|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли Технологические системы передачи для обеспечения связью и автоматизации газопроводаУправление процессами транспортировки и распределения природного газа на самом первом уровне обеспечивается работой систем линейной телемеханики газопровода (СЛТМ), автоматизацией газораспределительных (ГРС) и газоизмерительных (ГИС) станций. Каждый из этих объектов нуждается в обеспеченности средствами связи, причем если СЛТМ относительно нетребовательна к телекоммуникационным ресурсам и ей достаточно общего канала связи, то газораспределительные станции представляют собой сложный комплекс, требующий оснащения телефонной связью, каналами передачи данных систем автоматического управления станции, приборов учета расхода газа и телеметрии и т. д. Таким образом, существует необходимость организации каналов связи вдоль трассы магистрального газопровода с возможностью их ответвления в усилительных или регенерационных пунктах ко всем объектам. К примеру, для ООО «Самаратрансгаз» магистральная часть первичной сети связи в однониточном исчислении составляет около 2 тыс. км, а с учетом протяженности всех линий связи вдоль газопроводов – более 6 тыс. км. Как правило, технологическая система связи работает в зоне ответственности линейных подразделений предприятия, отвечая за оперативно-диспетчерское управление, сбор информации и обеспечение объектов телефонной и радиосвязью. Типовая схема технологической системы передачи приведена на рис. 1. В ООО «Самаратрансгаз» и в ОАО «Газпром» используется несколько видов технологических систем передачи. Это и первые аналоговые системы передачи BK/G венгерского производства, и применяемые в настоящее время цифровые системы, например ИКМ-7ТМ. Недостаток аналоговой системы BK/G общеизвестен: система организована по трем «четверкам» медного кабеля, обеспечивает передачу всего трех каналов связи, что приводит к расточительному использованию ресурса емкости кабеля. И хотя BK/G исключительно надежна, проста в эксплуатации и позволяет перекрывать даже очень длинные участки газопровода, к сожалению, в настоящее время ее использование нецелесообразно в связи с необходимостью обеспечивать обмен информацией между большим количеством разнотипных устройств. Казалось бы, решение лежит на поверхности – переход на цифровую основу построения технологической системы передачи, уплотнение каналов и подключение оборудования непосредственно цифровыми интерфейсами. Рассмотрим более подробно архитектуру построения таких систем. TDM-технология (временное уплотнение каналов) весьма эффективна с технической точки зрения и удобна в эксплуатации для организации систем типа «точка – точка», когда несколько передаваемых отдельно или сгруппированных цифровых каналов легко обрабатываются стандартным оконечным оборудованием, как правило, цифровой телефонной станцией или мультиплексором. Достаточно просто решается вопрос и синхронизации всей системы – от главной станции по цепочке к подчиненной. Но при построении разветвленной структуры проявляется ряд недостатков. Попробуем их классифицировать и охарактеризовать. Постоянный поиск компромисса между длиной регенерационного участка и стабильностью системы синхронизации. Применение в оборудовании приемо-передающих модемов, использующих HDB3 код или его модификации, характеризуется достаточно стабильными параметрами синхронизации схем регенераторов. Для реализации цифрового суммирования аналоговой информации на регенераторах в каналах связи качественная синхронизация является необходимым условием. Однако регенерационный участок системы передачи при использовании HDB3 кода недостаточен для укладывания его в уже построенные усилительные участки кабельной линии протяженностью 19 – 23 км (стандартный усилительный участок заменяемых трактов системы передачи BK/G). Это приводит к необходимости проведения дополнительных строительных работ по организации нефункциональных регенераторов, что, в свою очередь, увеличивает стоимость, снижает общую надежность системы, повышает требования к кабельной линии из-за повышения напряжения дистанционного питания. Применение хDSL модемов снимает ограничения в протяженности регенерационного участка. Однако специалисты ООО «Самаратрансгаз» установили, что количество регенерационных участков в DSL системах ограничено вследствие особенностей формирования хDSL кода, что делает общий тракт несинхронным (в понимании принципов синхронизации TDM-систем), а это, в свою очередь, вызывает проблемы в обеспечении всех операций ответвления каналов на регенераторах. Таким образом, технологические системы передачи, базирующиеся на TDM-технологиях, рекомендуется применять лишь на небольших фрагментах кабельных линий, с ограниченным количеством ответвлений и регенерационных участков. Опыт эксплуатации показал, что наличие подобных систем в сложной топологии сети с большой длиной регенерационных участков провоцирует возникновение частых сбоев в работе системы, увеличивает стоимость и требует практически в каждом случае уникальных операций настройки, с привлечением специалистов завода-изготовителя. Неэффективное использование канальных ресурсов и несовершенство подсистем диагностики и управления. Современные темпы автоматизации процессов транспортировки и распределения природного газа диктуют свои условия системам связи. Применявшиеся ранее системы автоматики были однотипными, их количество было ограничено, поэтому была возможность использовать системы связи, предоставляющие общие каналы связи для нескольких устройств. Так, например, один аналоговый канал «точка – многоточка» вдоль газопровода раньше мог обслуживать все контролируемые пункты телемеханики. На современном уровне, в условиях поэтапного технического перевооружения, в составе газопровода не только могут присутствовать объекты с различным набором систем автоматизации, но и сами системы могут быть многообразными. Типичным примером является строительство блочных ГРС с различными модификациями систем автоматического управления или установка на линейной части газопровода пунктов телемеханики следующего поколения. Обеспечить работу всех этих систем в одном общем канале уже не представляется возможным. При кажущейся избыточности канальных ресурсов в цифровых TDM технологических системах передачи реальное количество типов устройств, которые можно к ним подключить, довольно ограниченно. Связано это, в первую очередь, с неспособностью системы организовать эффективное использование каналов. Индивидуальный телефонный номер на ГРС с гарантированной доступностью, канал телемеханики и несколько выделенных цифровых каналов для систем автоматизации жестко займут свои канальные интервалы в соответствии с конфигурацией, отняв почти половину общих ресурсов системы передачи. Описанные недостатки делают TDM-систему негибкой и в целом не допускающей оперативного изменения конфигурации. Использование уникальных протоколов сигнализации, недостаточное развитие штатных систем диагностики исключают возможность полноценной интеграции в телекоммуникационные сети верхних уровней и привязывает предприятие к монопольным производителям оборудования. Поиск решения, позволяющего разрешить все рассмотренные проблемы, дает возможность сформировать несколько ключевых требований к технологическим системам связи: система должна быть «асинхронна» по своей информационной структуре; информационный обмен между источниками и получателями информационных сообщений должен строиться по принципу «точка – точка», вне зависимости от типа и положения передающего и получающего информацию объектов; оборудование, применяемое в системе, должно быть максимально унифицировано; система диагностики и управления должна строиться на общепринятых стандартах и протоколах и обладать развитой функциональностью. Реализация системы с заявленными требованиями неизбежно приводит к необходимости отказа от TDM-технологии «коммутации каналов» и переходу к технологии «коммутации пакетов». Совершенно естественно использование в этом направлении Ethernet-протокола как универсальной транспортной среды. Готовая система технологической связи функционально состоит из двух частей. Первой частью, если не вдаваться в технические аспекты передачи сигналов по кабельным линиям, является разветвленная полноценная сеть из Ethernet-коммутаторов с выделением на объектах газопровода стандартного интерфейса спецификации 10/100Base-T. С точки зрения подключенных компьютеров, это будет стандартная локально-вычислительная сеть, но с более низкой пропускной способностью. Вторая функциональная часть системы передачи – набор преобразователей для транспорта информационных каналов поверх TCP/IP протокола: IP-телефоны, V24/V28 конверторы и др. Причем представленные на рынке разнообразные устройства позволяют удовлетворить любую потребность пользователя в типах интерфейсов и каналов, а также обеспечивают возможность выбора желаемого оборудования. Для получения реальных результатов работы технологической системы связи, базирующейся на пакетных методах передачи информации, в ООО «Самаратрансгаз», с привлечением компании-разработчика был собран опытный образец. В качестве транспортной части скомплектована хDSL система передачи на базе оборудования Megatrans и Orion производства ЗАО «НТЦ Натекс». Транспортная сеть образовывает распределенную Ethernet-архитектуру со скоростью передачи 256 кбит/с. В качестве оконечного оборудования организации цифровых технологических каналов использованы асинхронные серверы доступа серии NPORT американской компании «Moxa Technology», а в качестве голосовых шлюзов для подключения телефонных аппаратов и УАТС – устройства фирмы Audiocodes (Израиль). Структурная схема системы передачи (фрагмент ГРС) приведена на рис. 2. Опыт эксплуатации наглядно показал все неоспоримые преимущества новой технологии. Источники информации на объектах газопровода добавляются в систему без ее остановки и реконфигурации. Доступ к каждому элементу оборудования автоматики или телемеханики реализуется выделенным TCP-соединением, любой из этих элементов может быть взят на диагностику с сохранением работоспособности всех остальных частей. Соответственно, возможны индивидуальные настройки параметров канала для каждого устройства. Использование протокола TCP служит абсолютной гарантией, что все информационные данные будут доставлены без искажений, даже при наличии значительного количества битовых ошибок в канале связи. Указанные характеристики в TDM-системах просто недостижимы. Реальная загрузка системы, охватывающей 15 газораспределительных станций, с включенными телефонными номерами, подключенным оборудованием учета расхода природного газа и системы линейной телемеханики показала, что скорость информационного потока не превышает 200 кбит/с в моменты наибольшей нагрузки. Что касается эксплуатации системы, то возможность использования IP-транспорта и информативного SNMP-протокола управления сетью не только выводит на совершенно новый уровень функции диагностики и поиска повреждений в системе, но и позволяет провести полную интеграцию технологической системы связи в телекоммуникационную структуру предприятия. Таким образом, в рамках построения системы АСУ ТП газокомпрессорной станции, в диспетчерскую часть системы SCADA успешно интегрирована функция диагностики системы связи, что дает возможность диспетчерскому персоналу практически однозначно идентифицировать места возникновения повреждений, вплоть до определения конкретных зон ответственности эксплуатационного персонала. Фрагмент работающей системы SCADA представлен на рис. 3. Какие еще дополнительные возможности мы получаем? Оборудование хDSL модемов может быть использовано не только в системе, но и отдельно от нее, например, выполняя функции «последней мили» на производственных площадках. Это означает высокую степень унификации оборудования и, естественно, сокращает эксплуатационные затраты предприятия. Повреждения в опытной системе передачи за время эксплуатации составляют единичные случаи, причем большинство сбоев имеет отношение не к аппаратной части, а непосредственно к кабельной линии связи. Кроме того, стоимость современного оборудования, предназначенного для работы в сетях передачи данных, постоянно снижается на фоне дорожающего оборудования TDM-технологии – по экспертным оценкам, стоимость реализации технологических систем передачи на базе пакетной коммутации и канальной коммутации может различаться как минимум в два раза не в пользу последней. Главная страница / Архитектура отрасли |