzy v horizontu dní, týdnů, měsíců či let.
Při tvorbě zadání do výběrových řízení jsou funkce vizualizace a manažerského systému někdy spojovány či zaměňovány. V provozu ale záhy dojde k oddělení rolí provozního technika a energetika a obě strany mohou nabýt dojmu, že vizualizace nesplňuje některé jejich požadavky. Řada problémů se dá snadno vyřešit přidělováním uživatelských práv. U větších systémů (cca. nad 10 000 datových bodů) může být ale výhodné řešit operativní vizualizaci zvlášť a manažerský systém orientovat spíše jako offline nástroj se silnou vazbou na další systémy ve firmě (ERP). Vazební člen mezi vizualizací a manažerským nástrojem představuje sdílená databáze historických dat nebo API – aplikační programové rozhraní pro přenos dat mezi systémy, viz obr. výše.
Typickou takovou úlohou je rozhodování o tom, jak má vypadat systém DCIM (Data Center Information Management), informačního systému datových center. Kromě toho, že jeho technici sledují aktuální hodnoty (a především alarmy) z desítek tisíc měřicích míst, systém by jim měl umožňovat mj. také přiřazení silových vývodů a serverových racků jednotlivým zákazníkům, odečty energií a správu servisních požadavků (tiketů). Funkce vizualizace (SCADA) a systému pro energetický management se zde prolínají dokonce s úkoly pro správu nemovitostí a účetnictví. Tyto systémy jsou přizpůsobovány na zakázku, protože zadání bývá natolik specifické, že málokterý z existujících systémů vyhovuje na 100 % všem jeho požadavkům.
V následující tabulce vidíme výše uvedené vizualizační nadstavby, které Domat dodává, a jejich vlastnosti.
| Merbon HMI | Merbon SCADA | ContPort | |
|---|---|---|---|
| Uživatelská politika | Omezeně | ✔ | ✔ |
| Zobrazení aktuálních hodnot | ✔ | ✔ | - |
| Vizualizační grafická schémata | ✔ | ✔ | - |
| Změna procesních parametrů | ✔ | ✔ | - |
| Ukládání historických dat | - | ✔ | ✔ |
| Správa technologických alarmů | ✔ | ✔ | - |
| Správa energetických alarmů | - | - | ✔ |
| Spáva provozované infrastruktury (Obchodní vztahy, Objekty, zařízení a díly) | - | - | ✔ |
| Dashboardy a vizualizace KPI | - | - | ✔ |
| Analýza a zpracování dat | - | - | ✔ |
| Reporting | - | - | ✔ |
| Řízení servisních služeb - ticketing | - | - | ✔ |
Uživatelskou politikou rozumíme možnost definování více uživatelů, ať už pomocí jména („Dvořák“) nebo role („Energetik“), a individuální nastavení přístupu k různým funkcím systému. Pro místní ovládání, jako je LCD displej nebo grafický terminál na rozvaděči ve strojovně, postačí chránit nastavení heslem (PIN) v několika úrovních. Přístupu neoprávněných osob zabraňuje poloha – klíče od technologií mají pouze autorizovaní pracovníci. U klasické vizualizace, zejména u té s dálkovým přístupem, je žádoucí používat standardní IT postupy – hesla k počítači, hesla k programu, pravidelné kontroly a promazávání nepoužívaných kont atd.
Zobrazení aktuálních hodnot znamená vizualizace online dat, tedy se zpožděním, které je dáno pouze vnitřní komunikací v systému – obvykle se jedná o sekundy. Obsluha tak může reagovat na aktuální situaci a kontrolovat, zda zařízení pracuje správně. Může být formou tabulky, stromového menu na displeji, nebo pomocí grafického schématu. Má smysl pro operativní řízení, proto v energetickém manažerském systému není nutné: tam se hodnoty čtou z databáze, do níž jsou zapisovány v intervalu např. 15 minut.
Vizualizační grafická schémata jsou technologická schémata s „živými“ aktuálními hodnotami. Schémata jsou vytvářena na míru pro konkrétní instalaci a představují základní nástroj obsluhy pro práci se systémem SCADA.
Obr.: Grafické schéma průmyslového procesu (karbonatace plynu), v pravé části ovládací prvky a graf
Změna procesních parametrů: Možnost nastavovat požadované teploty, tlaky a další veličiny, povolovat chod zařízení, upravovat časové programy, případně nastavovat motory, ventily atd. na ruční režim. Tyto zásahy by měli provádět pouze k tomu určení a proškolení pracovníci, kteří také nesou za své činy odpovědnost. Proto systém pro energetický management tuto funkci nemá a ani ji nepotřebuje – je vyhrazena pracovníkům operativy.
Ukládání historických dat znamená archivaci naměřených hodnot v řádu let či desítek let. Pro místní ovládání není důležité, tam stačí případně tzv. online trendy za posledních cca. 6 až 48 hodin, má však značný význam pro práci v systému SCADA, kde pomáhá při analýze řádného chodu zařízení, a zejména v systémech energetického managementu. Zatímco v systému SCADA obvykle stačí čárové spojnicové grafy, aby byly vidět průběhy hodnot v čase, energetický management vyžaduje sofistikovanější zobrazení: modulo grafy (časově shodná období – např. týdny – přes sebe), grafy kobercové, sloupcové, koláčové atd.
Správa technologických alarmů: hlášení poruchových či havarijních stavů na obrazovce, pomocí e-mailů, SMS atd. Jde o čistou operativu, alarmy lze proto potvrzovat či mazat na dvou „nižších“ úrovních (HMI a SCADA). V systému pro energetický management to ani nebývá technicky možné, protože informace jsou přenášeny pouze směrem z PLC do databází, nikoli opačně.
Správa energetických alarmů znamená práci s alarmy, které vznikají až v úrovni systému pro energetický management na základě vyhodnocení historických dat. Nejde tedy o poruchové stavy, jako je selhání čerpadla nebo zámraz vzduchotechniky – ty patří operativě. Příkladem energetického alarmu je upozornění, že určité zařízení nebo budova má ve srovnání s minulým obdobím podezřele vysokou nebo nízkou spotřebu, a bylo by dobré zjistit, zda nepracuje neefektivně nebo není trvale odstaveno (a pokud ano, tak proč).
Správa provozované infrastruktury: tím je myšleno například výše zmíněné přiřazování racků v datovém centru a tvorba podkladů pro fakturaci zákazníkům. V obchodním centru jde o management nájemců, odečty energií, správu měřičů energií (řešení událostí jako výměna kalorimetru), rozpočítávání režijních nákladů podle pronajaté plochy atd.
Dashboardy a vizualizace KPI představuje „vrcholek“ systému pro energetický management. Dashboard je přehledná obrazovka, která na první pohled nabízí nejdůležitější data systému: přehled poruch, důležité aktuální hodnoty a to, zda se pohybují v stanovených limitech, ale i počet nevyřízených servisních tiketů nebo vytížení infrastruktury. KPI (Key Performance Indicators), neboli klíčové ukazatele výkonnosti, představují kritéria, podle nichž se hodnotí provoz budovy a technologií v ní, a měly by být v centru zájmu energetika. V datovém centru to je například parametr PUE (indikátor energetické účinnosti), v budovách spotřeba energie na jednotku plochy či na jednotku obestavěného prostoru. Tyto indikátory se s oblibou porovnávají mezi budovami či jinými srovnatelnými celky (tzv. benchmarking).
Analýza a zpracování dat: složitější algoritmy, do nichž vstupují historická data. Typickým příkladem je výpočet denostupňů v teplárenství a jejich následné porovnávání se spotřebou v jednotlivých objektech. Algoritmy vycházejí z toho, jak vypadá řízení či monitorovaná technologie, a dále zejména z požadavků zákazníka. Data jsou zpracována buď pravidelně, např. dávkově jednou denně, nebo až v případě potřeby – při prohlížení či tvorbě reportu.
Reporting znamená ruční či automatickou tvorbu formátovaných zpráv, exportovaných nejčastěji ve formátu PDF nebo jako tabulky v Excelu. Reporty jsou podkladem pro základní analýzu, která může vést k dalšímu zkoumání historických dat a odhalení důvodů, proč technologie nepracují tak, jak by měly.
Řízení servisních služeb – ticketing: systematizace procesu „výskyt poruchy – její odhalení – diagnostika – objednání servisního zásahu – servisní zásah – předání servisního výkazu – odsouhlasení a proplacení faktury – uzavření případu“. Servisní případ je provázen tzv. ticketem, který prochází přesně definovanými kroky. Kdykoli je možné zjistit, kolik případů je otevřených (nevyřešených), není-li nutná nějaká akce ze strany obsluhy, jaké jsou aktuální náklady na určitý objekt atd. Propojení této správy servisu s vyhodnocováním dalších provozních nákladů, zejména spotřeb energií, nám může poskytnout unikátní údaje například o tom, zda se ještě vyplatí nějaké zařízení opravovat, nebo je lepší ho nechat „dožít“ i za cenu vyšších spotřeb energie.
Z popsaných funkcí je zřejmé, že posadíme-li domovního technika před energetický manažerský systém nebo energetika před webový prohlížeč s jednoduchou grafikou, nebude ani jeden z nich schopen správně vykonávat svou práci. Výběr vhodné vizualizační platformy je proto pro řádné a hospodárné provozování budovy důležitý natolik, že by mu měla být zejména z hlediska projektanta věnována vyšší pozornost, než tomu bývá dnes. Někdy ale bohužel v projekční ani v realizační fázi není jasné, jak bude objekt provozován. Projektant by měl spolu s potenciálními dodavateli systému, a především se zástupcem konečného zákazníka zjistit, jak, kým a odkud bude zařízení spravováno, jestli se počítá s nějakým nadstavbovým dispečinkem, jestli budou energetická data přenášena do dalších podnikových systémů atd., a podle toho vybrat pro každou skupinu uživatelů vhodný vizualizační systém.
Domat Control System s.r.o. patří k evropské špičce dodavatelů řídicích systémů a regulací pro inteligentní budovy, průmysl a energetiku. Cílem této ryze české společnosti je vyvíjet, vyrábět a dodávat řídící systémy v mezinárodním měřítku.