Через железо к софту
АСУТП и СОИ работают без выходных и праздников. Эти системы помогают человеку управлять масштабными производственными процессами и обрабатывать большой массив данных — собирают и обрабатывают информацию о состоянии технологического процесса, учетные данные (качественные и количественные характеристики перекачиваемой нефти и нефтепродуктов), формируют отчетную документацию, передают информацию в центры обработки данных, обеспечивают защиту оборудования и безопасность технологического процесса.
Одна из главных задач АСУТП и СОИ — обеспечение технологической и информационной безопасности процессов транспортировки, хранения и учета углеводородов. Модернизация и перевооружение трубопроводной инфраструктуры, открытие новых направлений, строительство и пуск новых станций повышают требования к надежности и эффективности перекачки, а также к качеству, объемам и скорости обработки информации.
— Задача ЦПА давно не сводится к выпуску только шкафов автоматизации, — подчеркивает заместитель директора ЦПА по инжинирингу Петр Соленников. — Цель — обеспечить все подразделения «Транснефти» комплексным сопровождением АСУТП и развивать собственное высокотехнологичное производство.
ЦПА — уникальное предприятие, где налажен полный производственный цикл: разработка (конструкторское бюро, отделы разработки программного обеспечения (ПО)), комплектование и сборка (склад, сборочный цех), испытания, сертификация (метрологическое обеспечение и сертификация), внедрение (отдел пусконаладочных работ), сопровождение (отделы техподдержки и аналитического сопровождения).
Интегратор — организация, осуществляющая изготовление, поставку и пусконаладку систем автоматизации на базе оборудования вендора.
Берем в производство
Практически все оборудование, из которого состоит шкаф — всевозможные контроллеры, реле, барьеры, а также неотъемлемая часть технологического процесса — контрольно-измерительные приборы, блоки управления исполнительными механизмами, — проходит через отдел стандартизации технических решений. В этой «техлаборатории» проверяют работоспособность комплектующих как собственных, так и сторонних производителей для включения в сводную ведомость оборудования и материалов ПАО «Транснефть», прошедших оценку соответствия требованиям компании.
Уход с российского рынка недружественных вендоров активизировал эту работу. Не все образцы идеальны. На одном из столов инженеры разбирают оборудование: перегрелось при испытании. Возможно, подкачало качество электронных компонентов. На данном этапе ситуацию можно исправить — специалисты отдела готовы работать над повышением надежности вместе с производителем.
С испытательными стендами, генераторами наносекундных импульсов и электрических разрядов, магнитными рамками, климатическими камерами и генератором газовых смесей с применением тепловизоров, осциллографов и прочих регистрирующих приборов инженеры-испытатели тестируют устройства — претенденты для применения в составе АСУТП «Транснефти». Проверяют реакцию на воздействие электромагнитных полей, статистического напряжения, динамические изменения напряжения, помех, моделирующих разряды молний, влияние радиоволн. Различные датчики исследуют на соответствие заявленным метрологическим характеристикам, на климатическую устойчивость (по температуре и влажности).
На днях завершились предварительные испытания разработанного ЦПА магнитно-индукционного датчика для турбинного преобразователя расхода производства Великолукского завода «Транснефтемаш». Датчик сконструировал ведущий инженер по испытаниям отдела проведения испытаний АСУТП ЦПА Алексей Цветков. Пришлось не только разработать механическую часть, но и подобрать электрические компоненты и найти подходящие магниты (не все из них способны сохранять свойства при высоких температурах, например, после очистки оборудования паром).
— Берем в производство АО «Транснефть — Автоматизация и Метрология», — заключает Сергей Рехалов, осматривая новинку. — Ее же надо сертифицировать?
— Да, сертификация предусмотрена совместно с «Транснефтемаш». Теперь расходомер будет целиком отечественный, — говорит Цветков. — Кстати, внутри датчика осталось место под установку резистора и небольшого светодиода — возможность улучшить функционал незатратно и с пользой для эксплуатации.
ЦПА не только испытывает, но и создает.
— В разработке находится учебный тренажер АСУТП для проведения конкурса «Лучший по профессии» по специальности «слесарь по контрольно-измерительным приборам и автоматике», — рассказывает начальник инженерного управления ЦПА Виктор Савелов. — Тренажер состоит из шкафа и рабочего стола с применением модульной системы. На рабочем столе в ходе выполнения конкурсных заданий можно монтировать различное оборудование АСУТП, собирать фрагменты типовых электрических схем, имитировать и осуществлять поиск неисправностей. Тренажер станет и учебным пособием для специалистов АСУТП в корпоративных учебных заведениях.
Более 7 тыс. единиц оборудования выпущено с 2015 года.
Выпускается более 30 видов продукции.
Коллектив — более 240 человек, около 60 из них — ИТ‑специалисты.
Рождение сверхновых
Шкаф, которого еще нет в проекте, уже ждут для перспективного внедрения на объектах компании. АО «Гипротрубопровод» по заявкам ОСТ формирует техзадание, на его основе конструкторское бюро ЦПА разработает конструкторскую документацию (КД). Для каждого шкафа создается индивидуальная 3D‑модель, где виден каждый компонент, каждая лампочка, шайба, каждый электрический узел.
— Шкаф телемеханики, СИКН или, например, система автоматики дозирования пенообразователя для пожарных автомобилей принципиально отличаются, — говорит начальник производственного управления ЦПА Сергей Новожилов. — Наполнение шкафа зависит не только от его назначения, но и от климатических условий, масштабов и специфики работы объекта.
8,3 тыс. сигналов, имитирующих работу технологического оборудования и полевого КИП обеспечивает полигон АСУТП ЦПА
— Всего в одном шкафу — порядка 60 деталей, около 300 клемм, столько же реле и до 5 км проводников, — рассказывает электромеханик ЦПА Олег Веске.
К корпусу шкафа крепят монтажный цоколь и внешнюю панель с кнопками и лампами сигнализации или монитором. Вес готового шкафа достигает 350 кг.
С помощью гидравлического подъемника он отправляется на проверку соответствия технических характеристик нормативным требованиям. Вместе с инженерами-наладчиками программисты имитируют связи шкафа с полевым оборудованием и диспетчерской.
— Мы моделируем штатные и нештатные ситуации с реальным оборудованием, исследуем его готовность к работе на объекте, — рассказывает инженер-программист отдела интеграции сопровождения ПО Иван Герасимчук. — Настраиваем датчики и проверяем в цифровом двойнике объекта, как отрабатываются различные защиты, корректно ли отображено оборудование, какова реакция системы на входные сигналы.
На рубеже испытаний
Гордость ЦПА и «экспертный рубеж испытаний» — полигон АСУТП. Здесь дают комплексную оценку системам автоматизации перед поставкой на объект и вводом в эксплуатацию.— В отличие от заводских испытаний, оснащенность полигона АСУТП позволяет более эффективно проверять характеристики системы автоматизации на соответствие нормативным требованиям за счет применения математической модели, комплекса преобразования сигналов и системы управления испытаниями, — говорит Петр Соленников.
Управление испытаниями автоматизировано по сценариям. Это дает возможность проверить соответствие работы алгоритмов и программных блоков системы, минимизировав человеческий фактор. Выявление и устранение ошибок на этапе испытаний сокращает время ввода систем автоматизации в эксплуатацию и предотвращает возможные сбои оборудования, приводящие к отказам и остановкам технологического процесса в процессе эксплуатации.
Комплекс преобразования сигналов — основа полигона — обеспечивает прием и формирование 8300 физических сигналов ввода/вывода (каждый отражает конкретное событие — например, закрытие задвижки). Здесь можно проводить испытания сразу трех систем автоматизации, состоящих из 25–30 шкафов.
Мобильные КПС — мини-полигон АСУТП.
Система управления испытаниями (СУИ) — программное обеспечение системы управления испытаниями автоматически формирует таблицу подключения испытуемой системы к КПС, распределяя сигналы, чтобы они не пересекались друг с другом.
Математическая модель (ММ) — модели исполнительных механизмов и оборудования, участвующих в технологическом процессе испытаний.
Далеко глядят
Цифровизация процессов АСУТП выводит на амбразуру испытаний технологии машинного зрения. Уже реализовано считывание поступающего видеопотока на мнемосхемы, обработка изображения в режиме реального времени, начальная инициализация (распознавание графического элемента и его значения), определение состояния графического элемента (включен/отключен/ремонт), передача информации на единый сервер для использования в других программных модулях или системах.— Машинное зрение призвано имитировать работу инженера-испытателя, заменяя множество повторяющихся рутинных операций, требующих большого внимания. Это повышает качество испытаний и надежность оборудования, исключает человеческий фактор, увеличивает производительность труда, сокращает время проведения испытаний и автоматизирует анализ результатов, — говорит начальник отдела проведения испытаний АСУТП ЦПА Константин Овчинников.
ПО, разработанное в ЦПА, позволяет модернизировать полигон без привлечения сторонних интеграторов: все проектные решения — интеллектуальная собственность ЦПА.
ИТ‑сопровождением производственного процесса АСУТП заняты несколько отделов.
— Мы заблаговременно начали проводить компенсирующие мероприятия и были готовы к уходу с рынка зарубежных вендоров и сегодня уверенно работаем в новой конкурентной среде, — говорит начальник отдела разработки типовых программных решений Алексей Мочалов.
Когда «Шкипер» управляет контейнерами
Создание сложных информационных систем сопряжено с поиском решений, обеспечивающих базовые функции: запуск ПО, контроль состояния, управление.ПО «Шкипер» — одна из таких разработок ЦПА, лежащая в основе ИТ‑начинки серверного шкафа ТСПД 2.0, — программно-аппаратного комплекса. Суть его работы: сбор производственных данных, мониторинг параметров работы оборудования и передача информации с площадки на уровень корпоративной компьютерной сети ПАО «Транснефть», обеспечение безопасности информационного обмена.
Новое ПО существенно облегчает работу персонала по сопровождению систем, входящих в состав шкафа ТСПД 2.0.
— ПО «Шкипер» управляет контейнерами приложений подсистем шкафа ТСПД 2.0, — поясняет начальник отдела развития программных решений по защищенности АСУТП АО «Транснефть — Автоматизация и Метрология» Александр Графенков. — Это своего рода менеджер логистики, оптимизирует процесс получения, управления и обновления ПО подсистем в рамках сервера.
Прежний принцип хранения данных можно сравнить с набором товаров в неформатной упаковке: хаотичный склад на палубе корабля. Контейнеризация («Шкипер» — механизм управления контейнеризацией) рационально использует каждый фрагмент цифрового пространства. Типовые программные контейнеры можно перемещать, хранить и запускать гибко, что расширяет возможность выбора базовой программной платформы — задел на будущее.
Одним кликом инженер может вызвать всю информацию по конкретному программному продукту, отследить жизненные показатели оборудования, провести обновление ПО, посмотреть статистику ПО своего сервера, увидеть ошибки и подсказки, как их исправить.
Помимо обеспечения технологической безопасности (ранее применялась импортная система виртуализации), «Шкипер» сокращает затраты на изготовление шкафа ТСПД 2.0 — альтернативные решения, представленные на рынке ПО, кратно дороже.
Собственные разработки, включая программный код «Шкипера», позволяют внедрять новое ПО на всех объектах «Транснефти», а универсальность решения — возможность в будущем применять для других задач компании.
Горячая линия
Венец производственной цепочки ЦПА — техподдержка онлайн. Отдел тестирования, технической поддержки и информационного обеспечения, организованный в 2022 году освободил программистов-разработчиков от неэффективного прямого взаимодействия с пользователями АСУТП. Отдел также собирает и анализирует предложения ОСТ по работе ПО.— Обратная связь позволяет улучшать технические характеристики продукции, а анализ обращений — совершенствовать собственные ИТ‑решения на каждом этапе создания АСУТП: разработке, внедрении и эксплуатации, — отмечает начальник отдела тестирования, технической поддержки и информационного обеспечения ЦПА Павел Святун.
Задача обозримого будущего — создание универсальных компонентов автоматизированных систем, из которых можно было бы собирать АСУТП как конструктор.
Пока же разработка ПО осуществляется самой совершенной системой в мире — человеком. Возможно, человек — не самый эффективный исполнитель, но он может развивать цифровые решения по автоматизации не только технологического процесса, но и разработки самой АСУТП. Сегодня развитие ЦПА в этом направлении ведется особенно активно.