Vodohospodářský dispečink (modul VHD)

Vodohospodáøský
dispeèink (modul VHD)
informaèního systému
Povodí Labe, s.p. (ISyPo)
Úvod
Informaèní technologie významným zpùsobem pronikají do všech
oblastí našeho života. Svùj nezastupitelný význam mají i v oblasti
øízení a monitorování vodohospodáøských soustav. Dobøe koncipované dispeèerské pracovištì s kvalitní informaèní technologickou základnou výraznì snižuje provozní náklady, zkvalitòuje služby a je schopno poskytovat procesní data nejen dispeèerùm
a operátorùm, ale také manažerùm a podnikovým informaèním
systémùm. Praktickým pøíkladem vodohospodáøského informaèního systému urèeného pro monitorování a øízení rozlehlých vodohospodáøských soustav je dispeèerský systém Povodí Labe, s. p.
Hlavní požadavky
V pøípadì vodohospodáøského dispeèinku (VHD) Povodí Labe,
s. p., kdy je tøeba øídit územnì rozsáhlou soustavu (pokrývá velkou èást území Èeské republiky) z jednoho øídicího centra, musí
být do tohoto centra dopravovány informace o jejím aktuálním stavu. Na základì pøijatých a zpracovaných informací pak øídicí centrum soustavy rozhoduje o zásazích, které mìní souèasný stav této soustavy. Pro konkrétní úèely závodových dispeèinkù Povodí
Labe, s. p. je hlavním cílem soustøedit do tìchto pracoviš informace o aktuální vodohospodáøské a meteorologické situaci v úseku povodí øeky Labe.
Tyto informace jsou nezbytné z nìkolika dùvodù:
1. Zajištìní minimálních prùtokù jednotlivými úseky tokù øek (odbìry vody pro prùmysl, odbìry vody pro vodárenskou soustavu).
2. Ochrana lidských životù a majetku pøed silou tokù pøi povodních, kdy dispeèink vydává pøíkazy k manipulaci na jednotli-
vých vodních dílech za úèelem zabránìní vzniku škod vlivem
povodnì (pøípadnì pro jejich minimalizaci).
3. Øádné využití energetické kapacity vodních elektráren na tocích øek (potøeby energetické soustavy).
4. Pøenos požadovaných dat do nadøízených informaèních systémù.
Vodohospodáøský dispeèink (VHD) Povodí Labe, s.p. je rozdìlen
na uzavøenou interní (intranetovou) a veøejnou (internetovou)
èást. Do interní èásti dispeèinku mají pøístup pouze zamìstnanci
spoleènosti Povodí Labe, s. p. Každý uživatel VHD dispeèinku má
pøidìleno oprávnìní do které èásti dispeèinku mùže pøistupovat
a zda vybranou technologii mùže i povelovat.
Veøejná èást VHD dispeèinku je pøístupna na internetu na adrese
http://www.pla.cz. V této èásti dispeèinku se široká veøejnost mùže seznámit se stavem jednotlivých vodních tokù vèetnì vyhlášených stupòù povodòové aktivity.
Aplikované øešení
Na základì požadavkù Povodí Labe, s.p. byl VHD dispeèink vybudován jako otevøené øešení na platformì vizualizaèního a øídicího
systému TIRSWeb kategorie SCADA/HMI, který je založen
na mezinárodních standardech a normách technologií Internetu
(HTML, DHTML, XML, ActiveX, Java, Visual Basic, ASP, Microsoft .NET, …). Z tohoto øešení vychází koncepce, která zajišuje,
že celý dispeèink (projekt) se vytváøí a administruje jako bìžný
WWW projekt známý z Internetu a jako klientská aplikace pro pøístup k centrálnímu dispeèinku se používá internetový prohlížeè
Microsoft Internet Explorer 5.5 a vyšší, který je standardní
souèástí instalace operaèního systému Microsoft Windows.
Na klientské stanice není potøeba instalovat žádnou klientskou
aplikaci ani run-time. Systém využívá bezpeènostní úrovnì C2.
Popis a schéma øešení
HKS – hlavní komunikaèní server, který obsahuje tzv. „surová data“ (událostní + 15-ti minutová data). Data jsou ukládána pøírùstkovým zpùsobem do databáze Oracle (1 signál = x hodnot s èasovým údajem). Vybraná data jsou exportována na INTERNET
SERVER.
KONS – komunikaèní on-line server, obsahuje pouze vybraná
aktuální data, která jsou ukládána do databáze Microsoft SQL
(1 signál = 1 hodnota s èasovým údajem).
INTERNET SERVER – veøejný dispeèink na internetu, který obsahuje vybraná data o stavu vodních tokù.
Obr.1 Dispeèerské pracovištì VHD
dispeèinku Povodí Labe, s. p.
18
APLIKÁCIE
PC-VELÍN – mìøící stanice jezu (MSJ) nebo pøehrady (MSP) (podøízený dispeèink), který komunikuje s pøipojenou technologií
v dané lokalitì a následnì provádí výmìnu dat s nadøízenými disAT&P journal 7/2004
Obr.2 Povodí Labe, s.p.
– zjednodušená topologie VHD dispeèinku
peèinky HKS, KONS. PC-VELÍN se pro nadøízené dispeèinky tváøí
jako jedna velká mìøicí stanice. Data jsou ukládána do lokální databáze Microsoft SQL.
Sbìr dat z technologie
Na základì nastavených èasových intervalù jsou procesní promìnné z jednotlivých technologií (PLC automaty, TMS, …) z rùzných lokalit automaticky získávány SW moduly TIRSWebSource
(konektory) umístìných na serverech HKS (hlavní komunikaèní
server), KONS (komunikaèní on-line server) a jednotlivých poèítaèích PC-VELÍN. Moduly TIRSWebSource zajišují obousmìrnou
komunikaci s technologií a po naètení aktuálních stavù jednotlivých procesních promìnných tyto hodnoty automaticky zapisují
do databází Oracle nebo Microsoft SQL.
Sbìr dat z jednotlivých
telemetrických mìøicích stanic
Telemetrické mìøicí stanice (TMS) jsou urèeny pøedevším pro
dlouhodobé sledování mìøených velièin a jejich ukládání do vlastní historické databanky. Interval a ukládání dat, hystereze, limity
a další parametry lze nastavovat dálkovì bez vlivu na data uložená
v historické databance. TMS umožòuje nepøetržitý on-line režim
s nadøízeným pracovištìm po metalickém vedení nebo radiomodemech s použitím retranslace. Po telefonních a GSM modemech
je komunikace po dávkách (na vyžádání z dispeèinku nebo v pøípadì alarmu) a pøenášejí se pøi ní historická data, vzniklá od poslední komunikace. Namìøená data zùstávají v TMS uchována i pøi
výpadku napájení, které je zálohováno baterií s dobíjením ze sítì
nebo solárními èlánky. K TMS lze pøipojit rozlièná èidla s rùznými
rozsahy mìøených velièin.
Mìøené velièiny TMS:
1. Meteorologická data (teplota, srážky, rychlost vìtru, atd.).
2. Servisní data (stav napájení, teplota v rozvadìèi, neoprávnìný
vstup, atd.)
Odvozené velièiny
Z libovolných mìøených velièin mùže TMS vytváøet další odvozené velièiny, ve VHD dispeèinku se toto používá pouze u srážkomìrných TMS. Odvozené velièiny mohou být výsledkem matematického vztahu mìøených velièin nebo pøepoètem dle tabulek.
Vìtšinou je pøepoèet velièin provádìn ve VHD dispeèinku, protože
lze pro výpoèty využít data ze všech TMS a navíc se šetøí pamì
v jednotlivých TMS.
V souèasné dobì je instalováno v okolí øeky Labe na vìtšinì území
ÈR kolem 150 TMS, které jsou umístìny i v chránìné oblasti
Krkonošského národního parku. Aktuální namìøená data jsou
automaticky úsporným zpùsobem ukládána do pamìti TMS. Data
zùstávají v pamìti TMS až po dobu 5-ti mìsícù. Datový pøenos dat
AT&P journal 7/2004
z TMS do VHD dispeèinku je offline, k mìøící stanici jezu (MSJ)
nebo pøehrady (MSP) je použito
pøipojení on-line i off-line. V pøípadì off-line pøenosu má každá
TMS dle své dùležitosti nastaven
interval stahování namìøených
dat, který je vìtšinou nastaven
na 12 nebo 24 hodin. Automatické stahování je provedeno dispeèinkem, ke kterému je daná TMS
pøipojena. Tento interval je možné hromadnì zmìnit na jiný pro
vybrané skupiny TMS. V pøípadì
pøekroèení nastavených limitních
stavù provede TMS automatické
zavolání na alarmový modem
Obr.3 Telemetrická
a následnì vytvoøené spojení
mìøicí stanice
ukonèí (tzv. alarmová žádost
o spojení). V další fázi odpovídající dispeèink provede stažení historických dat (od poslední komunikace) z TMS, která se dále zpracovávají ve VHD dispeèinku.
Vytvoøení technologického WWW projektu
Na serverech HKS, KONS a PC-VELÍN je pomocí standardních
WWW nástrojù vytvoøen WWW projekt pro celou technologii, který se skládá z jednotlivých WWW stránek. Tyto WWW stránky
tvoøí webový projekt, který je zcela identický jako bìžný webový
projekt známý z veøejného Internetu. Hlavním rozdílem je pouze
to, že zde WWW stránky prezentují pøíslušnou technologii a vše je
z bezpeènostních dùvodù implementováno v prostøedí vnitropodnikového Intranetu Povodí Labe, s. p.. Klienti následnì k vybraným datùm pøistupují prostøednictvím internetového prohlížeèe
(Microsoft Internet Explorer) tím, že si jednoduše spustí požadovanou WWW stránku s technologií. K vytvoøení tìchto WWW
stránek s technologií je využívána aplikace TIRSWebArchitect,
která umožní rychlé a jednoduché vytvoøení celého projektu i neznalému uživateli. Pokroèilý uživatel mùže využít libovolný textový editor (napø. Notepad), ve kterém si vytvoøí stránky dle svých
pøedstav. Vzhledem k tomu, že systém TIRSWeb využívá celosvìtové standardy a normy internetových technologií je také uživateli umožnìno vytvoøení projektu libovolným programem pro vytváøení WWW stránek jakéhokoliv výrobce. TIRSWeb Server
slouží zároveò i jako administraèní nástroj. Administrování systému TIRSWeb doplòování a zmìny technologických WWW stránek
VHD dispeèinku je provádìno za plného provozu bez ovlivnìní jeho funkcí.
Stejným zpùsobem je vytvoøen i WWW projekt veøejného dispeèinku (pøístupný na Internetu) na INTERNET SERVERU, který
obsahuje pouze nìkteré stavy technologie (stavy a prùtoky vodních tokù, stupnì povodòové aktivity, atd.) a je zde zakázáno povelování.
Pøístup klientù (uživatelù) k dispeèinku
Pøístup k celému dispeèinku (pøípadnì jeho èástem) je možný z libovolného zaøízení (PC, notebook, mobilní zaøízení, …), které
obsahuje prohlížeè Internetu, v tomto pøípadì Microsoft Internet
Explorer 5.5 a vyšší. Klient ve svém prohlížeèi Internetu zadá
adresu dispeèinku, který je umístìn na bezpeèném vnitøním
Intranetu, následnì je vyzván k autentifikaci (zadání pøístupového
jména a hesla), na jehož základì je uživateli pøidìleno oprávnìní.
Vybraní pracovníci jsou informováni o stavu technologie jak zobrazením technologie na monitoru, tak i dalšími komunikaèními kanály:
• Telefon, GSM telefon – hlasová zpráva.
• SMS zprávy na GSM telefon.
APLIKÁCIE
19
• E-mailovými zprávami.
• FTP, RAS, modem.
V pøípadì, že si klient zobrazí vizualizaci technologie, na jeho poèítaè se pøi jakékoliv zmìnì nezasílají žádné obrázky, grafy nebo
dokonce celé stránky, ale pouze èíselné hodnoty. Z toho plyne minimální zatížení sítì nebo linky.
Výmìna dat s jinými systémy (export/import)
Vybraná data z VHD dispeèinku jsou automatizovanì exportována
do jiných informaèních systémù napø. pro Èeský hydrometeorologický ústav (ÈHMÚ), Krajské úøady, krizové štáby, atd. Protože
ÈHMÚ má instalovány v urèitých lokalitách vlastní TMS, probíhá
také import dat z IS ÈHMÚ do VHD dispeèinku Povodí Labe s. p..
Rozsah dispeèinku
• Poèet serverù
5 (HKS, KONS, 2 x Roudnice n.L., Internet)
• Poèet MSJ/MSP (podøízených dispeèinkù): 43
• Poèet monitorovaných a øízených jezù: 27
• Poèet monitorovaných a øízených pøehrad: 16
• Poèet telemetrických mìøicích stanic
Pøibližnì 150 (probíhá instalace dalších)
• Poèet zpracovávaných technologických signálù
Kolem 4000 (neustále se rozšiøuje)
• Velikost pracovní databáze
Desítky GB (neustále narùstá)
• Pøipojení technologie k dispeèinku
TCP/IP, RS-232, ModBus, modemy, radiomodemy, modemy,
GSM modemy, RS-485
• Poèet uživatelù pøistupujících v rámci Intranetu: Desítky
• Poèet uživatelù pøistupujících po Internetu: Stovky
• Pøipojená technologie
Telemetrické mìøicí stanice spoleènosti CORAL s.r.o. se systémem PROMOS. NOEL, MULTILOG, FLOW
Použitá technologie na serverech
• Vizualizaèní a øídicí systém TIRSWeb kategorie SCADA/HMI.
• Microsoft NT 4.0 Server.
• Microsoft Windows 2000 Server.
• Microsoft Internet Information Server.
• Databáze ORACLE.
• Microsoft SQL Server 2000.
Použitá technologie na PC-VELÍN
• Vizualizaèní a øídicí systém TIRSWeb kategorie SCADA/HMI.
• Microsoft NT 4.0 Workstation + Personal Web Server + MS SQL
Server 7.0 MSDE.
• Microsoft Windows 2000 Professional + MS Internet Information Server + MS SQL Server 2000 MSDE
Obr.5 Mìøicí stanice jezu Brandýs n. L.
Obr.6 Ukázky grafu
Použitá technologie na jednotlivých klientských stanicích
• Microsoft Windows NT 4.0 Workstation/Server, 2000 Professional/Server, 2003.
• Microsoft Internet Explorer verze 5.5 a vyšší.
Výsledky a pøínosy
Nejvìtším pøínosem projektu je možnost jednotnì a centrálnì dálkovì on-line monitorovat a øídit libovolnou technologii pomocí
aplikace Microsoft Internet Explorer z jakéhokoliv zaøízení (PC,
notebook, mobilní zaøízení, …). Dalším pøínosem jsou informace
pro širokou veøejnost na Internetu o stavech jednotlivých tokù
vèetnì jejich prùbìhù a stupòù povodòové aktivity.
Projekt mìl za výsledek velmi velké snížení nákladù na:
• Obsluhu a údržbu dispeèinku.
• Eliminaci možných škod (díky vèasnì pøedané informaci jednotlivým pracovníkùm).
• Konfiguraci klientských stanic oproti jiným systémùm (využila
se aplikace Microsoft Internet Explorer, která je souèástí každého operaèního systému Microsoft Windows).
• Dálková konfigurace (LAN, WAN, modem, GSM modem).
• Eliminace chyb použitím automatizovaného pøedávání dat.
• Budování TMS, využívají se i TMS jiných subjektù (napø.
ÈHMÚ) vèetnì oboustranné výmìny dat.
• Rozšiøování dispeèinku v budoucnu (otevøený systém TIRSWeb
založený na standardech a normách internetových technologií).
9
Daniel Halmich
Obr.4 VHD dispeèink Povodí Labe, s. p.
20
APLIKÁCIE
CORAL, s. r. o.
e-mail: [email protected]
AT&P journal 7/2004