Радиосети сбора данных и управления для автоматизированных систем управления в энергетике

02.03.2015 Радиосети сбора данных и управления для автоматизированных систем управления в энергетике Сергей Маргарян, главный конструктор - заместитель генерального директора ЗАО «НПП «Родник» 

Энергетика является потенциально опасным производством, на котором периодически возникают аварии и сбои, ликвидация которых требует наличия надежной связи, функционирующей в любых условиях и в режимах, требующихся в таких ситуациях. Поэтому в энергетике широко применяются автоматизированные системы управления (АСУ) различного назначения: АСДУ - автоматизированные системы диспетчерского управления, АСКУЭ – автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии, АСТУЭ – автоматизированные системы технического учета электроэнергии; АСУ ТП - автоматизированные системы управления технологическими процессами. 

Топливная и электроэнергетика является одним из самых крупных пользователей радиосетей сбора данных и управления (обмена данными), что обусловлено особенностями обеспечиваемых такими радиосетями технологических процессов и характеристиками объектов автоматизации. Основные технологические процессы относятся к категории критически важных, поскольку собираемые данные должны поступать с заданной задержкой, а управляющие воздействия осуществляться в регламентированные сроки. Значительная часть объектов размещается распределено на большой территории, что делает использование проводных средств связи нецелесообразным, или находится в таких местах, в которые сложно или невозможно проложить проводные коммуникации. 

Типовая АСУ включает в себя три функциональных уровня: 
- нижний уровень (программно-технические средства, устанавливаемые на контролируемых объектах энергетики, реализующие функции генерации данных от средств объективного контроля и исполнения получаемых с верхнего уровня системы управляющих сигналов и команд); 
- промежуточный уровень (средства связи и обмена данными, устанавливаемые на контролируемых объектах, а также в стационарных и подвижных пунктах управления и реализующие функции обмена информацией между нижним и верхним уровнями системы); 
- верхний уровень (программно-технические средства, устанавливаемые в стационарных и подвижных пунктах управления, реализующие функции сбора данных от средств объективного контроля и формирования управляющих сигналов и команд на основе анализа полученных с нижнего уровня данных). 

Рассмотрим вопросы, связанные с реализацией промежуточного уровня типовой АСУ для топливной и электроэнергетики – радиосети сбора данных и управления. Энергетическая система должна надежно функционировать в обычной обстановке, в чрезвычайных ситуациях, в угрожаемый и особый периоды. Поэтому обеспечивающие работу АСУ радиосети обмена данными должны создаваться с учетом условий работы в любой обстановке и обладать соответствующим уровнем надежности и живучести . 

Радиосеть обмена данными позволяет реализовать следующие функциональные возможности АСУ: мониторинг протекания технологических процессов (автоматический сбор объективной информации о технических и производственных параметрах, включая учет электроэнергии); 

диспетчерское и оперативное управление объектами энергетики (передачу управляющих сигналов и команд в направлении «диспетчер – контролируемый объект», а также подтверждений о получении управляющих сигналов и докладов о выполнении команд в направлении «контролируемый объект – диспетчер»). 

В зависимости от назначения АСУ, она может обеспечивать выполнение всех или части вышеперечисленных функций, при этом функции мониторинга являются общими и обязательными для всех систем. 

В связи с этим к радиосетям сбора данных и управления АСУ в энергетике предъявляются следующие основные оперативно-технические требования: 
1. Функционирование радиосети во всей оперативной зоне. 
2. Высокая надежность и живучесть радиосети. 
3. Оперативный и своевременный доступ к ресурсам радиосети. 
4. Минимальные и предсказуемые задержки в доставке информации. 
5. Достаточная пропускная способность для полномасштабного функционирования всех приложений АСУ. 
6. Безопасность циркулирующей в радиосети информации. 
7. Контроль и регулирование использования ресурсов радиосети в различной обстановке. 
8. Возможность функционирования в жестких условиях. 
9. Простота эксплуатации. 
10. Совместимость с разнородным оборудованием сбора и обработки данных по широко типовым и нестандартным интерфейсам. 
11. Низкая стоимость эксплуатации. 
12. Простота перемещения и оперативность развертывания в новом районе. 

Приведенные выше требования могут иметь различный приоритет при создании радиосетей сбора данных и управления различного назначения и ведомственной принадлежности, но, в целом, должны учитываться при создании любой радиосети. 

В настоящее время в АСУ в энергетике применяются различные радиосети обмена данными, которые по назначению разделяются на две основные группы : 
- радиосеть общего пользования (англ. public network – предназначена для возмездного оказания услуг электросвязи любому пользователю на территории Российской Федерации и включает в себя сети электросвязи, определяемые географически в пределах обслуживаемой территории и ресурса нумерации и не определяемые географически в пределах территории России и ресурса нумерации, а также сети связи, определяемые по технологии реализации оказания услуг связи). 
- технологическая радиосеть, ранее ведомственная или корпоративная (англ. private network – предназначена для обеспечения производственной деятельности организаций, управления технологическими процессами в производстве. Технологии и средства связи, применяемые для создания технологических сетей связи, а также принципы их построения устанавливаются собственниками или иными владельцами этих сетей). 

К первой группе относятся радиосети, доступ к которым предоставляется владельцем радиосети для всех желающих пользователей, ко второй – радиосети, в которых работают только пользователи владельца сети. Радиосети обеих групп могут строиться с применением одинаковых технологий, но назначение радиосети принципиально определяет ее возможности при обслуживании работы АСУ. 

Радиосети общего пользования включают в себя сети сотовой связи различных стандартов, сети операторов профессиональной мобильной связи диапазона ультра коротких волн (УКВ) – обычно транковые радиосети – и широкополосные сети связи и передачи данных сверхвысокой частоты (СВЧ), включая наземные и спутниковые. 

Технологические радиосети включают в себя сети профессиональной мобильной связи УКВ-диапазона (транковые и конвенциональные ) и широкополосные сети передачи данных сверхвысокой частоты (СВЧ), включая наземные и спутниковые. Технологические радиосети считаются наиболее эффективным техническим решением для АСУ в Энергетике. Они создаются на оборудовании, изначально предназначенном для реализации специфических задач, связанных с удаленным автоматизированным (а в некоторых случаях – автоматическим) управлением и сбором данных, с учетом особенностей их функционирования и предъявляемых к ним оперативно-технических требований. Поскольку реализовать с одинаковой степенью эффективности все требования АСУ в энергетике в рамках одного типа оборудования или одного, даже самого совершенного на сегодняшний день технического решения, невозможно, перед владельцем и пользователем системы всегда встает необходимость выбора. Выбор технического решения производится с учетом реальных задач, решаемых в рамках создаваемой автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления. 

Область применения технологических радиосетей обмена данными в АСУ в энергетике определяется следующими основными оперативно-техническими возможностями и преимуществами: 
- гарантированная надежность работы (радиосеть создается и управляется ее владельцем с учетом его персональных требований к надежности функционирования); 
- высокая живучесть радиосети в различной обстановке (требование к живучести закладывается на этапе проектирования радиосети ее владельцем, и, как правило, оказывается выше, чем в радиосетях общего пользования); 
- рабочая зона, полностью перекрывающая район использования находящихся под управлением АСУ средств (реально построенные технологические радиосети имеют оперативную зону более миллиона кв. км); 
- применение детерминированных протоколов обмена данными, поддерживающих работу в близком к реальному режиму времени и обеспечивающих гарантированную доставку данных в установленные регламентом работы радиосети сроки; 
- относительно небольшое время доступа к каналу передачи данных, обеспечивающее незначительные и приемлемые для большинства автоматизированных систем задержки в доставке данных; 
- высокая безопасность данных, функционирующих в технологической радиосети (применяемые технологии обеспечивают защиту от подавления, перехвата или несанкционированного доступа к работе в составе технологической радиосети); 
- относительно низкая стоимость эксплуатации; 
- независимость от «чужой» инфраструктуры связи и возможность развивать ее исходя из реальных требований (радиосеть принадлежит собственно энергетической компании, параметры ее работы и оперативная зона могут изменяться им самостоятельно); 
-совместимость с разнородным оборудованием сбора и обработки данных по широко применяемым и детально отработанным интерфейсам;
- простота перемещения и оперативность развертывания в новом районе; 
- возможность эксплуатации в жестких условиях окружающей среды. 

Технологические радиосети обмена данными используются для обслуживания АСУ в энергетике и строятся на оборудовании, имеющем различные технические характеристики. В связи с этим наиболее показательными являются примеры использования таких радиосетей и их функциональных возможностей. 

Вариант построения технологической радиосети обмена данными показателен на примере радиосети управления телемеханикой в топливной энергетике. АСУ являются неотъемлемой частью любой трубопроводной системы, что связано с особенностями данного вида транспорта, предполагающей обязательный непрерывный контроль и управление параметрами работы. В настоящее время для обеспечения 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-SC производства американской компании CalAmp . 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 – 19200 бит/с) представлен на Рис. 1. 
уаука.PNG

К работе АСУ и технологических радиосетей обмена данными на трубопроводном транспорте предъявляются повышенные требования к надежности и живучести. Схема коммутации УКВ-оборудования стационарной технологической радиосети управления телемеханикой повышенной надежности и живучести представлена на Рис. 2.

ззз.PNG

Техническое решение подготовлено для реализации на участке трубопровода протяженностью около 60 км, проходящего в сейсмоопасной зоне, где существует угроза одновременного выхода из строя всего оборудования базовой станции (БС-2) на одной из позиций. Технологическая радиосеть управления телемеханикой функционирует на скорости 19 200 бит/с. БС-2 обеспечивает управление телемеханикой четырех контролируемых пунктов. Связь с КП-4 осуществляется через КП-3, дополнительно выступающий в качестве ретранслятора. Позиция КП-2 находится в зоне прямой радио видимости 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-SC по IP-протоколу. Коммутация аппаратуры БС-Р и КП-2 выполнена с использованием преобразователей интерфейсов RS-232 – Ethernet: четырехпортовый Lantronix MMS4 для подключения радиомодема Integra-TR и I-Base на позиции КП-2 и двухпортовый Lantronix XPress-DR+ для сопряжения аппаратуры БС-3 с каналом связи с БС-Р через радиомодем Viper-SC. Преобразователь 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% 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 настойка радиомодемов на БС и КП (выполняется в период технологических перерывов связи).

Таким образом, технологические радиосети обмена данными на современных радиомодемах позволяют в полной мере удовлетворить требованиям в части обмена данными, предъявляемым современными АСУ в энергетике.



Читайте также:




Возврат к списку