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.
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 командой специалистов, имеющей большой опыт разработки и производства высокотехнологичной продукции, с успехом применяемой на объектах энергетики в России и за рубежом.
«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.
Предпосылки создания НППА
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, компаниях IT-сектора и электронной промышленности есть свои разработки, «прорывные» технологии, которые значительно опережают 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.
Прототип НППА - архитектура нового поколения, концепция «виртуальных контроллеров».
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» , можно создавать универсальные, безопасные, экономичные системы на качественно более высоком уровне возможностей и характеристик. На концепции «виртуальных контроллеров» основана инновационная разработка компании «Модульные Системы Торнадо», резидента 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 . Она позволяет в кратчайшие сроки создавать полнофункциональные системы контроля и управления технологическими процессами любой сложности. Компания «Модульные системы Торнадо» прошла достаточно долгий и сложный путь, с 1996 года постепенно совершенствуя и модернизируя систему, делая её наиболее эффективной для удовлетворения потребности потребителей в современных инструментах для автоматизации производственных процессов.
Архитектура прототипа НППА (ПТК «Торнадо-N») основана на концепции «виртуальных контроллеров»:
- облачный компьютерный пул, в котором исполняются «виртуальные контроллеры», представлен промышленными компьютерами IPC Gridex 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» 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 ПТК «Торнадо» 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.
Конкурентные преимущества ПТК «Торнадо» (прототипа НППА).
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.
Задачи и этапы реализации проекта НППА.
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.
НППА – решение вопросов импортозамещения и реиндустриализации.
Рассматриваемый проект, несомненно, может в случае продолжения стать локомотивом для экономики, «вытягивающим» проектом, который повысит эффективность промышленных объектов и существенно снизить 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.
Полная презентация проекта на http://nppa.ru
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
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.
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.
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.
