Технические сложности при реализации телемеханики на основе радиорелейной связи

Введение

Сегодня данные телеметрии и управления могут передаваться с использованием радио, инфракрасного, ультразвукового, GSM-, спутникового или кабельного соединения. Сама же телемеханика необходима для того, чтобы обеспечить автоматический сбор данных в реальном времени. Телеметрия — это совокупность методов сбора исходных сведений, которые обретают ценность при дальнейшей обработке.

В мире разработки программного обеспечения телеметрия может дать представление о том, какие функции конечные пользователи используют чаще всего, обнаружение ошибок и проблем, а также лучшую видимость производительности без необходимости запрашивать обратную связь непосредственно от пользователей. Однако в процессе настройки и работы появляются ранее неучтенные явления.

Система телемеханики действует через исполнительные устройства и датчики на удаленном объекте, которые измеряют физические (давление, температура и т. д.) и электрические (ток, напряжение и т. д.) параметры, преобразуя их в электрическое напряжение и комбинируя с данными синхронизации. Они образуют поток данных, который передается по беспроводной, проводной сети или ее комбинации.

На диспетчерском месте поток декодируется, и исходные данные отображаются или обрабатываются в соответствии с требованиями пользователя.

Система телемеханики СТН-3000 предназначена для контроля транспортировки жидких углеводородов за счет постоянного контроля параметров трубопроводной системы и управления исполнительными механизмами трубопроводов, обнаружения возможных утечек для быстрого отключения аварийных зон, контроля за ними. Также выполняются рутинные операции по очистке и диагностике трубопроводов, управление системой катодной защиты, питание блоков телемеханики и подключенного оборудования, управляемого системой.

СТН имеет два уровня: верхний уровень — пульт управления (ПУ), изображенный на рис. 1; нижний уровень — контролируемые точки, распределенные по длине трубопровода, и базовые контролируемые точки (места установки исполнительных устройств, датчиков, приемопередатчиков и антенн).

Рис. 1. Фотография пульта управления

Беспроводная связь между компонентами СТН осуществляется по радиоканалу в УКВ-диапазоне непосредственно через радиорелейную связь. Контрольный пункт и контролируемые точки оборудованы индивидуальными радиоприемопередатчиками.

К преимуществам современных комплексов телеизмерения и телеуправления на базе радиорелейных систем связи, в частности цифровых радиорелейных систем, имеющих широкие перспективы, относятся:

• возможность быстрого монтажа систем;
• возможность использования существующей сетевой инфраструктуры;
• способность критических сегментов сети преодолевать труднопроходимую местность;
• экономичная и ускоренная реализация управления технологическими параметрами;
• возможность реконфигурации системы;
• возможность использования аналоговой и цифровой радиорелейной связи для быстрого аварийного отключения и восстановления оборудования;
• возможность защиты смешанных данных при множественной передаче.

Результаты исследований

Система телемеханики позволяет решать большинство проблем оперативного управления, измерения и сигнализации, однако она не лишена проблем. Самая серьезная и часто возникающая проблема связана c возникновением отказов у конечных пользователей телеметрии из-за наложения сигналов управления от соседних, пространственно разнесенных объектов, влияние которых не было учтено при проектировании и настройке.

Для подтверждения правильности выбора частот и высоты подвеса возведенных антенных мачт телемеханики построим профиль радиолинии в программе «Микран». Результаты приведены на рис. 2–5.

Рис. 2. Схема профиля радиолинии между ПРС-56 и отвод ПС

Рис. 3. Схема профиля радиолинии между ПРС-55 и отвод ПС

Рис. 4. Схема профиля радиолинии между ПРС-56 и отвод Ю

Использование системы СТН-3000, которая находится на отводах п. Степаново и с. Юманай, не ухудшает качество связи, что подтверждает представленная на схеме диаграмма Френеля, составленная на основе программы «Микран». Однако, как видно на рис. 3, образуется полуоткрытый интервал, вызванный частичным перекрытием зоны Френеля рельефом местности.

Однако в процессе эксплуатации системы СТН-3000 из-за влияния сверхпроходимости радиоволн на границе раздела несколько раз возникали отказы в работе телемеханики данной системы в Заволжском ЛПУМГ.

Номер Short ID определяется пользователем (1–254, 256–1023). Он идентифицирует каждое отдельное устройство в сети. На рис. 6 показаны разрешенные частоты базовых и крановых контрольных пунктов телемеханики станций Заволжского ЛПУ и соседнего филиала — Сеченовского ЛПУ. Как видно на рис. 5, радиоканалы сформированы на совпадающих частотах.

Рис. 5. Схема профиля радиолинии между ПРС-57 и отвод Ю

Рис. 6. Частотное распределение УКВ ТМ Заволжское ЛПУМГ и Сеченовское ЛПУМГ

Во избежание взаимного влияния каналы пространственно разнесены. При работе старой системы телемеханики взаимного влияния каналов не наблюдалось. Однако при эксплуатации системы СТН-3000 пришлось столкнуться с проблемой совпадения частот и уровней сигнала от соседней РРС (проиллюстрировано на рисунке).

Что явилось причиной отказа:

1. 08.2020 — прием базовой станции ТМ на ПРС56 одновременно двух сигналов на частоте 160,475 МГц с одинаковым уровнем от системы СТН-3000 Заволжского и Сеченовского ЛПУМГ отразился на работе КП41.
2. 08.2020 — прием базовой станции ТМ на ПРС55 одновременно двух сигналов на частоте 160,450 МГц с одинаковым уровнем от системы СТН-3000 Заволжского и Сеченовского ЛПУМГ отразился на работе КП11.

Прием сигналов с Сеченовского ЛПУ приводит к сбою программного обеспечения контроллера Control Wave Micro системы ТМ СТН-3000. Пример сбоя программы отображен на рис. 7.

Рис. 7. Сбой работы на пульте оператора

Выводы

С технической точки зрения СТН-3000 выполняет все возложенные на нее функции. Исходя из выявленной и описанной нами проблемы совпадения частот для предотвращения отказа в работе необходимо произвести следующее:

• Для исключения управления не своими объектами разнести по времени или частоте работу базовых станций ТМ в смежных ЛПУ.
• Доработать программное обеспечение, чтобы исключить сбои при получении сигналов от КП ТМ соседних ЛПУ. В частности, ввести паролезащищенное управление, а именно посылку контрольных сумм в начале команды для достоверности управления.

При реализации одного из этих требований можно решить проблему управления сторонними организациями. Однако второй метод (паролирование в начале приемопередачи сигнала) предпочтителен, поскольку при совпадении оборудования полностью исключает возможность воздействия на наш контрольный пункт.