МНОГОУРОВНЕВАЯ РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ Российский патент 2012 года по МПК H04B13/00 

Изобретение относится к многоуровневым распределенным волоконно-оптическим системам связи, предназначенным для автоматизированных систем управления опасными технологическими объектами добычи и транспортировки газоконденсатных сред.

Известно изобретение к патенту 2138134 (заявка 96109377/09, 11.10.1994 года). Распределенная коммутационная система связи, в которой каждый блок доставки принимает беспроволочную информацию от множества радиочастотных приемопередатчиков.

Это изобретение не может быть применено для автоматизации взрывоопасных химических и нефтехимических производств. Применяемые для этих производств автоматические быстродействующие запорные или отсекающие устройства имеют время срабатывания не лучше 12 с, а период обновления данных от беспроводных датчиков составляет не лучше 15 с, при этом общее время запаздывания срабатывания составляет не лучше 27 с, что не допустимо для технологических блоков I категории взрывоопасности, так как приводит к риску выбросов в окружающую среду горючих и взрывоопасных веществ при аварийной разгерметизации технологических блоков.

Известна радиальная система радиосвязи с центральным блоком (Справочник. «Системы производственной радиосвязи». Г.М.Мясковский./ Под редакцией И.М.Пышкина. Москва: Связь, 1980, стр.14), недостатком которой является низкая помехоустойчивость, так как средства радиосвязи в значительной мере подвержены электромагнитным помехам, а при использовании радиальной структуры при выходе из строя центрального блока полностью разрушает взаимодействие других блоков.

Известен патент на полезную модель 52293 (заявка 2005133884/22, 02.11.2005 года). Распределенная мультисервисная телекоммуникационная система, состоящая из маршрутизаторов, блоков цифровых мультиплексоров с оптоэлектронными приемопередатчиками, подключенными через индивидуальные волоконно-оптические линии к волоконно-оптической линии связи, выполненной на базе многожильного оптоволоконного кабеля. Однако это устройство имеет низкую надежность связи для опасных производственных процессов, так как при разрушении многожильного оптоволоконного кабеля полностью прекращается передача сигналов управления и прием информации о состоянии технологического оборудования, что приводит к неуправляемым процессам добычи и развитию аварийной ситуации на газоконденсатном месторождении.

Известен патент на полезную модель 78617 (заявка 2008130207/22, 21.07.2008, H04M 9/08). Автоматизированная система связи, содержащая в своем составе коммутационные центры, последовательно соединенные между собой волоконно-оптическими линиями связи, а также приемо-передающие блоки аппаратуры радиокомплекса.

Однако в этом устройстве для организации связи используются радиокомплексы, которые имеет низкую помехоустойчивость, что не позволяет их применять в автоматизированных системах управления технологическими процессами опасных производств, особенно в системах противоаварийной защиты технологического процесса.

Известен патент на изобретение 2395167 (заявка 2007139169/09, 22/10/2007, H04L 12/00). Универсальная телекоммуникационная сеть, содержащая средства передачи и приема данных, соединенные кольцевой и линейными линиями связи, выполненная в виде многоуровневой иерархической системы, а также центральная головная станция блочно-модульного исполнения со спутниковыми и эфирными антеннами.

Однако эта сеть, так же как и автоматизированная система связи (патент на полезную модель 78617, заявка 2008130207/22, 21.07.2007), также использует радиокомплексы, обладает низкой помехоустойчивостью, что снижает надежность функционирования систем противоаварийной защиты, большим временем запаздывания, что недопустимо к применению в автоматизированных системах управления технологическими процессами опасных производств.

Известно изобретение к патенту 2304349 (заявка 2005121611/09, 08.07.2005). Многофункциональная система внутрикорабельной связи, состоящей из коммутационных центров и центрального блока коммутации, соединенных между собой последовательно дублированными кольцевыми волоконно-оптическими линиями связи. Однако дублированные линии связи обладают низкой надежностью и не применимы для автоматизации газоконденсатных месторождений, так при аварийных ситуациях на скважинах и установок подготовки газа возникает высокая вероятность разрушения в этом устройстве основной и дублированной кольцевой волоконно-оптической линий связи и невозможность воздействия на запорные органы для предупреждения развития аварийной ситуации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является изобретение к патенту 2255429 (заявка 2003137683/09, 29.12.2003 года). Распределенная система связи с коммутацией пакетов для стационарных и фиксированных абонентов, содержащая узловые станции, расположенные в местах с большей плотностью расположения коммуникационных станций, причем коммуникационные станции соединены волоконно-оптическими линиями связи в кольца нижнего уровня иерархии, каждое из которых подключено своими входами и выходами к соответствующим узловым станциям, главную узловую станция, связанную с каждой узловой станцией рабочими радиальными волоконно-оптическими линиями связи.

Однако известное устройство обладает низкой надежностью связи, так как в реальных условиях эксплуатации применительно для газоконденсатных месторождений выход из строя кольца нижнего уровня иерархии приводит к отключению большого количества коммуникационных станций (скважин), невозможности дистанционного автоматического управления этой большой группой скважин и созданию аварийной ситуации на промысле. Кроме того, нарушение радиальной связи также приводит к отключению большого количества коммуникационных станций (скважин), невозможности дистанционного автоматического управления этой большой группой скважин, что также создает аварийную ситуации на промысле.

Целью изобретения является повышение надежности многоуровневой распределенной волоконно-оптической системы связи.

Технический результат изобретения заключается в создании надежной многоуровневой распределенной волоконно-оптической системы связи удовлетворяющей требованиям безопасной эксплуатации опасных производственных процессов, в частности газоконденсатных месторождений.

Поставленная цель достигается тем, что в многоуровневую распределенную волоконно-оптическую систему связи, содержащую узловые станции, расположенные в местах с большей плотностью расположения коммуникационных станций, главную узловую станцию, связанную с каждой узловой станцией рабочими радиальными волоконно-оптическими линиями связи, причем коммуникационные станции соединены последовательно волоконно-оптическими линиями связи, образуя множество последовательных цепей, дополнительно введены контрольная узловая станция, головные станции и конечные станции, при этом контрольная узловая станция связана с главной узловой станцией рабочей волоконно-оптической линией связи, узловые станции соединены между собой резервными волоконно-оптическими линиями связи, образуя кольцо верхнего уровня иерархии, контрольная узловая станция соединена с каждой узловой станцией резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи, а каждая головная станция и каждая конечная станция своими первыми входами подключены волоконно-оптическими линиями связи к соответствующим коммуникационным станциям последовательной цепи, а вторыми входами подключены волоконно-оптическими линиями связи к соответствующей узловой станции, образуя кольца нижнего уровня иерархии, при этом контрольная узловая станция и главная узловая станция территориально разнесены, а головные станции и конечные станции территориально объединены с соответствующей узловой станцией, при этом каждая головная станция содержит генератор тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии, а также отрезок волоконно-оптической линии связи, подключенный соответственно к первому и второму входам головной станции и связанный с выходом генератора тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии, а каждая конечная станция содержит блок приема тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии, а также электронно-оптический ключ, подключенный своими первым и вторым входами посредством отрезков волоконно-оптических линий связи соответственно к первому и второму входам конечной станции, при этом управляющий вход электронно-оптического ключа связан с выходом блока приема тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии, вход которого связан с отрезком волоконно-оптической линии связи, подключенным соответственно к первому входу конечной станции и к первому входу электронно-оптического ключа, при этом каждая узловая станция содержит блок приема тестового сигнала, блок формирования ответного тестового сигнала, блок приема команд управления резервными линиями, матрицу приоритетов включения резервных линий, а также блок включения резервных линий, при этом первый и второй выходы блока приема тестового сигнала связаны соответственно с входом блока формирования ответного тестового сигнала и первым входом матрицы приоритетов включения резервных линий, второй вход которой связан с выходом блока приема команд управления резервными линиями, а выход связан с входом блока включения резервных линий, при этом вход блока приема тестового сигнала, выход блока формирования ответного тестового сигнала, выход блока включения резервных линий, а также вход блока приема команд управления резервными линиями подключены к соответствующей интерфейсной шине, связанной с входами соответствующих узловых станций, подключенными соответственно к первым входам резервных радиальных волоконно-оптических линий связи, к первым входам рабочих радиальных волоконно-оптических линий связи и к резервным волоконно-оптическими линиями связи, соединяющим между собой узловые станции, при этом главная узловая станция содержит первый генератор тестового сигнала верхнего уровня иерархии, блок приема ответных тестовых сигналов, блок идентификации неисправной рабочей линии, а также блок команд управления резервными линиями, при этом блок приема ответных тестовых сигналов, блок идентификации неисправной рабочей линии, а также блок команд управления резервными линиями соединены последовательно, а выход первого генератора тестового сигнала верхнего уровня иерархии, вход блока приема ответных тестовых сигналов, а также выход блока команд управления резервными линиями подключены к интерфейсной шине, связанной с входами главной узловой станции, подключенными соответственно к вторым входам рабочих радиальных волоконно-оптических линий связи и к первому входу рабочей волоконно-оптической линии связи, при этом контрольная узловая станция содержит второй генератор тестового сигнала верхнего уровня иерархии, блок приема команд управления резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи, матрицу приоритетов включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи, а также блок включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи, при этом блок приема команд управления резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи, матрица приоритетов включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи, а также блок включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи соединены последовательно, а выход второго генератора тестового сигнала верхнего уровня иерархии, вход блока приема команд управления резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи, а также выход блока включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи подключены к соответствующей интерфейсной шине, связанной с входами контрольной узловой станции, подключенными соответственно к второму входу рабочей волоконно-оптической линии связи и к вторым входам резервных радиальных волоконно-оптических линий связи, при этом каждая узловая станция, главная узловая станция, а также контрольная узловая станция содержат блок приема спутниковых сигналов точного времени, каждый из которых связан с соответствующей интерфейсной шиной.

На фиг.1 представлена структурная схема многоуровневой распределенной волоконно-оптической системы связи.

На фиг.2 представлена структурная схема нижнего уровня иерархии многоуровневой распределенной волоконно-оптической системы связи.

На фиг.3 представлена структурная схема верхнего уровня иерархии многоуровневой распределенной волоконно-оптической системы связи.

На фиг.4…фиг.6 показаны матрицы приоритетов включения резервных линий 25 узловых станций 1-1…1-3.

На фиг.7…фиг.9 показаны матрицы приоритетов включения резервных линий 25 узловых станций 1-4…1-6.

На фиг.10 показана матрица приоритетов включения резервных радиальных ВОЛС 35 контрольной узловой станции 5.

На фиг.11, фиг.12 и фиг.13 показано включение резервных линий при выходе из строя рабочих радиальных ВОЛС 4.1…4.3.

Описание многоуровневой распределенной волоконно-оптической системы связи приведено, например, для шести узловых станций применительно для Астраханского газоконденсатного месторождения, возможно также и другое количество узловых станций.

1. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи, содержащая узловые станции 1-1…1-6, расположенные в местах с большей плотностью расположения коммуникационных станций 2, главную узловую станцию 3, связанную с каждой узловой станцией 1-1…1-6 рабочими радиальными волоконно-оптическими линиями связи 4.1…4.6, причем коммуникационные станции 2 соединены последовательно волоконно-оптическими линиями связи, образуя множество последовательных цепей, отличается тем, что в систему дополнительно введены контрольная узловая станция 5, головные станции 6 и конечные станции 7, при этом контрольная узловая станция 5 связана с главной узловой станцией 3 рабочей волоконно-оптической линией связи 8, узловые станции 1-1…1-6 соединены между собой резервными волоконно-оптическими линиями связи 9.1…9.6, образуя кольцо верхнего уровня иерархии, контрольная узловая станция 5 соединена с каждой узловой станцией 1-1…1-6 резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи 10.1…10.6, а каждая головная станция 6 и каждая конечная станция 7 своими первыми входами подключены волоконно-оптическими линиями связи к соответствующим коммуникационным станциям последовательной цепи, а вторыми входами подключены волоконно-оптическими линиями связи к соответствующей узловой станции 1-1…1-6, образуя кольца нижнего уровня иерархии, при этом контрольная узловая станция 5 и главная узловая станция 3 территориально разнесены, а головные станции 6 и конечные станции 7 территориально объединены с соответствующей узловой станцией 1-1…1-6.

2. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.1 отличается тем, что каждая головная станция 6 содержит генератор тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии 11, а также отрезок волоконно-оптической линии связи, подключенный соответственно к первому 12 и второму 13 входам головной станции 6 и связанный с выходом генератора тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии 11, а каждая конечная станция 7 содержит блок приема тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии, а также электронно-оптический ключ 15, подключенный своими первым 16 и вторым 17 входами посредством отрезков волоконно-оптических линий связи 18 и 19 соответственно к первому 20 и второму 21 входам конечной станции 7, при этом управляющий вход электронно-оптического ключа 15 связан с выходом блока приема тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии 14, вход которого связан с отрезком волоконно-оптической линии связи 18, подключенным соответственно к первому входу 20 конечной станции 7 и к первому входу 16 электронно-оптического ключа 15.

3. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.2 отличается тем, что каждая узловая станция содержит блок приема тестового сигнала 22, блок формирования ответного тестового сигнала 23, блок приема команд управления резервными линиями 24, матрицу приоритетов включения резервных линий 25, а также блок включения резервных линий 26, при этом первый и второй выходы блока приема тестового сигнала 22 связаны соответственно с входом блока формирования ответного тестового сигнала 23 и первым входом матрицы приоритетов включения резервных линий 25, второй вход которой связан с выходом блока приема команд управления резервными линиями 24, а выход связан с входом блока включения резервных линий 26, при этом вход блока приема тестового сигнала 22, выход блока формирования ответного тестового сигнала 23, выход блока включения резервных линий 26, а также вход блока приема команд управления резервными линиями 24 подключены к соответствующей интерфейсной шине 27, связанной с входами 1-1-3…1-6-3, 1-1-1…1-6-1, 1-1-2…1-6-2 и 1-1-4…1-6-4 соответствующих узловых станций 1-1…1-6, подключенными соответственно к первым входам резервных радиальных волоконно-оптических линий связи 10.1…10.6, к первым входам рабочих радиальных волоконно-оптических линий связи 4.1…4.6 и к резервным волоконно-оптическими линиями связи 9.1…9.6, соединяющим между собой узловые станции 1-1…1-6.

4. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.3 отличается тем, что главная узловая станция 3 содержит первый генератор тестового сигнала верхнего уровня иерархии 28, блок приема ответных тестовых сигналов 28, блок идентификации неисправной рабочей линии 30, а также блок команд управления резервными линиями 31, при этом блок приема ответных тестовых сигналов 29, блок идентификации неисправной рабочей линии 30, а также блок команд управления резервными линиями 31 соединены последовательно, а выход первого генератора тестового сигнала верхнего уровня иерархии 28, вход блока приема ответных тестовых сигналов 29, а также выход блока команд управления резервными линиями 31 подключены к интерфейсной шине 32, связанной с входами 3.1…3.7 главной узловой станции 3, подключенными соответственно к вторым входам рабочих радиальных волоконно-оптических линий связи 4.1…4.6 и к первому входу рабочей волоконно-оптической линии связи 8.

5. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.4 отличается тем, что контрольная узловая станция 5 содержит второй генератор тестового сигнала верхнего уровня иерархии 33, блок приема команд управления резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи 34, матрицу приоритетов включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи 35, а также блок включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи 36, при этом блок приема команд управления резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи 34, матрица приоритетов включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи 35, а также блок включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи 36 соединены последовательно, а выход второго генератора тестового сигнала верхнего уровня иерархии 33, вход блока приема команд управления резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи 34, а также выход блока включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи 36 подключены к соответствующей интерфейсной шине 37, связанной с входами 5.7, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5 и 5.6 контрольной узловой станции 5, подключенными соответственно к второму входу рабочей волоконно-оптической линии связи 8 и к вторым входам резервных радиальных волоконно-оптических линий связи 10.1…10.6.

6. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.5 отличается тем, что каждая узловая станция 1-1…1-6, главная узловая станция 3, а также контрольная узловая станция 5 содержат блок приема спутниковых сигналов точного времени 38, каждый из которых связан с соответствующей интерфейсной шиной.

Система работает следующим образом.

К узловым станциям 1-1…1-6 подключено N последовательных цепей коммуникационных станций 2, например скважин газоконденсатного месторождения, каждая из которых содержит головную станция 6 и конечную станцию 7 связанные с соответствующей узловой станцией 1-1…1-6, образуя кольца нижнего уровня иерархии от одного до N (1…N). Количество коммуникационных станций 2 в каждом кольце нижнего уровня иерархии 1…N может колебаться и достигать десятки скважин. Количество колец нижнего уровня иерархии, подключаемых к каждой узловой станции, может достигать десятки колец.

Протяженность колец нижнего уровня иерархии и расстояние между узловыми станциями может достигать десятки километров.

Каждая коммуникационная станция 2 содержит, например, локальную автоматизированную систему управления технологическим процессом скважины - АСУ ТП нижнего уровня иерархии, входные и выходные технологические параметры которых по волоконно-оптическим линиям связи поступают на соответствующую узловую станцию 1-1…1-6. К каждой узловой станции подключена, например, автоматизированная система управления технологическим процессом соответствующей узловой станции 1-1…1-6 - АСУ ТП верхнего уровня иерархии, которая осуществляет автоматическое управление процессом подготовки газожидкостных потоков от коммуникационных станций 2 - скважин, входящих в соответствующие кольца нижнего уровня иерархии многоуровневой распределенной волоконно-оптической системы связи. Потоки от скважин объединяются и транспортируются по магистральному трубопроводу для переработки. Контроль и управление этими потоками осуществляется, например, от АСУ ТП этого уровня, подключенной к главной узловой станции 3 и контрольной узловой станции 5.

Связь между объектами в многоуровневой распределенной волоконно-оптической системе связи построена на базе стандарта Ethernet.

В исходном состоянии, когда последовательное соединение коммуникационных станций 2 не нарушено, тестовый сигнал, содержащий идентификационный код соответствующего кольца нижнего уровня иерархии от генератора 11, связанного например, с помощью электрооптического преобразователя с отрезком волоконно-оптической линии связи, подключенным соответственно к первому 12 и второму 13 входам головной станции 6, через последовательно соединенные коммуникационные станции 2, первый вход 20 конечной станции 7, отрезок ВОЛС 18, связанный с ним, например, оптико-электронный преобразователь поступает на вход блока приема тестового сигнала 14, сигнал, с выхода которого поступает на вход электронно-оптического ключа, удерживает его в выключенном состоянии и обмен технологической информацией между соответствующей узловой станцией 1-1…1-6 и последовательно соединенными коммуникационными станциями 2 осуществляется через головную станцию 6.

При обрыве одной из приемо-передающей ВОЛС, связывающей соседние коммуникационные станции 2, тестовый сигнал на входе блока приема тестового сигнала 14 отсутствует, и электронно-оптический ключ 15 включается, при этом первый вход 20 соединяется с вторым входом 21 конечной станции 7. В этом случае кольцо разрывается на две последовательные цепи коммуникационных станций, одна из которых продолжает осуществлять обмен информацией коммуникационных станций 2 с узловой станцией 1 через головную станцию 6, а вторая осуществляет обмен информацией с соответствующей узловой станцией 1-1…1-6 через замкнутую с помощью электронно-оптического ключа 15 волоконно-оптическую линию связи конечной станции 7, при этом территориальное объединение головной станции 6 и конечной станции 7 с соответствующей узловой станцией 1-1…1-6 обеспечивает надежное резервирование обмена информацией при обрыве любой ВОЛС, соединяющей соседние коммуникационные станции, не прибегая к дублированной ВОЛС между коммуникационными станциями 2, что при больших расстояниях между коммуникационными станциями 2 позволяет существенно сократить протяженность ВОЛС, соединяющих коммуникационные станции 2.

К главной узловой станции 3 и контрольной узловой станции 5 подключена, например, соответствующая автоматизированная система управления технологическим процессом - АСУ ТП уровня диспетчерских многоуровневой распределенной волоконно-оптической системы связи, которая осуществляет автоматическое управление процессом объединения газожидкостных потоков от узловых станций 1-1…1-6 в несколько магистральных потоков для транспортирования их на переработку.

Координация работы узловых станций 1-1…1-6 с целью обеспечения подачи стабильного количества сырья на переработку осуществляется от главной узловой станции 3 по рабочим радиальным ВОЛС 4.1, 4.2, 4.3 4.4, 4.5 и 4.6.

В рабочем состоянии, когда рабочие радиальные ВОЛС не нарушены, тестовый сигнал, содержащий идентификационный код главной узловой станции 3, от первого генератора тестового сигнала верхнего уровня иерархии 28 по интерфейсной шине 32 и связанный с этой шиной, например приемо-передающий электронно-оптический преобразователь, поступает на входы 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 и 3.6 главной узловой станции 3. Этот сигнал по рабочим радиальным ВОЛС 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 и 4.6. поступает на входы 1-1-1, 1-2-1, 1-3-1, 1-4-1, 1-5-1 и 1-6-1, и далее по интерфейсной шине 27, в каждой узловой станции 1-1…1-6, поступает на вход блока приема тестового сигнала 22, который запускает блок формирования ответного тестового сигнала 23, при этом тестовый сигнал удерживает матрицу приоритетов включения резервных линий 25 в выключенном состоянии, и на выходе блоков 26 отсутствует сигнал включения резервных линий соответствующей узловой станции 1-1…1-6.

Ответные тестовые сигналы узловых станций содержат идентификационный код соответствующей узловой станции 1-1…1-6 и с выхода блока 23 через интерфейсную шину 27 поступают по рабочим радиальным ВОЛС 4.1, 4.2, 4.3 4.4, 4.5 и 4.6 на соответствующие входы главной узловой станции 3 и далее через интерфейсную шину 32 на вход блока приема ответных тестовых сигналов 29, который последовательно соединен с блоком идентификации неисправной рабочей линии 30, а также с блоком команд управления резервных линий 31.

Блок идентификации неисправной рабочей линии 30 содержит, например, блок памяти идентификационных кодов узловых станций 1-1…1-6, идентификационный код главной узловой станции 3, а также идентификационный код контрольной узловой станции 5, коды которых сравниваются с кодами ответных тестовых сигналов и при наличии ответных тестовых сигналов от всех шести узловых станций 1-1…1-6 на выходе блока 31 отсутствуют команды управления резервными линиями, при этом на входе блоков 24 каждой узловой станции 1-1…1-6 и входе блока приема команд управления резервными радиальными ВОЛС 34 контрольных узловых станций 5 также отсутствуют команды управления резервными линиями, матрицы приоритетов включения резервных линий 25 соответствующих узловых станций 1-1…1-6 и матрицы приоритетов включения резервных радиальных ВОЛС 35 контрольных узловых станций 5 выключены, и на выходе блоков 26 узловых станций, а также блока 36 контрольной узловой станции 5 отсутствуют команды включения резервных ВОЛС.

При аварии, например при обрыве рабочей радиальной ВОЛС 4.1 тестовый сигнал от первого генератора тестового сигнала верхнего уровня иерархии 28 по интерфейсной шине 32 и связанный с этой шиной, электронно-оптический преобразователь поступает на входы 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 и 3.6 главной узловой станции 3. Далее этот сигнал по рабочим радиальным ВОЛС 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 и 4.6, входы 1-2-1, 1-3-1, 1-4-1, 1-5-1 и 1-6-1, интерфейсные шины 27, вход блока приема тестового сигнала 22 запускает блок формирования ответного тестового сигнала 22 только узловых станций 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 и 1-6, при этом на выходе блока 23 узловой станции 1-1 ответный тестовый сигнал отсутствует.

При отсутствии ответного тестового сигнала от узловой станции 1-1, в блоке 30 главной узловой станции 3 происходит идентификация этой неисправной рабочей радиальной ВОЛС и на выходе блока 31 формируются команды управления резервными линиями, которые через блоки 24 соответствующих узловых станций 1-2…1-6, а также блок 34 контрольной узловой станции 5 поступает на вход соответствующих матриц приоритетов включения резервных линий 25 узловых станций 1-2…1-6 и на вход матрицы приоритетов включения резервных радиальных ВОЛС 35 контрольной узловой станции 5.

Отсутствие команды управления резервными линия на входе блока 24 и на выходе блока 22 переводит матрицу приоритетов включения резервных линий 25 узловой станции 1-1 в режим автоматического переключения, например включается тактовый генератор, который управляет работой регистра сдвига, последовательно подключающего в узловой станции 1-1 вход 1-1-3 к резервной радиальной ВОЛС 10.1, вход 1-1-4 к резервной ВОЛС 9.1 и вход 1-1-2 к резервной ВОЛС 9.6.

Тактовый генератор синхронизирован от спутниковой системы 38 и работает в режиме реального времени.

Одновременно с этим по командам от блока 31 главной узловой станции 3 подключается вход 5.1 к резервной радиальной ВОЛС 10.1 и в случае ее исправности сигнал от второго генератора тестового сигнала верхнего уровня иерархии 33 через интерфейсную шину 37 контрольной узловой станции 5, ВОЛС 10.1, интерфейсную шину 27 узловой станции 1-11 поступает на вход блока приема тестового сигнала 22, и на выходе блока 23 формируется ответный тестовый сигнал. В блоке 30 главной узловой станции 3 идентифицируется восстановление связи с узловой станцией 1-1 и в блоке 31 формируются соответствующие команды управления, которые останавливают матрицу 25 в узловой станции 1-1 в состоянии, когда вход 1-1-3 узловой станции 1-1 подключен к первому входу работоспособной резервной радиальной ВОЛС 10.1, и останавливают матрицу 35 в контрольной узловой станции 5 в состоянии, когда вход 5.1 контрольной узловой станции 1-5 подключен к второму входу работоспособной резервной радиальной ВОЛС 10.1.

В случае неисправной по каким-либо причинам резервной радиальной ВОЛС 10.1 поиск работоспособной резервной линии продолжается, при этом матрица приоритетов включения резервных линий 25 узловой станции 1-1 переходит на следующий такт, при котором в узловой станции 1-1 вход 1-1-4 подключается к резервной ВОЛС 9.1, а по команде от блока 31 по рабочей радиальной ВОЛС матрица 25 узловой станции 1-2 через блок включения резервных линий 26 подключает к входу 1-2-1 узловой станции 1-2 резервную ВОЛС 9.1.

В случае неисправной по каким-либо причинам резервной радиальной ВОЛС 9.1 поиск работоспособной резервной линии продолжается, при этом матрица приоритетов включения резервных линий 25 узловой станции 1-1 переходит на следующий такт, при котором в узловой станции 1-1 вход 1-1-2 подключается к резервной ВОЛС 9.6, а по команде от блока команд управления резервными линиями 31 по рабочей радиальной ВОЛС 4.6 матрица 25 узловой станции 1-6 через блок включения резервных линий 26 подключает к входу 1-6-4 узловой станции 1-6 резервную ВОЛС 9.6, при этом главная узловая станция 3 и контрольная узловая станция территориально разнесены и составляют несколько километров, что существенно снижает при аварийных ситуациях вероятность одновременного выхода из строя рабочих радиальных ВОЛС 4.1…4.6 и резервных радиальных ВОЛС 10.1…10.6, что также повышает надежность работы системы.

Матрицы приоритетов включения резервных линий 25 узловых станций и матрица приоритетов включения резервных радиальных ВОЛС 35 синхронизированы от спутниковой системы 38 и работают в режиме реального времени, что обеспечивает высокую скорость поиска и восстановления вышедшей из строя ВОЛС.

Аналогично система работает в случае выхода из строя рабочих радиальных ВОЛС 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 и 4.6.

Второй генератор тестового сигнала верхнего уровня иерархии 34 содержит идентификационный код контрольной узловой станции 5, который при подключении одной из резервной радиальной ВОЛС 10.1…10.6 поступает в блок приема тестового сигнала 22 и в ответном тестовом сигнале соответствующей узловой станции формируется идентификационный код контрольной узловой станции 5, свидетельствующий, что обмен информацией осуществляется по соответствующей резервной ВОЛС.

Возможны и другие сценарии развития аварийных ситуаций на промысле, которые также не приведут к потере связи между объектами системы, при этом система обеспечивает возможность организации управления промысловым оборудованием как с главной узловой станции, так и с контрольной узловой станции, а также с любой из узловых станций.

Состояние ВОЛС идентифицированное в блоке 30 главной узловой станции 3, хранится, например, в блоке памяти главной узловой станции, к которой, например, подключают автоматизированное рабочее место оператора. Оператор на основании информации о состоянии волоконно-оптических линий связи системы выдает задания на ремонт вышедших из строя ВОЛС.

Таким образом, многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи обеспечивает надежное бесперебойное, высокоскоростное управление технологическим оборудованием и отвечают требованиям безопасности для опасных технологических процессов добычи и транспортировки газоконденсатной смеси для ее переработки.

В многоуровневой распределенной волоконно-оптической системе связи главная узловая станция и контрольная узловая станция могут быть выполнены на Ethernet коммутаторах OmniSwitch серии 7000 производителя Alcatel, узловые станций могут быть выполнены с применением Ethernet коммутаторов МАСН серии 4000 производителя Hirschmann, головные станции и конечные станции колец нижнего уровня иерархии могут быть выполнены с применением Ethernet коммутаторов RS20 с соответствующим программным обеспечением производителя Hirschmann, в качестве коммуникационных станций применены Ethernet коммутаторы MS20 производителя Hirschmann, а линии связи могут быть реализованы с применением волоконно-оптического кабеля Corning ADSS марки A-D (T) 2Y Е9/125. В системе в качестве программно-технических средств для контроля и управления технологическим процессом могут быть применены программируемые логические контроллеры (ПЛК) Quantum производителя Schneider Electric и компьютерное оборудование (сервера и рабочие станции) производителя SUN Microsystems, с соответствующим программным обеспечением.

Изобретение относится к многоуровневым распределенным волоконно-оптическим системам связи (ВОЛС), предназначенным для автоматизированных систем управления опасными технологическими объектами. Технический результат состоит в создании надежной многоуровневой распределенной ВОЛС. Для этого создается система, в которой при различном развитии нештатных ситуаций на промысле, приводящих к нарушению связи, автоматически восстанавливается связь между технологическими объектами нижнего уровня иерархии системы, а также осуществляется автоматический переход на резервные радиальные и резервные кольцевые ВОЛС, что не приводит к потере связи между объектами системы, при этом система обеспечивает возможность организации управления промысловым оборудованием как с главной узловой станции, так и с контрольной узловой станции, а также с любой из узловых станций. В системе осуществляется идентификация неисправных линий связи, на основании которой осуществляется ремонт вышедших из строя ВОЛС. Многоуровневая распределенная ВОЛС обеспечивает надежное, бесперебойное, высокоскоростное управление технологическим оборудованием и отвечает требованиям безопасности для опасных технологических процессов добычи и транспортировки газоконденсатной смеси для ее переработки. 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи, содержащая узловые станции, расположенные в местах с большей плотностью расположения коммуникационных станций, главную узловую станцию, связанную с каждой узловой станцией рабочими радиальными волоконно-оптическими линиями связи, причем коммуникационные станции соединены последовательно волоконно-оптическими линиями связи, образуя множество последовательных цепей, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены контрольная узловая станция, головные станции и конечные станции, при этом контрольная узловая станция связана с главной узловой станцией рабочей волоконно-оптической линией связи, узловые станции соединены между собой резервными волоконно-оптическими линиями связи, образуя кольцо верхнего уровня иерархии, контрольная узловая станция соединена с каждой узловой станцией резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи, а каждая головная станция и каждая конечная станция своими первыми входами подключены волоконно-оптическими линиями связи к соответствующим коммуникационным станциям последовательной цепи, а вторыми входами подключены волоконно-оптическими линиями связи к соответствующей узловой станции, образуя кольца нижнего уровня иерархии, при этом контрольная узловая станция и главная узловая станция территориально разнесены, а головные станции и конечные станции территориально объединены с соответствующей узловой станцией.

2. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.1, отличающаяся тем, что каждая головная станция содержит генератор тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии, а также отрезок волоконно-оптической линии связи, подключенный соответственно к первому и второму входам головной станции и связанный с выходом генератора тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии, а каждая конечная станция содержит блок приема тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии, а также электронно-оптический ключ, подключенный своими первым и вторым входами посредством отрезков волоконно-оптических линий связи соответственно к первому и второму входам конечной станции, при этом управляющий вход электронно-оптического ключа связан с выходом блока приема тестового сигнала соответствующего кольца нижнего уровня иерархии, вход которого связан с отрезком волоконно-оптической линии связи, подключенным соответственно к первому входу конечной станции и к первому входу электронно-оптического ключа.

3. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.2, отличающаяся тем, что каждая узловая станция содержит блок приема тестового сигнала, блок формирования ответного тестового сигнала, блок приема команд управления резервными линиями, матрицу приоритетов включения резервных линий, а также блок включения резервных линий, при этом первый и второй выходы блока приема тестового сигнала связаны соответственно с входом блока формирования ответного тестового сигнала и первым входом матрицы приоритетов включения резервных линий, второй вход которой связан с выходом блока приема команд управления резервными линиями, а выход связан с входом блока включения резервных линий, при этом вход блока приема тестового сигнала, выход блока формирования ответного тестового сигнала, выход блока включения резервных линий, а также вход блока приема команд управления резервными линиями подключены к соответствующей интерфейсной шине, связанной с входами соответствующих узловых станций, подключенными соответственно к первым входам резервных радиальных волоконно-оптических линий связи, к первым входам рабочих радиальных волоконно-оптических линий связи и к резервным волоконно-оптическими линиями связи, соединяющим между собой узловые станции.

4. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.3, отличающаяся тем, что главная узловая станция содержит первый генератор тестового сигнала верхнего уровня иерархии, блок приема ответных тестовых сигналов, блок идентификации неисправной рабочей линии, а также блок команд управления резервными линиями, при этом блок приема ответных тестовых сигналов, блок идентификации неисправной рабочей линии, а также блок команд управления резервными линиями соединены последовательно, а выход первого генератора тестового сигнала верхнего уровня иерархии, вход блока приема ответных тестовых сигналов, а также выход блока команд управления резервными линиями подключены к интерфейсной шине, связанной с входами главной узловой станции, подключенными соответственно к вторым входам рабочих радиальных волоконно-оптических линий связи и к первому входу рабочей волоконно-оптической линии связи.

5. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.4, отличающаяся тем, что контрольная узловая станция содержит второй генератор тестового сигнала верхнего уровня иерархии, блок приема команд управления резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи, матрицу приоритетов включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи, а также блок включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи, при этом блок приема команд управления резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи, матрица приоритетов включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи, а также блок включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи соединены последовательно, а выход второго генератора тестового сигнала верхнего уровня иерархии, вход блока приема команд управления резервными радиальными волоконно-оптическими линиями связи, а также выход блока включения резервных радиальных волоконно-оптических линий связи подключены к соответствующей интерфейсной шине, связанной с входами контрольной узловой станции, подключенными соответственно к второму входу рабочей волоконно-оптической линии связи и к вторым входам резервных радиальных волоконно-оптических линий связи.

6. Многоуровневая распределенная волоконно-оптическая система связи по п.5, отличающаяся тем, что каждая узловая станция, главная узловая станция, а также контрольная узловая станция содержат блок приема спутниковых сигналов точного времени, каждый из которых связан с соответствующей интерфейсной шиной.