Нормативная документация

Создание АСДУ, проблемы и особенности, практические рекомендации

20 января 2014 г. | Категория: Системы управления и мониторинга ЦОД

Внашей «большой деревне на се­ми холмах» построение центра­ли­зо­ванной автоматизирован­ной системы управления ЦОД вос­при­нимается большинством спе­циалистов как некий бантик. Как ук­ра­шение, способное придать оп­ре­­деленный лоск основным инженерным системам ЦОД. Необходимость именно единой системы, с точ­ки зрения таких специалистов, сомнительна.

Ну действительно, зачем городить огород с контроллерами, протоколами, проводами и прочими «приблудами», когда можно взять штатные средства удаленного мо­ниторинга по каждой инженерной системе, которые к тому же постав­ляются в комплекте с оборудованием, и вывести все это «хозяйст­во» на рабочее место оператора. Как таковых инженерных систем немного: чтобы пересчитать, хватит пальцев одной руки. Тогда к чему все эти интеграции, экранные формы, архивы данных и так далее, когда еще много места на стене перед рабо­чим местом дежурного инженера? Вполне логично. Такая практика распространена и, более того, процветает. Но такой подход характерен для нашей «деревни».

На Западе все немного по-дру­гому. Там системе автоматизации придается совсем другое значение. И она не рассматривается как вспомо­гательная – это вполне самостоятельная система, такая же, как электроснабжение и холодоснабжение. Как следствие, у многих операторов ЦОД на европейском рынке нет круглосуточной дежурной смены. Все автоматизировано до предела. Это другой подход, европейский. Как обычно, с небольшим запозданием мы свернем со своей тропинки и пойдем по уже проторенной цивилизованным миром дороге. Ну а пока в системах автоматизации и управления инженерными системами ЦОД большинство специалистов «слаще морковки ничего не ели» и далее реле контроля фаз не продвинулись.

Какие же преимущества дает единая централизованная автоматизированная система управления инженерными системами ЦОД, или, как часто ее называют в технической литературе, автоматизированная система диспетчеризации и управления (АСДУ)? Ответ простой – экономические. Все упирается в деньги. Применение АСДУ позволяет:

• уменьшить количество обслуживающего персонала;
• повысить надежность работы инженерных систем – исключить человеческий фактор;
•  оптимизировать работу наиболее энергоемких технологических процессов;
•  увеличить эффективность работы отдельных установок за счет оптимальной загрузки оборудования;
•  увеличить ресурс работы инженерного оборудования.

По данным еженедельника Computer­World, 70 % проблем, возникающих сегодня при обслуживании ЦОД, обусловлены человеческим фактором. Почему же, как правило, автоматика отрабатывает лучше, чем человек? Потому что когда разрабатывается алгоритм действия авто­матики, делается это в спокойной обстановке, без спешки, с привлечением необходимых специалистов. И когда программа прошла проверку, инсталлирована в систему, обкатана, то больше в систему никто и не вмешивается – работает, как задумано. Человек, даже если он сто раз все выучил и знает, даже если у него инструкция перед глазами, в экстренной ситуации, когда на обдумывание нет времени, когда в буквальном смысле земля горит под ногами, может ошибиться.

Организация централизованной АСДУ ЦОД требует определенных финансовых вложений, но эти затраты обоснованны. Они несравнимо меньше издержек на ремонт технологического оборудования. Убытки, которые может понести компания в случае ненадлежащей эксплуатации (рискуя при этом своим имиджем и репутацией), по многим показателям существенно выше сумм вложений на создание АСДУ. Ввод в эксплуатацию АСДУ позволяет нивелировать ошибки, вызванные человеческим фактором, так как алгоритм работы АСДУ учитывает только необходимые входные данные и посылает соответствующие сигналы управления.

Если с повышением надежности эксплуатации инженерных систем при внедрении АСДУ все достаточно прозрачно, то каким же образом АСДУ позволяет в дальнейшем экономить на расходах? Ну, во-первых, на численности персонала. При должным образом отстроенной автоматике можно существенным образом сократить обслуживающий персонал, вплоть до отказа от круглосуточной дежурной смены. Звучит для нашего уха, конечно, дико, но, с другой стороны, нас же не пугают лифты без лифтера, эскалаторы без дежурного по эскалатору, значит, через какое-то время не будут пугать и ЦОДы без круглосуточной дежурной смены.

Кроме того, АСДУ дает необходимые статистические данные по работе оборудования, по его энергопотреблению в данный момент. И можно сразу сравнить эффективность двух одинаковых установок или одной и той же установки, но в разных режимах работы, и на основании полученных данных оптимизи­ровать режим работы. Допустим, загрязнение фильтров системы охлаждения приводит к повышенному потреблению электроэнергии на двигателях, и, как оказывается, вовремя проведенная замена фильтров не только снижает нагрузку на двигатель и увеличивает его ресурс, но и экономически выгодна из-за снижения расходов на электроэнергию.

Мониторинг состояния инженерных систем позволит предвидеть возможные аварийные ситуации и заранее предупредить их развитие. Это и замерзание топлива в топливных баках ДГУ, и размораживание труб, и недозаряд аккумуляторных батарей, и отключение электрическо­го автомата, и перегрев помещений, и локальные задымления и многое-многое другое. Я вообще не представляю, как можно жить без мониторинга температуры в машинных залах. Централизованная система позволяет свести все системы в единое целое и получить объективную картину того, что происходит в инженерных системах ЦОД. И как известно, управлять можно только тем, что вы способны измерить.

На какие нормативы следует опираться при проектировании и строительстве АСДУ? Существует множество нормативных документов, ка­сающихся организации АСДУ. Это ГОСТ 24-й, 34-й серии, СНиП 3.05.07-85, РД 50-34.698-90. В соот­ветствии с этими документами необходимо составить техническое задание и поэтапно построить АСДУ. К сожалению, в них не отражаются современные требования и ню­ансы, детальные решения для ЦОД. В этих документах встречается множество определений: автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ), автоматизированная система управления зданием (АСУЗ), автоматизированная система управления технологическим оборудованием (АСУ ТО), автоматизированная система управления и диспетчеризации инженерным оборудованием (АСУДИО). Все эти системы применительно к ЦОД имеют схожий смысл, с полным или частичным пересечением набора функций:

• возможность коммуникации и обмена данными с технологическим оборудованием, установками;
• обработка полученной информации и отправка команд в реальном времени;
• отображение полученной информации в графической форме (мнемосхемы, графики, таблицы);
• функции оповещения о предава­рийных, аварийных событиях, выходе параметров установок из нормального рабочего режима;
• сохранение, архивирование информации в базе данных;
• периодическое генерирование и подготовка отчетов о работе технологического оборудования и систем;
• возможность дальнейшего масштабирования и коммуникации со сторонними системами.

Не будем останавливаться на рассмотрении плюсов, минусов и особенностей существующих стандартов автоматизации, возможных технических решений, так как выбор того или иного стандарта тесно связан с наработками интегратора и предпочтений заказчика. Скажем несколько слов об основах системы АСДУ.

Возможность коммуникации и обмена данными с технологическим оборудованием, установками

Современное технологическое оборудование имеет широкие возможности коммуникации и интеграции. Один из самых распространенных стандартов – Modbus, который предназначен для оборудования по измерению параметров потребления электрической энергии, тепла, воды, диагностики холодильного оборудования. Не менее популярны Bacnet, LON – для оборудования вентиляции, кондиционирования, охлаждения; KNX – для управления освещением, зонального управления климатом.

При построении АСДУ желательно придерживаться общей иерархической структуры:

1. Полевой уровень – исполнительное оборудование (клапаны, приво­ды), контрольно-измеритель­ные при­­боры (датчики, реле, пе­реключа­те­ли), устройства согласования и пре­­об­разования сигналов. В ка­чест­ве сиг­налов желательно выбрать унифи­ци­­рованные сигналы: 0–20 МА, 4–20 МА, 0–10 В, 1–10 В, Pt 100, Pt 1000, LG-Ni 1000 и другие.

2. Уровень автоматизации – контроллеры сбора информации, шкафы автоматики, шкафы управления, технологическое оборудование со своей автоматикой. На данном уровне происходит сбор и преобразование информации, непосредственная выдача управляющих команд оборудованию полевого уровня.

3. Верхний уровень – серверы АСДУ, осуществляющие коммуникацию с оборудованием уровня автоматизации, автоматизированные рабочие места операторов.

В связи с этим проектировщик на начальной стадии может выбрать необходимое решение для осуществления коммуникации и подобрать оборудование. Но тут могут возникнуть трудности, так как необходимо ясно понимать, какие задачи по коммуникации ставит заказчик. Нужно учитывать, какие цели должны быть достигнуты, какие из них обладают первостепенной значимостью:

• объем информации: все ли данные с помощью избранного метода можно получить от оборудования;
• скорость обмена информацией: удовлетворяет ли заданию частота обновления информации. Здесь необходимо рассматривать пропускную способность канала не на одной установке, а учитывать все установки, которые будут находиться в сети;
• ограничения по выбранному стан­­дарту: необходимо учитывать фак­­тическое расположение оборудо­ва­­ния. В данном случае имеется в ви­ду расстояние между установками, об­щая длина сети, располо­жение установок (на улице/внутри, в поме­ще­нии рядом с высоковольтным обо­ру­до­в­анием).

Желательно выбирать решения на основе стандартов, которые имеют высокоскоростные каналы обмена информацией.

Обработка полученной информации и отправка команд в реальном времени

Как только все решения по интеграции и коммуникации с технологическим оборудованием выбраны и проверены, необходимо рассчитать нагрузку на аппаратное и программное обеспечение (SCADA) АСДУ. Неправильный расчет общего объема приема/передачи, обработки, отображения и хранения информации вместе с поверхностной проверкой всех ограничений программной и аппаратной части АСДУ приведет к ненадежной работе АСДУ или поставит под сомнение использование выбранного программно-аппаратного комплекса. Программное обеспечение имеет определенные ограничения, которые связаны с подключаемыми службами и программными драйверами. Это ограничения по объему информации, который может быть параллельно обработан, количество информации, отображаемое на странице, количество одновременно приходящих аварийных сообщений, размер будущей базы данных и т. п. Немаловажным является наличие возможности разграничения доступа с помощью системы учетных записей пользователя, защищенных паролем. Как только программное обеспечение выбрано и проверены все ограничения, необходимо в соответствии с документацией на программное обеспечение выбрать аппаратное обеспечение.

Отображение полученной информации в графической форме (мнемосхемы, графики, таблицы)

Этот этап влияет напрямую на качество эксплуатации технологического оборудования ЦОД. С самого начала необходимо проработать общую концепцию построения графики:

• общую структуру перекрестных ссылок между страницами, количество уровней страниц, количество страниц на каждом уровне;
• макет страницы, при создании которого определить, где будет находиться меню, виджеты (наиболее критичные параметры, показываемые на каждой странице), как будет отображаться технологический процесс (слева направо, сверху вниз, змейкой);
• форму подачи информации, которая должна присутствовать на каждой странице: информацию об установке, измеряемых параметрах, режимах работы и т. д.

Общая структура перекрестных ссылок зависит от состава и количества технологического оборудования: количества ГРП, ГРЩ, ИБП, установок охлаждения, вентиляции, генераторов, других приборов.

Качество восприятия графической информации зависит от общего дизайна: сочетания цветов, разме­ров и стиля шрифта значений, подписей, яркости, контрастности графического изображения. Данные ограничения связаны с естествен­ным восприятием визуальной информации человеком. Дополнительные ограничения может внести заказчик. Это могут быть различные цветовые решения, которые связаны с корпоративным стилем и цветовой схемой заказчика. В качестве справочной информации можно руководствоваться нормативными документами:

ГОСТ 22269-76, ГОСТ Р 50948-2001, ГОСТ Р 52131-2003, ГОСТ Р 52870-2007. Этот вопрос решается в результате нескольких итераций, так как требуется время, чтобы оценить комфортность картинки.

Когда с выбором дизайна покончено, необходимо ответить на вопросы: что должно находиться на странице, какие параметры наиболее критичны и как их следует выделить? Здесь предпочтительнее основываться на технической документации и требованиях заказчика. В частности, важно учитывать, как изменения в работе некритичного оборудования и состав этих изменений косвенно влияют на работу другого, более критичного технологического оборудования. После накопления опыта эксплуатации необходимо еще раз проанализировать состав и количество информации, отображаемой на каждой странице.

Звуковое и графическое оповещение о пред­аварийных, аварийных событиях, выходе параметров установок из нормального рабочего режима

Как правило, к этому этапу общий объем информации известен: количество измеряемых точек данных, количество и размер трендов, список аварий от каждой установки или системы. Здесь необходимо решить следующие задачи:

• ранжирование критичности аварий: наиболее критичные, критич­ные, аварии высокого/среднего/низкого приоритета;
• определение и отражение на эк­ра­не уровня аварий: добавление в список аварий, звуковое оповеще­ние, всплывающее окно, бегущая стро­ка, переход на графическую стра­ницу с аварией;
• добавление аварии, которую ге­­не­рирует сама АСДУ на основе изме­рения нескольких значений или наступления нескольких событий, каждое из которых само по себе не является критичным, но их совокупность угрожает надежности работы оборудования.

Сохранение, архивирование информации в базе данных

Для составления нетипичных отчетов, проведения диагностики работы систем или отдельных установок, анализа эффективности работы всего ЦОД очень удобно пользоваться историей работы на основе трендов и архива событий. Такие материалы должны быть составлены автоматически и синхронизированы по времени между собой. Еще одним плюсом является то, что персонал исключен из процесса приема, записи, сохранения данных в общей базе, что полностью исключает субъективность восприятия информации.

К сожалению, всегда существует вероятность наступления аварийного инцидента. В этом случае персонал имеет в своем распоряжении предварительную историю наступления аварийного события, на основе которой можно проанализировать, какая именно цепь событий вызвала аварийный инцидент.

Немаловажным является наличие удобных инструментов для работы с архивом: предварительный просмотр данных, возможность избирательного поиска, выгрузки базы данных, резервирования информации.

Периодическое генерирование и подготовка отчетов о работе технологического оборудования и систем

В процессе эксплуатации возникает необходимость периодического составления отчетов о работе оборудования. При составлении отчетов требуются одни и те же данные и формулы пересчета. Эти функции желательно доверить АСДУ, так как персонал должен быть свободен для решения нетривиальных задач. Необходимо предусмотреть возможность работы с отчетами: создание/удаление отчета, редактирование, возможность преобразования данных в графики, таблицы, добавления графического оформления.

Возможность дальнейшего масштабирования и коммуникации со сторонними системами

Достаточно часто для составления полной информации об оборудовании ЦОД необходимо осуществить интеграцию со сторонними системами. Например, с автоматикой противопожарной защиты, системой пожарной сигнализации. Сейчас появляются задачи по передаче информации в автоматизированную систему планирования и управления внутренними процессами компании, которые пре­дусматривают управление запасами расходных материалов, инструмента или запчастей. Часто требуется вести учет наработки оборудования, человеко-часов, составлять графики технического обслуживания.

После определенного периода эксплуатации ЦОД появляются задачи, которые требуют изменения некоторых функций или добавления новых. Поэтому АСДУ должна обладать возможностью масштабирования и изменения на аппаратном уровне, когда требуется добавить новое оборудование или заменить морально и технологически устаревшие блоки, системы более новыми с целью оптимизации и повышения эффективности процесса. При выборе программного обеспечения немаловажным критерием является возможность поддержки обновлений до новых версий.

В этой статье указаны наиболее значимые и критичные аспекты, на которые следует обратить свое внимание как заказчику, так и компании, занимающейся разработкой АСДУ на объекте, чтобы в будущем у заказчика не возникало претензий к работе. Как результат, все звенья технологического оборудования здания, которые изначально функционировали в изолированном режиме, локально, увеличивая тем самым затраты на эксплуатацию, электроэнергию, увеличивая риски сбоя в работе оборудования, могут быть интегрированы в единую автоматизированную систему диспетчеризации и управления (АСДУ).

Зарецкий Николай,
Лебедев Сергей

Источник: журнал ЦОДы.РФ, август 2013, № 04

Теги: АСДУ, Зарецкий Николай, Лебедев Сергей, ГОСТ