Компоненты автоматизации и оптимизации систем на платформе MasterSCADA 4D

Masterscada это программно-инструментальный комплекс, предназначенный для создания систем промышленной автоматизации и диспетчеризации технологических и производственных процессов. Данная платформа является решением нового поколения, разработанным в соответствии с концепцией Industry 4.0 и технологией промышленного интернета вещей (IIoT).

 Она включена в реестр отечественного программного обеспечения, что подтверждает её соответствие требованиям российских регуляторов и возможность использования на объектах критической информационной инфраструктуры.

В основе архитектуры системы лежит подход, позволяющий реализовывать проекты любого масштаба от локальных установок до крупных территориально распределённых комплексов, охватывающих предприятия промышленности, жилищно-коммунального хозяйства и автоматизации зданий.

Гибкая архитектура и кроссплатформенность

Архитектурная гибкость MasterSCADA 4D обеспечивает возможность развёртывания систем на различных аппаратных платформах и операционных системах. Платформа поддерживает работу как в среде Windows, так и в среде Linux, включая отечественные дистрибутивы Astra Linux, РЕД ОС и AltLinux.

Данная кроссплатформенность распространяется на все уровни управления от программируемых логических контроллеров и промышленных компьютеров до автоматизированных рабочих мест операторов и серверных решений.

• Это свойство становится критически важным при построении распределённых систем, где различные узлы могут функционировать на разных операционных системах в рамках единого проекта, обеспечивая бесшовное взаимодействие между компонентами.
• Многоуровневая клиент-серверная архитектура платформы позволяет реализовывать вертикально-интегрированные решения, где данные передаются от полевого уровня через средний уровень управления к верхнему уровню диспетчерским пунктам и корпоративным информационным системам.
• Такая структура обеспечивает прозрачность технологических данных на всех этапах их обработки и предоставляет возможность миграции функционала между уровнями без необходимости перепрограммирования всей системы.

Архитектурная гибкость также проявляется в поддержке различных сред передачи данных от последовательных портов и GPRS до высокоскоростных оптических линий и интернета как универсальной среды передачи. Межкомпонентное взаимодействие в системе базируется на стандарте OPC UA, который обеспечивает соединение разноплатформенных приложений и создаёт единое информационное пространство для всех участников технологического процесса.

Объектно-ориентированный подход к разработке проектов

В основе методологии разработки проектов в MasterSCADA 4D лежит объектно-ориентированный подход, позволяющий многократно сократить трудозатраты на создание и отладку систем автоматизации.

Под объектом в системе понимается совокупность графического представления технологического объекта, его параметров, алгоритмов контроля и управления, а также входных и выходных сигналов. Объекты могут включать в себя другие объекты, формируя иерархические структуры, которые отражают реальную организацию технологического процесса.

Механизм инкапсуляции обеспечивает сокрытие внутренней реализации объекта, предоставляя разработчику интерфейс для взаимодействия с ним через набор определённых свойств и методов.

Ключевым инструментом объектного подхода является типизация через метод шаблонов, который обеспечивает многократное использование одного и того же объекта в качестве шаблона как в рамках одного проекта, так и при разработке других систем. На базе существующих шаблонов могут быть созданы новые, что позволяет автоматизировать описание однотипных объектов и формировать библиотеки типовых решений.

Механизм наследования обеспечивает автоматическое изменение всех экземпляров шаблона при его редактировании, что значительно сокращает время внесения изменений в проект и гарантирует единообразие логики работы однотипных объектов. В версии 1.2.4 был введён новый элемент экземпляр объекта, который содержит параметры объекта и ссылки на окна и программы, при этом реализация программ и окон остаётся в типе объекта.

Такое разделение позволяет дополнительно сократить объём проектных файлов и снизить требования к ресурсам оборудования, повышая производительность системы как в режиме разработки, так и в режиме исполнения.

Коммуникационные протоколы и интеграционные возможности

Современное производство требует полной интеграции информационных технологий и систем промышленной автоматизации для достижения лучших показателей эффективности. MasterSCADA 4D поддерживает широкий спектр промышленных протоколов передачи данных, что позволяет подключать оборудование различных производителей напрямую, без использования дополнительных шлюзов и OPC-серверов.

• Среди поддерживаемых протоколов OPC UA/DA/HDA, Modbus RTU/TCP, BACNet, Profinet, Omron FINS, Mitsubishi SLMP, IEC 61850, IEC 60870-5-104. Для работы в сетевых инфраструктурах доступны протоколы SNMP, MQTT, HTTP, JSON и Syslog, что обеспечивает возможность интеграции с системами мониторинга и управления на уровне предприятия.
• Особое внимание в системе уделяется поддержке протоколов для работы со счётчиками энергоресурсов, такими как Меркурий, Теплоком, НЗИФ и Энергомера, что делает платформу эффективным инструментом для задач учёта и коммерческого учёта ресурсов в ЖКХ и на промышленных объектах. Для организации обмена данными на уровне баз данных MasterSCADA 4D поддерживает ODBC, MS SQL, PostgreSQL и MySQL, а также обеспечивает бесшовную интеграцию с системой 1С.

Важным элементом интеграционных возможностей является инструментарий для написания собственных драйверов по описанию, что позволяет подключать нестандартное оборудование и расширять функциональность системы под специфические требования заказчика. На практике при реализации проектов часто используется комбинация различных протоколов: например, в проекте ЕСМО для трёх офисов применялись Modbus RTU, Modbus TCP, а также специализированные драйверы для SNMP, MQTT и Echelon LNS.

Программирование логики и SoftLogic-система

MasterSCADA 4D интегрирует мощную SoftLogic-систему, позволяющую программировать контроллеры и логику управления на всех пяти языках стандарта МЭК 61131-3, включая функционально-блочный язык (FBD), структурированный текст (ST), релейно-контактные схемы (LD), последовательные функциональные схемы (SFC) и язык высокоуровневых инструкций (IL). Среда разработки содержит обширные библиотеки готовых функций и функциональных блоков, насчитывающие более 300 элементов, что позволяет ускорить разработку типовых алгоритмов управления.

Возможность программирования логики непосредственно в среде SCADA открывает широкие перспективы для создания распределённых систем, где часть алгоритмов исполняется на уровне контроллеров, а часть на верхнем уровне управления.

Платформа MasterSCADA 4D поддерживает работу с широким спектром программируемых логических контроллеров, включая отечественные решения. В числе поддерживаемых контроллеров встраиваемые компьютеры Moxa UC-8100, ПЛК Wiren Board, промышленные контроллеры ЧГП-РТ производства ОСАТЕК, а также российские ПЛК Fastwel MK150, Bolid M3000T ИнСАТ и Овен ПЛК 110[М02].

Для контроллеров Wiren Board предусмотрена возможность установки MasterPLC, что позволяет программировать логику с использованием стандарта МЭК 61131-3 и запускать интерактивные дашборды непосредственно на контроллере. Данная архитектура обеспечивает гибкость при выборе аппаратной платформы и позволяет оптимизировать распределение вычислительной нагрузки между компонентами системы.

Системы визуализации и человеко-машинный интерфейс

Графическая подсистема MasterSCADA 4D основана на стандарте HTML5, что обеспечивает полную поддержку современных требований к веб-визуализации. Web-клиенты в системе имеют абсолютно тот же функционал, что и локальные графические клиенты нет никаких отличий ни в представлении информации, ни в реализации функций управления.

• Это позволяет операторам и диспетчерам получать доступ к мнемосхемам и управляющим элементам через стандартные веб-браузеры без установки дополнительного программного обеспечения, что особенно актуально для территориально распределённых объектов и удалённых рабочих мест.
• Среда визуализации предоставляет широкий набор инструментов для отображения технологических данных. Визуализация мнемосхем реализуется через совокупность графических элементов, связанных с параметрами объекта и отображающих текущее состояние оборудования и ход процесса.
• Графические элементы поддерживают различные форматы, включая видеоформат mp4, что позволяет интегрировать видеоролики в мнемосхемы для наглядного отображения процессов или инструкций для оператора.

В последних версиях проведена оптимизация генерации мнемосхем для ускорения открытия окон, а также доработана настройка всплывающих подсказок и добавлен новый графический элемент "Календарь". Подход к созданию графических элементов претерпел изменения: параметры в базе данных создаются только при наличии связи, а события окон (клик мыши, нажатие, потеря фокуса) не добавляются в проект автоматически, а создаются вручную при необходимости в панели свойств окна.

Это позволяет разработчику более гибко управлять интерфейсом и избегать избыточной логики.

Аналитика данных и генерация отчётов

MasterSCADA 4D предоставляет мощные инструменты для анализа данных в режиме реального времени и на основе исторических архивов. Тренды графики изменений технологических данных, таких как температура, давление, уровень, объём выпуска продукции и другие параметры позволяют оператору с высокой достоверностью анализировать динамику контролируемого процесса и выявлять причины отклонений.

Каждый тренд обладает детальными свойствами, включая цвет, теги сигналов, текущие и предельные значения, дату и время, а также качество сигналов. На основе трендов оператор может не только отслеживать текущее состояние процесса, но и прогнозировать развитие ситуаций, своевременно предотвращая аварийные режимы.

Система ведения архивов данных обеспечивает хранение исторических значений параметров с возможностью настройки периода хранения, ограничения очереди записи и интервала между попытками подключения к базе данных. В версии 1.2.4 была реализована поддержка хранения архивов сообщений в базах данных PostgreSQL и MSSQL наряду с уже существующей SQLite. Мощный генератор отчётов предоставляет функционал автоматизации производственной отчётности как по контролируемым процессам, так и по всему предприятию в целом. Источником данных для отчётов могут выступать как текущие значения параметров, так и архивированные данные, что позволяет формировать сводные отчёты за любой период.

Отчёты дают полную картину состояния производства, простоев технологического оборудования, потребления энергоресурсов и других ключевых показателей эффективности, делая аналитику технологических и бизнес-процессов наглядной и доступной для принятия управленческих решений.

Оповещение о событиях и авариях

Современные производства требуют мгновенного реагирования на возникновение внештатных ситуаций и аварий, что диктует необходимость быстрой идентификации причин отказа оборудования и сокращения простоев. MasterSCADA 4D имеет развитую систему оповещения, обеспечивающую оператора подробной информацией о событии в ясном и структурированном формате.

Оповещения о событиях могут быть выделены цветом, шрифтом, звуковым сигналом, отсортированы по приоритету, категории или времени возникновения. Все события фиксируются в специализированном журнале со встроенными механизмами фильтрации, что позволяет оператору быстро находить нужную информацию и отслеживать хронологию развития аварийных ситуаций.

Система оповещения поддерживает отправку уведомлений через различные каналы связи, включая SMS, электронную почту и Telegram-мессенджер. Это обеспечивает своевременное информирование ответственных служб даже в тех случаях, когда оператор не находится непосредственно за пультом управления.

• В версии 1.3.8 были доработаны протоколы SNMP и SMS интегрирована отправка уведомлений посредством стандартных сетевых механизмов (SMS, SNMP-traps).
• Функциональный блок RedundancyControl, входящий в библиотеку BaseObjects, позволяет управлять резервированными узлами системы и контролировать их состояние. Узел может иметь статус отказа, ошибки или программного отказа, причём программный отказ может быть установлен как через вход функционального блока, так и с помощью кнопки на панели управления узлом.
• Система предусматривает ограничение переключения между основным и резервным узлом: узел может стать основным только если он переключился в режим резервного как минимум 15 секунд назад, что предотвращает зацикливание при переключениях. Выходы IsRedundancyEnabled, IsMaster, IsFault и другие позволяют разработчику точно определить состояние резервирования в каждый момент времени и настроить логику работы системы с учётом этих состояний.

Горячее резервирование и отказоустойчивость

Горячее резервирование является одной из ключевых функций MasterSCADA 4D, обеспечивающей непрерывность управления технологическими процессами при отказах оборудования.

Гибкая архитектура системы позволяет реализовать резервирование любого узла серверов, АРМ оператора, контроллеров и других компонентов, обеспечивая при этом минимальное время переключения и синхронизацию данных. При обрыве связи или выхода из строя любого элемента системы MasterSCADA мгновенно переключится на резервный узел, исключая потерю важных данных и значительных финансовых и временных затрат на их восстановление.

Важно отметить, что при переключении оператор сохраняет доступ ко всему функционалу MasterSCADA без ограничений, что позволяет продолжать управление процессом в штатном режиме.

Управление резервированием реализовано через функциональный блок RedundancyControl, который работает независимо на каждом узле и показывает состояние того узла, в котором исполняется. Функциональный блок предоставляет набор входов и выходов для управления резервированием и мониторинга состояния узлов. Входы SetProgramFault и ResetProgramFault позволяют программно устанавливать и сбрасывать статус отказа узла, а ChangeToSlave даёт возможность временно перевести узел в режим резервного. В случае, если оба сервера находятся в состоянии отказа, управление переходит тому узлу, у которого значение параметра FaultLevel меньше.

Выход IsMaster показывает текущий режим узла (MASTER или SLAVE), что может быть использовано в алгоритмах, например, для запрета отправки email-сообщений с резервного узла. В новой версии 1.3.8 была добавлена синхронизация сообщений при резервировании серверов, что повышает целостность и непротиворечивость данных в распределённых системах.

Интеграция с системами безопасности и инженерного оборудования

Платформа MasterSCADA 4D демонстрирует широкие возможности интеграции с системами безопасности и инженерного оборудования зданий.

На практике реализованы проекты, в которых под управлением системы объединяются охранная и пожарная сигнализация, системы электроснабжения и бесперебойного питания, системы микроклимата и вентиляции, а также системы контроля и управления доступом.

Интеграция системы охранной сигнализации позволяет удалённо контролировать постановку объектов на охрану, оперативно оповещать о некорректном снятии с охраны или взломе, что повышает уровень безопасности и сокращает время реагирования на инциденты. В системе электроснабжения осуществляется мониторинг текущей нагрузки, распределения электропитания и контроля качества электроэнергии, включая вводные автоматы.

Для автоматизации зданий и диспетчеризации инженерного оборудования доступен сервис Конфигуратора MasterBMS, позволяющий создать готовый проект MasterSCADA 4D без использования среды разработки. Это значительно упрощает процесс проектирования и внедрения систем управления зданиями, снижая порог входа для специалистов, не обладающих глубокими знаниями в области SCADA-систем. Инновационное приложение MasterDigitalTwin реализует концепцию цифрового двойника здания, интегрируя технологии информационного моделирования (BIM/ТИМ) в процессы эксплуатации. Это позволяет визуализировать инженерные системы, обеспечивать их мониторинг и повышать эффективность управления объектами недвижимости на протяжении всего жизненного цикла.

Применение интеграции с системами безопасности и инженерного оборудования демонстрирует практические результаты: в проекте ЕСМО трёх офисов снижение потребления энергии достигло 30%, а срок службы оборудования был значительно продлён за счёт поддержания оптимальных режимов работы. Своевременное SMS-оповещение о внештатных режимах и сбоях обеспечивает быструю реакцию служб эксплуатации и предотвращает развитие аварийных ситуаций.

• MasterSCADA 4D это полноценную экосистему программных компонентов для автоматизации и диспетчеризации, охватывающую все уровни управления от программирования контроллеров до создания АРМ операторов и облачных решений.
• Объектно-ориентированный подход, основанный на типизации и наследовании, позволяет многократно сократить трудозатраты на разработку и обеспечить высокую степень стандартизации проектов.

Кроссплатформенность и поддержка широкого спектра операционных систем, включая отечественные, делают систему гибким инструментом, адаптируемым под любые требования заказчика. Развитые коммуникационные возможности, включая поддержку большинства промышленных протоколов и бесшовную интеграцию с OPC UA, обеспечивают технологическую прозрачность и доступность данных в режиме реального времени.

Системы оповещения, горячего резервирования и архивации данных гарантируют высокую надёжность и отказоустойчивость решений на базе MasterSCADA 4D, что подтверждается успешными внедрениями на объектах различных отраслей от управления энергокомплексами горно-обогатительных комбинатов до диспетчеризации инженерных систем офисных зданий.

Практические результаты внедрения свидетельствуют о значительном экономическом эффекте: сокращении простоев оборудования, снижении энергопотребления и оптимизации эксплуатационных расходов.

Включение платформы в реестр отечественного программного обеспечения и подтверждение совместимости с российскими операционными системами открывают широкие перспективы для её применения на объектах критической информационной инфраструктуры в рамках программ импортозамещения.

Постоянное развитие платформы, включающее регулярные обновления и расширение функциональных возможностей, обеспечивает её соответствие современным требованиям цифровой трансформации промышленности и позволяет оставаться востребованным инструментом для создания эффективных систем управления технологическими процессами.