Облачный сервис «4Z Диспетчер»: технический обзор SCADA-системы

Рынок российского SCADA-софта переживает фазу активной трансформации. Уход зарубежных гигантов (Siemens, Schneider Electric) и политика импортозамещения создали спрос на доступные и технологичные решения. Однако классические диспетчерские системы до сих пор остаются «роскошью» для среднего бизнеса: они требуют закупки серверного оборудования, развертывания локальной инфраструктуры, прохождения дорогостоящей сертификации ФСТЭК и содержания штата администраторов.

В 2024 году альтернативой сложным и дорогим решениям стал облачный сервис «4Z Диспетчер», разработанный в тандеме специалистами Челябинского завода электрооборудования (ЧЗЭО) и учёными Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ). Рассмотрим продукт с точки зрения его архитектуры, безопасности, интерфейса и экономики внедрения.

Архитектура

Главное техническое отличие «4Z Диспетчера» от традиционных SCADA – это отказ от традиционной клиент-серверной архитектуры в пользу распределенной многозвенной (mesh). Распределенная архитектурная модель является более сложной, её разработка – ресурсоемкой, но преимущества такой модели неоспоримы.

Распределенная обработка больших объёмов разнотипных формализованных и неформализованных (например, медиа-потоков) данных (big data) снижает нагрузку на центральную часть системы, нагружая периферийную. Благодаря этому вычислительные ресурсы серверов и каналы связи центра обработки данных перестают быть узким местом. Данные распределяются между узлами, надежность их хранения повышается, а время отклика сокращается.

Периферийные устройства распределенной вычислительной сети (пограничные компьютеры, EdgePC) поставляются заказчику в составе промышленного оборудования с уже установленным и настроенным программным обеспечением, полностью готовые к работе. После включения они автоматически определяют конфигурацию сети и начинают работу.

Каждый «пограничный компьютер» может выступать как в роли конечного устройства опроса, так и в роли промежуточного узла обработки и передачи данных, образуя ячеистые сети. Это делегирование вычислений позволяет увеличить общую пропускную способность сети. По запросу заказчика данные о работе конкретного оборудования могут быть инкапсулированы в его «виртуальной области», иными словами отделены от облачной системы. Ещё одна немаловажная особенность такой архитектуры – адаптивность вычислительной мощности к размерам сети предприятия и объёмам данных. То есть с появлением дополнительного энергооборудования возрастает и вычислительная мощность внутренней вычислительной сети.

Программное обеспечение SCADA предоставляется заказчику как услуга (SaaS), интегрированная в пакет сервисного обслуживания единицы оборудования и являющаяся неотъемлемой частью его жизненного цикла. Клиенту не требуется приобретать серверное оборудование и системы хранения данных (СХД), благодаря чему время внедрения диспетчера сокращается с нескольких месяцев до нескольких дней.

Кроссплатформенное веб-приложение позволяет пользоваться услугами сервиса на любом устройстве – от офисного ПК до планшета или смартфона инженера. Для мобильных бригад это ключевое преимущество: специалист может мгновенно получить данные с объекта, провести диагностику и, при необходимости, дистанционно выполнить переключения. Это напрямую влияет на скорость восстановления энергоснабжения.

Функциональность

Кроме классических возможностей непосредственного опроса и управления оборудованием, система «4Z Диспетчер» обладает широким спектром функциональных возможностей:

Гибкий редактор мнемосхем позволяет создавать интерактивные «панели» мониторинга и управления различным оборудованием и комплексными объектами;
Отчетно-аналитический модуль позволяет получать и анализировать текущие и архивные данные;
Многослойный архив позволяет гибко и эффективно хранить исторические данные разных периодов.

Один из наиболее ценных для инженера-энергетика инструмент – это предиктивная аналитика. Функция реализована на основе встроенного потокового математического анализатора и языка 4Z.Mathflow, реализующего технологии машинного обучения. Анализируя поток поступающих данных, система прогнозирует потенциальные состояния оборудования, позволяет предвидеть сбои до их возникновения и предупреждает о них. Графики и диаграммы наглядно показывают тенденции и помогают планировать обслуживание.

В перспективе, по мере накопления данных, предиктивная аналитика позволит перейти от системы планово-предупредительных ремонтов к обслуживанию по фактическому состоянию.

Рассмотрим пример интеграции «4Z Диспетчера» в комплектную трансформаторную подстанцию наружной установки (КТПН). В этом случае система позволяет охватить полный цикл управления энергообъектом – от контроля микроклимата БМЗ до управления вакуумными выключателями. В личном кабинете «4Z Диспетчер» специалист техслужбы в режиме онлайн 24/7 может:

отслеживать электрические параметры: ток, напряжение, активную/реактивную/полную мощность по каждой фазе;
осуществлять температурный контроль: мониторинг нагрева контактных соединений в трех контрольных точках (сборные шины, выкатной элемент, кабельные наконечники) по трем фазам;
выполнять дистанционное управление вакуумными выключателями, заземляющими ножами;
управлять инженерными системами блочно-модульными зданиями: освещением, вентиляцией, отоплением, а также мониторить статус дверей и ворот («открыто/закрыто»).
получать ранние предупреждения о потенциальных сбоях оборудования от системы предиктивной аналитики.

Интеграция

Система поддерживает подключение к широкому спектру оборудования через наиболее распространённый промышленный протокол Modbus RTU/TCP. Это обеспечивает совместимость с устройствами любых производителей и позволяет создавать единую диспетчерскую инфраструктуру для таких объектов, как:

распределительные устройства 6–35 кВ
низковольтные комплектные устройства (НКУ) 0,4 кВ
генераторы (ДГУ, ГПУ)
подстанции (КТП, ТП, РП)
котельные и энергоцентры

Предусмотрена возможность интеграции с сервисной службой ЧЗЭО. При подключении этой опции специалисты Челябинского завода электрооборудования автоматически получают уведомления о техническом состоянии и комплектности оборудования, оперативно планируют сервисное обслуживание и устраняют неисправности на ранней стадии их возникновения.

Интерфейс

Интерфейс сервиса спроектирован с учетом специфики работы диспетчеров и инженеров РЗА. Его отличает понятная иерархия, удобство визуализации и минимализм в дизайне.

Левая панель навигации реализована в виде древовидной структуры (от энергоузла до конкретного агрегата). Это упрощает работу с многоуровневыми сетями горнодобывающих предприятий или распределительных сетей.

Интуитивно понятный редактор мнемосхем помогает создавать простые и удобные схемы. А привычная цветовая индикация (зеленый – штатный режим, красный – авария) позволяет быстро оценивать состояние сотен параметров. В ближайших обновлениях пользователь сможет отслеживать графики трендов (динамику напряжения за последний час) прямо на мнемосхеме.

Интерфейс не перегружен графикой, за счёт чего достигается максимальная скорость отклика. Кроме того, в приложениях на различных уровнях применяются технологии, которые снижают нагрузку на каналы связи и ускоряют загрузку данных. Это особенно важно для удалённых энергообъектов с нестабильным интернетом.

Безопасность

Для объектов энергетики имеет критическое значение не только защита каналов передачи данных, но и гарантия того, что однажды зафиксированная информация (команды диспетчера, аварийные события, показания приборов) не будет изменена или удалена задним числом. «4Z Диспетчер» решает эту проблему на архитектурном уровне благодаря гибридной модели защиты.

Защита каналов связи

Весь обмен данными идёт по протоколу HTTPS (TLS 1.2/1.3) с шифрованием. Риски информационной безопасности, связанные с выходом данных за пределы защищенного периметра предприятия, нивелируются применением технологий криптозащищенного распределенного реестра (по типу «блокчейн»). Данные хранятся на разных узлах в связанных цепочках, а не на одном сервере.

Обмен данными между узлами реализован по собственному, специально разработанному протоколу. Данный протокол обеспечивает неизменяемость журнала событий и команд: любая попытка корректировки истории будет обнаружена системой. Для того, чтобы сфальсифицировать команды управления (например, «отключить питание»), злоумышленнику нужно взломать все узлы сети одновременно и сделать это скрытно. Технически реализовать это гораздо сложнее, чем взломать один сервер или канал связи.

Контроль доступа
Администратор может разграничить права доступа для сотрудников с разным функционалом.

Журналирование

Все действия логируются в защищенном от изменений журнале событий, что позволяет проводить аудит и расследование инцидентов.

Отказоустойчивость

Распределенная архитектура хранения данных гарантирует работоспособность сервиса даже при выходе из строя части серверов или во время DDoS-атак. Алгоритмы защиты активируются автоматически при попытках взлома.

Экономическая модель и внедрение

Для руководителя предприятия ключевым фактором является совокупная стоимость владения (TCO). «4Z Диспетчер» предусматривает прозрачную модель подписки. Стоимость составляет от 27 000 рублей в месяц за 1000 тегов: в зависимости от выбранного тарифа и объёма функционала. В неё уже включены:

встроенная техническая поддержка;
все обновления функционала;
резервное копирование и обеспечение отказоустойчивости.

Внедрение «4Z Диспетчера» даёт возможность сэкономить на капитальных вложениях (нет затрат на серверы), операционных расходах (не требуется штат SCADA и ИТ-специалистов для поддержки серверов), сертификации (сервис уже сертифицирован), техподдержке и обновлениях ПО. При этом «на выходе» предприятие получает:

удалённое управление энергообъектами;
повышение надёжности энергоснабжения;
снижение эксплуатационных затрат;
оптимизацию энергопотребления.

Таким образом, для руководителя компании «4Z Диспетчер» – это статья экономии на ремонтах энергооборудования, для главного энергетика – инструмент снижения аварийности, а для специалиста выездной бригады – безопасность и оперативность обслуживания установок.