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.

Аппаратно-программный комплекс оперативного контроля параметров газораспределительных пунктов

Приводится описание разработанного компанией ЗАО "Индустриальные компьютерные системы" при взаимодействии с ОАО "Мосгаз НИИ Проект" аппаратно-программного комплекса оперативного контроля параметров ГРП (система диспетчеризации), в котором используются современные технологии сбора и передачи данных.

ЗАО “Индустриальные компьютерные системы”
ОАО “Мосгаз НИИ Проект”, г. Москва

ipc2u.gif   

В настоящее время для получения информации о параметрах газа и состояния технологического оборудования на большинстве газораспределительных пунктах (ГРП) используются в значительной степени устаревшие автоматизированные информационные подсистемы оперативного контроля, к недостаткам которых можно отнести:
- использование для обмена информацией в системе протоколов физического  уровня, не предоставляющих верхнему уровню всех требуемых сервисов;
- аппаратно-зависимое программное обеспечение верхнего уровня;
- зависимость от некоммутируемых каналов связи, что делает затруднительным организацию связи на удаленные объекты;
- устаревшая элементная база (однокристальные микро-ЭВМ семейства МК-52 и DSP TCM3105 и т. д.);

Поэтому логичным является стремление перейти от таких систем диспетчеризации к системам, отвечающим современным информационным технологиям. 
В общем случае необходимо обеспечить решение трех задач:
- сбора информации о состоянии объекта: давление газа, перепады давления на фильтре, температура и др;
- передачи полученной информации на диспетчерский пункт;
- сохранения информации, получаемой диспетчерским пунктом, и представления ее персоналу, осуществляющему оперативный контроль и управление.
На рис. 1 приведена функциональная схема разработанной и производимой ЗАО “Индустриальные компьютерные системы” системы диспетчеризации, обеспечивающей решение указанных выше задач.

pic_1.jpg

Рис. 1. Структурная схема системы диспетчеризации

Условно систему можно разделить на три уровня:
1) нижний уровень - это сбора и архивации информации на объекте;
2) уровень модулей связи диспетчерского пункта и объекта диспетчеризации;
3) верхний уровень - уровень АРМ диспетчера и баз данных.

Каждый из этих модулей системы выбирается, исходя из конкретно существующего объекта диспетчеризации. 

К примеру, шкаф диспетчеризации (рис. 2) имеет возможность настройки на различное число датчиков.

Помимо устройств, подключенных по интерфейсу RS 232/485 и используемых для снятия различных характеристик, возможно подключение дополнительных устройств. Для этого требуется установка необходимых драйверов. Если в существующей библиотеке таковые отсутствуют, то драйвера могут быть  разработаны индивидуально. В свою очередь, подключаемые элементы должны иметь интерфейсный выход и описанный протокол работы с устройством.
Ядром шкафа диспетчеризации является контроллер, который считывает параметры состояния объекта, такие как давление газа, перепады давления на фильтре, температура и др. 

pic_2.jpg
Рис. 2. Шкаф диспетчеризации газораспределительного пункта


pic_3.jpg

Рис. 3. Пример реализации алгоритма обработки информации в контроллере

Использующийся источник бесперебойного питания (UPS), в случае сбоев в электроснабжении,  в состоянии поддерживать функционирование системы в течение 2 часов. Вместе с тем, обеспечивается передача информации о неисправностях на диспетчерский пункт, что позволяет, в большинстве случаев, оперативно реагировать на возникающие неполадки. 

Передача данных от объекта может быть реализована различными способами, в зависимости от решаемой задачи. Установление связи с объектом возможно следующим образом:
- Ethernet (промышленный), либо с выходом в Internet на удаленный web-сервер;
- в тех случаях, когда прокладывание сетей нецелесообразно, существует возможность использования модема со стандартом GSM (по протоколу передачи данных CSD). Выбор стандарта GSM обусловлен его большей развитостью и надежностью. Данный вид связи позволяет осуществлять передачу данных со скоростью 9600 (Бит/с); 
- возможна связь через GPRS. Это позволяет передавать данные на удаленный web-сервер. Но нормальная работа такой системы может быть обеспечена только в Московском регионе по причине нестабильной работы GPRS в других районах России; 
- альтернативой GSM CSD и GPRS как беспроводной связи является радиоканал, работающий на различных радиостанциях (например, KENWOOD). Частота, на которой устанавливается соединение, устанавливается в соответствии с пожеланиями клиента (по умолчанию это частота 433 МГц, которая не требует специальной сертификации).

pic_4.jpg
Рис. 4. Модульный принцип построения системы диспетчеризации

Поставляемое со шкафом программное обеспечение основано на SCADA системе GoodHelp. Алгоритм программы контроллера (рис. 3) сверяет эти значения с допустимыми величинами, и в случае возникновения нештатной ситуации вызывается подпрограмма связи с центральной диспетчерской для передачи информации о тревоге. Диспетчерский пункт, в свою очередь, осуществляет опрос объекта с заданным периодом для снятия текущей информации о состоянии объекта.

Благодаря модулю архивации, основанному на flash памяти, возможно резервирование информации на контроллере. В случае нарушений в работе основного и резервного каналов связи, хранение информации осуществляется в течение нескольких месяцев. В дальнейшем это позволяет восстанавливать необходимые данные и передавать их на высший уровень системы.

Модульность системы позволяет установить минимальный набор аппаратуры и программного обеспечения для решения задач диспетчеризации объектов и постепенно наращивать функционал уже рабочей системы по мере необходимости. Также это позволяет заменять необходимые элементы уже рабочей системы, оставляя без изменений остальной функционал (рис.4).

Сохранение текущей информации, как о состоянии объекта, так и аварийных ситуациях, является важным звеном любой системы диспетчеризации. Дополнительное программное обеспечение верхнего уровня, разработанное специально для комплекса диспетчеризации, решает большинство задач по сохранению в базы данных необходимой информации.

Это позволяет в полной мере проследить показатели надежности и безотказности оборудования ГРП. Также создание базы данных по интересующим показателям позволяет: 
- проводить анализ работы ГРП за длительный срок; 
- организовывать учет расхода газа в зависимости от времени суток, климатических условий и других интересующих характеристик. В дальнейшем такого рода информация способствует оптимальному использованию природного ресурса;
- в короткие сроки осуществлять подготовку сотрудников, причем учитывая особенности каждого ГРП. 
На верхнем уровне могут быть установлены различные приложения для архивации и отображения данных. 

Кроме устоявшихся небольших СУБД (PARADOX, xBase), система совместима с такими базами данных как Oracle, Microsoft SQL Server, а также MySQL. Как правило, такие базы данных используются для организации централизованного сбора данных с многих диспетчерских пунктов, а также для оценки собранных данных, ведения журналов доступа к объектам и многого другого.

На диспетчерском пункте обеспечивается отображение всей информации на мониторе диспетчера (АРМ диспетчера). Интерфейс диспетчера разработан со всеми требованиями эргономики так, чтобы диспетчер получал информацию о состоянии объекта в максимально удобной и доступной форме. Интерфейс диспетчера разрабатывается на SCADA системе GoodHelp, что дает возможности по адаптации АРМ диспетчера под различные задачи с минимальными затратами (рис. 5).

pic_5.jpg

Рис. 5. АРМ диспетчера

Рассматривая аппаратно-программный комплекс, разработанный компанией “ИКОС” хотелось бы выделить следующие его преимущества относительно других разработок в данной области:
- независимость от одного конкретного вида связи - связь между диспетчерским пунктом и объектами может быть выбрана в зависимости от их месторасположения. При этом объекты, подключенные по различным видам связи, таким как GSM, радио или Ethernet, функционируют в одной системе;
- гибкость системы, обеспеченная прикладным программным обеспечением, которое позволяет легко наращивать компоненты системы либо изменять ее состав;
- модульность системы позволяет поэтапно создавать законченную систему, постепенно расширяя ее на новые объекты;
- простое программное обеспечение для конфигурирования системы (входящее в состав программно-аппаратного комплекса) позволяет подготавливать специалистов по обслуживанию систем диспетчеризации в короткие сроки;
- используемые методы и стандарты обмена информацией (стандарты ОРС DA2 и HDA) позволяют избежать зависимости верхнего уровня от аппаратной части системы;
- использование передовых технологий по сохранению (архивация в базы данных) и восстановлению данных (использование стандартов OPC HDA для доступа к архивным данным на объекте);
- весь программно-аппаратный комплекс диспетчеризации основан на отечественных изделиях, которые имеют  поддержку на территории России.

Таким образом, использование данного решения в вопросах оперативного контроля газораспределения открывает следующие перспективы:
- возможность удаленного управления объектом;
- возможность автономного управления объектом в случае потери связи с диспетчерским пунктом;
- переход на  новые виды связи с минимальными затратами.

В марте 2007 года успешно проведены промышленные испытания представленной системы диспетчеризации для ГРП, совместно с эксплутационными службами на одном из объектов ГУП “Мосгаз”.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(13)_2007

К.В. Якушков, 
ЗАО “Индустриальные компьютерные системы”, г. Москва,
тел.: (495) 937-72-00, 
e-mail: marketing@icos.ru
Лейбсон К.М. 
ОАО “Мосгаз НИИ Проект”, г. Москва,
тел.: (495) 182-69-92