ОБЛИК ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ

УДК 656.6:004
Василий Васильевич Антипов, д-р техн. наук, профессор; Владимир
Юрьевич Бобрович, д-р техн. наук, профессор; Герман Николаевич Сус;
Наталья Петровна Ушакова; Роман Вячеславович Костенко (все ОАО «Концерн
«НПО «Аврора», Санкт-Петербург, ул. Карбышева, д.15, тел. (812)7025946)
ОБЛИК ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЙ
СИСТЕМЫ ДЛЯ МОРСКИХ ПЛАТФОРМ ДОБЫЧИ
НЕФТИ И ГАЗА
В докладе рассматриваются принципы построения информационно-управляющих
систем обеспечивающих деятельность персонала морской платформы добычи
углеводородов, основные требования к системам подобного типа, базовые
технические решения, принятые при разработке облика таких систем.
The report explains basic design-determining principles of the information management
systems aimed at supporting operations carried out by personnel of offshore oil & gas
extraction platforms; key requirements to the systems; and basic technical solutions
adopted for development of such systems.
1. Введение
ОАО «Концерн «НПО «Аврора» выполнило работы по определению принципов
автоматизации нефтяных добычных морских ледостойких стационарных платформ (МЛСП) и
полупогружных буровых установок (ППБУ), которые для ОАО «Концерн «НПО «Аврора»
являются одним из перспективных направлений деятельности [1]. В соответствии с принятой
классификацией системы, обеспечивающие автоматизацию деятельности персонала платформы,
принято называть информационно-управляющими системами (ИУС). Рассмотрим особенности
создания ИУС на примере МЛСП «Приразломная» [2].
Целью создания ИУС является внедрение единой системы внутренних информационных
коммуникаций платформы, а также обеспечение автоматизированного режима управления
административной и хозяйственной деятельности платформы [3,4]. Основой ИУС является
объединение в единую сеть автоматизированных рабочих мест персонала, серверов,
коммуникационного и вспомогательного оборудования и организации доступа в единую
корпоративную информационно-телекоммуникационную сеть управляющей месторождением
компании, расположенной на берегу.
ИУС предоставляет вычислительные и информационные ресурсы персоналу, управляющему
платформой: начальникам технологического комплекса, технических и административных служб,
персоналу, обслуживающему оборудование бесперебойного электропитания ИУС; персоналу
мастерских, лабораторий и ремонтных участков.
Кроме внутрисистемной коммуникации ИУС обеспечивает информационный обмен с
внешними системами. Среди них:
— автоматизированная система управления и безопасности (АСУБ), которая является
самостоятельной системой;
—- система сбора, обработки, регистрации, хранения и представления информации о
состоянии кессона платформы (СКСК);
— узел доступа в корпоративную сеть компании, управляющей месторождением;
— система видеонаблюдения на палубах и в помещениях платформы.
В наиболее общем виде ИУС обеспечивает решение следующих групп задач:
— информационная поддержка руководства платформы и дежурных операторов по состоянию
конструкций кессона;
— информационная поддержка начальника технологического комплекса по управлению
резервуарным парком;
— выработка советов руководству и дежурным операторам по формированию и поддержанию
в актуальном состоянии «дерева событий», определению иерархии рисков, выработки планов
действий по предотвращению аварийных состояний и ситуаций;
— сбор, учет, накопление, хранение и ведение информации, необходимой для управления
административно-хозяйственной деятельностью платформы;
— обеспечение комплексной защиты информации в ИУС, в том числе разграничения прав
доступа к данным, защите от несанкционированного доступа к специализированным базам
данных;
— организация и осуществление взаимодействия и информационного обмена между
службами и специалистами на платформе.
Таким образом, по назначению ИУС является информационной структурой, обеспечивающей
информационные потребности и взаимодействие служб и руководства платформы. При этом
управление технологическими процессами добычи нефти, подготовки ее к транспортировке,
энергообеспечения, жизнеобеспечения платформы возлагаются на другие специализированные
системы управления, не входящие в ИУС.
2. Основные структурные решения
В ходе разработки облика ИУС было предложено структурно декомпозировать ее на
подсистемы. В состав ИУС вошли:
— подсистема обработки и хранения информации (ПОХИ);
— подсистема архивирования и резервного копирования (ПАРК);
— интегрированная подсистема управления телекоммуникационными и информационными
ресурсами (ИСУ ТИР);
— интегрированная кабельная система (ИКС);
— локальная вычислительная сеть (ЛВС);
— подсистема информационной безопасности (СИБ);
— узел доступа в корпоративную сеть компании, управляющей месторождением;
— система гарантированного питания (СГП).
Аппаратно, по требованию заказчика, ИУС реализуется на вычислительных средствах
Hewlett-Packard Company. Приборный состав ИУС приведен в Таблице 1.
Таблица 1.
Аппаратный состав ИУС
Наименование оборудования
Сервер ПОХИ
Сетевое хранилище данных
Сервер рабочих групп
Сервер архивирования и резервного копирования
Рабочее место администратора ИСУ ТИР
Рабочее место администратора СИБ
Горизонтальные распределительные узлы ИКС
Центральные распределительные узлы ИКС
Рабочие места ЛВС
Маршрутизаторы для связи с АСУБ и СКСК
Шлюзы системы информационной безопасности
Узел связи с системой видеонаблюдения
Узел доступа в корпоративную сеть верхнего уровня
Источники бесперебойного питания
Количество
2
2
2
1
1
1
3
2
62
2
7
1
1
10
Как видно из таблицы 1, система включает более 60 рабочих мест, территориально
разнесенных по различным помещениям административного и жилого блоков платформы.
Проведенные расчеты показали, что электрическая мощность, потребляемая ИУС, составит в
пиковых режимах не более 30 кВА. Общий вес ИУС при этом будет составлять около 3000кг.
Информационно-управляющая система базируется на резервированной сети Ethernet.
Структура ИУС приведена на рисунке.
На схеме информационные связи показаны линиями, соединяющими приборы ИУС. На
рисунке обозначены резервирующие друг друга связи локальной вычислительной сети, показаны
информационные связи от источников бесперебойного питания.
Локальная вычислительная сеть организована посредством двух групп горизонтальных
распределительных узлов интегрированной кабельной системы (ГРУ ИКС) и центральных
распределительных узлов (ЦРУ ИКС).
В обобщенном виде структура вычислительной сети приведена на рисунке.
Верхний функциональный уровень – уровень серверов – организован на основе ЛВС
1000BASE-T. Кабельная подсистема на этом уровне представляет собой экранированную витую
пару категории 5. На верхнем функциональном уровне расположена следующая аппаратура:
— резервированный сервер подсистемы обработки и хранения информации. Резервированное
хранилище информации ПОХИ на основе SCSI дисковых массивов, организованных в
соответствии с технологией RAID 5. Эти хранилища, организованные по технологии NAS (сетевой
массив данных), зеркально дублируют друг друга;
—
рабочее
место
администратора
интегрированной
системы
управления
телекоммуникационными и информационными ресурсами;
— подсистема архивирования и резервного копирования;
— рабочее место администратора системы информационной безопасности, предназначенное
для управления ресурсами СИБ;
— узел связи с системой видеонаблюдения, предназначенный для предоставления
статистической и видеоинформации на рабочие места ИУС;
— первый и второй серверы рабочих групп, выполняющие функции хранения файлов
виртуальных рабочих групп, организации информационного обмена внутри рабочих групп
посредством сервиса электронной почты, а также для других прикладных задач;
— маршрутизаторы для организации связи со смежными системами (АСУБ и СКСК),
обеспечивающие согласование этих систем с ИУС в части IP-адресов;
— шлюз для связи с корпоративной сетью компании, эксплуатирующей месторождение.
Нижний функциональный уровень – уровень рабочих мест – организован на основе ЛВС
100BASE-T. Кабельная подсистема на этом уровне представляет собой экранированную витую
пару категории 5. На нижний функциональный уровень структурной схемы помещены рабочие
места ИУС – терминалы для работы с информационной поддержкой начальника технологического
комплекса, работы с базами данных, подготовки документации по АХД, других прикладных задач.
Поскольку электропитание на морской ледостойкой платформе осуществляется от
энергетического модуля, имеющего в своем составе дизель-генераторы, а потребителями
электроэнергии является буровое и другое мощное силовое оборудование, то особое внимание
было уделено электропитанию ИУС, которое обеспечивается системой гарантированного питания.
Система гарантированного питания представляет собой совокупность источников бесперебойного
питания (ИБП), коммутационных приборов и кабельных соединений.
Каждый ИБП подключен к основной и резервной сетям электропитания платформы. При
обесточивании основной сети обеспечивается автоматический переход на питание от резервной
сети. В случае обесточивании обоих сетей система гарантированного питания обеспечивает
электропитание ИУС в течение 30 минут.
В целях контроля оборудования СГП информационные выходы ИБП подключаются по
штатному интерфейсу к ближайшим рабочим местам ИУС и посредством ЛВС передают
информацию о своем состоянии на сервер ПОХИ, где инициируется процесс выдачи сигнализации
для персонала, обслуживающего оборудование ИБП.
Напряжение в сети СГП составляет 240 В с частотой 50 Гц при отклонениях от номинальных
значений: напряжения питающей сети от +6 до -10% длительно, от +20 до -20% в течение 1,5 с. и
частоты от +5 до -5% длительно, от +10 до -10% в течение 5с.
3. Характеристика подсистем ИУС
Подсистема обработки и хранения информации (ПОХИ).
ПОХИ предназначена для обеспечения программно–аппаратных ресурсов для работы ИУС,
СУБД, распределенных приложений, а также общесистемного программного обеспечения.
Система строится на базе открытых телекоммуникационных стандартов и протоколов с учетом
возможности взаимодействия с соответствующими службами общего пользования. ПОХИ
представляет собой совокупность резервированного сервера обработки и хранения информации и
двух сетевых хранилищ данных (NAS).
Предложенная подсистема ПОХИ обеспечивает:
— высокую степень целостности данных;
— длительное время наработки на отказ компонентов подсистемы;
—высокий уровень масштабируемости.
Подсистема архивирования и резервного копирования (ПАРК).
Назначением подсистемы архивирования и резервного копирования является автоматизация
процесса создания, хранения и администрирования резервных и архивных копий
информационных ресурсов ИУС. ПАРК автоматизирует процесс архивации информационных
ресурсов ПОХИ и производит запись на стример для долговременного хранения. Архивация
данных происходит без прекращения работы пользователей с информационными ресурсами — в
фоновом режиме.
Интегрированная подсистема управления телекоммуникационными и информационными
ресурсами (ИСУ ТИР).
Основной задачей ИСУ ТИР является мониторинг и управление информационнотехническими средствами (ИТС), в том числе: активным оборудованием ЛВС, информационновычислительными подсистемами, почтовой подсистемой, системой информационной
безопасности. ИСУ ТИР осуществляет мониторинг и управление оборудованием подсистем ИУС
посредством протоколов SNMP и Telnet. Программное обеспечение ИСУ ТИР включает:
— компилятор Management Information Base (MIB) и браузер для управления устройствами
SNMP;
— средства управления с использованием пороговых значений, которые могут настраиваться
на множество параметров производительности и генерировать сигналы тревоги или уведомления;
— фильтры событий, которые объединяют события в полезную информацию, необходимую
для диагностики;
— средства конфигурирования устройств, которые позволяют создавать виртуальные ЛВС.
Интегрированная кабельная система (ИКС).
Поскольку заказчиком было предписано включить в поставку ИУС кабельные связи, то была
предусмотрена ИКС, которая охватывает помещения платформы и включает следующие
структурные составляющие: рабочие области, горизонтальную и магистральную подсистемы.
Рабочие области представляют собой точки подключения абонентского оборудования к ИКС.
Точки подключения — это специальным образом организованные коммутационные панели,
содержащие соединители типа RJ-45, размещающиеся в непосредственной близости (не более 2,5
м) от мест установки подключаемого оборудования и обеспечивающие возможность легкого
доступа для подключения и отключения.
Горизонтальная подсистема представляет собой совокупность кабельных и коммутационных
частей горизонтальных распределительных узлов и часть ИКС, организованную кабелем типа
экранированная витая пара категории 5 (STP category 5). Горизонтальные распределительные узлы
(ГРУ) служат физическими центрами горизонтальной подсистемы ИКС и предназначены для
установки кроссового оборудования ИКС и активного оборудования сети. Каждый ГРУ
организует отдельный сегмент локальной сети уровня рабочих мест — служит для подключения
необходимого количества рабочих мест, используя кабель STP. ГРУ содержит также
оборудование для подключения к центральным распределительным узлам по волоконнооптическим кабелям. Горизонтальная кабельная система соответствует стандарту 100Base-T.
Магистральная подсистема представляет собой совокупность кабельных и коммутационных
частей магистральных распределительных узлов и часть ИКС, организованную многомодовым
волоконно-оптическим кабелем. Центральные распределительные узлы (ЦРУ) служат
физическими центрами магистральной подсети ИКС и предназначены для установки кроссового
оборудования ИКС и активного оборудования сети. ЦРУ объединяет сегменты локальной сети
(организованные посредством ГРУ) в единую сеть посредством волоконно-оптических кабелей, а
также используются для подключения абонентов серверного уровня. Скорости передачи данных в
магистральной подсети ИКС на порядок превышают скорости в горизонтальной подсети.
Ориентировочное количество рабочих областей ИКС приведено в таблице 2.
Таблица 2
Количество рабочих областей ИКС
Блоки платформы
D1 (Главная палуба)
D2 (Главная палуба)
D2 (Мезонинная палуба)
D8 (Мезонинная палуба)
M2 (Жилой блок)
M2 (Административный блок)
Резерв 20%
Итого:
Количество рабочих
областей ИКС
6
3
10
2
1
30
10
62
Локальная вычислительная сеть (ЛВС)
Средства ЛВС организуют логические уровни локальной сети, обеспечивают обмен между
узлами по протоколу TCP/IP. В состав ЛВС входят несколько виртуальных рабочих групп.
Основными особенностями ЛВС являются:
— возможность прозрачной связи между любыми двумя ее узлами по протоколу TCP/IP;
— возможность создания рабочих групп с изолированным трафиком без физического
перемещения рабочих станций;
— возможность удаленного диагностирования отдельных сегментов и ЛВС в целом с
использованием протоколов SNMP и RMON;
— маршрутизацию пакетов между виртуальными рабочими группами;
— визуальную индикацию режимов работы устройства и его отдельных блоков (вплоть до
отдельного порта);
- визуальную индикацию при возникновении аварийных ситуаций или отказов;
— возможность удаленного управления при помощи протоколов SNMP и Telnet.
Активными компонентами локальной вычислительной сети являются 48 портовые
коммутаторы 10/100/1000. При подключении нового рабочего места, средства ЛВС автоматически
определяют тип его Ethernet подключения, предоставляют ему уникальный IP-адрес для работы в
сети. Магистральные линии связи и центральный распределительный узел резервированы.
Активное оборудование ЛВС поддерживает протокол автоматического обнаружения и
интеллектуального опроса сетевого оборудования. Протокол STP поддерживается на уровне
VLAN.
Подсистема информационной безопасности
Подсистема
информационной
безопасности
представляет
собой
совокупность
специализированных программных и аппаратных компонентов – шлюзов. Шлюзы
устанавливаются на стыках сегментов локальной сети и обеспечивают ограничение доступа между
сегментами сети в соответствии с установленными на узлах сегментов сетевыми службами.
Перечень разрешенных сетевых служб задается настройками межсетевых экранов. Настройка
межсетевых экранов осуществляется по защищенным протоколам обмена с использованием
аутентификации.
Информационная безопасность ИУС обеспечивается благодаря следующим решениям.
В целях разделения участков ЛВС с различными ОС (имеющими различные классы защиты от
НСД и различные способы организации протокола TCP/IP) во всех трех горизонтальных
распределительных узлах ИКС устанавливаются шлюзы СИБ. Для подключения к корпоративной
сети компании, эксплуатирующей месторождение, используется четвертый шлюз, помещаемый на
уровень серверов (в связи с необходимостью одновременной работы нескольких рабочих мест с
ресурсами корпоративной сети).
4. Выводы
1. В результате выполненных работ был сформирован облик ИУС нефтяных добычных
морских ледостойких платформ и полупогружных буровых установок. Было определено, что ИУС
должна создаваться как распределенная децентрализованная сетевая система, состоящая из
подсистем.
2. Подсистемами, входящими в состав ИУС, являются: подсистема обработки и хранения
информации; подсистема архивирования и резервного копирования; интегрированная подсистема
управления телекоммуникационными и информационными ресурсами; интегрированная
кабельная система; локальная вычислительная сеть; подсистема информационной безопасности;
узел доступа в корпоративную сеть компании, управляющей месторождением; подсистема сбора,
обработки, регистрации, хранения и представления информации, представляемой от системы
контроля состояния кессона; система гарантированного питания.
3. Аппаратно ИУС реализуется на основе нескольких серверов, сетевого хранилища
данных, рабочих мест администраторов, распределительных узлов, маршрутизаторов, шлюзов,
приборов гарантированного электропитания, узла связи с системой видеонаблюдения платформы
и узла связи с корпоративной сетью компании управляющей месторождением, рабочих мест
персонала платформы.
4. Сформированные структурные и аппаратные решения могут быть использованы для
платформ, строительство которых планируется на отечественных судостроительных заводах.
Литература
1. Антипов В. В., Бобрович В. Ю., Болховитинов В. К. Основные направления инновационной
деятельности ФГУП «НПО «Аврора». // Системы управления и обработки информации: научн.техн. сб. /ФНПЦ «НПО «Аврора». СПб., 2007. Вып. 14.
2. Антипов В. В., Бобрович В. Ю., Сус Г. Н.; Ушакова Н. П.; Костенко Р. В. Информационноуправляющая система для морских платформ добычи углеводородов. // Системы управления и
обработки информации: научн.-техн. сб. /ФНПЦ «НПО «Аврора»,СПб, 2009. Вып. 17.
3. Антипов В. В., Бобрович В. Ю., Самойлов А. В., Симаков А. А, Стукалов О. И. Концепция и
принципы построения системы управления административно - хозяйственной деятельностью
морской платформы добычи углеводородов. // Системы управления и обработки информации:
научн.-техн. сб. /ФНПЦ «НПО «Аврора»,СПб, 2008. Вып. 15.
4. Шилов К. Ю., Антипов В. В., Бобрович В. Ю., Самойлов А. В. Система управления
административно-хозяйственной деятельностью морской платформы добычи углеводородов. //
Сборник докладов II Международной конференции «Освоение ресурсов нефти и газа российского
шельфа: Арктика и Дальний Восток», ROOGD-2008, 2008.