Introduction
Reliable and Low-cost SCADA-RTU Communications Using GPRS and Dynamic IP
This application note provides an overview of communications between remote terminal units (RTUs) and supervisory control and data acquisition (SCADA) systems. In addition to covering the General Packet Radio
The cost reduction achieved by using GPRSService (GPRS) telemetry communications link between Yokogawa's STARDOM FCN/FCJ intelligent RTUs and FAST/TOOLS SCADA package, this document discusses the following:
- Support of various internet service provider (ISP) configurations
- The failover communications capability of GPRS
Expected Benefits
- Reduction of initial costs by using commercial off-the-shelf (COTS) network components
- Reduction of communications costs by reducing the number of data packets
Background
Remote data monitoring is required in many industries and applications such as oil & gas, power, waste water treatment, and environmental monitoring. In these applications, a fairly large number of RTUs in remote and/or hazardous locations collect data from devices and send log data and alarms to a SCADA terminal in a central control room (CCR). Telemetry devices installed between the RTUs and the SCADA system send and receive the data. Some big concerns about using telemetry are cost (initial expenditure and communications fees) and communications stability. As the IT network infrastructure improves in remote areas, commodity network infrastructure can be more readily used in telemetry applications, reducing initial startup costs and affording relatively stable communications.
Cost Reduction by Using GPRS
Conventional telephone lines are billed per minute of connection time regardless of whether data is actually sent. On the other hand, when using the GPRS mobile data service on a Global System for Mobile Communications (GSM) system, billing is based on the number of communication packets and is independent of connection time. To make the most of the advantages of GPRS, Yokogawa's STARDOM FCN/FCJ intelligent RTUs and FAST/TOOLS SCADA package have several functions that reduce the number of packets that must be sent. This dramatically lowers communication fees while no concessions are made in response time (e.g. for alarming). In a recent project, this succeeded in reducing the number of packets by 80%.
System Configuration
Note: Transfer rates of GPRS are theoretically up to 171.2kbps. However, transfer rates of between 30-50 kbps are common because they are depend on several factors such as distance to the base transfer station (BTS) and numbers of users in the same area.
Report by Exception
The amount of log data on an RTU would be huge if all data were stored. To reduce the amount of stored data, the FCN/FCJ logs only the data that has changed since the last time stamp. FAST/ TOOLS periodically monitors for changed data on the FCN/FCJ and acquires the log data only in situations such as when there is some change in the data, an alarm occurs, or the refresh button is pressed by the operator. When FAST/TOOLS reads the log data, it is timestamped and merged into its trend data buffer to ensure a seamless trend data graph, even if the network fails and needs to be recovered.
Support of Various ISP Configuration
The FCN/FCJ RTUs can connect to the GPRS/GSM networks provided by ISPs. Though the types of services vary according to country and region, ISPs typically perform internet protocol (IP) address assignment.
IP Address
An IP address is a unique address that is assigned to devices so that they can identify and communicate with each other on a network. There are two types of IP addresses: a static IP address, which is a unique and fixed IP address on a network, and a dynamic IP address, which is assigned by means of the Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) every time a device starts.
RTU and SCADA Communication Using a Static IP Address
An RTU and a SCADA send and receive data based on a statc IP address.
Static IP address
A SCADA station acquires log data from an RTU by using static IP address.
RTU and SCADA Communication Using a Dynamic IP Address
The use of a dynamic IP address is often necessary if an ISP does not provide a static IP address service or if the cost of a static IP address service is much higher than a dynamic IP, making the provision of a static IP to every RTU commercially unfeasible. In this case, the Dynamic Domain Name System (DDNS) is required to convert the host name to a dynamic IP address so that the RTUs and SCADA can communicate with each other using a fixed host name. Even if a local provider cannot provide DDNS service, FAST/TOOLS and the FCN/FCJ RTU can communicate with each other via a DDNS server that is located in the same computer room as the FAST/TOOLS system. The FCN/FCJ RTU autonomously sends its own host name and IP address to the DDNS server, which has a fixed IP address, and then the DDNS manages the FCN/FCJ RTU's host name and IP address.
Dynamic IP address
A SCADA station acquires log data from an RTU by using fixed host name.
Failover Communication of GPRS
As you may already know, GSM cellular phone networks can be affected by weather conditions or electrical interference, and in the worst case, communications can be lost. In the same way, a GPRS link over a GSM network connecting a SCADA system to RTUs can be cut at any time. However, the FCN/FCJ RTUs can automatically reestablish the communications link if this occurs.
Reconnection by Monitoring Point-to-Point (PPP) Status
The FCN/FCJ intelligent RTUs establish a connection with the GPRS network using an embedded PPP protocol. If the PPP communications link is lost, the FCN/FCJ RTUs monitor the PPP status and at regular intervals attempt to re-establish the connection with the GPRS network. With this function, the connection between FAST/TOOLS and the FCN/FCJ RTUs is guaranteed. This, combined with the system's capability to keep a log, ensures that data is never lost: FAST/TOOLS will automatically "catch-up" as soon as a communications link is reestablished.
Conclusion
SCADA telemetry systems used in oil & gas, environment monitoring, and water distribution applications have to be capable of covering a wide area and functioning under harsh conditions, and must be at the same time affordable and inexpensive to operate. With its FAST/TOOL SCADA package and FCN/FCJ intelligent RTUs, Yokogawa is helping its customers improve cost competitiveness and improve quality.
Additional Industries: Environment Monitoring
Industrias
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Agua y agua residual
Yokogawa ha estado suministrando soluciones de control para la producción hídrica sostenible desarrollando tecnología con mayor eficiencia energética, ayudando a reducir la huella de carbono de las operaciones y fabricando productos de gran solidez que protegen el ambiente contra los contaminantes. Con nuestra tecnología de vanguardia y amplios conocimientos de las aplicaciones, trabajamos con usted para proveer soluciones hídricas sostenibles que impulsen su negocio y agreguen alto valor a lo largo del ciclo de vida de la planta. Nuestra tecnología y nuestros productos mejoran el desempeño de las plantas y garantiza que puedan operar competitivamente en los mercados del agua de hoy, así como reducir sus costos operativos. Yokogawa brinda apoyo en una amplia gama de aplicaciones para el control del agua en los mercados del agua tanto públicos como privados.
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Altamar (FPSO, FSRU y FLNG)
La exploración y producción en altamar requiere máximo tiempo de funcionamiento en condiciones muy duras. Las instalaciones tripuladas y no tripuladas necesitan sistemas integrados de control y seguridad (ICSS) fiables con capacidades avanzadas de monitorización remota. Yokogawa cuenta con tecnología de última generación y una amplia experiencia en la ejecución de proyectos en altamar de todos los tamaños y niveles de automatización de complejidad.
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Bocas de pozo y separación
La boca de pozo proporciona la interfaz estructural y la presión que contiene para el equipo de perforación y producción. El control de la presión superficial es proporcionado por un ensamble de válvulas con medidores y obturadores (árbol de Navidad), que se instala en la parte superior de la boca de pozo. Las válvulas de aislamiento y los equipos de obstrucción controlan físicamente el flujo de los fluidos del pozo cuando el pozo está en producción. Varios paquetes de automatización se añaden al monitor local o remoto, controlan y optimizan la producción de cada pozo o almohadilla de múltiples pocillos. Los separadores de campos petroleros emplean un recipiente a presión para separar así los fluidos producidos en los pozos de petróleo y gas en componentes gaseosos y líquidos que se transfieren a continuación a las tuberías o almacenamiento localizados en función de la infraestructura de las zonas.
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En cubierta
Al igual que su equivalente en tierra, el procesamiento y manejo en cubierta en las plataformas de producción preparan hidrocarburos extraídos para transportación. Yokogawa ofrece soluciones de control integrado y de monitoreo que maximizan la productividad y la disponibilidad de las operaciones en cubierta.
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Energía
A mediados de la década de 1970, Yokogawa inició su participación en el negocio de la energía con el lanzamiento del Sistema de control eléctrico EBS. Desde entonces, Yokogawa ha continuado firmemente con el desarrollo de nuestras tecnologías y capacidades para proveer los mejores servicios y soluciones a nuestros clientes en todo el mundo.
Yokogawa ha operado la red de soluciones de energía globales para jugar un papel más activo en el dinámico mercado de energía global. Esto ha hecho un posible un trabajo en equipo más unido dentro de Yokogawa, el cual conjunta nuestros recursos globales y nuestra especialización en la industria. Los expertos en el sector de energía de Yokogawa trabajan juntos para brindar a cada cliente la solución que se adapta mejor a sus requerimientos sofisticados.
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Exploración, desarrollo y producción
La industria de exploración, desarrollo y producción incluye actividades en altamar y terrestres, como la automatización de bocas de pozo, el fraccionamiento, la terminación y la separación para recuperar y preparar petróleo crudo y gas natural subterráneos o submarinos.
A medida que el petróleo es llevado a la superficie, debe ser separado antes de su transportación. Las etapas de separación primaria y secundaria distribuyen comúnmente el flujo de gas, el flujo de agua y el flujo de aceite en tres fases. El movimiento del gas requiere ductos y puede incluir un procedimiento de fraccionamiento en la etapa de exploración, desarrollo y producción antes de su desplazamiento. Los líquidos se pueden colocar en tanques o tuberías y ser enviados para su procesamiento, que requieren mediciones de nivel precisas.
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Perforación
La perforación no convencional en la actualidad se usa comúnmente en la extracción de petróleo y gas natural. Hay un número creciente de programas de perforación de tipo multipaneles en varios sitios de perforación. Diferentes técnicas de perforación se utilizan para disminuir el tiempo de perforación, reducir el impacto ambiental y mejorar la recuperación inicial y estimada.
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Petróleo y gas
Yokogawa posee un caudal de experiencia en cada parte del negocio del petróleo y el gas, desde instalaciones en altamar y terrestres hasta ductos, terminales y operaciones en aguas profundas. Proveemos soluciones que mejoran la seguridad, garantizan una operación precisa y confiable y aumentan la eficiencia de la planta.
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Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO)
La unidad de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) es una planta de producción flotante en altamar que almacena tanto el equipo de procesamiento como los hidrocarburos producidos. Las unidades de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) son utilizadas por las compañías petroleras para lograr que sea económicamente viable producir petróleo en zonas remotas y en aguas más profundas.
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Terrestre
La industria de exploración, desarrollo y producción terrestre se enfrenta a exigencias cada vez más altas y mayores desafíos con entornos cada vez más difíciles y hostiles en las que debe funcionar.
A medida que las oportunidades de los recursos de gas natural no convencionales, en particular el gas de esquisto, están creciendo en América del Norte, la solución total de Yokogawa juega un papel importante al ayudar a los clientes a satisfacer los desafíos de reducir tanto el CAPEX como el OPEX, mientras que las tecnologías integradas mejoradas aumentan la producción. Nuestra experiencia global y local constituye la base de nuestras soluciones totales únicas para satisfacer las necesidades de esta industria. Con expertos en exploración, desarrollo y producción terrestre que trabajan en oficinas por todo el mundo, ofrecemos un soporte rápido y extenso para satisfacer las demandas de nuestros clientes.
Productos y Soluciones Relacionadas
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FAST/TOOLS
Empezó como un proyecto de Sistema Flexible de Técnicas Avanzadas (FAST), el FAST/TOOLS hoy en día es un paquete completo y totalmente integrado de aplicaciones SCADA. Potente y flexible, el FAST/TOOLS sirve en instalaciones que van desde procesos unitarios de 50 puntos a multimillonarios puntos de producción offshore y sistemas tuberías que se extienden a lo largo de miles de millas.
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FCJ All-in-one PLC/RTU
The brick type model FCJ autonomous controller fulfills the basic requirements of the utility control. It also provides the reliability for the SCADA communication with network redundant capability.
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