Systemy monitoringu rurociągów

Słyszeliśmy już o CPM lub o komputerowym monitoringu rurociągów. Ale czy nie warto zainteresować się również monitoringiem wideo? Przez lata kontrola rurociągów opierała się na tradycyjnych urządzeniach do monitorowania, czyli na podstawowym kontrolowaniu stanów i przesyłania danych poprzez sieć do pomieszczeń kontroli. Wiele z takich pomieszczeń posiada systemy SCADA, które zapewniają dużą kontrolę nad stanami poszczególnych urządzeń. Zakres kontroli poszerzony jest o metody obliczeniowe, dzięki którym wykrywa się wszelkie nieszczelności w systemie a także plany konserwacji urządzeń. Agencji National Transportation Safety Board, która nadzoruje operacje związane z rurociągami sugeruje, że obecne konwencjonalne podejście do kontroli rurociagów przestaje być ekonomiczne i tak naprawdę skuteczne.

Powstają luki różnego typu, np.:

• błędy operatorów, które wynikają z przekazywania operatorom masy nieistotnych lub błędnych komunikatów,
• błędy wynikające z fałszywych alarmów, alarmów o niskich priorytetach, wyjaśnianie których zajmuje bardzo dużo czasu,
• błędy związane z brakiem szkolenia kontrolerów odpowiedzialnych za funkcjonowanie rurociągów i systemów SCADA,
• uszkodzenia sprzętu, utraty produktów i strat z powodu wandalizmu i wtargnięć osób niepowołanych.

Istnieje już wiele usprawnień sprzętowych i programowych, które umożliwiają większą skuteczność w osiąganiu założonego celu już na poziomie kontroli. Jednak dane przesyłane to zwykle tylko dostarczanie danych, które to muszą być przekształcona w użyteczne informacje przez administratora danych lub innych systemów. Aby zwiększyć ilość poprawnych przy zachowaniu krótszych czasów decyzji potrzeba większej ilości danych i ich zintegrowanie. Przekazy wideo stanowią gotową do użytku informację w formie zdjęcia stanu lub objawów problemu w ruchu. Tak więc wideo pomaga usuwać luki operacyjne pracowników kontroli.

Dzięki narzędziom wideo kontrolerzy mają możliwość dokonywanie porównań aktualnych stanów z wcześniejszymi zapisami wideo a więc powstaje możliwość wizualnej oceny różnic stanu. Analogicznie istnieje możliwość cofnięcia się w czasie i prześledzenia co się działo podczas incydentu generującego problem.

Operatorzy rurociągów zaczynają stosować systemy wideo w ramach swoich praktyk operacyjnych. Oto kilka sposobów jak wideo pozwala zamykać luki:

1. Duża ilość zbędnych alarmów w systemie SCADA: Doświadczalnie określono, że w niektórych przypadkach operator otrzymuje 18 alarmów w ciągu 4 minut co daje 270 alarmów na godzinę. W innych przypadkach występuje 1 alarm co 40 sekund. Nawet gdy alarmy są dzielone na poszczególne priorytety to istnieje dużo prawdopodobieństwo pomyłki kontrolera. Jeden obraz wideo może zastąpić nawet 1000 punktów przedstawianych na systemach SCADA.
2. "Alarm niskiego ciśnienia" ze stacji kompresora. Co spowodowało ten alarm? Uszkodzony czujnik, nieszczelność przewodów, awaria silnika? Czy na podstawie przesyłanych danych operator ma możliwość określenia przyczyny i podjęcia działań na podstawie tych danych? W większości przypadków konieczne okazuje się wysłanie ekipy serwisowej do miejsca problemu, co przekłada się na czas i koszty operacji. Obraz wideo może zaoszczędzić czas i dodać jednoznacznych informacji w celu podjęcia odpowiedniej decyzji co do dalszych działań.
3. W wielu branżach następuje rotacja pracowników a co za tym idzie ograniczenie doświadczenia pracowników lub ich ilości. W jaki sposób kształcić nowych operatorów i techników? Nagrania video pozwalają na pokazanie uczącym się ekipom rzeczywistych zdarzeń oraz tego, jakie działania zostały podjęte przez techników, aby usunąć awarie. Dzięki temu szkolenia są znacznie bardziej efektywne. Możliwy jest również zapis wideo aktualnych stanów sygnalizowanych przez panele operatorskie. Teraz powiązując poszczególne alarmy do okreslonych materiałów wideo trenerzy i kierownicy mogą w prosty i szybki sposób wrócić do zdarzenia w każdej niemal chwili i od razu mieć dostęp do powiązanych materiałów wideo.
4. Wiele urządzeń rozmieszczonych jest w różnych miejscach nie tylko zakładu ale i w innych miejscach. Miejsca te mogą być atakowane przez wandali. Dzięki zapisom wideo zwiększa się prawdopodobieństwo identyfikacji osób które niszczą cudze mienie. Do tego załączany materiał wideo pozwala znacznie szybciej określić czy alarm jest prawdziwy a także określić wymagana specjalność ekipy i dokładne wskazanie miejsca i przyczyny usterki.

Transmisja wideo

Sygnał wideo może być transmitowany bez problemu w sieci wewnętrznej, jednak sieć może nie zadziałać, gdy nastąpi np. eksplozja rurociągu lub awaria sieci. W niektórych systemach sieci są budowane w technologii bezprzewodowej, za pomocą transmisji radiowych, sieci komórkowych lub satelity.

Systemy radiowe pozwalają na transmisję danych do 30 lub więcej kilometrów. Najnowsze technologie radiowe pozwalają na coraz szybsze i sprawniejsze połączenia pomiędzy poszczególnymi urządzeniami transmisyjnymi. Im niższa częstotliwość, tym większy zasięg.

Komunikacja satelitarna zapewnia połączenie do bardzo odległych od siebie miejsc. Zważywszy na ilość dostępnych obecnie satelitów wykonanie takiego połączenia ogranicza się jedynie do anten, odbiornika i nadajnika. Satelity często oferują znacznie większe prędkości niz systemy łączności naziemnych, choć koszty ich eksploatacji mogą być większe. Transmisje takie zazwyczaj ograniczają się czasowo, aby zaoszczędzić kosztów. Dlatego też może być to problem w przypadku dużych systemów ze względu na konieczną ilość przesłanych danych.

Połączenie poprzez telefonię komórkową jest bardziej efektywniejsze i ma znacznie lepszą jakość. Ta droga komunikacji jest bezpieczna i dostępna zawsze na żądanie. Konfiguracja takiej sieci jest zazwyczaj znacznie prostsza od systemu radiowego, gdzie należy instalować stacje przekaźnikowe.

Stosuje się także regulowane ograniczenia ilości przesyłanych danych poprzez interwały pomiędzy poszczególnymi obrazami. Dzięki temu na lokalnym serwerze danych znajdują się niemal aktualne informacje wideo (lub zdjęcia) bez zajmowania dużej części pasma transmisji. W przypadku wystąpienia alarmu można zmniejszyć interwał obserwując zdarzenie w czasie rzeczywistym.


Dobór sprzętu.

Obecnie wybór sprzętu jest bardzo szeroki. Ważnym jednak jest, aby tak dobierać sprzęt, aby był on elastyczny, nie generujący zbyt dużych kosztów a także odpowiedni do konkretnych warunków środowiskowych, w tym także rodzaju zasilania czy przepustowości sieci. Można stosować urządzenia z zasilaniem bateryjnym, które uruchamiane jest tylko w określonych sytuacjach (np. na sygnał czujnika czy sygnał z centrum kontroli itd.). Sprzęt ten powinien być zaprojektowany do zastosowań przemysłowych. Pamiętać należy również o odpowiednich oprogramowaniach oraz należytym sprzęcie komputerowym, pracującym jako serwery i stacje robocze.


W przypadku systemów rurociągów układ "na żądanie" nie jest zbyt dobrym rozwiązaniem, jako że w cyklu ciągłym pracy nie ma cyklu ciągłego rejestracji zdarzeń wideo. W przypadkach kontroli systemów rurociągów, zwłaszcza na obszarach peryferyjnych zaleca się:
- stosowanie kamer IP o niskim poborze energii z wbudowanymi detektorami zdarzeń (wycieki, intruz, itd.). Takie systemy potrafią generować alarmy na podstawie obrazu wideo.
- stosowanie lokalnych serwerów, na których zapisywane są lokalnie dane, dzięki czemu eliminuje to konieczność ciągłego przesyłania danych do centrali, a dostęp do nich jest zachowany w trybie "na żądanie",
- stosowanie systemów mogących pracować niezależnie od światła słonecznego czy baterii (lub korzystać z kilku źródeł zasilania)
- stosowania kompresji i buforowania obrazu w celu odciążenia sieci i pozostawienia pasma transmisji na inne dane, zwłaszcza tam, gdzie źródeł alarmów może być wiele.

W wielu zdalnych lokalizacjach systemy wideo są skonfigurowane do pracy ciągłej nawet przy zasilaniu bateryjnym. W przypadku wystąpienia alarmu wysyłany jest alarm z załączonym fragmentem filmu z jednej lub kilku kamer z określonego wcześniejszego czasu (np. z ostatnich 60 sekund). W systemie SCADA na monitorze operatora wyświetlany jest komplet zebranych danych i informacji, co wywołało alarm. Na podstawie tych danych operator decyduje o reakcji, np. przechodzi w ciągły tryb podglądu z żądanej kamery lub kamer. Jest to szybsze i łatwiejsze niż analizowanie listy alarmów.

Sebastian Czarnecki, na podstawie mat. Steve Rubin, Longwatch Inc.
Na podstawie: pipelineandgasjournal.com