Телекоммуникационное оборудование на добывающих предприятиях



Добыча нефти и газа является важной составляющей экономики. Часто она определяет ключевые статьи дохода государства. Поэтому увеличение эффективности и повышение степени автоматизации, которые невозможны без внедрения современного телекоммуникационного оборудования, являются приоритетными направлениями развития отрасли. Внедрение современных систем связи дает возможность не только существенно увеличить производительность предприятия, но и позволяет повысить уровень безопасности.

Применение телекоммуникационного оборудования оказывает значительное влияние как деятельность в штатных режимах работы, так при аварийных ситуациях. Система связи интегрированная в комплекс безопасности осуществляет передачу данных о местоположении персонала и обеспечивает оперативный обмен информацией, передает сведения о состоянии оборудования и параметрах атмосферы. Последнее особенно актуально для месторождений, где добыча производится шахтным способом.

Оборудования связи на предприятии

Телекоммуникационное оборудование входящее в состав систем связи предназначено для быстрого обмена данными между различными структурами предприятия, а также между отдельными работниками. Оперативная передача информации снижает количество ошибок, способствует точному выполнению технологических операций, позволяет в реальном времени координировать действия сотрудников. Всё это приводит к существенному сокращению времени простоя оборудования, позволяет максимально оптимизировать процесс производства и, как следствие, повысить его эффективность.

При шахтной добыче, функционал оборудования может быть расширен. В задачи системы включают мониторинг состояния месторождения – выявление опасных концентраций газов, контроль электроснабжения, непрерывный мониторинг местонахождения работников. Данные меры позволяют значительно повысить безопасность работ на добывающем предприятии.

Важной задачей информационных сетей организации является быстрое и своевременное предупреждение о возникновении аварийных ситуаций. Системы связи позволяют оперативно оповестить всех сотрудников, вовремя поставить в известность государственные службы: полицию, пожарных, скорую помощь, МЧС, а также грамотно и согласованно проводить эвакуационные мероприятия.

Оборудование связи

Для обеспечения связи применяются проверенные временем проводные технологии, в том числе телефонная связь – многие эксплуатационные участки имеют стационарный аппарат. Также их устанавливают на важных объектах, таких как пункты медицинской помощи, склады, диспетчерские пункты, места предусмотренные планом эвакуации. В настоящее время, проводная связь часто реализуется на основе инфраструктуры локальной вычислительной сети организации. Особое значение данный тип коммуникации имеет для предприятий шахтной добычи, так как из-за сложностей распространения радиоволн использование беспроводной связи затруднено.

Однако, радиосвязь обеспечивает высокую мобильность сотрудников, а также позволяет единовременно лично оповестить всех работников, что дает возможность оперативно вмешиваться в производственные процессы, часто предотвращая их нарушение, а также позволяет каждому сотруднику мгновенно узнать о ЧП и срочно принять меры для спасения, эвакуации, либо для локализации аварии.

Существуют методы допускающие успешную эксплуатацию портативных устройств радиосвязи в шахтах. Они связаны с использованием излучающего кабеля. Данная технология дает возможность применять беспроводную коммуникацию в условиях многоуровневых тоннелей, при этом необходимо использовать абонентские устройства исключительно во взрывозащищенном исполнении.

Одним из примеров такого портативного оборудования для радиосвязи являются рации. Персональное переговорное устройство позволяет донести информацию как индивидуально, так и сразу группе сотрудников. Выборочное действие – удобная функция, которая присуща системам, где рация используется как часть оперативно-диспетчерского комплекса связи.

Обмен данными с помощью рации обладает рядом существенных достоинств. Такими, как возможность организации разговора с группой абонентов, осуществление передачи посредством нажатия одной кнопки, наличие настраиваемых каналов связи, отсутствие зависимости от ретрансляционных устройств, отсутствие оплаты за время разговора, как в случае применения мобильных телефонов.

Профессиональные рации имеют расширенный функционал и могут обладать особенностями, связанными с областью применения. Так, например, встроенный в мобильное устройство репитер может существенно повышать дальность связи, что имеет хорошие перспективы применения как на открытых, наземных, месторождениях, так и в условиях шахтной добычи.

Оборудование оповещения

При невозможности обеспечить весь персонал индивидуальными устройствами связи, а также в случаях, когда требуется оповестить людей находящихся в отдельно взятых локальных производственных зонах, применяются специальные системы, такие как громкоговорящая связь (ГГС). В наиболее простом варианте данный комплекс оборудования состоит из микрофона, громкоговорителя, усиливающего устройства.

Комплекс связи может быть подключен сразу к нескольким площадкам, управление которыми сосредоточено в одном месте – на пульте диспетчерской. При организации отдельных коммутационных узлов может быть создана разветвленная система ГГС. Существуют актуальные решения на основе локально-вычислительной сети предприятия. К недостаткам данного решения относится невозможность обратной связи. Неудобство может быть решено, внедрением ГГС в более глобальные системы связи, использующие иные технологии коммуникации, например, использование совместно с ОДС.

Диспетчерская связь позволяет улучшить координацию структур предприятия. Она позволяет осуществлять оперативную коммуникацию руководителей, специалистов, отдельных сотрудников и целых бригад. Система приносит значимую пользу как в условиях повседневной работы, так и в аварийных ситуациях. Одной из функций диспетчерской связи является обеспечение обмена информацией между персоналом, работающим на разных этапах производства, а также между работниками находящимися на объектах разделенных большими расстояниями.

Комплекс ОДС бывает как простым – состоит из диспетчерского пульта и нескольких переносных радиостанций – так и сложным, многоуровневым, включающим в себя ГГС, а также другие системы. ОДС может совмещаться с охранной и пожарной сигнализациями, а также может подключаться к внешним системам связи, таким как городская телефонная сеть, сеть оператора мобильной связи, Интернет.

Требования к оборудованию на добывающих предприятиях

Использование телекоммуникационных устройств на добывающих предприятиях предполагает, что оборудованию придется работать в сложных условиях. Поэтому оно конструируется с применением дополнительных мер защиты. Учитываются следующие факторы: устойчивость к вибрационным нагрузкам, защита от механического воздействия, защита от повреждения за счет электромагнитного воздействия, устойчивость к заданному диапазону температур, меньшая восприимчивость к перепадам напряжения.

Высокая надежность достигается, в том числе, за счет применения электрических комплектующих высокого качества. Особенности конструкции гарантируют безотказную работу аппаратов в течение долгого времени, однако, применение повышенных мер защиты приводит и к существенному удорожанию устройств.

Отказоустойчивость

Для повышения отказоустойчивости телекоммуникационных систем добывающих предприятий можно использовать несколько подходов. Первый из них – построение комплексов связи на основе высоконадежного оборудования обладающего высокой наработкой на отказ. Для соответствия высоким требованиям электронику во время производства подвергают дополнительным процедурам.

Например, все паяные соединения дополнительно лакируют, что позволяет продлить их срок службы и защитить их от коррозии. Применяются специальные платы, которые имеют повышенную устойчивость к механическому и химическому воздействию. Все устройства тщательно тестируются, в частности, проводятся проверки на работоспособность в экстремальных условиях и проверки на наличие скрытых дефектов.

Другим способом повысить отказоустойчивость системы в целом, является создание резервных мощностей, которые активно задействуются в аварийной ситуации. Дублирование функций, требует наличия дополнительных контуров связи и, как следствие, количество применяемого оборудования существенно повышается, что сказывается на общей стоимости организации сети.

Комбинируя перечисленные методы, можно существенно сэкономить, применяя устройства, способные самостоятельно регулировать топологию, в зависимости от состояния сети. Так, например, применяя Spanning Tree Protocol, коммутатор может сформировать новый маршрут передачи информации, если произошла авария и выход из строя какой-либо части сети.

Взрывобезопасность

На многих добывающих предприятиях как в результате производственных процессов, так и из-за чрезвычайных происшествий, могут происходить утечки опасных веществ, которые способны вызвать пожар или взрыв едва соприкоснувшись с малейшей искрой. В таких условиях необходимо использовать оборудование специальной взрывозащитной конструкции. Данное требование относится ко всем видам электрических и электромеханических устройств, в том числе и к телекоммуникационным.

Существует несколько различных видов конструкций аппаратов, отличающихся степенью защиты:

  • Устройства имеют оболочку, непроницаемую для газа, поэтому отсутствует контакт между электрической начинкой и внешней средой;
  • Оборудование оснащено электрическими компонентами, которые не вызывают искрения и не достигают температур, при которых происходит воспламенение горючей смеси;
  • Оболочка устройства пропускает газ, электрическая начинка имеет прямой контакт с атмосферой, однако корпус выполнен таким образом, чтобы выдерживать взрывную волну, не пропускать наружу горящие частицы и не нагреваться до опасных температур.

На каждый аппарат во взрывозащищенном исполнении наносится маркировка, соответствующая его классу защиты. Также, данные о возможности применения в зонах с присутствием газовых смесей, способных вызывать взрыв или пожар, записаны в паспорте устройства. Требования применимы к системам видеонаблюдения и их частям, оборудованию связи, в том числе рациям, мобильным телефонам, к СКУД и элементам комплексов автоматизации производственных процессов.

Конфиденциальность

Массовое применение информационных сетей в добывающей промышленности привело к тому, что информация, в том числе составляющая корпоративную тайну, стала и передаваться, и храниться в цифровом виде. Данное явление сопряжено с появлением нового типа угроз и необходимости организовывать защиту от них. Кибербезопасность становится краеугольным камнем построения корпоративных сетей.

Одним из способов обеспечения защиты от несанкционированного доступа к данным, а также их кражи, является повышение устойчивости оборудования к взлому. Многие устройства оснащены встроенным Firewall, имеют системы аутентификации, позволяют доступ только с разрешенных адресов или устройств.

Большая часть сетевого оборудования имеет встроенное программное обеспечение, которое позволяет обеспечивать гибкие настройки функциональных режимов. Могут создаваться индивидуальные учетные записи, регулироваться права доступа, проводится дополнительная проверка пользователей. Предусматриваются такие меры защиты, как автоматическая блокировка порта, блокировка учетной записи, четкое описание процесса реакции на обнаружение постороннего вмешательства или выявление уязвимости.

Другими действенными способами обеспечения защиты от киберугроз, является грамотная реализация структуры сети, использование специального ПО, введение строгих правил использования ЛВС отдельными сотрудниками.

Какие устройства передачи используются

Федеральные правила устанавливают жесткие требования к добывающим организациям. Это в равной мере касается всех типов предприятий, включая и те, где добыча ведется шахтным способом. Оборудование связи играет важную роль в обеспечении указанных норм. При этом, каждый из видов производственных процессов добычи имеет свои особенности, которые следует учитывать при организации коммуникационных систем. В частности, добыча требует соответствующего технического оснащения для осуществления контроля и управления производственными и технологическими операциями.

Провода для передачи

Для промышленных систем связи применяют провода следующих типов:

  • Оптоволоконо;
  • Коаксиальный кабель;
  • Витая пара.

Витая пара наиболее простой, дешевый, а также широко распространенный вид кабеля. Существуют разные его типы, в том числе экранированный и неэкранированный. Главный недостаток провода – высокая скорость затухания информационного сигнала. Чтобы обеспечить передачу на большие расстояния, необходимо каждые сто метров размещать усилители или повторители. Часто применяется для обустройства простых сетей.

Но, на основе медных кабелей можно организовывать и сети большой протяженности, если применять такие технологии, как DSL. Ряд компаний создают собственные уникальные методики передачи данных по медному кабелю. Например, одна из российских компаний применяет модемы своей разработки, которые увеличивают дальность передачи до 500 метров.

Устройство коаксиального кабеля предусматривает хорошую защиту передаваемого сигнала от помех. Представляет собой многослойную конструкцию, где чередуются слои диэлектрика и экранирующего материала (чаще всего в виде фольги или оплетки), а по центру находится передающий провод. Дальность передачи сигнала может достигать пятидесяти километров.

Наибольшая скорость передачи информации достигается при использовании оптоволокона – до 2 Гбит/с. Важным достоинством является отсутствие восприимчивости передаваемого сигнала действию электромагнитых помех.

Применение кабелей при организации системы связи добывающего предприятия обуславливается поставленными задачами и предполагаемыми расходами. Кабели являются основой инфраструктуры информационной сети предприятия, поэтому в сложных условиях эксплуатации должны обеспечивать длительную безаварийную работу. Для этого требуется наличие следующих характеристик: повышенная устойчивость к истиранию, к вибрациям, воздействию химических веществ, таких как масла, смазки, топливные смеси, оставаться работоспособными в широком диапазоне температур.

Репитеры

При передаче сигнала по кабелям информационной сети происходит его естественное затухание. Степень ослабления имеет зависимость от дальности передачи. Для разных типов провода расстояния разные, так сигнал проходящий по коаксиальному кабелю передается без значимых потерь на расстояния порядка полукилометра. Для других типов проводов дальность передачи не превышает 200 метров.

Чтобы передавать информацию на существенно большие расстояния используются специальные устройства – повторители (репитеры). Многие модели способны не только усиливать сигнал, но и восстанавливать его. Для бесперебойного обмена данными рекомендуется устанавливать данные устройства не менее, чем через 100 метров друг от друга.Сигналы, передаваемые беспроводным способом, также имеют тенденцию к затуханию. Поэтому и здесь необходимо применение репитеров.

Для обеспечения связи на месторождениях, разрабатываемых шахтным способом в качестве дополнительных средств, усиливающих сигнал, могут использоваться излучающие кабели, а также переносные базовые станции. Они используются в качестве узлов ЛВС, а также обеспечивают прием и передачу беспроводного сигнала.

Беспроводные устройства

Беспроводные решения позволяют улучшить производственные процессы, снизить затраты, упростить инфраструктуру локальной сети организации. В добывающей промышленности беспроводные устройства дают следующий эффект:

  • Снижают время, затрачиваемое на выполнение работы – ускоряют производственные процессы за счет оперативной коммуникации сотрудников на местах и центров принятия решений;
  • Позволяют связаться с персоналом, работающим в местах куда доступ затруднен;
  • Повышают степень автоматизации производства.

Беспроводное оборудование, используемое добывающими организациями, отличается повышенной надежностью, защищенностью, устойчивостью к воздействию негативных факторов окружающей среды, а также факторов техногенного характера.

Одним из наиболее часто применяемых видов беспроводного оборудования являются персональные средства связи. Выполняя свою работу, сотрудник вынужден перемещаться по большой площади, что затрудняет использование стационарных средств связи. Однако, имея при себе рацию, либо мобильный телефон, либо другой коммуникатор, сотрудник становится в любой момент доступен как для диспетчера, так и для руководителя или других сотрудников. Теперь информация передается максимально оперативно и важные решения будут приниматься быстро и более верно – так как ответственное лицо может вовремя получить все актуальные данные.

Беспроводное оборудование также играет важную роль в автоматизации производственных процессов. Применение беспроводных датчиков позволяет повысить эффективность работы оборудования. Данные элементы могут устанавливаться непосредственно на оборудование скважины и позволяют дистанционно отслеживать работу агрегатов, получать данные о необходимых параметрах. Подобные системы актуальны для удаленных от населенных пунктов месторождений, куда приходится долго добираться. В случае применения беспроводного оборудования контроль осуществляется круглосуточно, а не от случая к случаю.

Добывающие предприятия шахтного типа могут применять как специальное оборудование, так и многофункциональные устройства связи для мониторинга положения сотрудников в шахте. Данная функция не только позволяет следить за эффективностью работы и регулировать производственные процессы, но и повышает защищенность людей на объекте. Теперь в случае аварии местонахождение всех работником можно будет точно установить и, при необходимости, быстро добраться и вовремя спасти людей.

Для организации беспроводных сетей необходимо применение специальных устройств. Оборудование бывает разных видов, имеет различное назначение и отличающийся набор функций. Основные виды устройств:

  • Беспроводные репитеры и адаптеры;
  • Роутер беспроводной связи;
  • Роутеры поддерживающие технологии ADSL или 4G.

Репитеры обеспечивают усиление сигнала. Адаптеры служат в качестве переходника при подключении клиентского устройства к соответствующему беспроводному маршрутизатору. Обычные беспроводные роутеры осуществляют распределение потоков информации в локальной сети, а устройства с поддержкой дополнительных стандартов выполняют функцию преобразования сигнала при переходе с одного стандарта связи к другому. Все типы оборудования должны соответствовать классу безопасности установленному нормативами для конкретного промышленного объекта. Должны соблюдаться требования по взрывобезопасности, а также по устойчивости к перепаду температур, механическим повреждения и другим факторам влияющим на качество работы оборудования.

Технологии передачи данных

Для обеспечения передачи данных внутри сетей связи необходимо задать правила обмена информацией, способы обработки ошибок, методы взаимодействия элементов аппаратной части. Набор таких правил называют протоколом передачи данных. Для проводных ЛВС добывающих предприятий одним из наиболее часто используемых является протокол Ethernet (IEEE 802.3). С его помощью удается достичь скорости передачи информации до 1 Тбит/с. Обеспечивает высокую степень гибкости при организации топологии сети. Также устанавливает максимальную дальность передачи информации, что в большей степени связано с возможностями материала (меди), а не с ограничениями самого протокола.

При отсутствии возможности создать проводное соединение, организуются беспроводные сети. В этом случае обмен информацией осуществляется за счет использования свойств электромагнитного поля. Не смотря на многочисленные преимущества, главное из которых упрощение инфраструктуры и, как следствие, снижение затрат на обслуживание сети, имеются и существенные недостатки. Основная сложность эксплуатации беспроводных сетей – возможная перегруженность среды передачи – электромагнитного поля в окружающем пространстве.

Среда одновременно может использовать как другими беспроводными сетями, так и разного рода аналоговыми радиостанциями. Работающее электрическое оборудование, линии электропередач, ионизирующее излучение, а в условиях шахты, дополнительные факторы: замкнутое пространство приводящее создающее условия для преломления и отражения радиоволн, температура рудничной атмосферы и многое другое приводит к возникновению помех, снижению качества сигнала, быстрому его затуханию и, в результате этого, к уменьшению скорости и дальности передачи.

Различные типы сетей используют разные протоколы беспроводной связи. Основные типы:

  • Персональная беспроводная сеть. Обозначается WPAN, использует стандарт IEEE 802.15, применяет технологии— Bluetooth, ZigBee. Несущая частота составляет 0,868ГГц для Европы, диапазон 0,902 – 0,928 ГГц для США. В мире в целом применяются частоты от 2,4 до 2,483 ГГц. Возможно использование канала шириной не более 1 МГц. Дистанция между узлами связи не более 75 м. Скорость обмена данными не более 2 Мбит/с;
  • Локальная беспроводная сеть – WLAN, применяемый стандарт IEEE 802.11, используемые технологии — Wi-Fi. Частоты, допустимые к применению 2,4, а также 5 ГГц. 160 МГц – предельная ширина канала. Ограничения по скорости передачи составляют: минимальная скорость 11 Мбит/с; максимальная около 6,77 Гбит/с. Дальность передачи порядка 200 м;
  • Городские беспроводные сети имеют аббревиатуру WMAN, работают на основе IEEE 802.16, 3GPP. Применяемые технологии передачи данных – WiMAX, LTE. Несущая частота 2,3-12 ГГц. Пределы ширины канала составляют 1,5 и 20 МГц, скорость передачи данных порядка 100 Мбит/с. Дистанция, на которую передается сигнал, может составлять до 10 километров.

Причиной большого разнообразия, а также качественных отличий между протоколами является то, что каждый из стандартов беспроводной связи разрабатывался для определенного типа задач. Используя Wi-Fi можно передавать информацию на относительно высоких скоростях. Работа в основном на средней дальности делает стандарт удобным для организации доступа оборудования в локальные сети и Интернет.

Для отправки небольших объемов информации были созданы Bluetooth и ZigBee. Однако, они рассчитаны на разную дальность работы. Bluetooth предпочтителен на малых расстояниях, а ZigBee используется на средних. Такое разделение также обусловило применение. Первый из стандартов востребован в быту, а другой для систем бытовой автоматизации, для офисов и учреждений здравоохранения. Условия применения также определяют и уровень энергопотребления. Точки доступа Wi-Fi требуют много энергии, а оборудование ZigBee и Bluetooth имеет небольшие размеры и имеет низкое потребление электричества.

При организации систем связи добывающих предприятий чаще всего реализуется смешанная схема, где основная часть инфраструктуры выполнена в виде проводной сети, а беспроводное соединение используется только в тех случаях, когда прокладка кабеля затруднена или не рентабельна. В некоторых случаях экономическая выгода достигается повышением эффективности эксплуатации техники. Например, специальные датчики применяемые для оснащения добывающего и транспортировочного оборудования в нефтегазовой отрасли позволяют использовать беспроводные сети для наблюдения и регулирования процессов, а также своевременного реагирования на аварийные ситуации. При этом мониторинг состояния оборудования происходит в реальном времени и удаленно, что существенно упрощает контроль работы добывающего комплекса.