+7 (843) 296-06-61, 519-47-27

Задать вопрос

Стандарт TETRA в управлении

TETRA в управленииБританский технический обозреватель и журналист Тим Гeст («Гардиан») выражает свой взгляд, почему TETRA является наиболее подходящим стандартом для сбора данных в системах  SCADA.

Разговоры о передаче данных в области критических коммуникаций обычно идут на фоне растущей потребности в передаче фото-видео материалов от первичных респондентов, используя TETRA, TEDS и в будущем, возможно, LTE. Однако есть  и другие области, где требования к надежности передачи критически важных данных,  почти такие же, а в некоторых случаях, еще строже, в плане общественной безопасности. Например, в энергетическом, нефтегазовом и коммунальном секторах, системы контроля, управления и сбора данных в режиме реального времени (SCADA) очень важны для мониторинга и передачи  данных для самых сложных инженерных системах во всем мире,  помогая поддерживать  их в рабочем состоянии.

Впервые появившиеся почти 50 лет назад, системы  SCADA позволяют выполнять как относительно простой температурный мониторинг здания, так и  оперативное управление чрезвычайно сложных производственных процессов на ядерных, гидро- и электростанциях, в промышленности, а также на нефтегазовых и химических предприятиях. Если, например, произошел разрыв на нефтепроводе или утечка радиации на атомной электростанции, система SCADA собирает воедино всю информацию о такой аварии,  передает eё в центр управления, расставляя приоритеты для аварий, а также производит необходимые действия по их устранению.  

Некоторые системы SCADA используются для телеметрии (дистанционное измерение),  для телеуправления (управление удаленным оборудованием, таким как выключатели электропитания, управления клапанами и приводами), и часто несут в себе функцию передачи отчетов о текущем состоянии удаленного оборудования. Другие системы SCADA могут быть использованы для поддержки «умных»  энергосистем – грамотное  взаимодействие  всех пользователей, подключенных к сети, включая тех, кто генерирует энергию и потребителей обеспечивает устойчивость сети, надежность, безопасность  и, в конечном счете, взаимную экономическую выгоду.

SCADA-сценарии

Типовые системы SCADA включают системы датчиков, в которых основное устройство управления  соединяются с подчиненным устройством или удаленными (УУ) на инфраструктурных объектах. Группы УУ, известные как группы сканирования, контролируются основным устройством. Например, в системах распределения мощности высокого напряжения УУ установлены на объектах, которые являются потенциально аварийно-опасными или требуют минимального времени реагирования при сбое, например, таких, как первичная подстанция. Сбор информации о состоянии таких объектов с помощью ведущего устройства будет проводиться регулярно и с высокой скоростью.

Другой режим работы систем  SCADA - это режим «отчета исключением», в которой отчеты от УУ в систему будут приходить только в случае аварии. Такие режимы обычно используются для менее важных и опасных объектов, чем  контролируемые опросом,  включая сценарии, которые используются для мониторинга нефтегазовых скважин. Но это предполагает регулярные проверки, чтобы гарантировать, что УУ, которые будут «молчать» между сигналами тревоги, работоспособны. Тем не менее, «аварии» часто могут означать, что многие УУ внезапно «пробуждаются» одновременно, и эта «перегрузка»  должна предусматриваться в любой технологической системе управления.

Важность каждого приложения отображена в ожидаемом времени отклика устройств системы SCADA. В  электроэнергетике, где задействованы подстанции высокого напряжения, типичное время опроса составляет 250 м/с, поскольку дело не только в подаче  электроэнергии, но и в том, что возникающие сбои и аварии могут крайне негативно  повлиять на огромное количество конечных потребителей, и система должна быть «на шаг впереди» ожидаемых событий. Когда речь заходит о распределении газа под высоким давлением, то такая сеть (которая уже имеет автоматические запорные системы) должна анализироваться  только каждые две минуты, чтобы упреждать потенциальные аварии.  Для нефтепровода, где при изменении давления потока нефти потребуется время для обнаружения утечки, опрос обычно происходит каждые 24 часа.
 

Поддержка TETRA

Сети TETRA хорошо подходят для поддержки систем SCADA и управления как очень устойчивые, безопасные и имеют широкие возможности. Начиная с сети TETRA на базе IP, обеспечивающей  Short Data Service (SDS) -  пакетной передачи данных со скоростью 3 кбит/с на одном слоте за 1-2 секунды, и до TETRA Enhanced Data Services (TEDS), где сообщения на нескольких слотами могут передаваться даже на более высоких скоростях, стандарт TETRA доказывает, что он более чем соответствует требования систем SCADA – как для опросных сценариев, , так и для «отчетов исключениями».

По словам Ника Смая, который является сопредседателем Smart Grid and Telemetry (SST) Group TCCA, сложно напрямую связать скорости передачи данных с пропускной способностью системы SCADA на ячейку, так как здесь играют роль многие факторы. Требуемое время отклика УУ и объем трафика, не связанного со SCADA TETRA в сети, будут ключевыми факторами, как и сама архитектура сети SCADA, например, количество УУ в каждой ячейке. Сложность УУ также будет важнейшим фактором наряду с количество измерений и элементов управления в сети. Это так же определяется максимальным и минимальным размером группы опроса и сканирования. В случае «отчетов исключения» максимальное количество УУ, которые пытаются передать сообщение одновременно и необходимость повторной передачи, так же скажется на скорости.

Преимуществом использования TETRA для систем SCADA в управлении, Ник Смай назвал то, что наряду с ее пригодностью для передачи данных,  так же имеется возможность голосовой связи. TETRA включает в себя аутентификацию, радио-интерфейс и сквозное шифрование, которое в сегодня имеет особо важное значение для обеспечения безопасности при использовании систем SCADA. Смай также отмечает быстроту и надежность SDS, возможность работы в группе, что  позволяет быстро работать с несколькими устройствами. Из больших возможностей TEDS, кроме  его более высоких скоростей Смай  отметил  способность обрабатывать и передавать разные виды данных: передаваемые в режиме реального времени, телеметрическую информацию, фоновые опросы, данные с различными задержками, данные средней и низкой важности и малой предсказуемостью.
Все это являются фактором в пользу выбора TETRA для систем SCADA.

Требования нефтегазового сектора

Используясь в нефтегазовом секторе, устройство TETRA должно обрабатывать данные различных типов и из любого количества источников: от дистанционного измерения параметров в скважине, включая температуру, давление, скорость потока и аварийные сигналы до контроля напряжения, тока и аварий, связанных с католической коррозией и утечкой. Для их обнаружения диспетчером и принятия мер для устранения требуется система надежной связи.

Целью использования системы SCADA в управлении нефтяной скважиной является максимизация производительности скважины, управление ее запасами и добычей. Система также должна способствовать улучшению процесса регенерации скважины, а так же контролировать большой район вокруг каждой скважины для нового бурения и последующего полного восстановления  окружающей среды. И все это должно выполняться в режиме реального времени.

Система SCADA нефтяного месторождения, как правило, запускает и контролирует три аспекта производственного процесса: 1) сбор данных и контроль над месторождением; 2) эксплуатацию трубопровода; 3) распределение мощностей  и ресурсов. Ее основные элементы будут включать в себя серверы (центра управления), УУ, компоненты оборудования скважины и, конечно же, систему связи. Чтобы система связи была подходящей для поддержки SCADA, она должна быть открытым стандартом, использовать надежные и проверенные технологии,  способные поддерживать требования системы SCADA  к ней. Такая система связи также должна быть чрезвычайно надежной, а также предусматривать возможное расширение сети в дальнейшем. Однако при удовлетворении всех этих потребностей такая система также должна быть экономически эффективной для конечного пользователя, проста в развертывании и эксплуатации.

Учитывая эти требования, компания Saudi Aramco, один из крупнейших в мире нефтегазовых компаний, использует систему на базе TETRA для управляется производственными объектами площади более чем 330 000 км2 на Ближнем Востоке. Благодаря крупнейшим в мире разведанным запасам нефти,  сеть компании на этой обширной территории, в конечном итоге будет содержать более 170 базовых станций, шесть коммутационных и контрольных узлов TETRA, по меньшей мере 150 высокопроизводительных репитеров для обеспечения радиопокрытия в зданиях и оборудование для более чем 14 000 конечных пользователей. Причем как на суше, так и на большой части морских объектов. Перечень конечных пользователей TETRA в компании Saudi Aramco охватывают всех, от пожарных, которым требуются водонепроницаемое и взрывобезопасное оборудование до персонала нефтеперерабатывающих и наливных установках, транспортных средств, групп безопасности и управленческого персонала.

Недавно представитель компании заявил, что основными причинами выбора TETRA для этого проекта были его «технологическая эффективность, где каждая частота может обеспечивать до четырех временных слотов, которые, по его словам, позволили снизить затраты на использование радиочастот на 75%.» Открытая платформа TETRA, предлагающая больший выбор поставщиков конечных устройств и инфраструктурного оборудования, а также ее надежность и безопасность, также сыграли ключевую роль в убеждении компании Saudi Aramco, что TETRA является верным выбором для своих сетей SCADA.

LS Telecom сыграл важную роль в развертывании сети и провел большую часть работ по  радиочастотному планирования для этого проекта. В морском нефтяном месторождении Berri на севере Персидского залива, система соединяет наземный узел SCADA с группами сканирования УУ, расположенных на нефтедобывающих платформах в море, с помощью узкополосной станции УВЧ, работающей в диапазоне 330-350 МГц. Одной из важнейших целей проекта на начальном этапе было определение количества необходимых наземных базовых станций и их мест размещения для поддержки и взаимодействия со всеми необходимыми удаленными  морскими объектами.

На сегодня очевидно, что TETRA очень хорошо подходит для обеспечения надежной и быстрой передачи данных в системах SCADA для всех видов производственной деятельности. В будущем SCADA потребуют более высоких скоростей передачи, которые, скорее всего, обеспечатся  TEDS.

Опыт в деталях

По данным Funk-Electronic Piciorgros GmbH, компании с большим опытом работы в нефтегазовом секторе: «Обычно полный цикл опроса в нефтегазовом комплексе не должен продолжаться более пяти минут». Действительно, в развернутой Saudi Aramco сети время опроса варьируется от 30 секунды для некоторых УУ до 300 секунд для самых больших групп сканирования.

Оценивая пригодность конкретного оборудования для его использованию в сети, Piciorgros приводит  предполагаемый односекундный цикл опроса, используя шинные УУ под TETRA и SDS. Это означает, что 60 УУ могут быть опрошены за минуту и ​​300 УУ каждые пять минут только на одном из четырех временных слотов TETRA. Компания заявляет, что при использовании шлюза данных TETRA, такого как собственный TGW-100, несколько узлов могут использовать один и тот же временной интервал TETRA параллельно, не уменьшая скорость опроса. При использовании четырех узлов опроса, общее количество УУ, которые могли быть опрошены в течение пятиминутного периода, составляло бы 1200 (300 (число циклов опроса за пять минут) x 4 (используемые узлы)). При использовании всех временных слотов, количество циклов опроса, которые могли бы быть проведены за пять минут, увеличилось бы до 5000.

Важность нефтегазового сектора для TETRA

Осенью 2012 года  TCCAи Smart Grid and Telemetry (SST) начали продвигать TETRA для традиционных приложений SCADA и телеметрии, а также для новых возможностей в других областях, таких как интеллектуальные сети «Умный город». Дэвид Тейлор, ведущий консультант Analysys Mason, был назначен одним из сопредседателей группы SST вместе с Ником Смаем. Говоря о TETRA сегодня, он сообщил, что: «Основные задачи рабочей группы SST - продвигать TETRA в качестве сети связи в системах SCADA, телеметрии и интеллектуальных сетей. С этой целью мы хотим создать форум для пользователей, производителей, системных интеграторов и разработчиков, чтобы он могли поделиться своим опытом и идеями. Это, в свою очередь, поможет стимулировать проведение соответствующие мероприятий среди организаций, занимающихся технологическими стандартами и поможет в адаптации важнейших к потребностям рынка в будущем».