Начинается...

Автономные средства телеметрии ООО «АКСИТЕХ» в передовых технологиях автоматизации

Автономные средства телеметрии ООО «АКСИТЕХ»
в передовых технологиях автоматизации

ООО «АКСИТЕХ» – российская IT-компания с 15-летним опытом разработки и производства средств промышленной автоматизации от измерительных приборов до уровня диспетчерского контроля для ТЭК, ЖКХ и других сфер народного хозяйства. Собственное конструкторское бюро, завод телеметрического оборудования и департамент информационных технологий, расположенные на территории «Технопарка Слава» (Москва), позволяют создавать инновационные разработки и программные продукты для решения технологических и бизнес-задач наших заказчиков. Оборудование компании эксплуатируется на более чем 10000 объектов (80% из них – в газовой промышленности) Российской Федерации и стран ближнего зарубежья.

Предпосылкой создания автономных средств телеметрии послужило развитие микропроцессорной техники в середине 1990-х, тогда стало возможным производство полностью автономных приборов-вычислителей коррекции расхода газа на измерительных узлах. Появление в начале 2000-х годов глобальной системы беспроводной связи стандарта GSM, а именно – технологии передачи цифровой информации (вначале в виде коротких сообщений (SMS) и в голосовом канале (CSD), позже в пакетном режиме (GPRS)), позволило вывести на новый уровень развития средства телеметрии и телемеханики, в том числе и для газовой отрасли, в частности, для сетей газораспределения территориальных объектов.

Уже в тот момент сама идея создать автономный контроллер телеметрии без внешнего энергоснабжения для объектов газораспределения не была чем-то абсолютно новым.

В смежных отраслях промышленности автономные, а правильнее сказать, бортовые системы телеметрии уже нашли широкое применение, прежде всего – в аэрокосмической отрасли. Но в то же время существовала и своя специфика – уровень энергетики для обеспечения длительной автономной работы, например, комплекса телеметрии для ШРП, достаточно высок, а получение необходимой энергии, допустим, из газа – просто экономически неэффективно.

Таким образом, наметились два основных пути преодоления «энергетического голода» – это снижение энергопотребления самих средств телеметрии и внедрение новых типов источников электропитания.

Второй путь поначалу показался более практически реализуемым – уже появились так называемые альтернативные источники электроэнергии – солнечные батареи и ветрогенераторы. Да и в производстве аккумуляторных батарей наряду со свинцово-кислотными (SLA) начали использовать новые электрохимические соединения – появились никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (Ni-MH) элементы питания, которые уже больше отвечали потребностям телеметрических систем. В дальнейшем, опять же благодаря развитию индивидуальных средств беспроводной связи, проще говоря – мобильных телефонов и смартфонов, появились литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Po) батареи, которые почти не подвержены эффекту памяти (снижению емкости), что позволяет заряжать их в любое время и при этом не требует разряжать до конца. При этом они менее чувствительны к холоду по сравнению с другими типами. Но и в этом случае на первое место выходил экономический фактор – просто наращивать емкость батарей для обеспечения хотя бы необходимой автономности выходило накладно, а попытки использования солнечных батарей в большинстве случаев сталкивались с объективными сложностями при эксплуатации – это зависимость от внешних условий (освещенность, наличие осадков), а также так называемая «вандалопривлекательность».

Появление и распространение на коммерческом рынке микропроцессоров сверхнизкого энергопотребления позволило задействовать в полной мере первый путь – а именно, снижение собственного энергопотребления средств телеметрии. Стало возможно перейти на более низкое напряжение электропитания, что, в свою очередь, позволило реализовать очень важный параметр – применить вид взрывозащиты типа «искробезопасная цепь» непосредственно в контроллере телеметрии, без использования дополнительных средств обеспечения взрывозащиты, таких как барьер искробезопасности или взрывонепроницаемая оболочка.

Именно использование обоих принципов обеспечения автономности работы легло в основу разработки контроллера телеметрии КАМ200 компании «АКСИТЕХ». Уже 15 лет этот контроллер находится в серийном производстве, а общее количество оснащенных им объектов близится к 10000.

Основа контроллера – процессорный модуль КАМ200-10 (и его модификации -11 и -12) в настоящее время по-прежнему актуален и справляется с большинством задач телеметрии и телемеханики. Но компания не останавливается на достигнутом – требования к системам телеметрии и телемеханики все возрастают, причем даже в плане не технических составляющих, а все больше – эксплуатационных. Увеличивается перечень устройств, для подключения которых требуются цифровые интерфейсы, возникает необходимость подключать и разнотипные приборы, что, безусловно, усложняет программное обеспечение контроллера и его настройку на объекте. Идеальным видится полностью необслуживаемый объект с широкими возможностями настройки и удобством при проведении пусконаладочных работ.

Таким образом, был создан КАМ200-14, к которому предъявлялись следующие требования:

  • вид взрывозащиты – «искробезопасная цепь»
  • условия эксплуатации:
    – температура окружающей среды – от -40°С до +60°С;
    – относительная влажность – от 5% до 98% без конденсации влаги;
    – атмосферное давление – от 84 до 106,7 кПа;
  • межповерочный интервал – не менее 4 лет;
  • поддержка различных видов организации связи с уровнем управления, как проводных, так и беспроводных, включая перспективные – NB IOT, 5G и т. д.
  • поддержка локального конфигурирования с помощью проводных (USB, RS-232/485) и беспроводных каналов связи – Wi-Fi, Bluetooth, NFC, NB-IoT и пр.

Контроллер КАМ200-14 в составе комплекса телеметрии производства ООО «АКСИТЕХ»

Рис. 1. Контроллер КАМ200-14 в составе комплекса телеметрии производства ООО «АКСИТЕХ»

Модульные контроллеры телеметрии →

Кроме того, контроллер должен быть полностью совместим с серийно выпускаемыми модулями расширения серии КАМ200 и обеспечивать возможность полноценной замены процессорного модуля КАМ200-10 на КАМ200-14 без доработок конструкции самого комплекса телеметрии, в котором размещается контроллер. В свою очередь, контроллер должен был поддерживаться уже установленным программным обеспечением (ПО) уровня диспетчерского управления системами телеметрии (СТМ) без необходимости его доработки, а только посредством настройки при помощи существующих инструментов.

Также при проектировании учтено обеспечение универсальности по существующим и перспективным видам беспроводной связи, поэтому в конструкцию электронной части заложена модульная структура, позволяющая варьировать интерфейсы и виды организации связи.

Назначение и количество интерфейсов, разъемов, индикации и кнопок:

  • разъем питания Uвх 3,6…4,1 В – 2 шт.
  • разъем USB-mini (для конфигурирования контроллера) – 1 шт.
  • интерфейсы RS-232/485 (с программным переключением режима):
    – с управляющим сигналом Tx(A), Rx(B), CTS, RTS, GND – 1 шт.
    – без управляющих сигналов Tx(A), Rx(B), GND – 2 шт.
  • дискретные входы уровня 0…36 В с режимом счетчика до 10 кГц – 2 шт.
  • SMA разъем GSM антенны – 1 шт.
  • SMA разъем антенны Bluetooth / Wi-Fi – 1 шт.
  • шина I2C КАМ – 1 шт.
  • слот mini SIM-Card – 2 шт.
  • светодиоды цветности RGB – 4 шт.:
    GSM – состояние регистрации в сети связи;
    Data – состояние процесса передачи данных;
    Alarm – наличие аварий и событий телеметрии;
    Mode – отображение режимов работы контроллера;
  • кнопки управления – 2 шт.:
    Reset – перезагрузка контроллера;
    User – пользовательская кнопка, ее назначение настраивает пользователь при конфигурировании контроллера. Например, активация Bluetooth, мгновенный выход на связь с диспетчерским уровнем (так называемым «верхним уровнем») и т. п.

Контроллер обеспечивает обмен данными с различными видами и типами приборов учета / вычислителей-корректоров расхода газа, подключенных по цифровым интерфейсам RS-232/485, причем, в отличие от устройств предыдущего поколения, на одном интерфейсном порту могут поддерживаться до двух разнотипных приборов и до пяти однотипных.

По аналогии с приборами предыдущего поколения для обеспечения пониженного энергопотребления контроллер предусматривает следующие режимы работы:

  • «Глубокий сон» – режим с минимальным энергопотреблением, отключенными приемопередающими частями. Сеанс связи осуществляется только по контролю канала и/или наличию события/аварии;
  • «Сон + Сеть» – режим пониженного энергопотребления с активированной приемной частью модема, позволяющий активировать сеанс связи с контроллером с помощью, например, голосового или CSD вызова (для GSM сети);
  • «Онлайн» – режим с обычным энергопотреблением, в котором контроллер постоянно находится зарегистрированным в сети (LTE/3G/GPRS/ NB IoT или других, в зависимости от типа модуля связи). При этом контроллер постоянно доступен для инициативного вызова, удаленного подключения и имеет наименьшее время установления канала связи с «верхним уровнем».

Питание контроллера осуществляется от модулей питания серии КАМ200-00 различных исполнений. Для контроля остаточной емкости автономного элемента питания используется либо считывание данных с самого источника питания при наличии цифрового интерфейса, либо, при его отсутствии, косвенный метод – расчет ресурса батареи на основе среднестатистических данных о потреблении активированных компонентов (модулей) и времени работы (наработки).

По аналогии с контроллером КАМ200-10 реализовано резервирование каналов связи, а также режимов их работы. В качестве основного канала связи используется GPRS/3G/LTE на одной из SIM-карт с поддержкой автоматического переключения между SIM-картами в случае отказа какой-либо из них. В качестве резервного канала задействуется режим CSD – в этом случае оборудование «верхнего уровня» в свою очередь должно обеспечивать такую возможность, т. е. иметь GSM-модем или модемный пул с поддержкой данного режима связи.

Кроме того, в контроллере реализована поддержка так называемого «прозрачного» канала – т. е. организация и перенаправление потока данных между TCP/IP сокетом и последовательным портом RS-232/485, к которому подключен внешний интеллектуальный прибор. Таким образом, возможно проводить опрос и настройку прибора учета с использованием аутентичного программного обеспечения, например, терминальной программы СОДЭК для корректоров серии ЕК270/280 производства «Эльстер Газэлектроника».

Для обеспечения программной взаимозаменяемости с предыдущим поколением контроллер КАМ200-14 поддерживает работу с программой «Сервер ввода-вывода АКСИ.OPC», что обеспечивает интеграцию данных в системы диспетчерского управления в формате OPC DA/UA.

Также закладывается возможность одновременной работы с несколькими «верхними уровнями» для тех случаев, когда технически или организационно невозможно получать данные с единого сервера ввода-вывода.

Для поддержки модели единства измерений контроллер имеет встроенные часы реального времени, а помимо того, поддерживается автоматическая синхронизация часов с эталонным источником времени (NTP-сервер) не реже чем один раз в сутки.

Но, пожалуй, главное нововведение – это возможность самостоятельной разработки прикладного функционального программного обеспечения, так называемой «прошивки» контроллера. Эта возможность достигается с помощью специального программного обеспечения «КАМ200 Конфигуратор», которое устанавливается на рабочую станцию оператора.

Экраны конфигуратора

Рис. 2. Экраны конфигуратора

Программа-конфигуратор предназначена для следующих процессов:

  • первичное конфигурирование контроллера на этапе реализации проектного решения;
  • назначение сигналов ввода-вывода, реализация логических связей и т. п.
  • диагностика и отладка контроллера при проведении пусконаладочных работ;
  • удаленное сервисное сопровождение программного обеспечения контроллера;
  • общая отладка работы программно-аппаратной части контроллера.

Конфигуратор посредством графического интерфейса обеспечивает возможность настройки контроллера под задачу, формируемую пользователем, а именно:

  • наполнение перечня опрашиваемых приборов и контролируемых параметров телеметрии;
  • задание логики обработки сигналов и формирования управляющих воздействий;
  • изменение настроечных параметров в соответствии с требованиями проектного решения и пользователя.

При этом максимально возможный объем информации о поддерживаемом контроллером функционале конфигуратор получает из самого контроллера с учетом его версии программного и аппаратного обеспечения.

Таким образом, обеспечивается выполнение следующих функций:

  • локальное подключение к контроллеру по USB (тип: Virtual COM-port);
  • удаленное подключение к контроллеру по транспорту TCP/IP (как на статический IP, так и на динамический IP с помощью специализированного ПО);
  • удаленное подключение к контроллеру по CSD, Bluetooth, Wi-Fi (опционально);
  • чтение из контроллера библиотеки поддерживаемых драйверов;
  • чтение из контроллера текущей пользовательской конфигурации;
  • редактирование пользовательской конфигурации:
    – добавление/удаление драйверов внешних устройств;
    – настройка связей между сигналами драйверов устройств;
    – настройка перечня и структуры объектов информации, передаваемых на «верхний уровень»
    – настройка перечня архивируемых контролируемых параметров;
    – добавление комментариев и примечаний в конфигурации;
  • запись пользовательской конфигурации в контроллер;
  • редактирование пользовательской конфигурации в автономном режиме (без подключенного к рабочей станции контроллера);
  • сохранение конфигурационного файла кон-с возможностью последующей загрузки этого файла в другие контроллеры;
  • чтение текущих значений информационных и настроечных параметров при подключении к контроллеру;
  • редактирование настроечных параметров;
  • чтение архивов и системных журналов;
  • обновление системного и прикладного программного обеспечения контроллера;
  • вывод диагностической информации о работе контроллера.

В основе логики работы конфигуратора лежит взаимодействие со специальными файлами, это:

  • файл библиотеки драйверов;
  • файл конфигурации, а также протокольное взаимодействие с контроллером по одному из поддерживаемых каналов связи.

Библиотека драйверов содержит информацию о версии программного и аппаратного обеспечения контроллера, а также описания шаблонов всех поддерживаемых драйверов внешних устройств и модулей расширения контроллера.

Файл конфигурации содержит перечень сконфигурированных пользователем экземпляров драйверов и полный модульный состав контроллера, согласно заданному проектом.

При подключении к контроллеру (через соответствующие элементы главного меню программы) становятся доступны следующие функции:

  • чтение библиотеки драйверов с контроллера;
  • чтение из контроллера и загрузка в контроллер файла конфигурации;
  • запуск опроса текущих данных объектов информации;
  • чтение архивов и журналов;
  • перезагрузка контроллера.

Кроме того, некоторые функции при работе с конфигуратором могут осуществляться в автономном режиме без наличия подключенного контроллера: изменение подгруженной ранее конфигурации и создание новых конфигураций на основе подгруженной ранее библиотеки драйверов (из контроллера или файла на жестком диске).

Конфигуратор также осуществляет контроль совместимости пользовательской конфигурации и библиотеки поддерживаемых контроллером драйверов. При чтении с контроллера библиотеки поддерживаемых драйверов конфигуратор проверяет, соответствует ли подгруженная пользовательская конфигурация новой версии библиотеки драйверов. Если есть несоответствия, то пользователю выводится информация о несоответствии с вариантами выбора действия: обновить текущую конфигурацию до актуальной версии библиотеки драйверов (с удалением неподдерживаемых драйверов и связей), считать с контроллера его текущую конфигурацию или удалить вычитанный файл библиотеки драйверов и не обновлять перечень драйверов.

Контроллер обеспечивает возможность ведения в его энергонезависимой памяти кольцевых интервальных (по времени / по изменению значения) архивов по заданному в конфигурации набору объектов информации с фиксацией следующих параметров:

  • метка времени;
  • уникальный идентификатор объекта информации;
  • значение параметров объекта информации;
  • статус/достоверность параметров объекта информации.

Вычитка архивов, которые ведут приборы учета, производится драйвером соответствующего типа прибора. Обновление программного обеспечения контроллера обеспечивается как локально – через порт USB с помощью конфигуратора, так и удаленно, по расписанию или по команде с сервера обновления.

С целью обеспечения надежности работы контроллера предусмотрена возможность «отката» на предыдущую версию в случае неуспешной загрузки и установки обновляемого программного обеспечения. Для обеспечения самостоятельной диагностики работоспособности и сбора статистической информации в контроллере предусматривается следующий функционал:

  • счетчики перезагрузок контроллера;
  • контроль свободной и занятой памяти;
  • контроль температуры прибора;
  • сторожевой таймер с возможностью активации периодической перезагрузки контроллера;
  • отладочная консоль с выводом диагностической информации в режиме реального времени;
  • ведение системных журналов с фиксацией результатов работы основных процессов.

Несмотря на повышение требований к защите информации при реализации автоматизированных систем управления технологическими процессами в самом процессорном модуле КАМ200-14 не закладываются встроенные аппаратно-программные средства шифрования данных. Между тем, система защиты данных в контроллере присутствует и обеспечивается паролированием доступа к настройке контроллера, а также встроенной возможностью паролирования доступа к данным контроллера от программного обеспечения «верхнего уровня».

При необходимости обеспечения более высоких уровней защиты данных – в частности, для управления системами телемеханики – в составе комплекса телеметрии используется специализированный модуль криптозащиты КАМ200-80 со встроенным программно-аппаратным комплексом ViPNet SIES Core от компании «ИнфоТэкс». Его основное преимущество – возможность организации так называемой «выборочной криптозащиты», когда обеспечивается защита не всего потока данных обмена, но только критически важных, на пример, команды на управление оборудованием и/или запись настроечных параметров. Это снижает объем криптографических данных обмена и позволяет использовать методы шифрования в автономных системах управления.

Подводя итог, можно сказать, что новый процессорный модуль КАМ200-14 впитал в себя все наработки компании «АКСИТЕХ» за предыдущие 15 лет, а также пожелания заказчиков в лице проектных организаций и эксплуатирующих системы телеметрии предприятий.

На выставке НЕФТЕГАЗ – 2023, помимо линейки контроллеров телеметрии КАМ200, ООО «АКСИТЕХ» представит:

① Взрывозащищенные модули автономного питания КАМ200-00 разработки АКСИТЕХ, предназначенные для подачи искробезопасного автономного напряжения с номиналом 3,8 В на контроллер КАМ200, которые характеризуются низким саморазрядом, позволяющим использование в системах с периодом заряда до 1 года.

КАМ200-00 выпускается в 2-х вариантах исполнения:

  • КАМ200-00 исполнение 3 – автономный перезаряжаемый источник питания, максимальная энергоемкость которого составляет 40 А•ч.
  • КАМ200-00 исполнение 5 – автономный перезаряжаемый источник питания, максимальная энергоемкость которого составляет 64 А•ч.

КАМ200-00 исполнение 5 позволяет считывать данные о состоянии батареи (% заряда, ток, напряжение, кол-во циклов заряда/разряда) через искробезопасный интерфейс RS-485 и является электрооборудованием с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» “ic” для применения во взрывоопасных газовых средах подгруппы IIВ температурного класса Т5, температурой самовоспламенения более 100°C. Модули имеют встроенный стабилизатор напряжения и схему защиты. Сохраняют работоспособность в температурном режиме от -40°С до +60°С благодаря использованию специального химического соединения. Отметим, что источники и модули автономного питания могут быть изготовлены с учетом индивидуальных технических заданий Заказчика.

Модуль автономного питания КАМ200-00 исполнение 3

Рис. 3. Модуль автономного питания КАМ200-00 исполнение 3

Батареи и источники питания →

② Газоанализатор метана КАМ200-97, сочетающий функции газоанализатора, сигнализатора и датчика температуры воздуха. Принцип действия КАМ200-97 основан на избирательном поглощении инфракрасных излучений молекулами газов в контролируемой рабочей зоне. Датчик обладает пониженным энергопотреблением и может использоваться как самостоятельный прибор в составе систем с автономным питанием.

Газоанализатор метана КАМ200-97

Рис. 4. Газоанализатор метана КАМ200-97

Газоанализатор КАМ200-97 →

③ Датчик конечных положений герконовый ДКПГ с разъемным соединением, предназначенный для контроля положения подвижных элементов технологических агрегатов химической, нефтехимической, пищевой и других отраслей промышленности и выдачи электрического сигнала при достижении элементом контролируемого положения, т. е. выполнения функции конечного бесконтактного выключателя. Датчик выполнен на основе геркона и магнита. Геркон размещен во взрывонепроницаемой оболочке. Срабатывание происходит в контрольных точках (минимальном и максимальном расстояниях срабатывания). Может быть использован как средство контроля в составе системы блокировки агрегатов, предназначенной для создания локальных и распределенных систем противоаварийной защиты и сигнализации промышленного оборудования.

Датчики конечных положений герконовые ДКПГ

Рис. 5. Датчики конечных положений герконовые ДКПГ

Датчики конечных положений герконовые →

④ Облачную цифровую платформу Акси.SCADA (версия для локальной инсталляции), предназначенную для построения информационных и управляющих систем автоматизации бизнес-процессов газоснабжения, включая технологические процессы распределения и потребления природного газа.

Акси.SCADA – это целая экосистема программных решений для нужд не только поставщиков теплоэнергоресурсов, но и потребителей в лице промышленных предприятий, коммунально-бытовых хозяйств, населения, а также для подрядчиков исполнителей работ, производителей газового и сопутствующего оборудования, сервисных и обслуживающих организаций.

Целями создания, которой являются:

  • Комплексная диспетчеризация, в перспективе объединяющая в одной системе все виды учета теплоносителей: водоснабжение, газоснабжение, электроснабжение и отопление с единым или распределенным центром управления;
  • Повышение точности учета энергоносителей и сокращение затрат за счет планирования будущих платежей на основании перерасчета по количественным и качественным показателям расхода;
  • Сокращение эксплуатационных потерь за счет своевременного обнаружения утечек и несанкционированного отбора теплоэнергоносителей;
  • Оптимизация режима работы производства и занятости персонала;
  • Повышение дисциплины потребления энергоносителей.

Акси.SCADA позволяет разрабатывать решения без профессиональных программистов и решать самые разные задачи цифровизации технологических процессов, быстро создавать масштабируемые типовые решения и облачные сервисы, которые отлично подходят для замены зарубежных информационно-управляющих систем, HMI-, SCADA- и MES-систем.

Цифровая платформа Акси.SCADA

Рис. 6. Цифровая платформа Акси.SCADA

Дистрибьютором программного решения Акси.SCADA является ООО «АКСИТ» https://www.axiit.ru

Статья опубликована в журнале «СФЕРА. Нефть и Газ» №1/2023

Статья в формате pdf →

 

117246, Москва,
Научный проезд, д. 19, этаж 5
☎ +7 (499) 700-02-22
contact@axitech.ru
axitech.ru


Читайте также:

ВЫПУСК 5/2023



Читать онлайн