Распределенная система управления (РСУ)

Преимущества РСУ в АГРС:

1. Повышенная отказоустойчивость — утрата связи или отказ узла не выводит из строя весь объект.
2. Гибкая масштабируемость — добавление новых ГРП или чашечных узлов возможно без перепроектирования всей системы.
3. Снижение требований к каналам связи — передаются только агрегированные данные.
4. Лучшее разделение ответственности — каждая служба (энергетики, КИПиА, телемеханики) может работать со своей частью.
5. Поддержка работы при автономной эксплуатации — важна для отдалённых объектов с нестабильной связью.

Технические характеристики РСУ:

• Прием дискретных сигналов: до 30В
• Прием аналоговых сигналов: 0-20 мА, 4-20 мА, 0-10 В
• Подача управляющих сигналов: до 2 А/110 В постоянного тока, 230 В переменного тока
• Выдача управляющих сигналов: 0-20 мА, 4-20 мА, 0-10 В
• Обмен данными: RS-485, RS-232, Ethernet
• Питание полевого оборудования: 24 В постоянного тока, 230 В переменного тока

Архитектура РСУ: структура компонентов и их взаимодействие

Для устойчивой и масштабируемой реализации распределённой системы управления в рамках деятельности АГРС требуется чётко структурированная архитектура, включающая аппаратную, сетевую, визуализационную и кибербезопасностную составляющие. Только синергия этих уровней создаёт условия для надежного, предсказуемого и безопасного управления технологическим процессом.

Контроллеры ПЛК с распределённой логикой

В основе РСУ лежат программируемые логические контроллеры (ПЛК), каждый из которых управляет своим технологическим узлом. Типовая архитектура предусматривает наличие :

• ПЛК на узле редуцирования — отвечает за регулирование давления, управление арматурой пользователем и аварийную защиту по давлению;
• ПЛК на подогреве газа — контроль температурных режимов, котельной автоматикой, вентиляторами, насосами и т.д.;
• ПЛК учёта — сбор данных со счётчиков, коррекция, формирование архивов и передача в систему коммерческого учёта;
• ПЛК видеонаблюдения/охранной сигнализации — при штатной интеграции с ПО охраны объекта;
• ПЛК вспомогательных систем (загазованность, климат, вентиляция);
• при наличии ГРП — отдельные ПЛК по каждому узлу.

Преимущества модульных I/O в РСУ:

• уменьшение длины аналоговых цепей;
• возможность монтажа рядом с технологическим оборудованием (в шкафу на объекте);
• снижение затрат на кабельную инфраструктуру;
• возможность горячей замены (в зависимости от производителя);
• поддержка функций диагностики канала.

Пример интеграции с различными датчиками и исполнительными механизмами

• датчики давления (выход 4–20 мА) → AI модуль ввода → ПЛК;
• газоанализатор с Modbus RTU → шлюз RS485/Ethernet → ПЛК;
• электропривод задвижки с цифровыми дискретными входами → DO/DI модуль;
• счётчик газа с импульсным выходом → быстродействующий цифровой счётный вход.

При наличии протокольных интерфейсов (например, HART, Foundation Fieldbus) используют шлюзы или модули с прямой поддержкой.

Протоколы OPC UA, MQTT, Modbus TCP/IP

Связь между контроллерами, SCADA и архивными серверами строится через открытые или специализированные протоколы. Выбор зависит от требований к скорости, надёжности и безопасности.

Лучшие практики:

• ограничить использование Modbus в внешней периметре из-за отсутствия встроенной безопасности;
• использовать OPC UA в SCADA-системах, где требуется обмен структурированными данными;
• применять MQTT с TLS при передаче данных через мобильные или VPN-каналы.

Архитектура телеком-инфраструктуры в РСУ должна включать:

• медиаконвертеры и промышленные коммутаторы с поддержкой VLAN и IGMP Snooping;
• кольцевые резервируемые топологии (например, RSTP или PRP в критических узлах);
• встроенные роутеры с VPN для связи с внешними системами;
• оптоволоконные соединения для удалённых ГРП;
• UPS и грозозащиту в шкафах связи;
• каналы передачи, подтверждённые документально (гарантии пропускной способности, резервируемость, SLA).

Локальные и удалённые визуализации

Панели оператора, установленные вблизи каждого контроллера, выполняют задачи локального управления и отображения. При этом основное наблюдение и управление осуществляется через центральную SCADA-систему. В распределённой архитектуре панель может быть резервом управления при потере связи с центральной SCADA.

Типовые функции HMI:

• отображение текущих параметров узла (давление, температура, клапан открыт/закрыт);
• вывод тревог по локальному сегменту;
• ввод локальных уставок (например, температура подогрева);
• доступ к архиву (например, за последние сутки);
• отправка сервисных журналов в SCADA по FTP или OPC UA.

SCADA-система на верхнем уровне объединяет все данные, предоставляет диспетчеру целостную картину и описывает бизнес-логику. В РСУ она консолидирует информацию, но не управляет напрямую узлами — каждая РСУ автономна по логике.

Принципы резервирования:

• двойной сервер SCADA с синхронизацией;
• горячий резерв (второй сервер принимает трафик мгновенно при отказе основного);
• резервированный канал связи (оптика + LTE);
• локальные панели как fallback на каждый узел станции.

При проектировании интерфейса SCADA важно учитывать:

• разделение по ролям (оператор, инженер, руководитель);
• поддержка отображения тревог на карту станции и геомемы;
• автоматическое переключение на локальную панель при потере связи;
• удобное архивное исследование событий и трендов.

Основные преимущества системы РСУ:

• Децентрализованный контроль над удалёнными объектами с одного места.
• Удаленный мониторинг: получение данных в реальном времени с любого узла.
• Высокая масштабируемость: возможность расширения системы по мере роста потребностей.
• Повышенная надёжность: стабильная работа всех узлов благодаря резервированию и дублированию.
• Поддержка различных сигналов: приём и выдача дискретных, аналоговых и других сигналов.
• Исполнение команд дистанционного управления: точное и оперативное удалённый контроль.

Компоненты локальной системы управления РСУ Эффективное функционирование системы РСУ обеспечивают грамотно подобранные компоненты, которые гарантируют точность и стабильность процессов. Среди них:

• Центральный контроллер — ключевой элемент системы РСУ, обеспечивающий согласованную работу оборудования, координирующий взаимодействие всех элементов.
• Датчики — устройства для сбора информации о состоянии узлов.
• Исполнительные механизмы — элементы, непосредственно воздействующие на управляемые узлы.
• Интерфейсы оператора — средства для удобного взаимодействия оператора с системой.
• Модули ввода-вывода — блоки для обработки унифицированных сигналов.
• Блоки питания — источники энергии для поддержания работы всей системы.

Как определить, нужна ли РСУ для конкретной станции

Решение о внедрении распределённой системы управления должно быть обосновано техническими параметрами, эксплуатационными задачами, ожидаемой экономической отдачей и требованиями к надёжности. Универсального ответа не существует: в некоторых случаях переход к РСУ даёт кратный прирост эффективности и снижения затрат, в других – является избыточным. Ниже рассмотрены основные критерии принятия решений, включая практическую таблицу сравнения САУ и РСУ, а также варианты комбинированного подхода.

Ключевые критерии выбора

Другие компоненты РСУ подбираются в зависимости от специфики задач и требований проекта.