Программно-технический комплекс "Газсеть" – базовый элемент интеллектуальной системы учёта природного газа

Состоявшееся 1 июня 2020 г. заседание с участием парламентариев, представителей ПАО «Газпром» и Министерств продемонстрировало необходимость внедрения в масштабе Российской Федерации интеллектуальных систем учёта газа. В частности было предложено разработать правовую базу переноса права собственности на приборы учёта газа, а, следовательно, и ответственности за их техническое обслуживание, включая и передачу показаний, с потребителей газа на газоснабжающие организации. Данное нововведение призвано упростить сбор данных о газопотреблении и облегчить установку новых умных счётчиков газа.

Было отмечено, что внедрение интеллектуального учёта потребления энергоресурсов и цифровые технологии дают возможность сбора объективной информации о расходе энергоресурсов, потребляемых населением. Благодаря установке умных счётчиков газа будет сделан качественный скачок в области учёта расхода газа, обеспечена высокая оперативность сбора показаний, безотказная работа устройств при надёжной защите их от несанкционированного доступа.

Интеллектуальный учёт природного газа нацелен на снижение коммерческих и технологических потерь, а в перспективе обеспечит возможность минимизации небалансов между поставленным и потреблённым объёмами газа.

Федеральный закон N 522-ФЗ от 27 декабря 2018 г. [1] ознаменовал начало применения интеллектуальных систем учёта энергии в России. Логично предположить, что этот закон послужит своего рода моделью для будущих правовых актов, в том числе относящихся к ИСУ газа и других энергоресурсов.

Заменим в этом законе термин «электроэнергия» на «газ». Получим следующее определение ИСУГ: «Интеллектуальная система учёта газа — совокупность функционально объединённых компонентов и устройств, предназначенная для удалённого сбора, обработки, передачи показаний приборов учёта газа, обеспечивающая информационный обмен, хранение показаний приборов учёта газа, удалённое управление её компонентами, устройствами и приборами учёта газа, не влияющее на результаты измерений, выполняемых приборами учёта газа, а также предоставление информации о результатах измерений, данных о количестве и иных параметрах газа в соответствии с правилами предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учёта газа, утвержденными Правительством Российской Федерации».

Такая формулировка Федерального закона подразумевает применение в интеллектуальном учёте приборов учёта нового класса — умных счётчиков (комплексов, вычислителей, преобразователей объёма и т.п.). Только такие инновационные приборы, основанные на применении современных цифровых технологий при измерении и передаче информации, могут быть использованы для работы в составе ИСУГ.

Исходя из приведенной выше формулировки Федерального закона, ИСУГ должна обладать следующими возможностями:

Многие из перечисленных функций ИСУГ не являются новшествами. Удалённый сбор данных с узлов учёта, централизованная обработка и хранение показаний приборов учёта на сервере, и даже передача собранных данных на отраслевой уровень — эти возможности были в той или иной степени реализованы при внедрении в промышленном секторе проекта АСКУГ. Заметные технологические улучшения были разработаны на последующих этапах процедуры учёта газа в промышленном секторе. Одним из прообразов интеллектуального учёта газа можно считать ЕИП — «Единое информационное пространство «Поставщик-Потребитель» — проект, успешно реализованный в Нижегородской области [4].

Следует ожидать, что в ближайшее время будут закреплены стандартах и другой нормативной документации новые принципы учёта газа, потребляемого в коммунально-бытовом и промышленном секторах. Среди них — положения об удалённом управлении узлами учёта, о разграничении прав доступа; о гибкой ретрансляции собранной информации не только на верхний уровень, но и всем пользователям, имеющим соответствующие права доступа.

Таким образом, в функции регионального ПТК входит консолидация информационных потоков в Региональных газовых компаниях (РГК), обеспечение защищённой передачи и санкционированного использования собранной информации всеми заинтересованными подразделениями РГК, а также организация качественного контроля работоспособности и обслуживания узлов учёта газа.

Данный проект находится на раннем этапе, поэтому при разработке необходимой нормативной документации могут использоваться действующие европейские стандарты и рекомендации, касающиеся интеллектуального учёта газа и умных приборов учёта [6-10].

Для отечественных производителей новейших приборов учёта газа будет полезно руководство по программному обеспечению «WELMEC 7.2: 2019 Software Guide» [5].

С другой стороны, при анализе требований к единой ИСУГ не менее важно учесть рекомендации отечественных специалистов-практиков, имеющих многолетний опыт поставок и учёта газа в региональной газовой компании [4].

Очевидно, что для начала разработки Единой ИСУГ (ЕИСУГ) потребуется детальное Техническое задание. Однако уже сейчас можно представить себе основные проблемы, с которыми столкнутся разработчики.

Производители первых «умных» приборов на протяжении ряда лет занимаются решением подобных задач, реализуя прототипы ИСУГ в масштабах региональных РГК. И существуют действующие системы сбора и учёта данных о потреблении газа. Казалось бы, достаточно просто распространить одну из подобных систем до масштабов страны, организовав единый центр сбора данных, однако это не так.

Отличие прежде всего в количествах контролируемых узлов учёта. При полном масштабе развёртывания ЕИСУГ должна будет взаимодействовать с десятками миллионов счётчиков. Опрос счётчиков в реальном времени, складирование огромного количества данных, обработка этой информации для стандартного представления в базе данных, обслуживание баз данных и серверов для поддержания работоспособности,- эти процессы должны идти в режиме 24 часа каждые сутки. Естественно, для повышения надежности работы системы потребуется и резервирование многочисленных серверов, количество которых в таком случае можно оценить трёхзначным числом.

Допустим, задача сбора, обработки и хранения решена. Далее необходимо организовать доступ пользователей к полученной информации. А это те самые специалисты-метрологи многочисленных РКГ, которые осуществляют взаиморасчёты с населением. Несложные подсчёты дадут нам многие тысячи пользователей этого единого Дата–центра, которым необходимы клиентские рабочие места для оперативного получения набора данных для закрытия балансов и выставления счетов. Специалисты оперативных подразделений РГК должны ежедневно проводить работу по выявлению аварий, нарушений, а иногда в экстренном порядке дистанционно отключить или включить подачу газа абоненту.

Из этих требований можно получить оценочные значения по объёмам собираемой, накапливаемой в едином центре, а затем раздаваемой по запросам потребителей информации. Отсюда и высочайшие требования к ёмкостям и надежности работы накопителей, к пропускной способности каналов связи, ко всей информационно-технологической инфраструктуре. Большие потоки информации — это одна из «вершин айсберга».

Следующее большое затруднение видится в потребности решать собственно задачи предметной области. Программы сбора данных должны «понимать» десятки разновидностей приборов учёта и систем телеметрии. Драйверы оборудования необходимо разрабатывать и поддерживать, а серверы сбора данных — сопровождать в течение всего жизненного цикла.

Крайне важным является решение задач, связанных с надёжностью протоколов и защитой информации при передаче от счётчиков на сервер, а также в обратном направлении, т.е. команды по настройке и управлению работой счетчиков. От этого зависит достоверность информации, безопасность, безаварийность эксплуатации газового оборудования в жилищах граждан.

Это основные вопросы по постановке задачи построения ЕИСУГ. Масштабы такой гипотетической Единой системы по порядку требований к оборудованию, программному обеспечению и ресурсам, можно сравнить, наверное, с технологическим оснащением сотовых операторов или Интернет-провайдеров.

С другой стороны – существующие и успешно работающие ИСУГ регионального масштаба. Все перечисленные выше требования к инфраструктуре здесь на порядки ниже. Сбор данных, как правило, реализуется при помощи незначительного количества серверов, уже имеющихся в РГК. Параллельно решаются оперативные задачи, отвечающие современному административному устройству типичной региональной газовой компании.

Рассмотрим такую альтернативную архитектуру единой ИСУГ. Это вариант композитной или многосегментной (кластерной) организации, при которой в каждом регионе действует местная региональная ИСУГ, занимающаяся сбором информации и оперативными задачами по учёту газа, диспетчерскому и аварийному обслуживанию. Региональная ИСУГ должна будет предоставлять по безопасному интернет-соединению результаты своей работы центральному отделению ЕИСУГ. И это будет уже не полный объём телеметрических данных, а обработанная информация о потреблённых объёмах и наличии нештатных ситуаций с детализацией, скажем, 1 газовый день. Более подробные данные — архивы тревог, архивы телеметрии — также могут передаваться по интерактивной команде пользователя т.к данный вид информации представляет интерес только на уровне региональных РГК.


Ниже приведено описание и характеристики ПТК «Газсеть», являющегося типичным примером работающей системы учета газа регионального уровня, успешно эксплуатируемой РГК Нижний Новгород.

На рис. 1 приведена принципиальная схема регионального сегмента ИСУГ, на которой отображены информационные потоки, основные программные и аппаратные элементы, источники и потребители данных.

На нижнем уровне расположены источники первичных данных, поступающих в интеллектуальную систему. Интеллектуальный счётчик газа (СМТ) и модуль телеметрии (БПЭК-ЦК) сбора данных с иных узлов учёта — эти пиктограммы показывают разнообразные приборы учёта, которые могут в автоматическом режиме передавать данные непосредственно на сервер ИСУГ.

Одиночное рабочее место «Газсеть: Стандарт» — данные могут поступать на сервер и при помощи устаревшего, но иногда необходимого способа ручного сбора данных, когда узлы учёта объезжают с ноутбуком и кабель-адаптером. Однако наличие пиктограммы «Газсеть: Стандарт» трактуется шире - «Газсеть» способна получать данные путём экспорта или миграции файлов данных из сторонних систем сбора данных.

На втором уровне указаны виды информации, передаваемой от счётчиков как по запросу, так и автоматически по расписанию: архивы измерений (измеренные объёмы, температуры и т.д.), архивы состояний самодиагностики («ПТА» — «предупреждения», «аварии», «тревоги»), архивы телеметрии (событий и состояний уровня связи и передачи данных). Все виды информации, генерируемой умными счётчиками (или иными УУГ), в полном объёме передаются по каналам связи на сервер РГК при помощи серверного программного обеспечения (ПО «Газсеть Экстра»).

В правой части рис.1 представлены пользователи и получатели первичных и обработанных данных, хранимых на сервере «Газсеть»,- службы и специалисты, работающие с информацией по газу внутри региона. Это подразделения РГК, которым необходимо получение конкретного вида информации в соответствии со спецификой их деятельности. Например, подразделению АСКУГ требуются архивы телеметрии, показаний и состояний «ПТА», ОДС получает значения потреблённых объёмов для последующего анализа балансов и нештатных ситуаций.

Аварийно-диспетчерская служба (АДС) получает все данные о самодиагностике УУГ, то есть от счётчика газа, в том числе информацию о текущем состоянии клапана, а также инструментарий для дистанционного открытия и закрытия клапана. Это позволяет оператору АДС на основании собранной информации принимать оперативные решения, например, о закрытии или открытии клапана для прекращения или возобновления поставки газа абоненту. Подразделение также отслеживает факты загазованности объектов и наличие других нештатных ситуаций, которые требуют экстренного принятия оперативных решений, включая выезд специалистов на место.

Элемент «Абонент» обозначает потребителя бытового сектора, который имеет доступ к данным узла учёта газа, установленного в его жилом помещении, посредством мобильного приложения «Моя Газсеть», установленного на планшет или смартфон. Главное преимущество приложения — возможность получения пользователем быстрых уведомлений о нештатных ситуациях или других важных изменениях на узле учёта газа, установленном в его доме или квартире. Список таких событий зависит от модификации счётчика, наличия встроенного клапана и подключенных к нему дополнительных датчиков, например, системы контроля загазованности в помещении. Развитием приложения «Моя Газсеть» является его интеграция с биллинговой системой РГК, что обеспечивает абоненту доступ к личному финансовому кабинету, где представлена информация по взаиморасчётам за газ.

Элемент «Внешние ИС» обозначает биллинговые системы 1С: АИС «РНГ», 1С: АИС «Регионгаз» и учётная система верхнего уровня ИУС-ГАЗ. Эти сторонние информационные системы подключаются к «Газсети» через шлюз и получают в автоматическом или интерактивном режиме все необходимые данные согласно правам доступа. Как правило, системой 1С: АИС «РНГ» обычно оперирует «газрасчёт» — это условное название подразделения РКГ, которое осуществляет выставление счетов конечным потребителям природного газа в категории «население». Это подразделение нуждается в получении посуточных данных обо всех измеренных объёмах, а также информации о тревогах и предупреждениях, поскольку именно эти данные необходимы для выставления счетов потребителям газа.

Ответвление «Внешние ИС» может использоваться не только перечисленными системами, но также и любыми другими внешними системами или приложениями, имеющими права доступа и соблюдающими протокол шлюза. Данный элемент обеспечивает ту гибкость и эффективность, которая необходима для построения больших интеллектуальных систем учёта.

Таким образом «Газсеть» имеет внутри подсистем необходимый набор инструментов для интерактивного или автоматического экспорта всей собранной информации именно в те подразделения, службы или внешние получатели, которые в этих данных нуждаются.

На схеме для краткости не показаны другие многочисленные пользователи серверной базы данных «Газсеть» в РГК. Это филиалы РГК и их подразделения, например, районные отделения РГК или подразделения РГК, контролирующие крупные промышленные предприятия. Но упоминание всех категорий пользователей нам необходимо для того, чтобы продемонстрировать, как много пользователей обращается к информации «Газсети». Каждый из пользователей через свою учётную запись выполняет авторизованный дистанционный вход на сервер РГК и имеет возможность видеть через клиентское приложение только ту часть данных, которая назначена ему в системе разграничения прав доступа. Эта же учётная запись определяет, каким уровнем прав на изменение сохранённой информации обладает данный пользователь.

Аналогичный авторизованный доступ к серверу РГК имеют и сторонние информационные системы, импортирующие данные через сетевой шлюз «Газсети» в автоматическом режиме.

Среди пользователей данных «Газсети» могут быть как операторы, принимающие решения, или пользователи, выполняющие взаиморасчёты с потребителями, либо подготавливающие балансовую и аналитическую отчётность, так и автоматические информационные системы сторонних производителей. Причём, последняя категория получателей данных может требовать передачу информации согласно определённому формату (протоколу): SOAP, REST JSON или XML, (XLS, TXT, DBF и т.д.). «Газсеть» в этом случае осуществляет конвертацию форматов и предоставляет данные во внешние приложения и сторонние системы по согласованным с пользователями протоколам.

Благодаря наличию модулей, выполняющих автоматическую обработку и передачу обработанных данных, «Газсеть» может легко встраиваться в верхнеуровневую интеллектуальную систему учёта газа (ИСУГ), создавая тем самым надёжный мост между большим числом региональных УУГ и ПО верхнего уровня. Такая связка разгружает серверы ИСУГ от большого объёма вспомогательной работы по сбору и обработке данных. Одновременно все традиционные подразделения и службы РГК продолжают работу в штатном режиме, так как они имеют через «Газсеть» всю необходимую информацию с нужным уровнем детализации от большого числа контролируемых объектов.

Основные достоинства, благодаря которым «Газсеть» в определённом смысле необходима для построения регионального сегмента ИСУГ.

Масштабирование сети телеметрии уже сегодня решается практически без проблем путём увеличения количества серверов сбора данных средней мощности. Если нагрузка на ресурсы распределена по региональным серверам, то центральный сегмент (верхнего уровня), консолидирующий информацию от всех местных сегментов, не будет испытывать критических нагрузок от больших объёмов первичных данных. На верхнем уровне информация может запрашиваться с периодичностью и детализацией, которая необходима данной информационной системе. Если какой-то элемент информации в данном контексте требуется с полной детализацией, то именно в текущем эпизоде по специальному запросу детальная информация может быть максимально быстро получена с регионального сервера. Но, возможно, не стоит постоянно перекачивать в центральный сегмент ИСУГ полные объёмы метрологических архивов и подробнейшую хронологию архивов телеметрии и самодиагностики, перегружая рутинной, «штатной» информацией сетевые ресурсы и ёмкости накопителей ИСУГ.

Изначально ПТК «Газсеть» развивалась в направлении универсальной совместимости со всем разнообразием приборов учёта, применяемых и в коммунально-бытовом, и промышленном секторах газопотребления. Производители приборов учёта газа нередко модифицируют встроенное программное обеспечение контроллеров, что влечёт за собой выпуск новых версий протоколов и внутренней логики построения архивов. От качества реализации драйверов оборудования зависит как оперативность и достоверность сбора данных по учёту газа, так и безопасность эксплуатации газового оборудования населением.

Использование «Газсети» в составе Единой многосегментной ИСУГ обеспечивает верхнеуровнему (центральному) сегменту отсутствие сложности в решении проблем, связанных с многообразием типов оборудования, версий встроенного программного обеспечения контроллеров, протоколов передачи данных и управления приборами и т.д. ПТК «Газсеть» или другие подобные системы региональных сегментов уровня РГК избавят центральный сегмент ИСУГ от работ по постоянной поддержке всего многообразия оборудования, включающего умные приборы, а также приборы учёта газа прежних поколений.

Программный компонент «Газсеть» прост в развёртывании: серверное программное обеспечение «Газсеть: Экстра» устанавливается и настраивается под ключ в течение часа. Для сопряжения сторонней информационной системы-клиента (ИС-клиента) со шлюзом «Газсети» требуется настройка всего одного параметра конфигурации (IP-адрес и порт веб-службы).

Для шлюза характерна гибкость топологии: к данным умного прибора через шлюз можно подключить любое количество ИС-клиентов, а одна и та же ИС-клиент может стыковаться с любым количеством серверов «Газсеть» через шлюзы. Согласованность и экономию трафика обеспечивает встроенный механизм отслеживания новейших данных, что гарантирует, что клиент будет получать новые данные, избегая дублирующих запросов.

В настоящее время ПТК «Газсеть» применяется уже 20 региональных газовых компаниях.

Основным эксплуатирующим персоналом являются работники отделов АСКУГ и метрологии. Главное преимущество, которое обеспечивает ПТК «Газсеть» пользователям РГК, - автоматическая передача полного объёма необходимых данных с узла учёта газа по каналу GPRS в течение нескольких минут, что позволяет осуществить закрытие газового периода по всему парку из тысяч приборов учёта в течение 1 часа.

Приведём некоторые примеры применения ПТК «Газсеть» в региональных газовых компаниях.

За последнее время к активным пользователям ПТК «Газсеть» добавились регионы: Ульяновск, Брянск, Самара, Новосибирск, ХМАО, Кострома, Волгоград, Белгород, Московская область, Дальний Восток и др.

Ведутся активные работы по внедрению ПТК «Газсеть» ещё в нескольких регионах: Краснодарский край, республика Чечня, Воронеж, Уфа, Санкт-Петербург, Чебоксары, Рязань, Тверь и др.

В статье продемонстрирована применимость IT-решения – ПТК «Газсеть» для внедрения узлов учёта с умными приборами СМТ-Смарт или другими приборами учёта в интеллектуальную систему учёта газа отраслевого или общероссийского уровней. Показаны преимущества многосегментной архитектуры построения Единой системы учета газа.

Кроме функции по ретрансляции всех собранных данных от объектов учёта газа на верхний уровень, ПТК «Газсеть» выполняет функцию регионального сегмента ИСУГ. Предоставление доступа работникам подразделений РГК, а также специалистам из районных филиалов и отделений метрологии крупных предприятий, к данным и функциям осуществляется под контролем системы разграничения прав доступа.

Приведены свойства ПТК «Газсеть»:

• совместимость с различными умными счётчиками газа, а также с популярными марками электронных корректоров, систем телеметрии;
• автоматическое считывание архивной первичной информации с УУГ;
• автоматический контроль полноты собираемых данных;
• контроль несанкционированного доступа к УУГ;
• оперативный диспетчерский контроль за качеством связи, исправностью оборудования и метрологическими параметрами газопотребления;
• детальный анализ критичных тревог;
• встроенные инструменты экспорта и трансляции данных в сторонние системы;
• лёгкость адаптации к требованиям заказчика;
• простота интеграции в ИС верхнего уровня, а также в различные сторонние ИС.

ПТК «Газсеть» изначально ориентирована на интеграционные задачи.

Программный комплекс заключает в себе большой объём знаний о многих типах приборов учёта и систем телеметрии, коммуникационных протоколах, алгоритмах сбора данных по различным технологиям, тонкостях метрологии и других аспектах телеметрии и учёта газа. ПТК «Газсеть» служит не только сервером сбора данных, но и программным интерфейсом для удалённого управления компонентами, устройствами и приборами учёта.

ПТК «Газсеть» адаптирован для работы с различными ИС верхнего уровня посредством программного компонента «Газсеть: Шлюз». Применение «Газсеть: Шлюз» согласовано с разработчиками программ верхнего уровня.

При использовании ПТК «Газсеть» в качестве регионального сегмента центральной ЕИСУГ верхнего уровня существуют преимущества с точки зрения системной интеграции при строительстве общероссийской интеллектуальной системы учёта газа. Это универсальная совместимость с оборудованием УУГ, уменьшение трафика, нагрузки на сети, экономия в количестве и производительности серверов, повышение надёжности и бесперебойности ЕИСУГ за счёт распределённой архитектуры сбора данных; повышение оперативности при передаче данных на верхний уровень и при предоставлении данных региональным специалистам.