В статье рассматриваются опыт создания промышленных информационных систем на предприятиях ОАО «Газпром» и предложения по расширению их технических возможностей при использовании продуктов вендоров компании «Символ-Автоматика».
ООО «Символ-Автоматика», г. Москва
В настоящее время переход от парадигмы «технологический процесс — система управления» к парадигме «производственная система — супервизор» приводит к целесообразности использования термина «промышленная информационная система» (ПИС).
В данной статье ПИС — общая инфраструктура, функционирующая на базе информационных технологий и однородных аппаратно-программных средств (включая СБИС), которая обладает функциональностью информационной системы и способна работать в условиях агрессивной внешней среды, свойственной для промышленных объектов. При этом ПИС может выполнять все виды работ с информацией, включая манипулирование цифровыми данными, передачу видеоизображения, голоса и т.д.
Информационная система (ИС) — инфраструктура, функционирующая на базе средств сбора данных — компьютерной и коммуникационной техники, промышленных сетей. При этом акцент делается на выдачу информации одному и более пользователей по одному и более адресов. В том числе, информация передается руководству предприятия ОАО «Газпром» для локальной и/или глобальной оценки эффективности работы отдельных частей и/или предприятия в целом.
Часть 1. Cостояние комплексирования
В настоящее время на предприятиях Газпром реализуются:
- технологические процессы (добыча, переработка, подготовка, производство, транспортировка, распределение, хранение и переработка газа), осуществляемые под управлением ПИС и обеспеченные противоаварийной защитой (ПАЗ);
- мониторинг энергоресурсов (электроснабжение,тепло- водоснабжение, отведение и ликвидация промстоков);
- мониторинг комплексной безопасности производства, слагаемыми которой являются: безопасность технологическая, пожарная, информационная, безопасность, связанная с возможной загазованностью, взрывами. Для реализации данной деятельности используются системы, осуществляющие видеонаблюдение, контроль информационного доступа, действий персонала, электропитания (ИБП), систем антитеррористической защиты (САЗ);
- диспетчеризация распределенных промышленных объектов.
В частности, технологическая безопасность производства включает контроль за энергетическими модулями (с сигнализацией наличия напряжения сети) и за технологическими модулями (с управлением и оценкой положения линейных кранов, измерением давления, температуры газа до и после крана, задвижки).
Следует отметить, что ОАО «Газпром» особый упор делает на разработку и внедрение унифицированных проектных решений (УПР). Более подробное рассмотрение данных решений представленно ниже.
1—1. Унифицированные проектные решения по автоматизации
технологических процессов
Пример обобщенной структурной схемы ПИС представлен на рис. 1 [1].
Рис. 1. Обобщенная структурная схема ПИС
На нижнем уровне ПИС используются ПЛК (например, S7-300, S7-400 фирмы Siemens), на входы которых поступают сигналы с выхода smart-КИП/по интерфейсу RS-485, протокол Modbus RTU/RS-485/, а также по интерфейсу Profibus фирмы Siemens.
Cетевая инфраструктура на среднем уровне ПИС представлена оптическим резервированным кольцом HIPER Ring на базе Fast Ethernet 100BASE-FX.
К упомянутой сети подключается служебно-эксплуатационный блок в составе помещения серверной, помещения операторской и узла связи. В помещении серверной устанавливается сервер SCADA-системы (например, WinCC фирмы Siemens, In-Touch фирмы Wonderware), а также коммутатор (например Cisco 2950) для подключения оборудования, находящегося в помещении операторской и в узле связи.
С помощью узла связи данные передаются на верхний уровень ПИС по радиорелейному каналу (Поток Е1). Для передачи данных используется маршрутизатор (например, Cisco 7200) и радиорелейная линия РРЛ.
1—2. УПР по мониторингу энергоресурсов
УПР в части мониторинга энергоресурсов особенно актуальны, так как предприятия ОАО «Газпром» являются энергоемкими производствами [2].
Унифицированные решения на нижнем уровне ПИС базируются на устройствах сбора и передачи данных (УСПД), в качестве которых используются станции удаленного ввода/вывода RTU.
На промышленных предприятиях, где энергоснабжение выделяется в отдельную подсистему, находит применение АСКУЭ, пример структурной схемы АСКУЭ (по данным ELSTER-Метроника) дан на рис. 2.
Рис. 2. Пример структурной схемы АСКУЭ
Данная система обеспечивает гибкую настройку и расширенную диагностику с выводом данных в WEB-сервер и на монитор.
УСПД осуществляет сбор данных с цифровых и импульсных счетчиков, их обработку и хранение, передачу накопленных данных на верхний уровень ПИС. Также возможно измерение величин токов, напряжений, частоты и мониторинг потребляемой мощности по интерфейсу ИРПС («токовая петля»).
Опрос данных осуществляется как через каскад УСПД, так и по телефонным каналам. Возможны передача данных по выделенным и коммутируемым линиям связи, а также с использованием различных модемных соединений с использованием GSM-модемов, радиомодемов, спутниковых модемов, ВОЛС РРЛ. Ethernet соединения со счетчиками выполняются через Ethernet-сервер TCP/IP-COM.
Основываясь на приведенных выше данных особый интерес может представлять RTU-325L c двумя портами Ethernet фирмы ELSTER-Метроника (таблица).
Таблица. Технические характеристики RTU-325L
Модель отличается консолью для конфигурирования и высокопрочным корпусом с защитой IP-65. Работа RTU-325L поддерживается ОС QNX «жесткого реального времени» и встроенным прикладным ПО. WEB-сервер в RTU позволяет организовать вывод на рабочие места пользователей итогов работы подсистем оперативной диагностики УСПД и оперативного учета баланса электроэнергии. В RTU-325L имеются аппаратные, программные средства защиты от несанкционированного доступа, а также от прослушивания и «атак» хакеров.
В ряде случаев целесообразно совмещать контроль и учет электроэнергии и мощности (АСКУЭ) с контролем и учетом энергоносителей АСКУЭН (тепло, водосчетчики, счетчики газа) в рамках одной ПИС-АСКУЭР.
Имеются УПР по созданию АСКУЭР для компрессорных станций магистральных газопроводов. Взаимодействие сервера АСКУЭР и рабочих станций осуществляется на уровне промышленной сети Ethernet. Один из вариантов таких УПР представлен на рис. 3.
Рис. 3. Вариант унифицированного проектного решения
1—3. УПР по мониторингу комплексной безопасности
ПИС рассматриваемого вида разрабатываются в департаменте по созданию комплексных систем управления (КСУ) ОАО «Газавтоматика» [3].
Они характеризуются:
- большой информационной емкостью (не менее 1000 параметров);
- диспетчеризацией на центральном пункте;
- однородностью оборудования сигнализации и управления;
- использованием стандартов Ethernet 10/100 BASE TX/FX, RS-232/485/422 для сбора данных, управления оборудованием и передачи данных с поддержкой стандартных протоколов Modbus, Profibus, DeviceNet, DDE, OPC.
В ОАО «Газавтоматика» создан базовый сертифицированный контроллер для систем пожарной автоматики КСПА-9030-01 на базе ПТК GE Fanuk. Реализация функций контроля загазованности, охранной сигнализации, контроля доступа и видеонаблюдения на базе КСПА не требуют дополнительных сертификаций и разрешений и выполняются на основе технических решений.
Рис. 4. Структурная схема ПИС на основе резервированного кольца «Turbo Ring»
В качестве примера приведены два основных варианта структурной схемы ПИС разработки ОАО «Газавтоматика». Первый — на основе резервированного кольца «Turbo Ring» (рис. 4), а второй позволяет объединять функции охранно-пожарной сигнализации, пожаротушения, контроля загазованности и взрывобезопасности, доступа и видеонаблюдения (рис. 5).
Рис. 5. Структурная схема ПИС, объединяющая функции охранно:пожарной сигнализации,
пожаротушения, контроля загазованности и взрывобезопасности, доступа и видеонаблюдения
При этом сохраняется возможность сегментирования промышленной сети для построения комплексной системы безопасности для нескольких организационных подразделений.
Контроль доступа на основе охранной сигнализации с оповещением через сотовую сеть целесообразно дополнять средствами Video-alert. Пример их использования с применением продуктов фирмы Mobotix VoIP /Video-SIP Inside camera [4] дан на рис. 6.
Рис. 6. Контроль доступа на основе охранной сигнализации с оповещением через сотовую сеть
Данные камеры обеспечивают простой интерфейс для удаленного доступа и обработки сигналов тревог, а также возможность соединения Video c мобильными телефонами.
Представляют интерес ультравысокоскоростные многоканальные платы видеозахвата (video capture boards) Picolo Alert boards. Эти платы фиксируют видеоизображения с 16 независимых камер с общей производительностью 200/240 кадров в секунду.
Другие характеристики плат (наряду с упомянутыми):
- одновременный захват и предварительный просмотр;
- подключение к PC с интерфейсом PCI 64/32 бита, 66/33 МГц, уровень сигналов 3 или 5 В;
- программная поддержка — драйверы MultiCam.
1—4. УПР для диспетчеризации распределенных промышленных объектов
Состояние комплексирования ПИС для диспетчеризации распределенных промышленных объектов рассматривается на примере отраслевой системы оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) (данная схема предложена начальником отдела ООО «Газавтоматика» Сергеем Живолупом). Основное требование: применение стандартных программно-технических и коммуникационных средств.
Диспетчеризация должна осуществляться в реальном времени. При этом решаются задачи планирования, учета и управления деятельностью структурных подразделений и предприятия в целом.
Структурная схема, иллюстрирующая данный пример, приведена на рис. 7.
Рис. 7. Структурная схема диспетчеризации распределенных промышленных объектов
Используются продукты фирм Cisco, Compaq, а для передачи технологических данных — протоколы OPC, MODBUS.
В рассматриваемом УПР используется оборудование Сisco для телефонизации удаленного объекта с малым количеством абонентов или для резервирования традиционной телефонной системы. В качестве абонентского оборудования применяются IP-телефоны Сisco 79XX, в качестве IP-PBX-Cisco Call Manager (сейчас это Cisco Unified Communications Manager).
В системе возможна IP-телефония с видеосопровождением (Video surveillance) на основе Cisco Call Manager, который в связке с клиентским модулем Video Telephony Advantage позволяет добавить видеосопровождение к голосовым звонкам (при условии наличия у участников разговора WEB-камер).
В сеансах видеотелефонной связи выполняются все стандартные функции VoIP: возможность переадресовки вызовов, организации конференции.
Наличие чипа видеокомпрессии в сетевой видеокамере повышенной разрешающей способности решило половину задачи. Вторая половина — декомпрессия сжатых изображений в IBM PC (с использованием ПО видеоуправления в PC). Это заложено в продуктах Сisco IP Gateway encoder/decoder и Сisco Stream Manager.
Часть 2. Выводы и предложения по расширению технических возможностей
комплексируемых ПИС при использовании продуктов вендоров
фирмы Символ-Автоматика
1_Унифицированные проектные решения ПИС, рассмотренные в начале статьи, в основном используют программируемые логические контроллеры (ПЛК) в качестве средства сбора и/или мониторинга данных. Исключение составляет структура на рис. 2, в которой применяется УСПД-RTU-325L взамен ПЛК.
2_Продукты вендоров позволяют увеличить спектр применяемых типов ПЛК и благодаря этому расширить в определенной степени технические возможности информационной системы в целом, путем использования:
- радиального подключения:
-- ординарных ПЛК на основе продуктов фирм N-TRON и Contemporary Control Systems;-- smart ПЛК на основе продуктов фирм Korenix и N-Tron;
- магистрального подключения устройств ввода/вывода и КИП через серверы последовательных устройств на основе продуктов фирм Korenix и RuggedCom, а также через концентраторы последовательных интерфейсов с использованием медиаконверторов;
3_Улучшение показателя цена/производительность промышленной информационной системы с одновременным обеспечением открытости, масштабируемости, стандартизации и повышенной надежности может быть достигнуто при использовании взамен ПЛК станций систем децентрализованного (DCS) и удаленного (RTU) ввода/вывода:
- при использовании DCS-контроллеров ST-IPm, шлюзов и кластеров блоков ввода/вывода фирмы SixNet ;
- при использовании RTU VT-IPm фирмы SixNet ;
- при использовании концентратора блоков ввода/вывода ET-GT-ST-2 фирмы SixNet;
4_Использование DCS-контроллеров и RTU c торговой маркой IPm (ОС LINUX) [5] позволяет:
- оперативно выполнять конфигурацию и преобразование данных с использованием файловой системы LINUX;
- обеспечивать независимое использование каждого последовательного порта для любого открытого протокола;
- решать задачи обеспечения информационной безопасности;
5_Технические возможности комплексных систем безопасности могут быть расширены при использовании средств проводного и беспроводного мониторинга, а также устройств охранной сигнализации с оповещением через сотовую сеть по стандарту GSM (продукты фирм RuggedCom, SixNet, Taiko Communications Network).
Литература
1_Морозов А.Г. «Интегрированная информационно-управляющая система Вынгаяхинского и Етыпуровского газовых месторождений. Передовые научно-технические решения по автоматизации технологических процессов». Журнал «Газовая промышленность», 2005 год.
2_Большаков О.В. «Учет обходных выключателей и других изменений силовой сети». Публикация на сайте «Эльстерметроника», www.izmerenie.ru/
3_Канев Д.В. и др. «Разработка средств и автоматизированных систем контроля загазованности, пожарообнаружения, пожаротушения, диагностики защиты и мониторинга и создание автоматизированных систем комплексной безопасности для объектов газовой промышленности». Труды научно-технического семинара секции «Разработка технических средств и систем автоматизации ОАО «Газпром», Москва, 2002.
4_Mobotix Product overview. Краткий каталог продуктов the Hires Video Company Mobotix.
5_IPm is much more than a PLS. Публикация на сайте: www.sixnetio.com
Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(18)_2008
Научно-технический отдел, ООО «Символ Автоматика», г. Москва,
тел.: (495) 988-84-01,
е-mail: info@symbol-avtomatika.ru
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")