Развитие системы GSM – мониторинга объектов газового хозяйства

А.Н. Буянов, ведущий программист

Трудно представить современный мир без сотовой связи стандарта GSM. В течение последних лет количество региональных операторов неуклонно растет. Конкурентная борьба между компаниями большой тройки (МТС, АО «Вымпелком» и «Мегафон») приводит к снижению стоимости услуг мобильной связи и расширению зон обслуживания. Удобно и экономически выгодно, при необходимости построения системы беспроводного диспетчерского мониторинга, пользоваться GSM- сетями, хотя некоторые специалисты считают недостаточно надежным их использование в промышленных целях. Периодически поднимается вопрос о ликвидности коммерческой информации прошедшей через аппаратуру того или иного внешнего GSM-оператора сотовой связи, но тем не менее, на долю продукции, включающей в себя аппаратуру для мониторинга на основе стандарта связи GSM, приходится всё больше заказов.

В России имеется немало фирм, выпускающих системы телеметрии на базе GSM-модемов и модулей. Завод «Газпроммаш» приобрел богатый опыт применения в составе своей продукции систем GSM- телеметрии АПТК Телург-Г производства ЗАО НПП «Радиотелеком» и систем комплексной телемеханики «Магистраль-2» производства ООО «Газприборавтоматика». Кроме того, накопленный опыт разработки и изготовления комплексных САУ ГРС (ШКУ ГРС «Газпроммаш» производится и поставляется комплектно с ГРС производства завода «Газпроммаш» начиная c 2004 года), позволил специалистам завода, наряду с применением систем телемеханики других фирм производителей, разработать собственную систему GSM-мониторинга объектов газового хозяйства. Комплектование технологического оборудования автоматикой и телемеханикой собственного производства дает как технологические, так и экономические преимущества:

 

  • комплексная инженерная разработка силами единой организации позволяет достигнуть 100% совместимости всех частей проекта используемого оборудования и программных комплексов;
  • сокращается время проектирования и производства продукции;
  • изделия с автоматикой собственного производства проходят комплексные заводские испытания: перед отправкой заказчику проверяются как технологическое оборудование, так и функции GSM-мониторинга и телеуправления с диспетчерского пункта.

 

При разработке систем GSM-мониторинга объектов нужно учитывать особенности условий эксплуатации оборудования. Например, на газораспределительных станциях вахтовой или надомной формы обслуживания GSM-мониторинг проводится как правило, по следующей схеме: сервер диспетчерского пункта через GSM модем периодически опрашивает САУ ГРС и принимает данные о расходе газа, давлениях, и технологическом состоянии ГРС. В случае возникновения внештатных ситуаций, системами удаленного дистанционного контроля и сигнализации, включенными в САУ ГРС, в первую очередь оповещаются операторы ГРС, которые принимают соответствующие меры на местах.

На небольших объектах газового хозяйства, таких как газорегулирующие пункты и пункты учета газа, как правило, не имеется обслуживающего персонала на местах. При работе по технологии GSM-CSD, сервер опрашивает контролируемые пункты по мере необходимости по- лучения информации, например по окончанию учетного периода измерения расхода газа. В случае же возникновения на объекте внештатной ситуации, система телемеханики должна самостоятельно, не дожидаясь очередного серверного опроса, сообщить об этом в диспетчерскую. Один из вариантов обратной связи – SMS-сообщения. При возникновении внештатной ситуации, контроллер объекта самостоятельно рассылает определенные SMS-сообщения на один или несколько номеров. Такие SMS-сообщения могут содержать как кодированную информацию для сервера, так и стандартный текст для прочтения диспетчером на телефоне, например: «Давление на выходе №1 ГРПБ „Вешенское“ упало ниже нормы (1.07 МПа)». Помимо прочего, данный способ позволяет абсолютно минимизировать затраты на диспетчеризацию оборудования. Так, например, при эксплуатации одного или нескольких ГРП на территории отдельного промышленного предприятия иногда бывает удобно не предусматривать диспетчерский сервер, а в случае возникновения внештатных ситуаций просто организовать информирование SMS-сообщениями на телефоны диспетчеров предприятия.

Шкаф Автоматики Газорегуляторного Пункта (ШАГРП) производства завода «Газпроммаш» изготавливается обычно на основе промышленного контроллера I-8411 фирмы ICP-DAS (хотя по желанию заказчика возможно применение и другой элементной базы). Программное обеспечение ШАГРП разрабатывается специалистами завода самостоятельно, в соответствии с согласованными алгоритмами.

В число основных функций программного обеспечения ШАГРП входит:

  • прием дискретных и аналоговых входных сигналов;
  • алгоритмическая обработка входных аналоговых сигналов: корректировка сигнала, пересчет сигнала в соответствии с диапазоном измерения датчика, контроль верхних и нижних предупредительных и аварийных границ измеряемого параметра;
  • алгоритмическое и телеметрическое управление дискретными и аналоговыми выходами;
  • поддержание нескольких параллельных сеансов связи по протоколу ModBus-RTU Slave с единым адресным пространством;
  • работа с одним или несколькими GSM-модемами: прием входящих CSD-звонков и отправка SMS-сообщений; самостоятельный «Master»-опрос интерфейсных устройств, находящихся в составе объекта (расходомеров, корректоров, вспомогательных приборов), с перемещением полученной информации в адресное пространство ModBus-RTU Slave для дальнейшей передачи на верхний уровень;
  • сквозной прием и обратная передача входящих ModBus-RTU запросов с верхнего уровня на другие интерфейсы контроллера ШАГРП, при адресах запросов, отличающихся от адреса контроллера ШАГРП (функция «прозрачный порт»).

Зачастую некоторые из указанных функций требуют дополнительного конфигурирования. Так, например, специалисты завода могут корректно задать диапазоны измерения аналоговых датчиков, исходя из технических характеристик реально поставляемых с объектом устройств, однако, аварийные и предупредительные уровни измеряемых параметров зачастую определяются проектом, либо специалистами эксплуатирующих организаций. Как правило, САУ крупных объектов, производимых на Заводе «Газпроммаш» имеет в своем составе панель оператора на основе графического сенсорного экрана, позволяющего помимо прочих функций, произвести корректировку параметров САУ.

 

Но для небольших объектов использование панели оператора экономически нецелесообразно. В связи с этим, для ШАГРП был разработан интерфейс задания параметров с помощью цифрового индикатора и четырех-кнопочной клавиатуры на процессорном блоке контроллера I-8411. Естественно этот интерфейс обладает только базовыми возможностями и не слишком удобен для пользователя, однако он позволяет подготовленному специалисту вводить задания необходимых параметров без дополнительных технических средств. Для более комфортного конфигурирования и управления ШАГРП разработана программа-конфигуратор, предназначенная для запуска на персональном компьютере (ноутбуке), связанном с ШАГРП по протоколу ModBus-RTU.

Программа-конфигуратор позволяет:

  • изменить количество и тип модулей приема сигналов и управления, входящих в систему контроллера ШАГРП;
  • добавить или изменить параметры интерфейсов связи ШАГРП;
  • сконфигурировать исходящие SMS-сообщения;
  • сконфигурировать входные аналоговые каналы и счетные входы, задать коэффициенты для вычисления конечных технологических параметров;
  • сконфигурировать алгоритмы, локально выполняемые на ШАГРП.

Контроллер I-8411 имеет шинно-модульную структуру, которая

позволяет установить необходимое количество и тип модулей в зависимости от конфигурации объекта управления. С помощью программы- конфигуратора пользователь может, при модернизации объекта, изменить, либо расширить структуру управляющего контроллера, без привлечения специалистов завода-изготовителя и без изменения программы контроллера. Существует возможность изменить параметры по- следовательного интерфейса связи, либо добавить в систему дополнительный GSM-модем.

Конфигурирование исходящих SMS- сообщений реализовано следующим образом. Выбирается сигнал-источник сообщения (им может быть любой дискретный сигнал из адресного пространства контроллера, как привязанный к реальному входу или выходу контроллера, так и устанавливаемый в процессе обработки аналоговых сигналов, либо алгоритмически). Устанавливается, будет ли SMS-сообщение отослано при поступлении, либо снятии управляющего сигнала. Из числа заранее установленных номеров выбираются получатели данного сообщения. В сообщения могут добавляться ссылки на вещественные вели- чины из адресного пространства контроллера, таким образом, что- бы их текущие значения были включены в текст исходящего сообщения.

В процессе эксплуатации может возникнуть необходимость подстройки параметров аналоговых датчиков в случае замены или добавления новых датчиков. Программа- конфигуратор позволяет задать пределы измерения используемых датчиков для достоверного преобразования входных аналоговых сигналов в вещественные значения измеряемых параметров. А так же установить аварийные и предупредительные верхние и нижние пределы измеряемых параметров, при достижении которых формируются соответствующие сигналы в адресном пространстве контроллера.

Дискретные входы контроллера могут обрабатываться как счетные. При поступлении импульса на счетный вход вещественное число- счетчик увеличивается на заранее сконфигурированное значение им- пульса счетного входа. В ШАГРП могут быть реализованы также некоторые простые технологические алгоритмы, как например включение и выключение табло «ГАЗ» по сигналам датчиков загазованности в конкретном помещении.

Постоянное совершенствование элементной базы аппаратной части вышеописанного оборудования создает предпосылки для дальнейшего развития системы GSM-мониторинга и широкого её использования на объектах газового хозяйства.