Технический бюллетень 26
В настоящей статье представлена информация о возможностях и преимуществах применения отечественных узкополосных радиомодемов радиотехнической платформы «Гепард» в интересах создания интеллектуальной сети газоснабжения в рамках президентской программы «Социальная газификация» в Российской Федерации. Материал предназначен для руководителей и технических специалистов организаций, связанных с автоматизацией технологических процессов добычи, транспортировки и распределения газа.
Информационные партнеры проекта: журналы «Беспроводные технологии» и «Информатизация и системы управления в промышленности» (ИСУП).
1. Общая информация
В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 13 сентября 2021 г. № 1550 «Об утверждении Правил взаимодействия единого оператора газификации, регионального оператора газификации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов публичной власти федеральных территорий и газораспределительных организаций, привлекаемых единым оператором газификации или региональным оператором газификации, при реализации мероприятий межрегиональных и региональных программ газификации жилищно-коммунального хозяйства, промышленных и иных организаций» в России началась реализация президентской программы «Социальная газификация», в рамках которой к действующим газовым сетям должно быть подключено значительное количество новых потребителей. Единым оператором газификации определено ПАО «Газпром».
Компрессорная станция «Волоколамская», «Белоусовское ЛПУМГ» (www.moskva-tr.gazprom.ru).
Ранее ПАО «Газпром» отвечало за строительство магистральной инфраструктуры, газораспределительных станций (ГРС1), межпоселковых газопроводов, газопроводов-отводов до границы населенного пункта. С началом реализации программы у организации появилась новая задача — строительство распределительных газоводов до границ земельных участков. Решение этой масштабной задачи повлечет за собой необходимость совершенствования и дальнейшего развития ранее созданной инфраструктуры газораспределительной системы в связи с увеличением объёмов перекачиваемого газа и строительством более разветвленной сети.
Газораспределительная станция (www. ngosar.ru/gazovoe-oborudovanie/agrs.html).
По назначению различают несколько типов газораспределительных объектов2:
станция на ответвлении магистрального газопровода (на конечном участке его ответвления к населенному пункту или промышленному объекту) производительностью 5-500 тыс. м³ в час;
промысловая ГРС для подготовки газа (удаление пыли, влаги), добытого на промысле, а также для снабжения газом близлежащего к промыслу населённого пункта;
контрольно-распределительный пункт, размещаемый на ответвлении от магистрального газопровода к промышленному или сельскохозяйственному объекту, а также для питания кольцевой системы газопроводов вокруг города (производительностью 2-12 тыс. м³ в час);
автоматическая ГРС для снабжения газом небольших населенных пунктов, совхозных и колхозных поселков на ответвлениях от магистральных газопроводов (производительностью 1—3 тыс. м³ в час);
газорегуляторные пункты (ГРП3) (производительностью от 1 до 30 тыс. м³ в час) для снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне на городских газовых сетях высокого и среднего давления;
газорегуляторные установки для питания газовых сетей или целиком объектов с расходом газа до 1,5 тыс. м³ в час.
Газорегуляторный пункт (www.gazapparat.ru).
Вся эта разветвленная и территориально распределенная инфраструктура требует непрерывного удаленного мониторинга и управления, которые обеспечиваются современными средствами автоматики и телемеханики, функционирующими, в большинстве случаев, в реальном масштабе времени.
Применение технологических радиосетей обмена данными в ПАО «Газпром»
По оценке отечественных и зарубежных специалистов, наиболее эффективно решение вышеуказанных задач обеспечивается средствами технологической радиосети обмена данными4 на базе узкополосных радиомодемов диапазона ультракоротких волн (УКВ). Специалисты ПАО «Газпром» располагают самым обширным и глубоким опытом создания и безаварийной эксплуатации таких радиосетей, поскольку первая радиосеть данного типа в Российской Федерации на магистральном газопроводе «Нижневартовский ГПЗ — Парабель — Кузбасс»5, общей протяженностью более 1000 км, была развернута более 25 лет назад именно этой компанией. Модернизированная в начале 2000-х годов, данная радиосеть успешно эксплуатируется до сих пор. В общей сложности, в подразделениях ПАО «Газпром» с помощью радиомодемов T-96SR/Guardian-100 американского производства подключено около 6000 различных объектов.
Сравнительные технические характеристики радиомодемов T-96SR и Guardian-100 представлены в Таблице 1.
Сравнительные технические характеристики радиомодемов T-96SR и Guardian-100.
| Общие характеристики | Радиомодем T-96SR | Радиомодем Guardian | |
|---|---|---|---|
 |
 |
||
| Диапазон частот, МГц | 132-150, 150-174 | 136-174 | |
| Шаг сетки частот, кГц | 25 или 12,5 (в зависимости от модели) | 25, 12,5 (настраивается программно) | |
| Тип излучения | 9K30F1D, 15K3F1D | 9K55F1D, 9K35F1D, 11K6F1D, 14K6F1D, 16K4F1D | |
| Потребляемый ток: | |||
| - приём, мА | 120 | 360 (10 В); 200 (20 В); 150 (30 В) | |
| - передача 40 дБм (10 Вт), А | 1,6 (5 Вт) | 4,6 (10 В); 2,04 (20 В); 1,37 (30 В) | |
| - передача 30 дБм (1 Вт), А | - | 1,2-3,6 (10 В); 0,6-1,8 (20 В); 0,4-1,2 (30 В) | |
| Номинальная задержка при холодном старте, с | 30 | 20 | |
| Рабочее напряжение, В | 10-16, постоянный ток | 10-30, постоянный ток | |
| Рабочая температура, °C | от -30 до 60 | от -30 до 60 | |
| Температура хранения, °C | - | от -45 до 85 | |
| Влажность, % | 5-95 (без образования конденсата) | 5-95 (без образования конденсата) | |
| Габаритные размеры, Ш х Г х В, см | 10,7 x 8,3 x 5,5 | 13,97 х 10,80 x 5,40 | |
| Масса (в упаковке), кг | 0,9 | 1,1 | |
| Рабочий режим | Симплекс, полудуплекс | Симплекс, полудуплекс, дуплекс | |
| Приемник | |||
| Чувствительность (вероятность ошибки 1х10-6), дБм: | |||
| - 25 кГц | - | -100 (19,2 кбит/с), -107 (9,6 кбит/с), -110 (4,8 кбит/с) |
|
| - 12,5 кГц | - | -107 (9,6 кбит/с), -110 (4,8 кбит/с) |
|
| Интермодуляция, дБ | >75 | >75 | |
| Избирательность, дБ | >75/25 кГц; >65/12,5 кГц | >70/25 кГц; >60/12,5 кГц | |
| Передатчик | |||
| Полоса пропускания без подстройки, МГц | 18 (132-150 МГц); 24 (132-150 МГц) |
38 | |
| Выходная мощность при напряжении 13,6 В, Вт | 1-5 | 1-10 | |
| Время атаки, мс | <7 | <1 | |
| Время переключения между каналами, мс | <30 | <15 | |
| Импеданс, Ом | 50 | 50 | |
| Цикл работы на передачу, % | 50% при 5 Вт, 30 с макс. время передачи | 100 | |
| Стабильность частоты, ppm | 2,0 | 1,0 | |
| Интерфейсы | RS-232 (DB9) | 2 х RS-232 (DB9) | |
| Антенна | SMA (мама) | TNC (мама) – приём/передача, SMA (мама) – приём (для дуплексных моделей) | |
| Модем | |||
| Скорость, кбит/с | 4,8; 9,6; 19,2 | 4,8; 9,6; 19,2 | |
| Индикация | Питание, состояние, подключение к оконечному оборудованию, приём/передача | Питание, состояние, подключение к оконечному оборудованию, приём/передача | |
| Вид модуляции | DGMSK | 2FSK | |
При более высоких технических характеристиках радиомодем Guardian-100 имеет обратную совместимость с радиомодемом T-96SR и может работать в единой радиосети с последним, что обеспечивает сохранение первоначальных инвестиций, вложенных в создание технологической радиосети, и продление сроков ее эксплуатации. Такие «смешанные» радиосети, в составе которых одновременно работают оба типа радиомодемов, уже функционируют в нескольких подразделениях компании, например, в ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург», «Газпром трансгаз Томск», ООО «Газпром добыча Надым».
Технологическая радиосеть является основным инструментом для организации управления и сбора данных на магистральных трубопроводах (не только газо-, но также нефте- и топливопроводах) и ответвлениях от магистральных трубопроводов, а также в районах добычи. Существенными преимуществами такой радиосети следует считать следующие:
гарантированная надежность6 работы (радиосеть создается и управляется ее владельцем с учетом его персональных требований к надёжности функционирования);
высокая живучесть7 радиосети в различной обстановке (требование к живучести закладывается на этапе проектирования радиосети ее владельцем, и, как правило, оказывается выше, чем в радиосетях общего пользования);
обширная рабочая зона, полностью перекрывающая район использования подключенных к радиосети оконечных устройств, как правило, объединенных в автоматизированную систему управления (реально построенные технологические радиосети имеют оперативную зону более миллиона кв. км);
возможность использования 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 эксплуатирующей ее организации, параметры ее работы и оперативная зона могут изменяться ею 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 окружающей среды.
Практика показала, что такое решение объективно является лучшим по критерию «стоимость — эффективность» по сравнению с проводными или спутниковыми сетями связи, а применение сотовой связи для решения задач управления и сбора данных на вышеупомянутых объектах представляется принципиально невозможным по целому ряду хорошо известных причин. Вместе с тем использование каналов сотовой связи в качестве резервных может стать приемлемым решением для удаленного подключения автоматических ГРС (даже в режиме автоматического функционирования оператор должен иметь информацию о состоянии объекта и работоспособности развернутого на нем оборудования) и ГРП. В идеале каждый из таких объектов должен в реальном масштабе времени или с заданной периодичностью передавать данные о своем оперативно-техническом состоянии и позволять производить удаленное включение и отключение в ручном режиме по аналогии с интеллектуальной сетью электроснабжения Smart Grid8.
3. Технологическая радиосеть для интеллектуальной сети газоснабжения
Практическая реализация концепции интеллектуальной сети газоснабжения может быть осуществлена с использованием первой отечественной радиотехнической платформы на узкополосных радиомодемах УКВ диапазона радиотехнической платформы «Гепард» в рамках программы «Социальная газификация». Создание двух типов радиомодемов «Гепард-100» для данной платформы завершено в апреле 2022 года.
Основной целью разработки отечественной платформы является не просто замещение импортного оборудования, а создание современной технологической основы, включающей семейство устройств, специальное программное обеспечение и развитый сервис по технической поддержке в период всего цикла эксплуатации ее программно-технических средств, предназначенных для развертывания не только стационарных, но и подвижных технологических радиосетей для промышленности, транспорта и сельского хозяйства.
Сравнительные технические характеристики радиомодемов «Гепард-100И» и «Гепард-100С» представлены в Таблице 2.
Сравнительные технические характеристики радиомодемов «Гепард-100И» и «Гепард-100С».
| Общие характеристики | «Гепард-100И» | «Гепард-100С» |
|---|---|---|
 |
 |
|
| Диапазон частот, МГц | 146-174 | 146-174 |
| Шаг сетки частот, кГц (настраивается программно) | 50, 25, 12,5 | 50; 25; 12,5 |
| Рабочее напряжение, В | 10-30 (постоянный ток) | 10-30 (постоянный ток) |
| Габаритные размеры (Ш х Г х В), см | 17,0 х 16,0 х 6,1 | 17,0 х 16,0 х 6,1 |
| Масса (в упаковке), кг | 1,2 | 1,4 |
| Рабочий режим | симплекс/полудуплекс | симплекс/полудуплекс |
| Выходная мощность при напряжении 13,6 В, Вт | 1-10 | 1-10 |
| Интерфейсы | 2 x RS-232 (DE-9F), RJ45 Ethernet, USB | 2 x RS-232 (DE-9F), Ethernet RJ-45, USB |
| Скорость, кбит/с | 4,8; 9,6; 19,2; 32 | 16; 24; 32; 48; 64; 96; 192 |
| Индикация | Питание, состояние, подключение к оконечному оборудованию, приём/передача | Питание, состояние, подключение к ЛВС, работа ЛВС, приём/передача |
| Адресация | отсутствует | IP |
| Вспомогательные беспроводные интерфейсы | Нет | 3G/4G WiFi IEEE 802.11b/g/n |
Радиомодем «Гепард-100И» представляет собой «прозрачное»9 устройство, использующее в качестве основных последовательные интерфейсы RS-232/422/485 и имеющее служебный порт стандарта USB (используется для настройки и диагностики). Кроме того, в состав изделия включен преобразователь Ethernet/RS-232, обеспечивающий подключение к радиомодему внешних устройств с сетевым интерфейсом. Радиомодем «Гепард-100И» полностью совместим с американским радиомодемом Integra-TR (в настоящее время в России эксплуатируется более 9000 таких радиомодемов, в том числе, в составе технологических радиосетей ПАО «Газпром», например, в ОАО «Камчатгазпром» и ООО «Каспийгазпром», с 2008 года − ООО «Газпром трансгаз Махачкала».). Он может использоваться как для поддержания технической готовности существующих радиосетей на радиомодемах Integra-TR, так и для строительства новых, предполагающих подключение оконечного оборудования по последовательным или сетевому интерфейсам.
Радиомодем «Гепард-100С» представляет собой «пакетирующее»10 устройство. В дополнение к вышеупомянутым последовательным интерфейсам оно имеет полноценный сетевой порт Ethernet, дополнительные встроенные средства обмена данными для работы в составе сотовых сетей связи стандартов 3G/4G, а также интерфейс WiFi (IEEE 802.11b/g/n). При этом, в зависимости от встроенного программного обеспечения, он может быть настроен для совместной работы с «прозрачными» радиомодемами Integra-TR в единой радиосети на скоростях 4,8, 9,6 и 19,2 кбит/с при подключении оконечных устройств по протоколу TCP/IP. То есть, обеспечивает подключение к действующим «прозрачным» радиосетям современных контроллеров с сетевым интерфейсом Ethernet без замены ранее установленного оборудования и использования переходных устройств с последующим переводом на работу в «пакетирующем» режиме после постепенного вывода из эксплуатации «прозрачных» радиомодемов.
Средний срок эксплуатации технологической радиосети на узкополосных радиомодемах без ее модернизации составляет 12 лет, хотя нередко он превышает и 20 лет. Среднее время наработки на отказ применяемого в составе современных технологических радиосетей оборудования составляет более 60 лет. Тем не менее, выходы из строя и необходимость восстановления работоспособности оборудования в процессе эксплуатации неизбежны, а срок производства конкретных моделей обычно составляет около 10 лет. Так радиомодем T-96SR выпускался без модернизации в период с 1997 по 2005 год, а радиомодем Integra-TR с одной модернизацией — c 2001 по 2015 год, что связано, в первую очередь, с наличием электронных компонентов для производства оборудования. В связи с этим особое значение в создании и эксплуатации радиосетей приобретает совместимость выпускаемых моделей между собой.
В настоящее время обеспечивается полная совместимость между моделями американских радиомодемов T-96SR и Guardian, что обеспечивает возможность эксплуатации ранее развернутых на базе первой модели радиосетей уже более 25 лет. В то же время, снятый с производства в 2015 году радиомодем Integra-TR не получил «преемника», что сделало невозможным увеличение продолжительности эксплуатации радиосетей на этих радиомодемах. Техническая поддержка этого радиомодема компанией-производителем завершилась в 2022 году, а его ремонт более не производится.
В связи с этим следует считать абсолютно обоснованным и своевременным появление отечественного радиомодема «Гепард-100И», полностью совместимого с вышеуказанной американской моделью. Теперь поддержание работоспособности радиосетей на базе радиомодемов Integra-TR, а их в Российской Федерации большинство, может быть обеспечено за счет использования радиомодемов «Гепард-100» с поэтапной заменой американских радиомодемов по мере их выхода из строя. Более того, внедрение радиомодема «Гепард-100» в действующие радиосети позволяет существенно продлить срок их эксплуатации и поддержать перевод на использование современных программируемых контроллеров, использующих сетевой интерфейс Ethernet без применения дополнительных технических средств (преобразователей Ethernet/RS-232) и необоснованных финансовых затрат.
ВЫВОДЫ:
Российскими разработчиками созданы и подготовлены к производству первые два узкополосных радиомодема УКВ диапазона отечественной радиотехнической платформы «Гепард», позволяющие поддержать эксплуатацию части существующих радиосетей на зарубежном оборудовании и осуществить постепенный их перевод на оборудование отечественного производства без потери первоначально вложенных средств.
Радиотехническая платформа «Гепард» позволяет произвести стандартизацию и унификацию ранее развернутых и перспективных технологических радиосетей и закладывает основу для их дальнейшего развития на единой элементной базе с возможностью существенного расширения их функциональных возможностей и эксплуатационных характеристик.
Представляется целесообразным использовать радиотехническую платформу «Гепард» в качестве базовой для модернизации и расширения газораспределительных сетей ПАО «Газпром» в ходе выполнения президентской программы «Социальная газификация» с целью создания интеллектуальной сети газораспределения, позволяющей повысить эффективность, надёжность и экономическую выгоду, а также устойчивость производства и распределения газа.