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
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.
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.
Рис. 2. Шкаф диспетчеризации газораспределительного пункта
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).
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).
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