Введение

Пользовательская часть системы JEVis связывает все необходимые датчики и исполнительные устройства, установленные на объекте клиента, через локальную управляющую сеть (также известную как полевая сеть или «полевая шина» ), делая их доступными через Интернет. Смотри далее в этой главе для более подробного описания инфраструктуры связи.

Имея такую инфраструктуру, система JEVis может не только записывать и анализировать данные энергопотребления, но и любой другой вид измеряемых данных. Использование оборудования, температуры, количества лиц, входящих в супермаркет, состояние оборудования для кондиционирования воздуха и многое другие параметры подаются в базу данных JEVis для дальнейшей обработки. Клиент может не только увидеть график нагрузки, но и его связь с другими графиками измерений и, таким образом, определить те параметры, которые были ответственны за появление пиков энергопотребления. Сочетание технологических данных и данных о потреблении энергии позволяет клиенту оценить производительность различных частей своего предприятия и оптимизировать его затраты в целом. Система JEVis предлагает решение позволяющее получать, обрабатывать и использовать данные энергопотребления.

Проект Игуана (1999-2001) был направлен на создание клиентской инфраструктуры для сенсорных сетей и сбора данных. Проект Игуана, являющийся прямым предшественником проекта JEVis, привел к гибкому соединению Интернет /полевая шина, которое работает на различных аппаратных платформах. Система JEVis использует программное обеспечение соединения Игуаны на реечном промышленном ПК под названием "VIDA". Основными свойствами устройства VIDA являются:

• Intel-архитектура промышленного ПК;

• операционная система Linux с веб-сервером, протоколом безопасных соединений, протоколом безопасной оболочки и др;

• Надежное исполнение на основе энергонезависимой флэш-памяти, отсутствие движущихся частей;

• Цифровые входные каналы для счетчиков (электричества, газа, воды и т.д.);

• Цифровые выходные каналы для реле;

• сетевой интерфейс LonWorks для дополнительных датчиков и исполнительных механизмов;

• для IP-подключения используются Ethernet-сети или ISDN (Цифровая сеть интегрального обслуживания) или GSM-модем (глобальная система мобильной связи).

Аппаратное обеспечение VIDA разработано для высокой надежности и возможности использование в агрессивной среде и в среде, с высоким коэффициентом электромагнетизма. Таким образом, все входы и выходы гальванически развязаны. Устройство не имеет движущихся или подключающихся частей и может быть установлено в закрытых распределительных щитах. При включении питания, программное обеспечение устройства ИГУАНА определяет датчики и исполнительные механизмы, подключенные к сети LonWorks. Далее каждый найденный узел, регистрируется в базе данных устройства и используется и управляется с помощью программного обеспечения VIDA.

Изначально предназначенное для использования в качестве удаленного узла конфигурации для системы управления нагрузкой Энвидатек, устройство VIDA было более интересно своими "вспомогательными" особенностями: регистрация и сбор данных. В то же время, хранение значений измерений и генерирование сигналов тревоги в зависимости от состояния системы – это основное назначение устройства VIDA.

Устройство VIDA было первоначально использовано в качестве автономной системы и играло роль "агента" с точки зрения сетевого взаимодействия, использующего HTTP-сервер и другие возможности сигнализации или тревоги. Теперь, особенности и возможности VIDA в широком масштабе "привиты" и расширены включением VIDA в систему JEVis.

Аварийное сообщение – это теперь не только сообщение на электронную почту, посланное устройством VIDA, а часть целой концепции управления сигнализацией и тревогой. Система JEVis принимает тревожные сообщения от устройства VIDA и создает факсимильные сообщения, GSM SMS (служба коротких сообщений), телефонные звонки и использует другие способы добраться до предполагаемого получателя тревожного сообщения. Если прием сигнала тревоги не подтверждается в течение определенного времени, дальнейшие тревожные сообщений отправляются другим ответственным лицам, пока проблема не будет решена. Управление всем этим слишком сложно лишь для встраиваемого узла, как VIDA, но это решаемо с помощью современной платформы, такой, как система JEVis.

Эти расширенные услуги являются движущей силой для JEVis. В результате получилась универсальная платформа, которая может собирать, вычислять, распространять и управлять данными, которые, как правило, получены с помощью некой измерительной системы. Увеличение детализации знаний о предприятии или производственном процессе делает задачу выявления проблем и оптимизации процессов более легкой. Устройства и средства, которые ранее контролировались и работали независимо, могут быть проанализированы и рассмотрены в глобальной и относительной зависимости. Общее энергоснабжение всегда "ссылается" на отдельные процессы, когда дело доходит до потребления энергии, хотя они управляются независимо. Система JEVis теперь позволяет клиенту получить обзор, выявить и преодолеть технические и организационные проблемы.

Типичная ситуация, которую можно найти на сайтах клиентов, изображена на рисунке 99. Количества энергоемких процессов клиента (изготовление полос, производство сжатого воздуха и т.д.) управляются индивидуально, но снабжаются вместе. Поскольку поведение отдельных процессов не согласовано, существует вероятность появления ненужных пиков энергопотребления.

Пользовательская часть системы JEVis связывает отдельные устройства и их процессы регулирования с сетью управления и графическим алгоритмом управления энергией. Такая система управления энергией (СУЭ) координирует процессы более или менее изощренным способом. Иногда, как в случае СУЭ Энвидатек, даже кратковременный прогноз индивидуальных потребителей используется для оптимизации формы графика потребления.

Межпроцессная координация – это лишь одна сторона медали. Даже в рамках процессов потребления координация обычно отсутствует. Оборудование приборов потребления энергии соответствующими датчиками JEVis, которые измеряют потребление, позволяют клиентам выяснить, какие части его системы ответственны за пики потребления. Детальные знания о процессах - это основа для конфигурации системы энергоменеджмента.

Некоторые клиенты JEVis являются не потребителями электрической энергии, а производители. Типичным примером является ветряная электростанция, которая, как правило, не потребляет энергию из сети пока это возможно. Соответствующая политика энергообеспечения определяет, сколько энергии ветряные электростанции могут производить, в зависимости от времени, ситуации в сети, и так далее. Процесс оптимизации здесь это не оптимизация потребления и формы графика потребления, а оптимизация добычи и закачки электроэнергии. Алгоритмы схожи и аппаратное обеспечение практически идентично. Сеть управления измеряет количество произведенной энергии, скорость ветра и т.д., и потребляется ли энергия из сети или нет. Наличие записей о произведенной энергии так же важно, как и о потребляемой энергии.

Комплект JEVis состоит в основном из базы данных, которая хранит и обрабатывает собранные данные измерений. Результаты впоследствии предлагаются для клиента в качестве Интернет-контента через веб-интерфейс. Таким образом, система JEVis состоит из трех частей (рис. 100).

• Клиентская установка: пользовательский процесс, оснащенный интернет-шлюзом (VIDA, например) и, возможно, некоторая управляющая сеть для подключения к устройству VIDA дополнительных датчиков и исполнительных механизмов.

• Сервер JEVis, Интернет- база данных.

• Потребитель в качестве клиента подключается к серверу JEVis, используя стандартный веб-браузер.

VIDA, как уже упоминалось, реечный персональный компьютер, который отвечает за сохранение удаленного канала локальной сети, используется для контроля, оценки аварийной ситуации, а также измерений и регистрации данных, таких как расход воды, температура, и так далее.

Рисунок 99. Разделение процессов через систему JEVis

Рисунок 100. База данных JEVis со стоками источниками данных

Главным нововведение VIDA являются сетевые возможности. Устройство оснащено гибким программным обеспечением на основе Linux и некоторых модемов, оно способно

• Подобрать входящих вызовов и установить IP соединение,

• набрать ряд провайдеров по требованию,

• быть постоянно подключенным к IP сети, как цифровые абонентские линии (DSL), местные локальным сетям (LAN), и т.д., и

• "просыпаться" от телефонного звонка и перезвонить для IP-подключения.

Эти гибкие сетевые функции были ключом к успеху. Устройство VIDA может быть установлено практически везде, в корпоративных сетях, "в поле" и т. д. Пользовательский процесс в дальнейшем оснащается устройством VIDA и соответствующими датчиками. Если необходимы только типичные данные о потреблении электрической энергии или тепловой энергии, то нет необходимости в локальной управляющей сети. Если температура, давление воздуха и другие величины необходимы, то датчики должны быть подключены. Протоколы VIDA были тщательно отобраны, чтобы спокойно пройти брандмауэры и прокси-серверов, предлагая высокий уровень безопасности данных. Так как обычные прокси-серверы часто позволяют только HTTP обмен данных (протокол передачи гипертекста), протоколы шлюзов должны быть встроены в HTTP. Слои, важные для безопасности, должны быть или включены в HTTP или быть основаны на широко принятых стандартных протоколах безопасных соединений (SSL). Система JEVis делает две вещи: внутреннюю аутентификацию (проверку подлинности) и скрытие трафика в протоколе безопасных соединений, когда используются соединение через Интернет. Ключевое распределение для шифровальных частей слоев безопасности основано на электронных чиповых картах, информация о которых выходит за рамки этой главы.

Одной из главных задач системы является доступность и надежность. Области энергоснабжения доминируют по уровню качества энергоресурсов в последние десятилетия. Электрическая энергия была всегда доступна и была постоянна по качеству. Это именно то, что клиенты хотят от энергоснабжения. Когда дело доходит до электроники, систем связи, серверов и Интернета, мы находим совершенно иной качественный уровень. Эти системы, в связи с их сложностью, гораздо более нестабильны и находятся более под угрозой возникновения как аппаратных, так и программных проблем, чем проблем с электроэнергией. Таким образом, все программное обеспечение системы JEVis контролируется сторожевой программой для правильного функционирования. Два коммуникационных программных компонентов (клиент и сервер), например, взаимно контролируют друг друга для задержек, стабильности, правильного поведение, текущего статуса, и др. Только эти меры позволили достичь нужной доступности. На рисунке 101 изображены два случая, при которых систем JEVis обмениваются информациями и дополнительно контролирует системное поведение друг друга, кроме двух процессов в системе, у которых есть отношение клиент-сервер.

Мониторинг происходит различными путями. Как правило, запросы клиентов посылаются и результат анализируется. Это гарантирует, что, по крайней мере, запросы клиента обрабатываются корректно. Кроме того, существуют системы внутренних каналов для надзора, которые обеспечивают более глубокий анализ текущего состояния наблюдаемой системы. Основные аспекты, как использование памяти, загрузка системы, а также другие атрибуты текущего уровня системы могут быть переданы через эти каналы, как и информация о состоянии отдельных процессов систем. Рисунок 101 показывает два процесса на одной и той же или даже (или сказать "еще лучше") на идентичных машинах сети JEVis. Процессы обычно являются частью взаимодействия клиент/сервер. Оперативные данные передаются с помощью этих отношений так же, как и данные мониторинга. В этом случае, один процесс А может быть на страже для процесса Б. Поскольку все части системы JEVis используют или могут использовать защищенные межпроцессные каналы связи, отдельные процессы могут быть расположены на географически отдаленных серверах. Это принципиальное конструкционное решение позволяет устанавливать систему распределенным и отказоустойчивым образом. Одним из важных правила взаимного контроля является то, что окончательные решения цепочки "кто кого сбрасывает" (в случае если обнаружены неисправные состояния) должны быть строго иерархически определены в целях предотвращения петель и коллизий в процессе принятия решений. Распространение отката или сброс действия должны быть абсолютно детерминированными. Внутренние отношения клиент-сервер для запросов о состоянии и команд сброса всех компонентов должны быть строго иерархичны.

Рисунок 101. Системный и процессный мониторинг