На главную
Лауреаты рейтинга IT-компаний «РИА Рейтинг»
Лауреаты рейтинга
IT-компаний
«РИА Рейтинг»
Лауреаты рейтинга РИА «РБК»
Лауреаты рейтинга
РИА «РБК»
Лауреаты премии «Профессиональное признание — 2013»
Лауреаты премии
«Профессиональное
признание — 2013»
Лауреаты премии «Профессиональное признание — 2011»
Лауреаты премии
«Профессиональное
признание — 2011»
Лауреаты премии «Профессиональное признание — 2010»
Лауреаты премии
«Профессиональное
признание — 2010»

Публикации



Коммуникации в энергетике: проза настоящего и поэзия будущего

Статья в PDF (645 кб)

Сравнение коммуникаций с нервной системой живого организма достаточно точно отражает роль связи в энергетике. Как для живого организма проблемы с нервной системой считаются одними из самых тяжёлых, так и для энергетических систем проблемы и нарушения в системах связи могут стать причиной крупных сбоев в их работе.

Если оценивать по десятибалльной шкале приоритетов компоненты современных автоматизированных систем в энергетике, то коммуникациям и связи можно смело ставить все десять балов. При наладке таких систем работы с коммуникационным оборудованием и каналами связи отнимают много времени и сил. И какими бы надёжными и функциональными не были приборы учёта, контроллеры, серверное оборудование, специализированное ПО — вся система может стать на колени в случае проблем со связью.

К проблемам связи в части информационного обмена между компонентами системы можно отнести не только её отсутствие, но и слабую выраженность. Представим такую гипотетическую ситуацию. На одном энергетическом объекте (генерирующая станция — ГЭС) возникают локальные нарушения. Эти нарушения могут быть решены за счёт срабатывания локальных защит или переводом объекта в другой режим работы. В это же время на другом энергетическом объекте развивается предаварийная ситуация. Энергетически объекты связаны. При отсутствии обмена через единый центр управления энергетическими объектами устранение нарушений на одном объекте за счёт энергетической связи может повлечь серьёзную аварию на другом. Ответом на этот вызов может стать претворение в жизнь концепции интеллектуальных сетей — Smart Grid, причём «smart» данную концепцию во многом делает связь.

Переходя в практическую область, попробуем кратко осветить проблематику построения коммуникационной среды для автоматизированных систем (АС) теплоэнергетического комплекса.

При организации информационного обмена между компонентами АС можно выделить следующие проблемы:

  • канал связи используется несколькими абонентами — коллизии, сбои в поступлении данных;
  • низкоскоростной канал связи;
  • большое количество помех в канале связи (кабель высокочастотной связи проходит над заболоченной местностью и при плохой погоде информационные пакеты искажаются);
  • высокая стоимость эксплуатации канала связи (как правило, относится к спутниковым каналам);
  • периодические сбои в каналообразующем оборудовании (при использовании дешёвых устройств, непромышленного исполнения);
  • протоколы информационного обмена не подходят для используемых каналов связи;
  • недостаточное количество ретрансляторов — нет резервирования маршрута.

Исходя из указанных проблем, можно вывести типовые ошибки, которые допускаются при выборе того или иного решения для организации коммуникационной среды. 

  • Выбор дешёвых средств коммуникации (например, обычных модемов) для организации сбора коммерческих данных или построения систем диспетчеризации.
  • «PLC — на каждый объект!» Учитывая специфику отечественных электросетей, низкую скорость передачи данных, незрелость предлагаемых каналообразующих устройств, широкое использование PLC, тем более для коммерческого учёта, влечёт определённые риски. PLC — отличное решение, но технически для массового применения пока не готово.
  • «GPRS — решение всех проблем (дёшево и данные идут)!» Если данные должны поступать в оперативном режиме, то GPRS — не лучшее решение (многие компании разочаровались в применимости этого вида связи для решения задач телемеханизации);
  • Не учитывается специфика протоколов информационного обмена. Возможно возникновение проблем в части своевременного поступления данных АИИС розничного рынка при использовании таймаут-зависимых протоколов приборов учёта в работе по каналу GPRS.

Вот некоторые из представленных «узких мест» в построении сетевой инфраструктуры АС.

Использование таймаут-зависимых протоколов в сетях GSM

Возрастающая зона покрытия и сокращающаяся стоимость использования делает сети GSM привлекательной средой для формирования информационной инфраструктуры автоматизированных систем энергетических предприятий. Большинство текущих решений по организации АИИС КУЭ для розничного рынка построено по принципу дистанционного съёма показаний со счётчиков через GSM/GPRS-модемы. Частота съёма показаний — один-два раза в месяц. Даже если возникнут перебои в поступлении данных в связи со сбоями в канале связи, грамотная организация алгоритмов досбора данных решит эту проблему. Однако как быть, если требуется собирать данные с большей периодичностью, например, каждый час (в этом плане интересно ознакомиться с Постановлением Правительства РФ № 1242 от 31.12.2010) или того чаще — каждые 15 минут (инновационные проекты Smart Metering претендуют на ещё меньший интервал опроса приборов учёта)? Для большого количества приборов учёта в системе (для розничного рынка — сотни тысяч и даже миллионы), использующих таймаут-зависимые протоколы информационного обмена (MODBUS-подобные протоколы) могут возникнуть серьёзные перебои в поступлении данных. Возможны различные варианты решения этой проблемы: например, замена приборов учёта на те, в протоколе информационного обмена которых нет зависимости от таймаутов между кадрами, или изменение их встроенного программного обеспечения с целью адаптации к информационному обмену по сетям GSM. Не лучшие варианты для больших систем. А вот использование специализированных GSM-коммуникаторов (например, контроллера СИКОН ТС65), в работу которых заложены специальные алгоритмы, учитывающие особенности работы таймаут-зависимых протоколов в сетях GSM, — вполне логичный ход.

Использование GSM-коммуникатора в AMI

Алгоритм работы подобных коммуникаторов схож: получить запрос на данные из центра сбора и обработки информации (ЦСОИ), распаковать его и сформировать запросы к прибору учёта, собрать необходимые данные, упаковать данные прибора учёта в протокол, адаптированный к работе в GSM-среде, и передать их обратно в ЦСОИ. Просто и эффективно!

Применение самоорганизующихся сетей

Часто внутри помещений (многоквартирные дома, офисные здания), а также для небольших расстояний (200 м) между зданиями прокладка кабеля для организации информационной сети затруднительна. Оптимальным решением является организация беспроводной сети передачи данных с использование таких стандартов, как Wi-Fi, Bluetooth или ZigBee. Опрашиваемые устройства (приборы учёта) оснащаются модулями беспроводной связи — встроенными или внешними — и выделяется концентратор (маршрутизатор, ретранслятор) данных, который, опрашивая устройства в радиусе своего действия, передаёт данные на верхние уровни системы (является точкой входа в магистральный канал). Несмотря на стройность данной схемы, в ней присутствует слабая узловая точка — маршрутизатор/ретранслятор. В случае сбоев в работе узла концентрации данных появляется брешь в потоке данных с целого сегмента опрашиваемых устройств (как правило, чем больше устройств на одном маршрутизаторе, тем экономичнее). Идея наделения коммуникационных модулей опрашиваемых устройств функцией работы по магистральному каналу (SIM-карта в каждый счётчик дома) привлекательна для сотовых операторов, но сомнительна для потребителей и эксплуатирующих организаций. Вариант решения проблемы — самоорганизующаяся сеть.

Построение самоорганизующейся сети

Способностью ретрансляции обладает каждый коммуникационный модуль. При выходе из строя одного из них, маршрут с использованием других узлов ретрансляции будет проложен автоматически. Не каждый стандарт беспроводной передачи данных позволяет строить самоорганизующиеся сети. Стандарт ZigBee, работа которого происходит на частоте 2,4 ГГц, разработан специально для этих целей. В качестве примера элементов сети ZigBee можно привести радиомодуль СИКОН-Колибри.

Это лишь два примера решения проблем, характерных для сетей передачи данных в автоматизированных системах. Инженерные компании, работающие на рынке автоматизации в энергетике не один год, обладают опытом решения задач построения сетевой инфраструктуры АИИС и обращение к ним за консультациями может сократить время (и деньги).

Новые стандарты связи

Несмотря на привлекательность технологии PLC, в настоящее время существует ряд ограничений, не позволяющих данной технологии занять лидирующие позиции. Инженерная мысль не стоит на месте, и в мировой практике появляются новые стандарты организации связи по силовым линиям.

В качестве примера таких решений можно привести стандарт G3-PLC, разработанный компанией Maxim в сотрудничестве с французской электросетевой компанией ERDF для работы с приборами учёта (AMI) с использованием силовых линий низкого и среднего напряжения (НН и СН) в качестве среды передачи данных. При разработке стандарта главной целью разработчиков стала ставка на эффективную и экономичную передачу данных. И результаты были достигнуты посредствам более чем интересных решений. Во-первых, G3-PLC позволяет осуществлять передачу данных через трансформатор напряжения (СН-НН) на расстояния в несколько километров при неплохих скоростях (35-100 Кб/с). Во-вторых, один маршрутизатор G3-PLC, установленный на трансформаторной подстанции, способен работать с несколькими сотнями приборами учёта. Проблема городской инфраструктуры не оказывает заметного влияния на передачу данных (в результате тестов была выявлена устойчивая передача данных по стандарту G3-PLC в сети с установленными батареями компенсации реактивной мощности). Это позволяет говорить о большей экономической эффективности применения G3-PLC в сравнении, например с беспроводными стандартами передачи данных (868 МГц или 2,4 ГГц).

В 2011 г. во Франции стартовал пилотный проект, цель которого — организация автоматизированного учёта с использованием G3-PLC для 35 миллионов потребителей. В США также активно тестируется данная технология. За счёт нового стандарта иностранные коллеги планируют сэкономить не один миллион денежных средств. Конечно, сети у них отличаются (частота другая, стандарты другие...) от отечественных. Однако эффективность новых технологий должна заставить глубоко задуматься российских инженеров: нужно что-то менять и двигаться вперёд.

Будущее коммуникаций: очевидное совсем рядом

Последние исследования учёных выявили любопытные факты из жизни растений. Представители флоры активно общаются друг с другом (наблюдаются даже некие подобия социальных сетей с разделением на группы), используя при этом язык химических реакций. Вступая в «прямой диалог», либо подслушивая общение соседей, растения могут помогать сородичам ресурсами (питательными веществами), в случае необходимости или предупреждать об опасности. Для коммуникаций используется как воздушное пространство, так и прикорневая экосистема — ризосфера. В случае «подземного общения» для передачи информации используются бактерии и грибки, которые вступают в симбиотические отношения с растениями. Интересно то, что передача информации и взаимовыгодное сотрудничество происходит не только между представителями одного вида, но и между разновидовыми особями. Это наталкивает учёных на мысли об огородах будущего, где будет применена методика смешанных посадок. Растения будут помогать друг другу противостоять вредителям и привлекать насекомых опылителей. Будет сокращаться необходимость в применении пестицидов и дополнительных усилий со стороны человека.

Симбиоз коммуникационных устройств

Казалось бы, при чём здесь коммуникации в энергетической отрасли? Ответ лежит на поверхности: при организации сетей передачи данных учёта энергоресурсов можно использовать «технологии» мира флоры. Если большинство окружающих устройств (бытовая техника, автотранспорт, инженерные системы и т.д.) оснастить модулями связи, то вопрос передачи данных может быть эффективно решён. Возникает ряд условий: единый протокол транспорта данных, нечувствительность к среде передачи данных, компактность и дешевизна модулей связи, самоорганизация сети. Прибор учёта устанавливается в узел учёта, и данные с этого устройства будут доставлены адресату. Возникает симбиоз устройств, способных к коммуникации (а таких устройств с каждым днём становится всё больше — от холодильников до фоторамок и лампочек) по аналогии с живыми организмами. Это повод для российской энергетики сверить и скорректировать направление движения в сторону прогресса?

Список литературы
  1. Metering International, № 4, 2010 г.
  2. New Scientist, № 6(8), июнь 2011 г.

Ледин С.
Автоматизация и IT в энергетике. № 9 (26), 2011