Úprava vody v energetických a teplárenských prevádzkach využíva cloud

Napriek neutíchajúcim diskusiám a konferenčným vystúpeniam na tému štvrtej priemyselnej revolúcie sa nájdu aj takí, ktorí potenciál týchto prístupov a technológií odomykajú v reálnych projektoch. Prenos a umiestňovanie údajov do vzdialených úložísk a serverov s možnosťou jednoduchého, bezpečného a kontrolovaného prístupu – aj takýmto spôsobom sa dnes optimalizujú kapitálové a prevádzkové náklady na podnikovú IT infraštruktúru. V redakčnej reportáži sme sa zamerali na využívanie moderného systému SCADA a priemyselných cloudových služieb v oblasti zberu, prenosu a spracovania údajov z energetických a teplárenských technológií.
Úprava vody v energetických a teplárenských prevádzkach využíva cloud

„Minulý rok sa nám v spolupráci s naším zákazníkom Aquasome, s. r. o., podarilo zrealizovať prvú inštaláciu zariadení eWON Flexy v spojení s cloudovou službou eWON Talk2M,“ vysvetľuje pozadie projektu David Kubný, manažér predaja v spoločnosti MICROSYS, spol. s r. o. Pred necelými štyrmi rokmi sa odborníci z Microsys zoznámili s produktmi firmy eWON, ktorá dnes patrí medzi globálne pôsobiace spoločnosti HMS Industrial Networks AB. Oslovili ich najmä možnosti komunikácie a pripojenia k rôznym druhom PLC, ako aj možnosť lokálnej archivácie údajov. Postupne sa začala integrácia týchto zariadení do systému SCADA PROMOTIC či už prostredníctvom komunikačnej zbernice Modbus, alebo neskôr cez protokol HTTP. V roku 2016 sa k tomu pridali aj cloudové technológie spoločnosti eWON.

Nevyhnutná modernizácia technológií aj biznis modelu

Spoločnosť Aquasome sa zaoberá dodávkou produktov a služieb v oblasti úpravy vody v priemysle. Ide najmä o predúpravu surovej vody, čistenie odpadových vôd, riešenia a prípravky pre chladiacu vodu, kotly a parovodné okruhy či na výrobu demineralizovanej vody. Okrem toho spoločnosť zabezpečuje aj ďalšie služby, ako je vývoj a výroba špeciálnych chemikálií, predaj kondicionačných chemikálií, technický, technologický a analytický servis, diagnostika priemyselných vodných systémov, kompletovanie, predaj a montáž monitorovacej a dávkovacej techniky, optimalizácia chemických režimov priemyselných vôd a iné.

Vo svojich najnovších projektoch zabezpečuje spoločnosť Aquasome prostredníctvom automatizovaných monitorovacích jednotiek kontinuálny zber a vyhodnocovanie vzoriek vody z chladiacich okruhov veľkých elektrární a teplární. Jednotka zabezpečuje kontinuálne meranie vybraných fyzikálno-chemických parametrov chladiacej vody a na základe výsledkov merania riadi chemický režim chladiaceho okruhu. Riadenie chemického režimu znamená udržiavanie kvalitatívnych parametrov chladiacej vody v požadovaných hraniciach a úpravu tejto technologickej vody pomocou špeciálnych chemických prípravkov zabraňujúcich tvorbe nánosov a nadmernej korózii technologického zariadenia a v konečnom dôsledku určených aj na redukciu nežiaducich mikroorganizmov v chladiacom systéme. V prípade prekročenia nastavených hraničných hodnôt alebo poruchy niektorého zariadenia pripojeného k monitorovacej jednotke vyhlási jednotka alarm a okamžite odošle informáciu o tejto skutočnosti technikovi Aquasome.

Na to si dala spoločnosť vyvinúť jednoúčelové priemyselné PC, ktoré nasadzovali spolu s monitorovacími jednotkami. Pomocou komunikácie GSM sa údaje prenášali vo forme e-mailu, z ktorého sa extrahovali do databázy bežiacej na serveri. Zároveň mali pracovníci k dispozícii jednoduchý vizualizačný systém, kde si dokázali zobraziť vybrané veličiny v podobe grafu. Tento systém, ktorý bol donedávna v prevádzke, mal jednu zásadnú nevýhodu – v prípade výpadku komunikácie GSM nebol e-mail s údajmi odoslaný. Nadväzujúci systém sa s tým nevedel korektne vyrovnať a údaje sa stratili. V systéme vznikali biele miesta, čím sa strácala funkcia kontinuálneho monitorovania.

Uvedené systémy na zber a prenos údajov boli a často sú nasadzované v lokalitách so slabým alebo žiadnym pokrytím signálom GSM. To bol jeden z dôvodov straty údajov. Ďalším problémom bola zložitosť dolovania údajov z e-mailov, čo tiež nie vždy správne fungovalo. Navyše časom sa zistilo, že mať pri každej monitorovacej jednotke priemyselné PC je z ekonomického hľadiska neefektívne. Aj v tejto oblasti hľadal Aquasome spoľahlivé riešenie pri súčasnej úspore nákladov. Nevýhodou bolo aj samotné webové rozhranie určené na zobrazovanie grafických priebehov vybraných parametrov.

Vzhľadom na to, že počet zákazníkov neustále rastie a služby zo strany Aquasome sa neustále zlepšujú, chcela spoločnosť svojim zákazníkom umožniť prístup k nameraným údajom – ale len k tým, ktoré im patria. V minulosti sa pri doplnení nejakej časti do celkového systému táto zmena realizovala veľmi zdĺhavo a náročne a vyžadovala si zásahy programátora. Požiadavkou na kompletnú modernizáciu bolo, aby sa všetky spomínané nevýhody eliminovali.

Smerovače a cloud od eWON ponúkli riešenie

Miernou komplikáciou pôvodného riešenia bolo aj to, že každá monitorovacia jednotka má v rámci adries Modbus svoje premenné uložené v iných registroch. Preto si realizácia projektu vyžiadala úzku spoluprácu aj s odborníkmi z firmy ControlSystem, s. r. o., z Brezna. „Odborníci z ControlSystem nielenže zabezpečovali dodávku samotných produktov eWON, ale pripravili aj naprogramovanie aplikácie a konfiguráciu smerovačov eWON Flexy tak, aby boli kompatibilné s riadiacimi systémami monitorovacích jednotiek používaných firmou Aquasome,“ konštatuje D. Kubný.

Spoločnosť ControlSystem prevádzkuje profesionálny cloudový účet na serveri Talk2M určený pre zákazníkov. „Zistili sme, že naši zákazníci majú záujem funkcie ktoré ponúka platená profesionálna cloudová služba Talk2M PRO, ale nedokážu ju spravovať alebo naplno ju využiť. Preto sme sa rozhodli poskytovať službu zákazníkom nepriamo. Na takomto účte má napr. Aquasome pridelenú potrebnú kapacitu objemu prenesených údajov a vyhradené pripojenie pre vzdialený servis. Pri inštalácii nového zariadenia eWON potom naši technici inštalujú a oživia aplikáciu pre zber údajov, nakonfigurujú prenos cez Talk2M, takže zákazník sa nemusí zaoberať použitými informačnými technológiami a dostane hotové dáta tak povediac na stôl.“ objasňuje princíp služby Ján Snopko, konateľ spoločnosti ControlSystem.

Vďaka tomu začali smerovače eWON po nasadení do prevádzky zbierať údaje z riadiacich systémov monitorovacích jednotiek po zbernici Modbus, pričom si dokážu do internej pamäte uložiť až milión nameraných údajov. Interval, počas ktorého sú údaje v zásobníku smerovača uložené, je až desať dní. To je výhodné najmä pri výpadku komunikácie, keď sa namerané údaje nestrácajú. „Po obnovení komunikácie s cloudovou službou eWON DataMailbox sa vďaka synchronizácii doplnia len tie údaje, ktoré chýbajú,“ vysvetľuje princíp zberu a prenosu údajov D. Kubný. Následne sa rovnakým spôsobom doplnia údaje aj do databázového servera systému SCADA Promotic. Údaje sa lokálne uložia do databázy SQL a prostredníctvom webového servera sú prístupné v tabuľkovej alebo grafickej forme. „Údaje z monitorovacích jednotiek sa teda ukladajú v troch rôznych úložiskách. Najprv v samotných zariadeniach eWON Flexy počas 10 dní, následne v cloudovej službe eWON DataMailbox tiež s možnosťou uloženia desať dní a následne natrvalo v databáze SQL na serveri v Aquasome,“ dodáva D. Kubný.

Cloudová služba eWON DataMailbox je jednou zo súčastí komplexného priemyselného cloudového riešenia eWON Talk2M. Ide o cloudový buffer, do ktorého posielajú dáta pripojené smerovače eWON Flexy. Využívajú pri tom to isté zabezpečené spojenie, ktoré sa používa na priamy vzdialený prístup. Uložené dáta si potom podľa potreby preberá databázový server alebo systém SCADA. Okrem spomínanej služby DataMailbox sú k dispozícii aj ďalšie, napr. M2web portal na webový prístup, mailový server, SMS brána a iné. Celá infraštruktúra Talk2M sa buduje už viac ako desať rokov a dnes ju tvorí 25 serverov rozmiestnených na rôznych kontinentoch. eWON poskytuje najvyšší stupeň ochrany prenosu a uloženia údajov, ktorý sa pravidelne certifikuje štandardom STAR. Dostupnosť služby Talk2M dosahuje za rok 99,6 % pri SLA (Service Level Agreement), pričom výpadok pripojenia neprekročí viac ako štyri po sebe nasledujúce hodiny.

Systém SCADA Promotic

Na webové rozhranie pristupujú najmä pracovníci spoločnosti Aquasome prostredníctvom administrátorského konta. Okrem toho rozhranie ponúka prístup aj pre zákazníkov Aquasome. Tí majú možnosť len prezerania údajov, na ktoré majú nastavené oprávnenie. Systém Promotic navyše umožňuje posielanie automatických reportov. Ich obsah a vzhľad si dokážu pracovníci Aquasome alebo aj koncový zákazník nakonfigurovať podľa vlastného uváženia. Okrem iných parametrov možno definovať e-mailové adresy, na ktoré sa bude report posielať, čas, kedy sa bude posielať, ako aj to, čo konkrétne bude report obsahovať.

Systém Promotic umožňuje pracovníkom Aquasome rozširovať databázu pripojených smerovačov eWON Flexy bez toho, aby bol potrebný zásah technikov alebo programátorov spoločnosti Microsys. Cez definované webové rozhranie možno takýmto spôsobom zadať identifikačné číslo nového eWON Flexy, ktorý bol pridaný na nejakom mieste v prevádzke. Po nadefinovaní premenných, ktoré bude eWON posielať do cloudového DataMailboxu, sa začne automaticky zber týchto premenných. Prostredníctvom protokolu JSON sa údaje z DataMailboxu importujú do systému SCADA Promotic, čo bola v rámci celého projektu podľa D. Kubného jedna z tých jednoduchších častí. „Takýmto spôsobom sa nám podarilo nájsť riešenie všetkých úloh zo zadania zákazníka, ktoré sa týkali zberu údajov, jednoduchého a bezproblémového pridávania nových zariadení eWON Flexy, ako aj jednoduchého používateľského prístupu k získaným údajom,“ hovorí D. Kubný.

Pri rozhodovaní o tom, či ísť cestou vlastnej IT infraštruktúry na zber a archiváciu údajov, alebo riešiť túto oblasť službou tretej strany, zavážili jasné ekonomické dôvody. „Už pri zadaní od Aquasome sme dostali úlohu, aby sa oni ako špecialisti na chémiu nemuseli zaoberať IT riešeniami a aby to celé spolu fungovalo. V rozsahu, v ktorom Aquasome zbiera a zhromažďuje údaje z monitorovacích jednotiek, sme zistili, že v prípade riešenia eWON Talk2M majú možnosť využívať službu DataMailboxu bezplatne. Druhým dôvodom bolo, že nemuseli vyčleniť ďalšie prostriedky pre personál, ktorý by sa musel o podobnú infraštruktúru nainštalovanú v ich firme starať,“ komentuje dôvody rozhodnutia pre riešenie eWON Talk2M D. Kubný.

Webové rozhranie

Napriek tomu, že samotný Aquasome nemal úplne konkrétnu predstavu o rozhraní, skúsenosti a kreativita pracovníkov Microsys zaručili v konečnom dôsledku želaný výsledok. Prostredníctvom webového rozhrania dostupného z akéhokoľvek zariadenia s nainštalovaným webovým prehliadačom sa dokážu pracovníci Aquasome pripojiť k systému Promotic, kde majú k dispozícii niekoľko položiek.

Servis

Umožňuje vybrať ktorýkoľvek pripojený objekt – automatizovanú monitorovaciu jednotku a prepnúť ho do servisného režimu. Uvedená funkcionalita sa využíva v prípade realizácie servisného zásahu, keď sa treba pripojiť a uskutočňovať úpravy v hardvéri, čo by mohlo spôsobiť generovanie nerelevantných údajov, spúšťanie alarmov a pod. Servisný technik si na svojom mobilnom telefóne spustí cez webovú stránku aplikáciu z Promoticu, vyberie jednotku, ku ktorej aktuálne prichádza, a prepne ju do servisného režimu. Následne sa ukončí generovanie údajov až do chvíle, kým sa servisný zásah neukončí. Po prepnutí do prevádzkového režimu sa generovanie dát znovu spustí.

Nastavenie

Ide o jadro celého systému, kde sa vykonávajú jednotlivé konfigurácie. Cez túto časť dokážu technici firmy Aquasome pridávať nové zariadenia eWON, priradiť im identifikačnú značku, spresniť lokalitu nasadenia, koľko je pripojených monitorovacích jednotiek na dané zariadenie eWON a pod. Rovnako možno v tejto časti definovať aj informácie o zákazníkoch, kde sa monitorovacie jednotky a k nim prislúchajúce zariadenia eWON nachádzajú – či už názov firmy, kontaktné osoby, ich e-mailové a telefonické kontakty a pod. Systém v tejto časti umožňuje zadať pre nadefinované premenné, ktoré sa merajú a prenášajú do databázy, obmedzenie – hornú a dolnú hranicu danej premennej, fyzikálnej jednotky, v ktorých sa premenná zaznamenáva, či používateľský názov danej premennej. Ďalej možno definovať vzhľad reportov podľa prednastavených šablón. K dispozícii je aj položka „živých“ údajov, kde možno v tabuľkovej forme získať prehľad o najaktuálnejších údajoch získaných z tej-ktorej monitorovacej jednotky. Živé údaje sú aktualizované v 15-minútových intervaloch, čo vzhľadom na povahu procesov s dostatočnou rezervou presahuje požiadavky Aquasome.
„Táto časť bola z hľadiska pridanej hodnoty a nášho know-how, ktoré sme do projektu vložili, asi najnáročnejšia,“ komentuje D. Kubný.

Zákaznícky prístup

Cieľom v tomto prípade bolo, aby na strane zákazníka nemuseli byť z hľadiska systémov úpravy vody inštalované žiadne ďalšie softvérové alebo hardvérové nástroje, ale aby zákazník dokázal prostredníctvom jednoduchého webového rozhrania sledovať stav procesov a premenných týkajúcich sa úpravy vody. Ide o štíhlejšiu verziu už opísaného rozhrania, cez ktorú majú zákazníci Aquasome prístup k údajom zo svojich zariadení. „Výhodou pre zákazníka je, že od Aquasome nezíska len príslušnú technologickú jednotku na úpravu vody, ale dostane kompletnú službu zahŕňajúcu súvisiaci dohľad a servis,“ vyzdvihuje výhody D. Kubný. Analogicky s terminológiou „softvér ako služba – SaaS“ či „infraštruktúra ako služba – PaaS“ možno takýto biznis model nazvať „úprava vody ako služba“.

Perspektíva využívania vzdialeného zberu a prenosu údajov

„Pri návrhu sme vychádzali z požiadaviek odberateľa – výsledné riešenie malo byť pružné s možnosťou rozširovania, so spoľahlivým prenosom údajov a aby sa k získaným údajom dalo pristupovať odkiaľkoľvek,“ vysvetľuje zadanie D. Kubný. Počet zákazníkov Aquasome aj počet inštalovaných jednotiek na úpravu vody neustále rastie, čo si už od začiatku projektu vzdialeného zberu a prenosu údajov vyžadovalo vytvoriť flexibilný, jednoducho rozširovateľný systém. „Podľa odhadov spoločnosti Aquasome by v priebehu nasledujúcich dvoch až troch rokov malo každoročne pribudnúť cca 10 nových automatizovaných monitorovacích jednotiek, v ďalších rokoch by sa tento počet mohol dostať až na 30 jednotiek za rok,“ konštatuje D. Kubný.

Ďakujeme spoločnosti Aquasome za možnosť realizácie reportáže a Davidovi Kubnému zo spoločnosti Microsys a Jánovi Snopkovi zo spoločnosti ControlSystem za poskytnuté technické informácie.