SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Автоматизация технологических процессов без использования классических scada-пакетов (опыт ОАО «Газ-Сервис»)

Всегда ли нужно применять SCADA-пакеты при выполнении АСУ ТП проекта? В ОАО «Газ-Сервис» (Республика Башкортостан) внедрены в эксплуатацию несколько автоматизированных систем дистанционного мониторинга оборудования газораспределительной сети, в которых функции SCADA-системы реализованы с помощью интернет-программирования.

ООО «УфаСистемаГаз», г. Уфа
ФГУП УНПП «Молния», г. Уфа

Уфа-Система-Газ.gif         Молния.gif


Типовой подход к автоматизации производственных процессов, который получил распространение в последнее время, обычно основывается на применении готового SCADA-продукта, как правило, состоящего из человекомашинного интерфейса, системы сбора и хранения данных, программируемых логических контроллеров и устройств связи с объектом. При этом SCADA-система выполняет следующие стандартные функции:
- организация обмена данными с устройствами связи с объектом;
- ведение базы данных реального времени с технологической информацией;
- обработка и отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме;
- реализация алгоритмов контроля и управления технологическими процессами;
- аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;
- подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

Указанный подход позволяет в полном объеме решать поставленные задачи автоматизации того или иного процесса. Тем не менее он обладает рядом недостатков.
Во-первых, высокая стоимость самого SCADA-продукта делает автоматизацию (телемеханизацию) достаточно дорогим мероприятием. Обычно эта стоимость зависит от количества измеряемых/управляемых параметров технологического процесса, а также от числа рабочих мест операторов/диспетчеров. Такая ситуация сдерживает автоматизацию масштабных и/или «дешевых» технологических процессов с низкой окупаемостью проектов АСУ ТП (например, в сфере ЖКХ).

Ris1.jpg

Рис. 1. Мониторинг СКЗ в режиме реального времени


Во-вторых, система автоматизации производства, построенная на SCADA-продукте, обладает закрытостью для дальнейшего самостоятельного наращивания. Невозможно расширить функции данной системы силами технических специалистов предприятия – заказчика. При модернизации и усовершенствовании системы автоматизации необходимо обращаться к разработчику SCADA-продукта с соответствующими заявками, которые удовлетворяются на коммерческой основе.

В-третьих, имеется несовместимость SCADA-продуктов между собой по причине закрытости протоколов их взаимодействия, что затрудняет использование нескольких SCADA-продуктов в одном проекте АСУ ТП. Решение этой проблемы также требует дополнительных затрат.

В итоге выполнение автоматизации или телемеханизации производственного процесса с использованием SCADA-продукта оказывается дорогостоящим проектом для потребителя. Так как потенциальный заказчик на практике имеет лишь ограниченные финансовые ресурсы, выделяемые на АСУ ТП проекты, то возникает проблема выбора – выполнить единичные проекты автоматизации (телемеханизации) на базе SCADA-продукта или реализовать большее количество АСУ ТП проектов без использования SCADA-продукта в рамках относительно недорогих технических решений.


pic2.gif

Рис. 2. Дистанционное управление СКЗ


В ОАО «Газ-Сервис» введены в эксплуатацию две автоматизированные системы дистанционного мониторинга оборудования газораспределительной сети, в которых функции SCADA-системы реализованы с помощью интернет-программирования. Следует отметить, что ОАО «Газ-Сервис» представляет собой газораспределительную организацию Респуб­лики Башкортостан, насчитывающую в своем газовом хозяйстве 39 314 км газопроводов; 6863 блочных и шкафных газорегуляторных пунктов; 7079 электрозащитных установок. В каждом городе Республики Башкортостан имеется филиал ОАО «Газ-Сервис», обеспечивающий потребителей газом (городское газовое хозяйство – горгаз). Одной из актуальных задач для ОАО «Газ-Сервис» является дистанционный мониторинг газораспределительной сети, а также телеуправление газовым оборудованием.

Первым проектом по телемеханизации газового оборудования в ОАО «Газ-Сервис» стало создание телемеханической системы контроля и управления станциями катодной защиты (СКЗ), использующимися для электрохимической защиты от коррозии подземных газопроводов. Передача информации в системе осуществляется следующим образом. На СКЗ имеется цифровой порт, по которому данные о параметрах передаются на контроллер телеуправления. В контроллере реализован стек TCP/IP сервиса GPRS сотовой связи GSM, где полученная информация преобразуется в TCP/IP-пакеты. Далее сформированные с помощью контроллеров теле­управления TCP/IP-пакеты с данными передаются по IP-адресу на сервер телемеханики, выполненный на INTERNET-сервере со статическим IP-адресом. Сервер телемеханики состоит из двух модулей: подпрограммы приемопередачи данных (в виде службы, запускаемой операционной системой) и подпрограммы визуализации, обработки и хранения данных, реализованной средствами интернет-программирования (Web-программирования). На сервере те­лемеханики осуществляется обработка и отображение всей информации, собранной с СКЗ. Кроме того, в обратном направлении подаются управляющие команды на изменение режимов работы станции.


pic3.gif

Рис. 3. Телеметрическая система контроля газорегуляторных пунктов


Указанный вариант построения телемеханической системы контроля и управления СКЗ обеспечивает неограниченное количество точек доступа к информации на основе классификации по именам пользователей (login) и паролям (password) и тем самым реализует разграничение прав пользователей.

Страничная форма «Мониторинг» отображает оперативную информацию по станциям катодной защиты (рис. 1).
Данная экранная форма представляет всю необходимую информацию о режиме работы и параметрах СКЗ: значения тока, напряжения, суммарного и поляризационного потенциалов, состояние двери и т.д. Это те параметры, которые сотрудники службы электрохимической защиты должны постоянно контролировать через каждые две недели при «пешем обходе». Дополнительно имеется возможность просмотра и анализа параметров СКЗ за любой промежуток времени в табличном или графическом виде. Также система телемеханики СКЗ позволяет инженеру электрохимзащиты дистанционно управлять работой станции (рис.2).

Телемеханическая система контроля и управления станциями катодной защиты имеет свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, выданное Федеральной службой «Роспатент». Заявка на патент находится на стадии рассмотрения. Система построена на базе программно-технического комплекса «Молния-100», внесенного в госреестр средств измерений.

Другим проектом по телемеханизации газового оборудования в ОАО «Газ-Сервис» является телеметрическая система контроля газораспределительных пунктов (ГРП). Принцип построения этой системы аналогичен телемеханической системе контроля и управления СКЗ. Экранная форма мониторинга ГРП, изображенная на рис. 3, предоставляет оперативную информацию о давлении газа на входе и выходе газораспределительного пункта, а также технологическую информацию: температуру и загазованность в помещениях, наличие основного и резервного электропитания, состояние дверей (охранная функция). 


pic4.gif

Рис. 4. Отчеты о параметрах ГРП


Доступ к информации осуществляется по логину и паролю на всех уровнях диспетчерской иерархии: от районного уровня (зоны обслуживания филиалов) до республиканского уровня (центральный аппарат ОАО «Газ-Сервис»). Просмотр информации возможен с помощью любого интернет-браузера (например, Internet Explorer) с любого компьютера (или мобильного телефона).
В телеметрической системе контроля ГРП имеется возможность просмотра и анализа всех параметров за любой промежуток времени в табличном или графическом виде (рис. 4).

В ОАО «Газ-Сервис» создан единый централизованный сервер, на котором функционируют телемеханическая система контроля и управления СКЗ и телеметрическая система контроля ГРП (рис. 5). Отличительной особенностью данного подхода к телемеханизации является построение открытых систем без использования SCADA-пакетов. При этом экономятся средства, выделенные на телемеханизацию, за счет отсутствия необходимости приобретать дорогие лицензии на SCADA-пекеты и платить за каждое рабочее место. В используемом подходе функции SCADA-системы реализованы с помощью интернет-программирования, в то время как они лишены дороговизны SCADA-пакетов.

Данный подход может быть применен при решении задач автоматизации и телемеханизации технологических процессов в любых областях промышленности. Особенно это целесообразно при создании систем сбора информации с удаленных объектов или построения систем телемеханики в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), где телемеханизации подлежат масштабные проекты с бюджетными ограничениями (например, проекты типа «Умный дом»). При этом можно отказаться от каналов связи GSM/GPRS и использовать имеющееся в жилых домах подключение к Интернету по выделенному каналу (оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель). В этом случае контроллер телеметрии/телеуправления (устройство сопряжения с объектом) должен также иметь реализованный стек TCP/IP и подключаться к интернет-соединению напрямую.

Особое внимание заслуживает вопрос обеспечения безопасности и защиты информации в системах, построенных по вышеуказанному принципу. Следует заметить, что Интернет уже давно используется для передачи важной информации в таких системах, например, как «Клиент-Банк», многочисленные платежные интернет-системы, охранные системы на основе GSM/GPRS. С целью обеспечения необходимой степени безопасности в интернет-системах телемеханики целесообразно применять шифрование данных, а также ограничивать уровень доступа пользователей к системам. Для этого возможно использование не менее трех способов защиты информации:
- ранжирование уровня доступа пользователей по логину и паролю;
- применение средств аутентификации пользователя по электронным ключам (программы типа VPN, HASP и т.п.);
- ограничение множества IP-адресов и доменов, с которых можно получать доступ к интернет-системам телемеханики.

В разработанных интернет-системам телемеханики применены оригинальные комбинации перечисленных способов.


pic5.gif

Рис. 5. Сервер телеметрии и телеуправления ОАО «Газ-Сервис»


Следует отметить, что современные SCADA-продукты обычно имеют в своем составе модуль WebSCADA – средство, позволяющее осуществлять контроль и управление SCADA-системой через интернет-браузер, который выступает в этом случае в роли «тонкого клиента». Однако принципиальное отличие предложенного подхода к выполнению проектов по автоматизации и телемеханизации от применения WebSCADA, заключается в том, что WebSCADA не является самодостаточной программой автоматизации/телемеханизации, а представляет собой «мост» между SCADA-системой и пользователем. В то же время сохраняется необходимость приобретать весь SCADA-пакет со всеми вытекающими из этого недостатками: дороговизна, закрытость и несовместимость.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 6(30)_2010

А.Р. Юнусов, к.т.н., директор ООО «УфаСистемаГаз», 
заместитель главного конструктора ФГУП УНПП «Молния», 
тел.: (347) 293-0075,
E-mail: 2930075@mail.ru