АСУ ТП ЖКХ представляет собой распределенную информационно-управляющую систему (ИУС) с узлами, разнесенными на значительные расстояния, которые могут достигать десятков километров. Львиная доля предприятий ЖКХ использует для связи между объектами арендованные кабельные сети связи общего пользования, получая доступ к ним у профильных компаний-операторов. При этом значительная часть таких сетей связи строилась и продолжает расширяться с ориентацией на массового индивидуального абонента, основным требованием которого является высокая пропускная способность, обеспечиваемая применением волоконно-оптических кабелей. В таких условиях надежность, которая является основным требованием в промышленных системах, уходит на второй план. Значительные перерывы в предоставлении связи, даже при наличии соглашения об уровне обслуживания, в результате обрывов кабеля или сбоев в работе оборудования компании-оператора проводной сети связи, не являются редкостью. Ситуация с надежностью сетей связи общего пользования существенно осложняется в предпраздничные и праздничные дни в связи увеличением нагрузки, связанным с ростом объемов передаваемой информации.
В августовском выпуске журнала «НДТ» выходит статья С.А. Маргаряна (Независимый исследовательский центр перспективных разработок) и В.И. Широкова (МУП «Уфаводоканал»), в которой приведены сравнительные данные о возможностях различных радиосетей обмена данными (как проводных, так и беспроводных) по удовлетворению требований АСУ ТП. Рассмотрена их надежность в условиях аварий, техногенных катастроф и ситуаций, связанных с проведением СВО. Публикация адресована техническим специалистам, связанным с созданием и эксплуатацией АСУ ТП водо-, тепло-, газо- и электроснабжения, канализации и наружного освещения.
По согласованию с авторами редакция НДТ&VodaNew знакомит с кратким обзором публикации.
Кабельные сети
Работа большинства автоматизированных систем управления технологическими процессами в жилищно-коммунальном хозяйстве (АСУ ТП ЖКХ) обеспечивается кабельными сетями связи и обмена данными. Такое решение представляется вполне обоснованным как с технической, так и с финансовой точек зрения, является хорошо отработанным на практике и, в большинстве случаев, вполне надежным. Постоянное поддержание работоспособности такой инфраструктуры требует определенных усилий, а ее восстановление после аварий может привести к значительным временным и финансовым затратам.
Подсистема связи в АСУ ТП должна обеспечивать надежный, оперативный и безопасный обмен данными между различными компонентами. Основные требования к подсистеме связи:
А. надежность и отказоустойчивость;
Б. пропускная способность;
В. поддержка промышленных протоколов обмена данными;
Г. безопасность;
Д. простота эксплуатации и обслуживания.
Отключения операторских услуг связи
Ситуацию, возникшую в мае 2025 года, описывает один из соавторов статьи: «Предпраздничные и праздничные дни для «Водоканала» оказались очередной непростой проверкой готовности к отключениям операторских услуг связи. Прежде всего, — Интернета, на «плечи» которого успели перевести существенную часть задач передачи технологических данных и задач оперативного управления. Некоторые узлы учета, опрашиваемые по GSM, отключились, многие толком не работают до сих пор. Пришлось сходу решать массу задач, в т. ч. «на бегу» строить объекты связи (ставить мачты, вешать антенны и многое др.). Далеко не все удалось решить. Но сеть аварийной цифровой радиосвязи работала бесперебойно. Хотя и небезупречно».
Ответ на современные вызовы
Серьезные вызовы устойчивой работе предприятий ЖКХ возникают в зоне боевых действий и даже в районах, находящихся от них на значительном удалении. Достаточно вспомнить о воздушных атаках с использованием беспилотных летательных аппаратов (БЛА) по нефтеперерабатывающим заводам, предприятиям энергетики и критической инфраструктуры, а также попытках диверсий на объектах промышленности и транспорта. Ликвидация последствий такого внешнего воздействия и восстановление нормальной работы производственных объектов становится важным фактором обеспечения стабильности всей экономики. Восстанавливать работу пострадавшей инфраструктуры следует на современной технологической базе и с учетом обеспечения надежности в условиях внешнего воздействия.
Аварии на объектах водоснабжения могут повлечь за собой серьезные последствия, план ликвидации которых предполагает восстановление контроля над производственными процессами, включая АСУ ТП. Восстановительные работы могут быть существенно упрощены и ускорены, если при создании АСУ ТП изначально были использованы беспроводные средства обмена данными или предусмотрены варианты ее функционирования с использованием резервной беспроводной сети связи и обмена данными в качестве дополнения к проводной. Такая резервная сеть должна функционировать через отличную от основной сети среду передачи данных, что позволяет не только оперативно восстанавливать работу АСУ ТП, но и организовывать ее надежную эксплуатацию при проведении регламентных работ на основной сети. Такое техническое решение нельзя назвать новым, поскольку оно уже давно применяется на важных и ответственных сетях связи. Например, на наземных магистральных кабельных сетях связи в случае аварии или при временном отключении предусматривается использование радиорелейных «вставок», а на подводных кабельных сетях – потоки информации переводятся в спутниковые каналы связи.
Беспроводные средства обмена данными
В настоящее время в промышленности и на транспорте применяются различные беспроводные средства обмена данными, включая:
- Радиосеть сотовой связи общего пользования может использоваться в интересах обеспечения работы АСУ ТП ЖКХ только ограниченно, в приложениях, нечувствительных к задержкам в доставке данных (не требующих работы в реальном масштабе времени) и не предъявляющих требований к безопасности.
- Радиосеть с использованием устройств малого радиуса действия (УМРД) может ограниченно применяться в интересах обеспечения работы АСУ ТП ЖКХ в пределах отдельного объекта в приложениях, нечувствительных к задержкам в доставке данных (не требующих работы в реальном масштабе времени) и не предъявляющих требований к безопасности.
- Широкополосная радиосеть обмена данными общего пользования стандарта 802.11 (WiFi) может ограниченно применяться в интересах обеспечения работы АСУ ТП ЖКХ в пределах отдельного объекта в приложениях, не предъявляющих требований к безопасности.
- Узкополосная технологическая радиосеть обмена данными УКВ диапазона в полном объеме удовлетворяет вышеуказанным характеристикам и имеет более высокие по сравнению с сетями общего пользования оперативно-технические характеристики, обеспечивающие основные требования к работе в АСУ ТП ЖКХ.
Технологическая узкополосная радиосеть обмена данными УКВ диапазона
Область применения технологических радиосетей обмена данными определяется следующими основными оперативно-техническими возможностями и преимуществами:
- надежность среды передачи (линия передачи не подвергается механическим повреждениям и разрушающему влиянию окружающей среды, а ее состояние контролируется соответствующими государственными органами);
- обширная оперативная зона с возможностью ретрансляции сигнала (реально построенные радиосети имеют сплошную оперативную зону более миллиона кв. км);
- применение детерминированных протоколов обмена данными, поддерживающих работу в близком к реальному режиму времени и обеспечивающих гарантированную доставку данных в установленные регламентом работы радиосети сроки;
- относительно небольшое время доступа к каналу передачи данных, обеспечивающее незначительные и приемлемые для большинства автоматизированных систем задержки в доставке данных;
- высокая безопасность данных, функционирующих в технологической радиосети (применяемые технологии обеспечивают защиту от подавления, перехвата или несанкционированного доступа к работе в составе технологической радиосети);
- относительно низкая стоимость эксплуатации;
- независимость от «чужой» инфраструктуры связи и возможность развивать ее исходя из реальных требований (радиосеть принадлежит собственно пользователю, параметры ее работы и оперативная зона могут изменяться им самостоятельно);
- совместимость с разнородным оборудованием сбора и обработки данных по широко применяемым и детально отработанным интерфейсам;
- простота перемещения и оперативность развертывания в новом районе;
- возможность эксплуатации в жестких условиях.
С начала 90-х годов прошлого столетия технологические радиосети обеспечения работы АСУ ТП ЖКХ получили широкое распространение в США и Канаде, а с начала 2000-х годов – в Европе, Южной Америке, Африке и Австралии. Наиболее широкое распространение в России такие радиосети получили на предприятиях топливно-энергетического комплекса, в горнодобывающей промышленности, лесном и водном хозяйстве, дорожных службах, на стационарных и подвижных объектах авиационного, железнодорожного, автомобильного и электротранспорта.
В настоящее время в структуре ЖКХ на территории Российской Федерации используются узкополосные технологические радиосети обмена данными, в основном, первого и второго поколений, которые обеспечивают функционирование автоматизированных систем управления технологическими процессами различного назначения:
- водоснабжения, включая станции водозабора, водонапорные башни, водопроводные станции, системы мониторинга состояния трубопроводной сети;
- канализации, включая канализационные насосные станции и очистные сооружения;
- теплоснабжения, включая котельные с тепловыми насосами, тепловые пункты и средства мониторинга состояния магистральных теплосетей;
- энергоснабжения, включая трансформаторные подстанции и электрические сети, а также системы технического и коммерческого учета электроэнергии;
- газоснабжения, включая газорегуляторные и газораспределительные пункты, системы мониторинга состояния трубопроводной сети;
- наружного освещения, включая системы диспетчеризации и единого времени.
Дополнительно технологическая радиосеть используется для обеспечения работы инженерных систем непосредственно на объектах ЖКХ, включая системы электропитания, управления климатом, оповещения, пожарной и охранной сигнализации. Радиосеть первого поколения использует серийно выпускаемые голосовые радиостанции с подключенными к ним внешними программируемыми контроллерами, реализующими функции модема — недорогое, но достаточно эффективное и надежное решение.
Радиосеть второго поколения строится на основе специализированных устройств (радиомодемов), имеющих в своем составе приемопередатчик с интегрированным модемом, оптимизированным для обмена данными с подключаемым в ним программируемым контроллерам по последовательным интерфейсам RS-232/422/485.
Такие радиосети используются в качестве основных, в первую очередь, на протяженных объектах, где прокладка кабелей является нецелесообразной или невозможной. С использованием этой технологии построены практически все сети управления телемеханикой подразделений ПАО «Газпром», отвечающих за добычу и транспортировку газа, а также значительная часть таких сетей в подразделениях компаний ООО «Газпром межрегионгаз» и АО «Газпром газораспределение», большая часть сетей ПАО «Новатэк», почти все сети ПАО «Транснефть» и нефтедобывающих компаний, включая ПАО НК «Роснефть», «ЛУКОЙЛ», «Татнефть», «Сургутнефтегаз», АО «Сахатранснефтегаз» и ООО «Газпром нефть», не менее половины сетей ведущих электроэнергетических компаний, некоторые объекты АО «РЖД» и промышленного железнодорожного транспорта. Следует отметить, что все вышеупомянутые объекты относятся к II классу опасности и предъявляют повышенные требования к системе управления и безопасности.
Оперативно-технические возможности технологических радиосетей определили и географическую область их применения, которая включает районы с суровыми климатическими условиями, в том числе, зону вечной мерзлоты, где физическая прокладка и поддержание работы кабельной сети связана с серьезными трудностями, а беспроводные сети обмена данными на территориально распределенных объектах оказывается экономически эффективнее и технически надежнее, чем проводные.
Особенности АСУ ТП ЖКХ
При всем разнообразии решаемых прикладных задач, объема и характера контролируемых технических параметров и разнообразии применяемых программно-технических средств АСУ ТП ЖКХ имеют одну важную общую характеристику – они представляют собой распределенные системы, функционирующие на относительно больших территориях и требующие управления и контроля в реальном масштабе времени из удаленного пункта управления (ПУ).
Основными оперативно-техническими характеристиками АСУ ТП ЖКХ, как и любой информационно-управляющей системы, являются:
- работа в реальном масштабе времени;
- специфические требования по надежности и безопасности функционирования;
- эксплуатационные и инструментальные особенности;
- непрерывный режим функционирования;
- отсутствие оператора (как правило);
- нештатные ситуации должны корректно разрешаться средствами самой системы;
- специфические требования к проектированию и отладке.
Узкополосная технологическая радиосеть обмена данными в полном объеме удовлетворяет вышеуказанным характеристикам и имеет более высокие по сравнению с сетями общего пользования оперативно-технические характеристики, обеспечивающие основные требования к работе в АСУ ТП ЖКХ.
Выводы
- Современные средства беспроводного обмена данными могут широко и эффективно использоваться в интересах обеспечения работы АСУ ТП на объектах жилищно-коммунального хозяйства в целом, в том числе в практике ресурсоснабжающих организаций.
- Радиосети общего назначения могут применяться в составе АСУ ТП ЖКХ в ограниченном объеме, только в приложениях, не предполагающих организацию работы в режиме реального времени и не предъявляющих высоких требований к обеспечению безопасности.
- Наиболее полно и эффективно потребности АСУ ТП ЖКХ удовлетворяются при использовании узкополосной технологической радиосети обмена данными УКВ диапазона, применение которой может повысить надежность удаленного управления и сбора данных без снижения требований к безопасности.
Редакция НДТ&VodaNew приглашает к обсуждению поднятой в публикации темы.
Вопросы, предложения просим направлять по адресу: ndt@raww.ru
Присоединиться к онлайн обсуждению можно в Телеграм-группе VodaNew. Ссылка-приглашение: https://t.me/+dVypEHV-GXU3NDUy