Радиосети сбора данных и управления для автоматизированных систем управления в структуре ТЭК. Часть 2

Технологическая (ведомственная, корпоративная) радиосеть создана с использованием решений, изначально предназначенных для выполнения специфических задач, связанных с  удаленным сбором данных. В первой части статьи («ИСУП». 2014. № 4) теоретически обосновывалось, почему эта разновидность радиосетей больше подходит для построения АСУ в энергетике, чем радиосеть общего пользования. Во второй части приведены примеры из практики, иллюстрирующие данный вывод.

ЗАО «НПП «Родник», г. Москва

Примеры построения современных АСУ на транспорте и в дорожном хозяйстве

Вариант построения технологической радиосети обмена данными рассмотрен на примере радиосети управления телемеханикой в топливной энергетике.

АСУ являются неотъемлемой частью любой трубопроводной системы, что связано с особенностями данного вида транспорта, предполагающего обязательный непрерывный контроль и управление параметрами работы. В настоящее время для обеспечения функционирования АСУ на объектах трубопроводного транспорта широко используются технологические радиосети сбора данных и управления телемеханикой на основе узкополосных радиомодемов УКВ‑диапазона. Ниже рассмотрен вариант построения такой радиосети на базе узкополосных радиомодемов Dataradio I‑Base/Integra-TR и Viper‑100/400 производства американской компании CalAmp (www.calamp.com).

На рис. 1 представлен вариант реализации радиосети обмена данными для отдельного участка системы управления телемеханикой нефтепровода (общая протяженность трубопровода составляет более 3500 км, скорость обмена данными в технологической радиосети УКВ‑диапазона – 19 200 бит/с).

К надежности и живучести в АСУ и технологических ра­диосетях обмена данными на тру­бопроводном транспорте предъяв­ляются повышенные требования.

На рис. 2 представлена схема коммутации УКВ‑оборудования стационарной технологической радиосети управления телемеханикой. Техническое решение подготовлено для реализации на участке трубопровода протяженностью около 60 км, проходящего в сейсмоопасной зоне, где на одной из позиций существует угроза одновременного выхода из строя всего оборудования базовой станции (БС‑2). Технологическая радиосеть управления телемеханикой функционирует на скорости 19 200 бит/с. БС‑2 обеспечивает управление телемеханикой четырех контролируемых пунктов. Связь с четвертым контролируемым пунктом (КП-4) осуществляется через КП‑3, который дополнительно выступает в качестве ретранслятора. Позиция КП‑2 находится в зоне прямой радиовидимости с позиций КП‑3 и КП‑1 (на схеме не указан). Связь между КП‑2 и БС‑3 осуществляется по выделенному радиоканалу.

На КП‑2 развернут комплект резервной базовой станции (БС-Р), обеспечивающий функционирование через единое антенно-фидерное устройство. БС-Р подключается к соседней базовой станции БС‑3 по среднескоростному выделенному каналу обмена данными посредством радиомодемов Viper‑100/400 по IP-протоколу. Коммутация аппаратуры БС-Р и КП‑2 выполнена с использованием преобразователей интерфейсов RS‑232 – Ethernet: четырехпортового Lantronix MMS4 для подключения радиомодема Dataradio Integra-TR и I‑Base на позиции КП‑2, а также двупортового Lantronix XPress-DR+ для сопряжения аппаратуры БС‑3 с каналом связи с БС-Р через радиомодем Viper‑100/400. Двупортовый Lantronix XPress-DR+ имеет резервированный канал Ethernet, обеспечивающий его подключение одновременно по двум портам. В полной комплектации схема предусматривает дополнительное дублирование преобразователей интерфейсов и аппаратуры обмена данными.

Все базовые станции радиосети (за исключением резервной) реализованы на радиомодемах I‑Base-HA, имеющих 100%-ное дублирование и обладающих повышенной надежностью и живучестью. В случае выхода из строя одного из комплектов оборудования данного радиомодема производится автоматический переход на второй комплект, а информация о выходе из строя направляется дежурному инженеру связи.

Подключение каждого комплекта оборудования производится по двум портам RS‑232: первый используется для связи с устройствами телемеханики, второй – для передачи диагностической информации о текущем состоянии всех радиомодемов в составе радиосети в масштабе времени, близком к реальному. По второму порту обеспечивается также удаленная настройка радиомодемов на базовой станции и контролируемом пункте (выполняется в период технологических перерывов связи).

Обработка данных о текущем техническом состоянии выполняется средствами программно-технического комплекса диагностики радиосети, возможности которого будут описаны ниже.

Применяемое в составе технологических радиосетей обмена данными радиотехническое оборудование, как правило, отличается очень высокой надежностью. Однако несоблюдение условий (в первую очередь нестабильные характеристики питающего тока, нарушение температурного режима и воздействие влаги) и правил эксплуатации приводит к преждевременному выходу аппаратуры из строя и сбоям в работе радиосетей.

В целях дальнейшего повышения надежности функционирования технологических радиосетей используются специальные программные средства оперативного мониторинга и контроля технического состояния радиомодемов. Такие средства позволяют в близком к реальному масштабе времени контролировать рабочие параметры аппаратуры, выявлять отклонения в параметрах работы и на основе этих данных предупреждать о возможных сбоях и выходах из строя. В результате появляется возможность предотвращать сбои и дорогостоящие долговременные перерывы в работе технологической радиосети, своевременно заменяя аппаратуру и восстанавливая ее работоспособность.

Обычно такие программные средства базируются на использовании встроенной функции автономной диагностики радиомодемов. Одним из известных типовых решений, повышающих надежность технологических радиосетей обмена данными, является программно-технический комплекс (ПТК) «Балтика».

Он предназначен для мониторинга состояния и поддержания эксплуатационной готовности стационарной технологической радиосети обмена данными УКВ‑диапазона на узкополосных радиомодемах. В настоящее время ПТК используется для мониторинга технического состояния аппаратуры радиосетей сбора данных и диспетчерского управления:

- линейной телемеханикой магистральных продуктопроводов;

- средствами автоматизации районов газо- и нефтедобычи;

- аппаратурой контроля и управления электрическими сетями на объектах трубопроводного и железнодорожного транспорта;

- напольной автоматикой на железнодорожном транспорте;

- инженерными сетями энерго-, газо-, водо- и теплоснабжения, очистными сооружениями, в том числе на объектах транспорта и дорожного хозяйства;

- шлюзами на водном транспорте;

- средствами сбора сейсмической и метеорологической информации, а также данных о радиационной и химической обстановке в интересах решения транспортных задач.

ПТК состоит из технических средств сопряжения аппаратуры базовых станций технологической радиосети с магистральными каналами передачи данных и программно-технических средств сбора, ­отображения, обработки и хранения диагностической информации, разворачиваемых в пунктах диспетчерского управления и связи.

ПТК обеспечивает автоматический сбор, обработку по заданным алгоритмам в оперативном режиме и отображение данных о состоянии радиосети с привязкой ко времени. Данные о техническом состоянии аппаратуры автоматически передаются с каждым сообщением от удаленного контролируемого пункта на диагностический порт базовой станции, откуда они поступают в обработку. Программа обработки данных производит анализ информации по следующим основным служебным и техническим параметрам:

- идентификационный номер устройства;

- температура внутри корпуса;

- напряжение питания;

- уровень сигнала, принимаемого базовой станцией радиосети от удаленного устройства;

- излучаемая мощность передатчика;

- мощность обратной волны.

ПТК «Балтика» позволяет:

- следить за целостностью и качеством каналов технологической радиосети обмена данными;

- контролировать рабочие параметры радиотехнической аппаратуры;

- извещать оператора о нештатной работе каналов обмена данными;

- выявлять сбои в функционировании основной электросети и факт перехода на питание от резервной сети (аккумуляторов);

- проводить предварительный расчет зон электромагнитной доступности для объектов технологической радиосети обмена данными.

Программный комплекс имеет архитектуру «клиент – сервер» и функционирует на основе СУБД MS SQL Server.

Проектная емкость ПТК составляет 250 базовых станций и 1000 удаленных контролируемых объектов, сведенных в единую радиосеть с иерархической структурой и распределенной системой управления.

Комплекс обеспечивает формирование и ведение паспортов объектов технологической радиосети, учет их оснащения аппаратурой связи и передачи данных, хранение и получение данных о применяемых вспомогательных технических средствах и антенно-фидерных устройствах. Хранимые в памяти ПТК данные о техническом оснащении объектов связи позволяют сократить сроки восстановления их работоспособности при сбоях и авариях, повышая живучесть радиосети.

Иерархическая структура радиосети формируется автоматически на основе данных, внесенных в базу, и изменяется в интерактивном режиме персоналом, допущенным к выполнению данной функции.

Варианты оконных форм ПТК «Балтика» представлены на рис. 3–6.

Рис. 3. Окно модуля мониторинга состояния объектов системы (список и график)

Рис. 4. Окно модуля мониторинга состояния объектов системы (консоль событий)

Система разграничения доступа позволяет создавать и сопровождать рабочие профили пользователей, обеспечивая решение функциональных задач диспетчера и оператора радиосети. Последний имеет доступ к выполнению комплекса аналитических задач с целью оценки параметров работы радиосети и отдельных устройств, функционирующих в ее составе, за определенный период времени. В полном объеме в составе ПТК разворачиваются и функционируют рабочие места диспетчера (дежурного инженера), оператора, администратора и учебное рабочее место.

Рис. 5. Окно модуля мониторинга состояния объектов системы (информационные панели)

Программное обеспечение ПТК позволяет воспроизводить работу радиосети за заданный период и использовать в интересах обучения персонала на реальных данных без вмешательства в текущую работу, обеспечивая выполнение организационных мероприятий, направленных на повышение надежности и живучести радиосети.

ПО ПТК производит сбор, анализ, отображение и архивирование информации, обеспечивая:

- конфигурирование (описание структуры) ПТК мониторинга технологической радиосети обмена данными, установку пороговых значений для измеряемых параметров оперативной диагностики;

- слежение за поступлением данных оперативной диагностики устройств передачи данных на основании их идентификаторов и выдачу сигнала «авария» при пропадании этих данных;

- анализ значений данных оперативной диагностики устройств передачи данных относительно пороговых значений и формирование сигнала «авария» при их выходе за установленные пределы;

- анализ данных оперативной диагностики для косвенного определения исправности абонентских радиомодемов, работающих через удаленные ретрансляторы технологической радиосети обмена данными, не подключенные непосредственно к комплексу мониторинга;

- ведение журнала аварий, формирование и представление отчетов по видам аварий и времени их возникновения;

- анализ изменений данных оперативной диагностики с целью предсказания возможных аварийных ситуаций и сбоев.

Применение ПТК «Балтика» повышает оперативность реагирования на возможные сбои в работе технологической радиосети обмена данными и на достоверность информации, используемой при принятии решений по восстановлению ее работоспособности. Он обеспечивает снижение эксплуатационных затрат, связанных с поддержанием радиосети в высокой оперативной готовности, оптимизацию технологических процессов за счет распределения обязанностей между подразделениями АСУ и связи при проведении ремонтно-восстановительных мероприятий.

Комплекс позволяет организовать надежную эксплуатацию крупных технологических радиосетей и автоматизировать процесс мониторинга их технического состояния и параметров работы, повышая надежность и безопасность функционирования управляемых и контролируемых объектов.

Таким образом, АСУ для предприятий ТЭК должны строиться на базе современных интегрированных технологических радиосетей, легко сопрягаемых между собой и позволяющих сформировать единое информационное пространство для функционирования системы управления энергетической инфраструктурой отдельного предприятия, населенного пункта или региона. Существующее радиотехническое оборудование и специальные программно-технические средства позволяют строить современные полнофункциональные АСУ на распределенных объектах топливно-энергетического комплекса, разнесенных на значительные расстояния.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 5(53)_2014

С. А. Маргарян, 

зам. генерального директора, 

главный конструктор,

ЗАО «НПП «Родник», г. Москва,

тел.: (499) 613-7001,

e‑mail: sales@rodnik.ru,

www.rodnik.ru