В.А. Антонов,
ст. преп. каф.
АИПУ, programtec@mail.ru,
МИЭМ, г. Москва
В статье
рассмотрены аспекты построения локальных вычислительных сетей на объектах единой
системы газоснабжения России, на
пограничных газоизмерительных станциях. Описаны сложности, возникшие в процессе
построения линий связи. Изложено техническое решение, предложенное и
реализованное в настоящее время. Высказано мнение о возможности использования этого
решения на других объектах со сходными проблемами.
The article deals with the aspects of the
local computer network construction at the objects of Integrated Gas
Transmission System of Russia. The difficulties which arose in the process of
flow line construction are described. And implemented technical solution is
expounded. Besides, the opinion that technique developed by the author can be
exploited at other objects with similar problems is expressed.
Газоизмерительные станции (ГИС) -
объекты единой системы газоснабжения
России (ЕСГ) [1]. Все крупные объекты ЕСГ имеют собственные системы
управления, объединенные в отраслевую систему оперативно-диспетчерского управления
(ОСОДУ). ОСОДУ ЕСГ России предназначена для централизованного управления единым
технологическим комплексом добычи, транспортировки, хранения и переработки
газа [2]. Составной частью ОСОДУ является отраслевая система учета расхода газа
(ОСУРГ), предназначенная для сбора, обработки и анализа данных по учету газа.
Информация, собранная системой управления ГИС, должна поступать в ОСУРГ.
ГИС расположены на
магистральных газопроводах (МГ), в районах добычи газа и на границах России, цель
такого размещения – иметь данные о количестве и качественных параметрах
добытого или экспортируемого газа. В работе исследовались только пограничные
ГИС, итоги проведенного исследования можно обобщить на все ГИС построенные
одновременно или ранее чем исследованные.
Одной из задач
исследования было предложить решение для оснащения систем управления ГИС новыми
средствами передачи информации без крупных строительных работ с максимальным
использованием существующей кабельной инфраструктуры и оборудования в рамках
ОСУРГ.
Физически ГИС – это помещения, расположенные непосредственно возле МГ,
рядом с измерительными трубопроводами (ИТ), внутри которых размещены компьютеры
и устройства системы управления ГИС. К этим помещениям подведены кабели
электропитания и связи.
Типовое расположение помещений ГИС представлено на рисунке 1, их всего
два:
1.
Блок-бокс
анализаторов и приборов (ББА) предназначен для размещения приборов и
вычислителей, с помощью которых происходит учет количества и качественных
характеристик газа.
2.
Блок-бокс
управления (ББУ) предназначен для осуществления мониторинга и контроля
функционирования ГИС. Для выполнения этих функций в Блок-боксе управления
располагается следующей комплекс технических средств (КТС) автоматизации:
программируемый логический контроллер (ПЛК), синоптическая панель, два
мастер-компьютера с системой диспетчерского контроля и управления ГИС.
рис. 1 Типовое размещение помещений ГИС
При существовавшей до
внедрения новой системы диспетчерского управления и контроля ГИС схеме в ББУ
приходил оператор, который распечатывал отчеты от устройств ББА, вычисляющих
расход и параметры газа, прошедшего через ИТ, после чего по голосовой
телефонной линии передавал полученную информацию далее, на следующий уровень
ОСУРГ. С учетом того, что МГ, по которым перемещается газ на экспорт, проложены
друг рядом с другом, и на каждом размещена ГИС, то на достаточно небольшом по
площади пространстве размещается несколько однотипных ГИС, с каждой из которых
необходимо каждый день по нескольку раз в сутки проделывать одинаковые
операции.
Для пограничных ГИС разработана новая система управления и контроля,
которая существенно облегчает сбор и передачу информации для ОСУРГ, часть действий
оператора автоматизирована. Для удобства эксплуатации и сбора информации
организован дистанционный пункт управления группой ГИС, расположенный в здании,
где ранее находились рабочие места диспетчеров ГИС (диспетчерская). Дистанционный
пункт управления группой ГИС оснащен компьютером, на котором установлена
система управления и контроля группой ГИС. Система управления и контроля
группой ГИС обеспечивает возможность сбора информации от систем управления и
контроля от каждой подключенной к ней ГИС и передачу новых параметров для них,
которая потом поступает в устройства ГИС.
рис. 2 Взаимодействие ГИС и
дистанционного пункта управления группой ГИС
Дистанционный пункт
контроля расположен на удалении от ГИС, максимальная дальность до ГИС – шестьсот
метров.
Для организации обмена данными и сигналами управления между компьютерами
ББУ ГИС и компьютером диспетчера, находящегося в дистанционном пункте
управления, предложено решение использовать локальную вычислительную сеть, реализованную
стандартными средствами с использованием существующих линий связи.
Таким образом, локальная вычислительная сеть (ЛВС) включает в себя
«главные» мастер-компьютеры всех ГИС (расположены в ББУ ГИС), компьютер
диспетчера и компьютер представителя сторонней организации (расположены в
пункте дистанционного контроля группой ГИС), которой осуществляется поставка
газа.
В ЛВС используется сетевой стандарт IEEE 802.3u - Fast Ethernet [6].
В качестве среды передачи данных на дистанционном пункте управления
применена неэкранированная
витая пара категории 5 UTP [3,4,5] с разъемами 8P8C [10].
ЛВС дистанционного
пункта управления выделена в отдельный сегмент и построена по технологии 100Base-TХ
[6].
Все компьютеры и устройства ЛВС, расположенные внутри дистанционного
пункта управления, связаны друг с другом
посредством многопортового сетевого коммутатора.
Из-за того, что ГИС
расположены на удалении от дистанционного пункта управления, использование ЛВС,
построенной по технологии 100Base-TХ,
оказалось для них невозможно из-за ограничения этой технологии накладываемого
на максимальное расстояние между абонентами сети [6]. Проложить новый кабель до
каждой ГИС также оказалось невозможно, использовать беспроводные соединения
нельзя из-за длинной цепочки согласований и возможности легко перехватить
сигнал, поэтому было предложено решение на основе существующей среды передачи
данных - двухжильного телефонного кабеля, который уже проложен до каждого ББУ
всех ГИС. По этому кабелю осуществлялась голосовая телефонная связь между ББУ
ГИС и диспетчерской. Какой кабель проложен и каковы его характеристики было
неизвестно. Поэтому были проведены его исследования для каждой ГИС: определен
материал несущей среды, замерено и вычислено электрическое сопротивление на
один километр (расстояние от дистанционного пункта управления до каждой ГИС
известно). Также было известно, что кабель проложен в бетонированной траншее на
глубине ниже глубины промерзания грунта.
По итогам
исследования параметров кабеля и изучения существующего оборудования было
предложено использовать пару модемов, использующих технологию Asymmetric
Digital Subscriber Line (ADSL, асимметричная цифровая абонентская линия) [7,8,9],
но гарантировать их работу на подобной линии связи без проведения эксперимента
невозможно. Суть эксперимента заключалась в следующем: устанавливалась пара ADSL
модемов, проводилась оценка качества их работы путем организации нагрузочного
тестирования по приему/передаче крупных потоков данных в течение нескольких
суток. Модемы подключались к компьютерам, установленным с двух сторон кабеля, проложенного
от пункта дистанционного управления до ГИС. Для нагрузочного тестирования было
разработано простое программное обеспечение, которое осуществляло прием/передачу
файлов большого размера, фиксировало время передачи, скорость и количество
ошибок во время передачи.
Результатом
эксперимента было решение реализовать этот способ для постоянной эксплуатации,
т.к. полученные по итогам нагрузочного тестирования данные дали положительный
результат: ADSL модемы работают на этой линии связи, они не мешают работе
голосовой телефонии, позволяют обеспечить надежный прием и передачу данных от
ГИС до пункта дистанционного управления группой ГИС. ADSL
модемы, в свою очередь, могут быть подключены либо напрямую к компьютерам, либо
включены в ЛВС с помощью витой пары категории 5 UTP с разъемами 8P8C.
Реализованная схема
выглядит следующим образом: «главный» мастер-компьютер ББУ подключается
напрямую к ADSL модему, расположенному там же, а ADSL модем, с другой стороны,
подключен к многопортовому сетевому коммутатору ЛВС дистанционного пункта управления. Число ADSL модемов, расположенных на дистанционном пункте управления равно числу
ГИС, также известно число абонентов ЛВС, это позволило рассчитать число портов
сетевого коммутатора.
рис. 3 Схема линий связи вычислительной
техники ГИС и дистанционного пункта управления группой ГИС
После реализации описанной выше и проиллюстрированной на рисунке 3 схемы технологический
процесс выглядит следующим образом: данные, собранные системой диспетчерского
управления и контроля ГИС от устройств
ББА, обрабатываются на месте, часть передается на компьютер диспетчера, где они
обрабатываются системой диспетчерского управления и контроля группой ГИС,
обработка заключается в следующем:
·
данные, необходимые для мониторинга состояния каждой
ГИС, автоматически передаются на следующий уровень ОСУРГ, в региональное
управление магистральных газопроводов (УМГ);
·
по команде диспетчера данные от каждой ГИС могут
выводиться на печать в виде коммерческих и технологических отчетов, существует
возможность запроса «исторических» данных за указанный промежуток времени;
·
данные, перечень которых зафиксирован в контракте
между организацией-поставщиком и организацией-заказчиком, которой поставляется
газ, автоматически преобразуется в формат данных организации-заказчика
(используемых представителями этой организации) и сохраняются в указанное
место;
·
все данные, переданные от каждой системы диспетчерского управления и контроля ГИС,
сохраняются системой диспетчерского управления и контроля группой ГИС в базу
данных.
Защита данных
рабочего места диспетчера и мастер-компьютеров ББУ от нежелательного
вмешательства осуществляется средствами установленной операционной системы и
политики разграничения прав доступа пользователей, а также сложности перехвата
сигналов кабельной сети, в отличии от сигналов беспроводной сети.
Автоматическая передача данных на следующий уровень ОСУРГ - УМГ осуществляется
по обычной телефонной линии с помощью факс-модема, который подключен к
компьютеру диспетчера через интерфейс RS-232.
Принтер, для удобства
использования, также включен в ЛВС дистанционного пункта управления группой ГИС
в качестве отдельного сетевого устройства. Такое решение позволяет, в случае
необходимости, использовать этот принтер для печати с «главного»
мастер-компьютера какой-либо ГИС или компьютера представителя организации-заказчика.
Подобная архитектура
ЛВС позволяет легко масштабировать и дополнять
ее какими-либо другими сетевыми устройствами и/или компьютерами в случае
необходимости.
Предложенные
и реализованные схемы подключения устройств, организации ЛВС, список
оборудования и используемых линий связи используется на всех пограничных ГИС ООО
«Газпром трансгаз Москва». Полученные результаты можно использовать на других
пограничных ГИС и на ГИС расположенных в районах добычи газа, а также на других
объектах, на которых имеются сходные проблемы по прокладке новых линий связи.
Литература
1.
Лаврухин
В.К. Программа поэтапного развертывания работ по созданию Отраслевой системы
оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) Единой системы газоснабжения
России. / Материалы НТС ОАО «Газпром» Состояние и основные этапы создания
единой отраслевой автоматизированной системы учета расхода газа ООО «Газпром».
– М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2000.
2.
Панкратов
В. С., Вербило А. С. Автоматизированные системы диспетчерского управления ГТС.
– М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2001.
3. Стандарт ANSI/TIA/EIA
568A
4. Стандарт ISO/IEC 11801
5. Стандарт EN 50173
6. Стандарт IEEE 802.3
7. Стандарт ANSI T1.413
Issue 2
8.
Стандарт
ITU G.992.1 (G.DMT)
9.
Стандарт
ITU G.992.2 (G.Lite)
10. Стандарт TIA/EIA-568