Опыт внедрения отечественных продуктов для цифровизации энергетики в целлюлозно-бумажной промышленности

Введение.

В связи с наложенными на РФ санкциями импортно-экспортные отношения претерпевают фундаментальные изменения. Это создает возможности для развития не только отдельным предприятиям , производящих продукцию высоких переделов, но и для целых отраслей, обеспечивающих их функционирование, таких как: машиностроение, приборостроение, индустрия ПО.

(ЛПК) и целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) являются именно такими отраслями. Так как экспорт в страны ЕС и США ограничен, то производство будет ориентировано, в первую очередь, на внутренний рынок, страны БРИКС и глобальный Юг.

Внутренний рынок характеризуется наличием большого количества (в сравнении с досанкционным периодом времени) потребителей с запросом на широкую номенклатуру продукции, потребляемую ограниченными сериями, что требует гибкости производственных систем и управления себестоимостью.

Российским экспертным сообществом подготовлен «Прогноз развития российского ЛПК до 2030 года»

Рисунок 1- Инновационный сценарий производства и потребления бумаги и картона до 2030 г, млн.т.

На наш взгляд, неотъемлемым фактором достижения данных показателей при максимальном использовании имеющейся инфраструктуры является, в том числе, и применение современных инновационных решений в части автоматизации производства. 

Начиная с 2022 года рынок промышленной автоматизации претерпел фундаментальные изменения: на смену иностранным пришли отечественные производители, идёт слияние IT и OT, развиваются продукты на основе  идеологии открытых систем. 

Поскольку одной из крупнейших статей расходов ЦБП является энергопотребление, в данной статье мы решили разобраться в подходах к цифровизации энергохозяйства предприятий отрасли, оценить текущий уровень импортозамещения в части программных продуктов и определить наиболее эффективное решение. 

В своём исследовании мы опирались на экспертизу ООО «СкадаСистемы» в сфере промышленной автоматизации, а также опыт Сегежского и Братского ЦБК. 

Проблематика.

Предпосылками внедрения автоматизированных систем контроля, учёта и управления (АСУ ТП, АСКУЭ, АСТУЭ, АСОДУЭХ) являются задачи:

- оперативной обработки имеющейся текущей информации по потреблению электроэнергии;

- энергомониторинг различного оборудования как основа электросбережения;

- прогнозирование и планирование энергопотребления производства на основе декомпозиционного подхода;

- сокращение времени реакции на аварию за счет оперативного контроля за состоянием электрооборудования и возможность дистанционного ввода резервной схемы;

- сокращение количества аварий за счет комплексного анализа причин возникновения в ретроспективе и с применением предиктивной аналитики и регистрации событий, а также контроль качества, раннее выявление «аварийных» значений параметров.

До введения санкций против российской промышленности для решения этих задач были доступны классические SCADA и платформы автоматизации от AVEVA , Siemens, Rockwell Automation,Shneider Electric(EcoStruxure PowerMonitoring Expert)  проприетарные специализированные решения от Siemens (SIMATIC Energy Management), Shneider Electric (EcoStruxure Power Monitoring Expert) и ряда других производителей, в том числе российских. Эти системы будут эксплуатироваться ещё какое-то время, но отсутствие официальной техподдержки и обновлений, замена парка измерительных приборов (счётчиков), актуальные и перспективные требования регуляторов неумолимо ставят перед эксплуатантами вопрос о замене. Что же предлагает российский рынок сегодня?

Параллельный импорт. Это подход не рассматриваем в силу очевидных причин. 

Кастомную разработку на основе опенсорса и «классических» ИТ подходов. Так как информации об успешных внедрениях таких решений  в открытом доступе мало, то отложим анализ такого подхода и рекомендации на будущее. 

Специализированное программное обеспечение. Рассмотрим его подробнее. 

На рынке отечественного ПО существует большое количество продуктов, которые могут обеспечить «локальное» решение вышеперечисленных проблем (по отдельным задачам или отдельным энергоресурсам). Негативным последствием такого подхода является «лоскутная автоматизация» на предприятии. Совокупная стоимость внедрения и дальнейшей эксплуатации «зоопарка» ПО оказывается высокой, а дальнейшее развитие, зачастую, технически невозможным. 

Программное обеспечение для АСКУЭ и АСТУЭ можно условно разделить на 3 группы. 

Опыт Сегежского и Братского ЦБК, а также лидеров других отраслей промышленности показывает, что сегодня эффективным подходом к построению системы  АСКУЭ/АСТУЭ является применение специализированной открытой платформы SEDMAX от компании «Мависмарт».

Рисунок 2 -  Расположение программного обеспечения на пирамиде автоматизации в контуре предприятия

Состав решения:

Программная платформа SEDMAX - российская многофункциональная программная платформа для управления энергетикой и комплексной диспетчеризации предприятий.

Рисунок -  3 Типовая структурная схема КТС АСУЭ

Многофункциональные измерительные приборы SATEC - ведущий производитель цифровых приборов для измерения мощности и мониторинга качества. 

Преимущество – двухуровневая архитектура. 

Обработка идёт через два сервера, с резервированием. Третий сервер предназначен для хранения данных о любых происходящих изменениях, характеристиках и трендах. Журнал событий предназначен для хранения информации за последние 5 лет. Архивируются и переговоры между диспетчером и оперативным персоналом на местах: развёрнута телефонная связь на базе IP-АТС, которая использует те же каналы связи, предназначенные для сбора данных с подстанций.

На ячейках применяется всего два типа измерительного оборудования: SATEC PM180, SATEC PM130.  Количество типов минимизировано, чтобы, с одной стороны, сократить номенклатуру запчастей, а с другой — уменьшить объём обучения для персонала, который будет поддерживать работоспособность системы.

Рисунок 4 -  Макет главной электрической схемы

Благодаря выбранному ПО развитие цифровых систем происходило поэтапно. Первостепенной целью было создание действующего «Макета» главной электрической схемы. Создание схемы начиналось с системы оперативного учёта, систем телемеханики, постепенно добавлялись новые устройства и датчики. Каждый отдельный этап – законченное решение.

Была проведена инвентаризация сети, выявлены и устранены проблемы с паспортами на оборудование, скорректированы некоторые измерения. Это позволило добиться точности расчётов в пределах метрологических характеристик приборов и осуществить интеграцию устройств и систем различных производителей.

Метрики системы:

·       1200 присоединений с датчиками;

·       дискретность поступления данных  от 0.2 до 1 мс;

·       число параметров с каждой ячейки порядка 30;

·       100 тысяч тегов;

·       500 каналов учёта электроэнергии;

·       200 приборов регистрации аварийных событий (РАС);

·       25 приборов контроля качества электроэнергии (ККЭ).

Достижения проекта.

·       Значительное сокращение времени на поиск мест аварий и их причин (более чем в 2 раза).

·       Администрирование систем электроснабжения: управление объёмом выработки, балансирование потребителей внутри завода (недогруз/перегруз) и снижение потерь.

·       Снижение количества случаев выхода из строя оборудования за счёт изменения настроек чувствительности иностранного оборудования.

·       Оперативные расчёты режимов на актуальных данных и прогнозирование сценариев режима сети. Поддержание оптимальной схемы сети.

·       Возможность проводить противоаварийные тренировки.

·       Повышение качества планирования работы и заказов на открытый рынок электрической энергии и мощности) (ОРЭМ).

·      Стоимость ПО верхнего уровня ниже аналогов за счёт отсутствия необходимости покупки дополнительных АРМ (клиентских мест), работ по их установке и настройке.

·      Стоимость пуско-наладочных работ по внедрению системы на базе SEDMAX в  разы меньше за счет предналадки ПО, создания виртуального объекта и отсутствия необходимости в инсталляции ПО на АРМ.

·      Стоимость внедрения каждой новой системы сокращается в арифметической прогрессии за счет применения единой программной платформы.

·      Стоимость владения (эксплуатации) ниже за счёт высокой надежности ПО, бесплатной базовой поддержки и интуитивно-понятного интерфейса. 

Заменяет иностранные продукты:

·       AVEVA System Platform/ InTouch HMI;

·       PI System;

·       WinCC;

·       SIMATIC Energy Management;

·       Shneider Electric Power Monitoring Expert.

Отличия от иностранных (и других российских) аналогов:

·       отсутствие лицензирования клиентских мест, кол-во пользователей неограниченно, доступ к данным и системе с любого устройства из любой точки мира;

·       no-code и low-code наладка, конфигурирование системы через web-интерфейс;

·       широкие диагностические возможностями компонентов системы. Мультипротокольность ПО обеспечивает сбор данных с любых устройств и их передачу по любым протоколам во внешние системы;;

·       лёгкая интеграция в существующую инфраструктуру, гибкость пользовательских отчётов;

·       современные ИТ-технологии «внутри» SEDMAX (микросервисы, NoSQL БД, Golang);

·       высокая производительность: обработка до 400 тыс. сигналов /сек. без задержек и зависаний. Скорость может быть ограничена только производительностью смежного оборудования и ПО;

·       кастомизация сервисов от разработчика: система может быть подготовлена с учётом пожеланий и узкой специализации заказчика (добавление функционала, изменение интерфейса, добавление особых мнемосхем, отчётов, журналов, экранных форм и пр.);

·       система открыта к масштабированию и развитию без привлечения разработчика и интегратора. 

Вывод:

История развития и анализ перспектив позволяют утверждать, что Россия обладает большим потенциалом для удовлетворения внутреннего и внешнего спроса на целлюлозно-бумажную продукцию. На нашем рынке есть программные продукты, которые доказали свою эффективность в задачах цифровизации отрасли с учётомсовременных вызовов: импортозамещение, информационная безопасность, минимизация общей стоимости владения. 

В части управления энергетикой SATEC+SEDMAX= импортоопережение. 

SEDMAX позволяет развивать системы АСУЭ/АСТУЭ в сторону комплексной диспетчеризации предприятия, выступая в качестве шины технологических данных и связывает «Энергетику» с «Производством и оборудованием».

«СкадаСистемы» - технологический партнёр «Мависмарт» и  центр компетенций в сфере автоматизации технологических процессов, обладающий многолетней экспертизой на базе отечественных и западных SCADA систем, оказывающий всестороннюю поддержку заказчиков и интеграторов на всех этапах проекта от идеи до ее реализации.

Если статья вызвала у вас интерес и желание обсудить подготовку стратегий импортозамещения и цифровизации в сфере Энергохозяйства — будем рады сотрудничеству. Пишите нам свои вопросы на сайте в разделе „Cотрудник“ или оставляйте свои комментарии.

Источники: 

1.  Справочник ИТС : https://disk.yandex.ru/i/VZZ7G2ISN6WrgQ

2. Влияние внедрения инновационных технологий в целлюлозно-бумажной промышленности. Викторова, А. П.: https://moluch.ru/archive/442/96733/

3. Современное состояние, тенденции и перспективы развития целлюлозно-бумажной промышленности Российской Федерации / Н.Б. Пинягина, Н.С. Горшенина: https://elibrary.ru/item.asp?id=49798826/

4. Анализ состояния и перспективы развития целлюлозно-бумажной промышленности в России / Д. С. Хромченкова: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47652693/

5. Дистрибьютер программного обеспечения и центр экспертизы промышленной автоматизации по перечисленным вендорам: https://www.scadasystems.ru/

Мависмарт - вендор программного продукта SEDMAX  https://sedmax.ru