СИСТЕМА МОНИТОРИНГА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ОБСТАНОВКИ В АСУТП



Для повышения качества функционирования АСУТП в условиях действия внешних помех предлагается внедрить в структуру системы управления систему мониторинга радиоэлектронной обстановки, которая за счет своевременного обнаружения, местоопределения и идентификации источников радиоэлектронных излучений (ИРИ) позволит отслеживать тенденции и динамику изменения радиоэлектронной обстановки, сигнализировать о возможном выходе из строя технологического оборудования по причине воздействия электромагнитных воздействий и устранить механизмы передачи помехи.

Ключевые слова: АСУТП, источник радиоэлектронного излучения, система мониторинга радиоэлектронной обстановки.

Известно, что присущая децентрализованным АСУТП пространственная и функционально-целевая распределенность обусловлена необходимостью передачи сигналов по каналам связи между территориально удаленными компонентами системы управления .

Среди существующих каналов связи, используемых для организации взаимодействия между компонентами распределенных АСУТП, только радиоканал предоставляет возможность оперативного отслеживания местоположения мобильных объектов (датчиков, излучателей) . Кроме того, использование радиоканала снижает стоимость построения распределенных АСУТП для нефтегазовой, нефтеперерабатывающей и энергетической отраслей , объекты управления которых распределены на сотни и тысячи километров, нередко на удаленных и труднодоступных территориях.

Вместе с тем, функционирующие компоненты распределенных АСУТП могут подвергаться воздействию внешних помех, источником которых могут быть как промышленные объекты, нелицензионные радиопередатчики, так и источники преднамеренных помех, нарушающих правильное функционирование технологического оборудования и автоматики АСУТП и приводящих к выводу из строя элементов программно-технических комплексов .

Известны способы, препятствующие негативному влиянию помех на технологическое оборудование и автоматику АСУТП. К ним, например, относятся оперативное управление мощностью передаваемого сигнала, рабочей частотой, скоростью передачи информации, видом и параметрами модуляции, способом кодирования. Несмотря на действенность перечисленных способов в отношении повышения помехоустойчивости АСУТП, нередко на практике они приводят к снижению других показателей качества функционирования. Так, например, увеличение мощности передаваемого сигнала между компонентами распределенной АСУТП в условиях внешних помех хотя и приводит к повышению помехоустойчивости системы в целом, тем не менее, уменьшает ее защищенность. Изменение способа помехоустойчивого кодирования или уменьшение скорости передачи цифровой информации, в свою очередь, повышает помехоустойчивость, но снижает оперативность .

Другой известный способ защиты АСУТП от внешних воздействий, заключающийся в применении на практике рекомендаций по особенностям функционирования АСУТП в условиях сложной радиоэлектронной обстановки, разработанных по результатам моделирования, является приближенным, так как на этапах исследования невозможно точно воспроизвести сложную конфигурацию аппаратуры на объектах управления .

Остальные способы защиты АСУТП от внешних помех, основанные на анализе влияния от априори известных источников помех или оценке результирующей помехи от различного оборудования по отношению к максимально допустимым уровням помехи, имеют значительную методическую погрешность .

Таким образом, отсутствие эффективных способов защиты от внешних воздействий распределенных АСУТП, использующих радиоканал для передачи сигналов между своими компонентами, требует поиска привентивных решений по недопущению нежелательных воздействий на технологические процессы и автоматику АСУТП.

Проведенный анализ источников [9-12] показывает, что таким решением является внедрение в структуру АСУТП системы мониторинга радиоэлектронной обстановки.

Несмотря на отсутствие проработок по обозначенной тематике (существуют разработки в области применения мониторинга только в контексте оценки технического состояния объектов контроля), а также  существующие трудности согласования процессов мониторинга с процессами функционирования АСУТП, на практике внедрение системы мониторинга в АСУТП может стать превентивным способом устранения воздействия помех для предотвращения выхода из строя технологического оборудования, что, безусловно, позволит повысить качество функционирования АСУТП.

Осуществляя мониторинг радиоэлектронной обстановки в каналах связи между дистанционно удаленными датчиками, регуляторами, исполнительными механизмами и другими структурами на верхнем уровне управления технологического процесса, система радиомониторинга должна решать следующие задачи :

– оценка уровней электромагнитных помех в широком диапазоне частот;

– предупреждение о превышении допустимого уровня помехи и опасности выхода из строя технологического оборудования и автоматики АСУТП;

– разработка технических и организационных мероприятий, исключающих возможность появления помех, превышающих допустимый уровень;

– получение статистических сведений о влиянии источников помех на технологическое оборудование и автоматику АСУТП.

Место и структура системы радиомониторинга в АСУТП представлена на рисунке 1.

Построенная на основе датчиков, расположенных в каналах связи между источниками и приемниками помех и вычислителей, система радиомониторинга за счет своевременного обнаружения, местоопределения и идентификацией источников радиоэлектронных излучений (ИРИ) позволит отслеживать тенденции и динамику изменения радиоэлектронной обстановки, сигнализировать о возможном выходе из строя технологического оборудования по причине воздействия электромагнитных воздействий и устранить механизмы передачи помехи .

Использование в системе радиомониторинга датчиков позволяет фиксировать действующие на технологическое оборудование и автоматику АСУТП, помехи с параметрами, превышающими допустимый уровень. Дальнейшая обработка в вычислителе параметров помехи, полученной от датчиков, позволяет установить местоположение помехи и идентифицировать ее.

Обнаружение помех

Обнаружение помех, действующих на технологическое оборудование и автоматику АСУТП, может осуществляться по энергетическому критерию, т. е. на основе оценки превышения/не превышения измеренного значения уровня помехи над пороговым уровнем . Потенциальные возможности по обнаружению помеховых воздействий определяется техническими возможностями датчиков, например, их чувствительностью. Кроме того, при обнаружении помех используется априорная информация о направлении прихода сигнала, временные характеристики работы мешающих передатчиков, а также наличие/отсутствие сведений о параметрах и характеристик радиоэлектронных средств, которым принадлежит данное излучение.

Местоопределение и идентификация источников радиоизлучения

Данная подсистема позволяет установить местоположение помехи, действующей на технологическое оборудование и автоматику АСУТП и идентифицировать ее. Местоопределение включает радиопеленгование и определение местонахождения источников радиоизлучений. Радиопеленгация предполагает определение направления (пеленга) на источник помехи путем анализа характеристик излучения с помощью датчиков .

Определение местонахождения источника радиоизлучения сводится к расчету географических координат места расположения источника излучения с помощью вычислительного устройства. В подавляющем большинстве случаев эта процедура основывается на использовании результатов пеленгования триангуляционным методом, но можно для определения географических координат источника излучения дополнительно использовать такие параметры, как время задержки и/или уровень принятого сигнала .

В первом случае для определения местонахождения источника радиоизлучения необходимо развертывание как минимум двух датчиков, включенных в единую пеленгаторную сеть и работающих в режиме синхронного пеленгования. Второй способ основывается на использовании метода совокупной обработки пеленгов на некоторый источник радиоизлучения, полученных в процессе движения транспортного средства .

Идентификация радиоизлучения позволяет определить принадлежность помехи к конкретному радиоэлектронному средству на основе анализа и сравнения характеристик излучения с известными (хранящимися в базах данных радиообстановки).

Идентификация радиоизлучения необходима для определения и последующего задания режимов измерения параметров радиоизлучения (полосы частот и скорости сканирования, разрешения по частоте и др.).  С нормативной точки зрения проведение идентификации источников излучений основывается на положении ст. 18 Регламента радиосвязи, гласящем, что «все передачи должны обеспечивать их распознавание на основе использования характерных признаков или иными методами». Такими признаками могут быть позывной, название радиостанции, характеристики излучения или характерный сигнал, другие признаки, обеспечивающие распознавание радиоизлучения в международном масштабе.

По результатам идентификации ИРИ, осуществляя наблюдение за тенденциями и динамикой изменения электромагнитной обстановки система мониторинга позволяет сигнализировать о превышении уровней электромагнитных воздействий на оборудование распределенной АСУТП для принятия привентивных мер по предотвращению выхода его из строя или способствовать устранению механизмов передачи помехи.