Планирование профессиональной подвижной радиосвязи как элемента автоматизированной системы управления технологическим процессом трубопроводного транспорта Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

У

Планирование профессиональной подвижной радиосвязи как элемента автоматизированной системы управления технологическим процессом трубопроводного транспорта

Технологический процесс транспорта газа и жидких углеводородов по трубопроводам требует наличия множества первичных датчиков и различных механизмов, располагающихся на трассе трубопровода и снабженных автоматизированными системами телемеханики и телеуправления. Информация с датчиков и механизмов собирается в контролируемых пунктах линейной телемеханики (КП ТМ) трубопроводного транспорта, которые также располагаются на трассе трубопровода, а далее посредством технологических линий связи передается в диспетчерские центры для принятия управленческих решений. Рассматривается вариант доставки информации по радиоканалу от КП ТМ трубопроводного транспорта до диспетчерского центра (ДЦ) для принятия управленческих решений. Этот вариант обычно применяется в местах отсутствия кабельных линий связи, что на практике часто применяется в северных регионах страны с суровым климатом, а также в горной местности. Ввиду большой ответственности, возлагаемой на технологическую связь по доставке информации от КП ТМ до ДЦ и передачи управляющего воздействия на исполнительные механизмы, требования к каналу доставки информации достаточно высоки. Коэффициент готовности такого канала должен быть не хуже 0,9999. В этой связи требуется особый подход при организации сети технологической связи. Особое внимание уделяется при проектировании расчету зон обслуживания базовых станций радиосвязи. Излагается подход к доставке информации с КП ТМ трубопроводного транспорта посредством канала профессиональной подвижной радиосвязи, работающей в стационарном режиме. Предложен программно-алгоритмический комплекс для расчета зон обслуживания базовых станций подвижной радиосвязи с учетом требований по надежности доставки информации для систем АСУ ТП. Предложена методология системно-сетевых расчетов технологических сетей подвижной радиосвязи на основе цифровой модели местности, включающая определение необходимого количества базовых станций, выбор их местоположения, а также определение параметров и конфигурации оборудования. Показаны примеры реализации и варианты визуального представления результатов расчетов.

Ключевые слова: профессиональная подвижная радиосвязь, проектирование, системно-сетевое планирование, программный комплекс, расчет зон радиопокрытия.

Смычёк М.А.,

главный специалист отдела связи, к.т.н., ОАО "Гипрогазцентр", Нижний Новгород, smychek@ggc.nnov.ru

Судариков РА,

инженер 1 категории отдела связи ОАО "Гипрогазцентр", Нижний Новгород, sudarikov@ggc.nnov.ru

Введение

Современный трубопроводный транспорт представляет собой сложную техническую систему, включающую в себя не только трубу, но и сопутствующую инфраструктуру: линии электропередачи, контролируемые пункты линейной телемеханики, системы электохимзащиты от коррозии, линии связи, и др. Трассы трубопроводов проходят но различной местности (равнины, горы, болотистая местность, йодные преграды и т.п.). Зачастую это малонаселенные и труднодоступные районы с отсутствием подъездных дорог, внешних источников электропитания и т.д. Обычно в труднодоступных районах связь вдоль, трубопровода организуется с помощью радиорелейных линий. Доставка информации с контролируемых пунктов линейной телемеханики (КП ТМ), расположенных вдоль трубопровода па расстоянии приблизительно 20 км друг от друга, а также в местах пересечения трубопровода с водными преградами, осуществляется по радиоканалу на ближайшую базовую станцию (БС). В соответствии с требованиями нормативных документов [1], вдоль трубопровода организуется сеть подвижной радиосвязи с использованием БС, мобильных и носимых радиостанций.

104

Как правило, БС подвижной радиосвязи располагаются в местах расположения радиорелейных станций с использованием общей антенной опоры или строятся отдельные антенные опоры для БС.

Современные системы профессиональной подвижной радиосвязи цифровых стандартов позволяют передавать кроме, собственно голосовой информации, также и информацию (данные) с КП ТМ, Таким образом, организовав сеть подвижной радиосвязи вдоль трубопровода можно её использовать не только для обеспечения голосовой связи, но и передавать с её помощью сигналы телемеханики с КП ТМ в пункты управления. Для этого на КП ТМ устанавливается, как правило, мобильная радиостанция работающая в стационарном режиме. Требования к обеспечению связи для передачи информации с КП ТМ достаточно высоки. Поэтому качество радиоканала должно также отвечать нормативным требованиям. Следовательно, при проект ировании сети подвижной радиосвязи следует уделять самое пристальное внимание к расчетам зон обслуживания БС. Д|я обеспечения требуемой надежности радиоканала определяющую роль играет место установки БС. Расчет зоны обслуживания БС производится с учетом множества факторов (рельеф местности, параметры конкретного оборудования, диапазон частот и др.). Выбору места установки БС, их количества и параметров оборудования уделяется самое пристальное внимание. Это связано в первую очередь с требованиями, которые выдвигают системы АСУ ТП, также немаловажную роль играет здесь экономический аспект.

Одним из основных этапов проектирования технологической сети подвижной радиосвязи представляет системно-сетевое планирование, включающее выбор структурных ре-

T-Comm #11-2014

т

шений, определение параметров и конфигурации оборудования [2],

Системно-сетевое планирование включает решение следующих задач:

• выбор мест расположения базовых станций на основе расчетов зон радиопокрытия;

• определение пространственной структуры (топологии) проектируемой сети;

• определение пропускной способности и параметров трафика;

• определение необходимого объема технических средств;

• оптимизация принятых в процессе проектирования основных системно-технических параметров;

• расчет технико-экономической эффективности капитальных затрат в создание и развитие сетей.

Решение этих задач может быть достигнуто на основе научно-технического подхода [3; 4; 5], учитывающего все составляющие проектирования, в том числе;

• требования нормативных документов;

• новые алгоритмы и методики;

• действующие ограничения;

• особенности оборудования технологической связи;

• технические условия;

• эффективность капитальных затрат.

Без разработки программного обеспечения, удовлетворяющего всем современным требованиям по удобству, наглядности и точности проведения расчетов затраты времени на подготовку исходных данных, проведение самих расчетов и формирование отчетной документации непропорционально трудоемки и не дают требуемой точности и оптимальности принятия решений.

Поддержка принятии системно-технических

решений при проект ировании

Поддержка принятия системно-технических решений при проектировании технологической сети подвижной радиосвязи включает в себя весь цикл принятия решений, включая расчетные, аналитические и экспертные методы [6; 7],

Первым этапом выполняется формирование исходных данных, основанных на инфраструктуре трубопровода (трасса прохождения, технологические объекгы, подъездные дороги, линии электропередач, наличие антенных опор и др.).

Далее определяется тип оборудования подвижной радиосвязи на основе имеющегося частотного ресурса, требований к количеству абонентов и заданному качеству обслуживания, проектируемых линий связи и систем передачи.

Расчеты выполняются с учетом всех ограничений со стороны инфраструктуры, материалов инженерных изысканий, нормативных документов, применяемого оборудования и стоимости реализации.

Решения принимаются на основании критериев, формируемых в соответствии с заданными нормами и правилами разработки проектной документации.

По результатам проводимых расчетов и выбора технических решений формируются решения, включающие места размещения базовых станций, высоты антенных опор, требования к каналам и линиям связи, параметры оборудования (тип и количество антенн, коэффициент усиления, диаграмма направленности антенн, мощность излучения, чувстви-

тельность приемника, допустимая длина коаксиального кабеля).

Архитектура комплекса системно-сетевого

планирования технологической сети подвижной

радиосвязи

Программный комплекс (рис. 1) включает следующие функциональные возможности:

■ построение цифровой модели местности (ЦММ);

• построение областей видимости по заданному положению в пространстве;

• автоматизированный выбор площадок базовых станций;

• расчет зон радиопокрытия в прямом {линии вниз), обратном (линии вверх) направлениях и совместно;

• расчёт уровней поля базовых станций;

• расчёт зоны помех базовых станций;

• графическое представление результатов расчета на основе построенной ЦММ.

Программный модуль " 1 формированияисходны*

данных дня расчётов

Программный модуль формирования цифровой модели мостиDcra

ÜHL

с

тж

Программный модуль расчётов и принятия решений

ч

а

Программный модуль отображения результатов расчётов

Рис, 1. Архитектура программного комплекса

Выбор мест размещения базовых станций

Традиционно, места размещения базовых станций аналоговой УКВ радиосвязи при проекгированин определялись на основе расчетов средних радиусов обслуживания. Площадки базовых станций вдоль трасс линейных технологических объектов выбирались на преобладающих возвышенностях. Как правило, оборудование базовых станций совмещалось с оборудованием радиорелейных линий связи.

В настоящее время требования к выбору площадок базовых станций значительно изменились. Медные кабельные и радиорелейные линии на технологической сети связи заменяются на волоконно-оптические линии передачи. Для организации подвижной радиосвязи на смену аналоговым системам пришли системы цифровых стандартов. Строительство самостоятельных площадок становится затратным из-за необходимости землеотвода, проектирования подъездных путей, линий электропередач, прокладки технологического волоконно-оптического кабеля.

В соответствии с требованиями ведомственных нормативных документов (например - ОАО «Газпром») площадки БС вдоль газопровода должны быть расположены таким об-

T-Comm #11-2014

105

У

106

T-Comm #11-2014

т

6, Смычёк М.А., Милое В.Р., Судариков P.A., Новиков Н.В. Сорокина Е В Алгоритм выбора мест расположения базовых станций на основе структурно-параметрического синтеза // Информационно-измерительные и управляющие системы. - 2013. - № 7,

т. 11,-С. 14-18.

7, Смычёк М.А., Судариков P.A., Новиков Н.В. Программно-алгоритмический комплекс для проектирования технологических

сетей подвижной радиосвязи // Газовая промышленность. - 2013. -№10.- С. 17-21,

8. Смычёк М.А., Судариков P.A., Новиков Н.В. Планирование технологической сети подвижной радиосвязи с использованием цифровой модели местности // Технологии и средства связи. - 2011. - №5 - С.38-40.

Planning of professional mobile radio network as part of pipeline automatic control system

Smychek MA, telecom department, chief expert, PhD, JSC Giprogazcentr, Nizhny Novgorod, smychek@ggc.nnov.ru Sudarikov RA, telecom department, engineer, JSC Giprogazcentr, Nizhny Novgorod, sudarikov@ggc.nnov.ru

Abstract

Technological process of transport of gas and liquid hydrocarbons by pipeline requires a plurality of primary sensors and different mechanisms located on the route of the pipeline . Informa-tion from the sensors and mechanisms going in controlled areas linear pipeline transport, disposable along the pipeline route, and further through technological lines transmitted to the control center for management decisions. Throughout the pipeline is a large number of different devices, which in turn are equipped with automated systems of remote control. The article considers the option of delivering information over the air from the controlled points of pipeline transport to a dispatch center for man-agement decisions. This option is typically used in areas lack of cable lines, which in practice is often used in the northern regions of the country with a harsh climate, and in the highlands. In view of the great responsibility that the technological connection for the delivery of information from the CP and dispatch center to transfer control to the actuators, the requirements for channel information delivery are high. The availability of such a channel should be no worse than 0.9999. This requires a special approach in the organization of technological communication network. Particular attention is paid to the design calculation of the coverage areas of radio base stations. This article sets out the approach to the delivery of information from controlled points of linear telemechanics pipeline transport through the channel professional mobile radio operating in the stationary mode. We propose an algo-rithmic and software complex for calculation of the service areas of base stations of mobile radio communication with the requirements in terms of reliability of information delivery. The methodol-ogy of system and network calculations of technological mobile radio networks based on the digital terrain model, including the definition of the required number of base stations, the choice of location as well as the determination of the parameters and the configuration of the equipment. Illustrated embodiment and with options of visual presentation of the results of calculations.

Keywords. professional mobile radio communication, R&D, network coverage calculation, system network planning, software package.

References

1. Gazprom standard 11-024-2011 Technological network. Technological network of a mobile radio. General requirements / JSC Gazprom, 2014.

2. NovikovN.V System calculations of technological mobile radio network / Gazovaya promyshlennosf. 2009. No 6. Pp. 39-41.

3. KonovalovAH., Rubin G.Z. System parameters of mobile radio network / Mobile system. 2002. No 8. Pp. 29-32.

4. Babkov V.Y., Voznyk MA,, Mikhailov PA Mobile networks. Frequency planning / Moscow, 2007. 224 p.

5. SavchenkovS.V., SmychekM.A, MilovV.R.., NovikovN.V'. Evaluation methods of planning mobile radio network / Electrosvyaz1. 2011. No 2. Pp.30-33.

6. SmychekM.A, Milov V.R.., SudarikovRA, NovikovN.V., Sorokina E.V. Selection algorithm of mobile radio network base station placement / Informacionno-izmeritelnye i upravlyauschie sistemy. 2013. No 7, vol. 11, pp. 14-18.

7. Smychek M. A, Sudarikov R. A, Novikov N. V. Software package for mobile radio network / Gazovaya promyshlennosf. 2013. No 10. Pp. 17-21.

8. Smychek M.A, Sudarikov R.A, Novikov N.V. Design of technological network of a mobile radio using digital terrain model / Tehnologii i sredstva svyazi. 2011. No 5. Pp. 38-40.

T-Comm #11-2014 107