Лого Сделано у нас
25

Национальная платформа промышленной автоматизации

В начале октября на Инвестиционном форуме в Новосибирске бизнес-общественности был представлен проект «Национальная платформа промышленной автоматизации» , разработанный в новосибирском Академпарке и предполагающий независимую от импортного оборудования автоматизацию теплоэнергетического комплекса России (ТЭК) и нефтегазовой отрасли. Проект был разработан рядом отечественных производителей на базе уже существующих разработок (многие из которых уже внедряются на объектах энергетики в России и за рубежом) при поддержке государственных структур (операторами проекта являются Технопарк Новосибирского Академгородка", инновационный кластер информационных и биофармацевтических технологий Новосибирской области и ГАУ НСО «АРИС» при поддержке Министерства экономического развития РФ, полномочного Представителя Президента России в Сибирском федеральном округе, Правительства Новосибирской области и мэрии г.Новосибирска). Проект выполняется опытной командой специалистов, имеющих высокие профессиональные навыки разработки и производства высокотехнологичной продукции.

«Мы рассчитываем, что этот проект реализуем за три года, потенциальный рынок — порядка 100 млрд рублей на территории Российской Федерации и около 200 млрд долларов — в мире, и мы тоже на этот рынок претендуем», — сказал в своём программном докладе руководитель проекта Михаил Камаев.

В энергетической стратегии России до 2030 года одной из приоритетных задач названа трансформация и развитие ЕЭС России на основе интеллектуальных электрических сетей переменного и постоянного тока и совершенствование противоаварийного управления, что невозможно без автоматизации объектов энергетики на всех уровнях. Сегодня в России автоматизировано не более 50% электростанций, около 50% объектов энергетики не соответствуют требованиям пятого технологического уклада и находятся на уровне развития 70-х годов XX века. С учётом критической значимости объектов большой энергетики такая ситуация является недопустимой для безопасности и интересов страны. Стоит отметить, что положение в энергетике России в целом лучше, чем в других отраслях экономики. Согласно открытым данным, пятому технологическому укладу соответствует лишь 10% экономики (в США 60%). На данный момент автоматизация объектов энергетического комплекса (как и других отраслей промышленности, транспорта, ОПК) в РФ происходит в рамках сформировавшегося спроса и предложения в основном на оборудовании зарубежных производителей. В большинстве случаев отечественными интеграторами и инжиниринговыми компаниями устанавливается зарубежное оборудование и ПО (даже на критически важных и оборонных объектах). Доля российских производителей комплектующих для средств автоматизации составляет 2%, остальные 98% импортируются. При этом в отечественных НИИ и в компаниях IT-сектора и электронной промышленности есть свои разработки, «прорывные» технологии, который значительно опережает уровень развития средств и систем автоматизации. Этот факт создаёт предпосылки для опережающего развития и разработки систем автоматики на принципиально новых решениях.

Одной из проблем для успешного развития отрасли является несовместимость решений от разных производителей (процесс интеграции подсистем различных производителей крайне трудоёмок и затратен, пользователь практически привязывается к производителю конкретной системы, что затрудняет её модернизацию и увеличивает стоимость владения). Так что первоочередной задачей разработчики платформы видят в создании отраслевого стандарта промышленной автоматизации различных технологических процессов: в России уже есть положительный опыт создания стандарта МЭК 61850 в области автоматизации электрических подстанций, который обеспечивает высокую степень интеграции систем и их элементов.

На сегодняшний день основой всех систем автоматики являются специальные устройства (контроллеры), выпускаемые разными производителями по собственным стандартам. Исключая их использование и применяя концепцию «виртуальных контроллеров» [ii], можно создавать универсальные, безопасные, экономичные системы на качественно более высоком уровне возможностей и характеристик. На концепции «виртуальных контроллеров» основана инновационная разработка резидентов Технопарка новосибирского Академгородка — ПТК (программно-технический комплекс) «Торнадо-N». На данный момент эта система класса DCS (Distributed control system) уже опробована и успешно внедрена на множестве крупных энергогенерирующих объектах — котлах, турбинах и энергоблоках ТЭС, ГРЭС и ГЭС [iii]. Она позволяет в кратчайшие сроки создавать полнофункциональные системы контроля и управления технологическими процессами любой сложности. Производитель ПТК, компания «Модульные системы Торнадо», прошёл в разработке системы достаточно долгий и сложный путь, с 1996 года постепенно совершенствуя и модернизируя систему, чтобы она могла наиболее эффективно удовлетворить потребности потребителей в современных и эффективных инструментах для автоматизированного управления производственными процессами.

  • ipc gridex
  • ipc gridex
Архитектура прототипа НППА (ПТК «Торнадо-N») основана на концепции «виртуальных контроллеров»:

— облачный компьютерный пул, в котором исполняются «виртуальные контроллеры», представлен промышленными компьютерами IPC Gridex [iv] либо их резервированными парами;

— одноранговая быстродействующая сеть представлена дублированной сетью стандарта МЭК 802.3 с протоколом ModBus UDP/TCP;

— подсистема ввода-вывода представлена модулями УСО (MIRage) типа «интеллектуального клемника"[v] с дублированным интерфейсом Ethernet-100.

— АРМЫ оперативного персонала служат для визуального отображения процесса и управления технологическим оборудованием при помощи мнемосхем. Имеются специализированные видеокадры для визуализации защит, блокировок, сигнализации, трендов. Средствами инженерных АРМов выполняются настройка, диагностика и тестирование, калибровка систем измерения, восстановление и резервное копирование программной части комплекса, формирование отчётов, а также расширение и развитие всего комплекса;

— Серверы хранят и накапливают базу данных состояний объекта, служат для коммуникаций с внешними сетями и web-сервисами. В архитектуре НППА серверы не являются элементами оперативного контура, что обеспечивает независимость управления от компьютеров верхнего уровня (АРМ и др. серверов);

— Вспомогательное оборудование включает в себя источники электропитания в соответствии с 1-й категорией особой группы в классификации ПУЭ, сетевые маршрутизаторы, ЗИП и т. д.

Предлагаемая система обладает рядом преимуществ перед решениями конкурентов (за счёт одноранговости, масштабируемости и распределённой структуры):

— имеет более низкую стоимость приобретения;

— повышает надёжность и отказоустойчивость;

— имеет срок службы 15-20 лет;

— может эксплуатироваться в «жёстких» промышленных условиях;

— предполагает более простое обучение персонала;

— соответствует всем требованиям, предъявляемым к системам управления КВО (устойчивость к любому единичному отказу, «горячая» замена на работающем оборудовании, высокое быстродействие, большое количество (десятки тысяч) каналов ввода-вывода;

— даёт возможность простой интеграции с другими информационными сетями.

Такая структура позволяет осуществлять управление даже самыми сложными распределёнными системами в реальном времени, использовать эффективные алгоритмы управления и регулирования с учётом конструктивных и технологических особенностей оборудования, реализовывать все необходимые для безопасной работы объекта защиты и блокировки, дублировать и резервировать все составляющие системы для обеспечения устойчивости к любому единичному отказу, осуществлять диагностику отдельных компонентов и системы в целом, фиксировать историю функционирования объекта автоматизации для последующей обработки и анализа.

Предполагается, что процесс реализации проекта будет включать в себя решение двух глобальных задач, причём важно, чтобы эти задачи решались параллельно: 1) Создание нормативно-технической документации (НТД) и стандарта на ПТК и 2) Разработка, производство и внедрение универсальной, масштабируемой платформы автоматизации промышленного производства, применимой в любой отрасли, все компоненты которой будут разработаны и произведены в России. В нормативно-технической документации должны описываться стандарты основных архитектурных решений построения ПТК, стандарты интеграции, стандарты программного обеспечения, стандарты безопасности, стандарты описания единой модели объекта автоматизации (описание классов, типов объектов, технологических процессов и правил взаимодействия с системой). В рамках второй задачи необходимы: разработка изделий нового поколения (промышленных компьютеров, микропроцессорных модулей, модулей ввода-вывода, сетевых коммутаторов для промышленной сети Ethernet); разработка перспективной компьютерной платформы для создания встраиваемых промышленных компьютеров с портируемыми промышленными ядрами; развитие системного ПО технологического программирования в стандарте МЭК 61131-3; портирование операционных систем реального времени на базе «открытого» кода; разработка человеко-машинного интерфейса; разработка библиотек для проектных САПР; разработка интегрированной среды проектирования и конфигурирования ПТК для АСУТП; выпуск и опробование опытного образца ПТК; выпуск комплекта документации для подготовки производства; итоговое тестирование ПТК, определение потребительских характеристик; разработка методических материалов для обучения системных интеграторов и других пользователей на основе учебного центра.

В рамках проекта предполагается постепенное снижение зависимости от иностранного программного обеспечения:

— Переход на широко поддерживаемую операционную систему реального времени на базе «открытого» кода;

— Развитие существующего исполнительного ядра для прикладного программирования управляющих программ логических контроллеров на языках стандарта IEC 61131-3 на базе системы ISAGRAF с «открытым» кодом и библиотек на его основе, его интеграция в интегрированную среду программирования;

— Создание полнофункциональной интегрированной среды программирования (ИСП) для ПТК, включающей средства создания человеко-машинного интерфейса (SCADA) и комплексной проектной привязки всех элементов системы на базе разрабатываемого стандарта единой модели объекта автоматизации.

Рассматриваемый проект, несомненно, может в случае продолжения стать локомотивом для экономики, «вытягивающим» проектом, который повысит эффективность промышленных объектов и существенно снизит зависимость от зарубежных производителей. Используя потребности предприятий промышленности, энергетики и ОПК возможно занять существенную долю рынка (до 30-35%), заменяя иностранных производителей высокотехнологичного оборудования, закрыть потребности действующих интеграторов высокотехнологичного оборудования для промышленного, транспортного, оборонного и энергетического комплекса России в комплектующих и модулях для выполнения действующих и перспективных контрактов, создать инновационные разработки, способные закрыть потребности промышленности, транспорта, ОПК на 10-15 лет вперёд. Причём реализацию проекта необходимо в предельно сжатые сроки, так как экономические санкции уже сейчас не позволяют отечественным компаниям иметь свободный доступ к продукции двойного назначения и тормозят развитие экономики.

Полное описание проекта «Национальная платформа промышленной автоматизации»

[ii] Программы, исполняемые в облачном компьютерном пуле, взаимодействующие с общей подсистемой ввода/вывода через общую одноранговую быстродействующую сеть, что обеспечивает однородную, распределённую высокоскоростную и стандартную среду передачи данных, объединяя на одном уровне все элементы системы

[iii] ПТК «Торнадо» с успехом применяется на объектах генерации, от автоматизации малых котельных до построения на системообразующих объектах большой энергетики (ТЭЦ, ГРЭС, ГЭС) комплексных полномасштабных АСУТП мощных энергоблоков, газотурбинных установок (ГТУ), котло- и турбоагрегатов. Огромный опыт внедрения комплекса на сложнейших объектах энергетики позволяет применять ПТК в любых других отраслях промышленности. Так, например, имеется положительный опыт решения задач для станкостроения (АСУТП для машин литья под давлением для ОАО «Сиблитмаш», 2013 г). Сегодня в эксплуатации находятся более 150 АСУТП, построенных на базе ПТК, в том числе на таких крупных объектах энергетики, как Новосибирская ТЭЦ-5, Краснодарская ТЭЦ, Красноярская ТЭЦ-3, Южно-Сахалинская ТЭЦ-1, ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 Астана-Энергия (Казахстан), ТЭЦ «Костолац», РиТЭС «Углевик» (Республика Сербская) и др. Для создания АСУТП электрических подстанций и диспетчеризации создан и развивается современный комплекс телемеханики. Он предназначен для построения автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) и интегрированных АСУТП электросетевых объектов (подстанций и электрической части объектов генерации): от небольших силовых распределительных подстанций класса напряжения 35кВ до территориально-распределённой группы взаимосвязанных подстанций магистральных электрических сетей (МЭС) класса напряжения 500 кВ. Одним из таких крупных объектов является поставка комплекса телемеханики и противоаварийной автоматики на 15 подстанций класса 500 и 1150 кВ для объединённой энергосистемы (ОЭС) Республики Казахстан. Выполненные проекты компании «Модульные системы Торнадо»

[iv] IPC Gridex формируют мгновенную базу сигналов объекта, реализуют систему обмена сообщениями с сетевыми переменными между блоками, обеспечивают стабильную работу объекта в соответствии с управляющими программами («виртуальными контроллерами»). В соответствии с проектным решением процессорные блоки могут быть размещены как непосредственно в шкафах УСО, так и в отдельных шкафах. Технические характеристики промышленных безвентиляторных компьютеров IPC Gridex.

[v] Модули УСО MIRage-N осуществляют подключение КИП, ввод и нормирование сигналов от датчиков, формируют сигналы управления на исполнительные механизмы автоматизируемого объекта, полученные по сети от процессорных блоков, где выполняются программы управления технологического объекта. Технические характеристики модулей УСО MIRage-N

  • 2
    Нет аватара Сибиряк
    05.11.1519:22:28

    Сам работал и модернизировал ПО для сименсовских контроллеров. Для предприятия действительно возможна значительная экономия средств за счёт автоматизации.

    Вам бы разработать готовые «пакеты» не только для энергетики, но и для водоканалов, скажем — систему автоматического управления насосными агрегатами через частотные преобразователи.

    У нас подрядчики систему такую отстраивали на базе сименса, чуть не сожгли оборудование и не оставили город без воды. А если проекты у вас будут типовые, то надёжность увеличится, а сроки и стоимость снизятся.

    • 0
      goryachee_leto goryachee_leto
      05.11.1523:06:58

      Когда все это из проекта перейдет в реальность?

      • 1
        Евгений Курочкин Евгений Курочкин
        05.11.1523:34:29

        Пока дело касается самих производителей — это зависит от их способности и возможностей договариваться (ну и — что касается ПТК, послужившим прототипом проекта — насколько у компании хватит возможностей по продвижении технологии на рынок).

        В других отраслях тоже работа идёт — посмотрите на сайте «Модульных систем Торнадо» раздел «инновационные разработки» и приезжайте на СИИС    

      • 1
        Евгений Курочкин Евгений Курочкин
        05.11.1523:39:47

        Многое уже реализовано, многое в процессе. В данном проекте техническая часть основана на готовых решениях - по большей части уже отечественной разработки, другие компоненты в процессе импортозамещения. Подробнее в статье и на сайте НППА

  • 1
    Vladimir Smolnikov Vladimir Smolnikov
    06.11.1511:52:17

    Надо, надо над этим работать.

    Промышленная автоматика, автоматические системы управления (АСУ), контроллеры для них,

    программное обеспечение для них — это основа современного производства В ЛЮБОЙ ОТРАСЛИ. Это основа и база.

    И в России должны быть свои производители, лучше несколько (чтобы особо не зазнавались и двигались вперед) Как Туполев и Илюшин или Сухой и Микоян.

    Производство усложняется, автоматизируется и эта отрасль востребована как никогда остро. Промышленные контроллеры, как специализированные, так и универсальные просто нужны как воздух.

    Успехов!

    Отредактировано: Vladimir Smolnikov~12:52 06.11.15
  • 0
    Нет аватара romkan
    08.11.1514:05:42

    Все это хорошо! Но есть одно но. Касаемо обектов энергетики. Для того чтобы успешно автоматизировать и телемеханизировать энергообьекты, требуется обновлять первичное оборудование: выключатели, разьединители, релейные панели, трансформаторы и пр. Без этого надежных систем мы не построим. На данный момент изношенность оборудования по прежнему высокая. Обновление идёт, но весьма медленно. Сказываются 90-е. Сейчас догонять трудно и дорого.

    Сейчас при реконструкции подстанции мы на старое древнее оборудование вешаем своё дорогостоящее новое. В результате имеем кучу проблем с недостоверностью и прочими недействительностями. Выключатель один раз включишь/выключишь и он разваливается, груз не поднимается или срывается.

    Спору нет делать надо, но и не забывать о модернизации первичного высоковольтного оборудования

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,