Діяльність тематичної групи зосереджена в області наукових досліджень відмовостійких високопродуктивних архітектур розподілених керуючих систем для АСУТП (DCS - Distributed Control System) і розробці нових підходів і рішень для створення комплексних систем автоматизації технологічних процесів, що вимагають від системи управління підвищеної відмовостійкості, високої надійності і масштабованості по ключовим показниками, в тому числі по детермінованості системи управління в діапазоні від сотень до одиниць мілісекунд і по обсягом системи від сотень до декількох десятків тисяч каналів контролю / управління.

Співробітники тематичної групи мають більш ніж 25 річний досвід в цій області. Провідні фахівці групи були в числі перших вітчизняних розробників стандарту VME, систем комутації пакетів на основі стандартів X.25 та інших, адаптації технологій персональних комп'ютерів для систем автоматизації і вбудовуваних систем - перший персональний комп'ютер в стандарті VME був розроблений в ІАіЕ в 1984 році.

Відмінною особливістю тематичної групи є її спрямованість на впровадження своїх розробок в реальне життя від "ідеї - НДР - ДКР -" оригінал-макет "- дослідний зразок - проект (конструкторська документація) - серійне виробництво - впровадження на діючих підприємствах". У цьому напрямку ведеться тісна співпраця з впроваджувальними компаніями Академмістечка. Більшість ідей і розробок тематичної групи не залишаються тільки ідеями, вони впроваджуються в промисловості.

Історично сформовані партнерські зв'язки між ІАіЕ СО РАН і групою компаній "Торнадо" дозволяють комерціалізувати отримані результати наукових розробок. З іншого боку, є рідкісна можливість перевіряти продуктивність нових ідей в реальних умовах, безпосередньо на промислових об'єктах, реалізуючи унікальну зворотний зв'язок, яка забезпечує поступальний рух спільного творчого процесу з розвитку і вдосконаленню і ідей, і кінцевого продукту.

Представлені нижче приклади впроваджених і розтиражованих розробок показують, як науково-технологічні ідеї отримують своє матеріальне втілення в промисловому виробництві.

Ідеї ​​і результати досліджень, що лежать в основі цих розробок, викладені в публікаціях співробітників тематичної групи.

Магістральні модулі розподіленого вводу-виводу MIRage-N

Після успішної розробки та апробації в 1996 році ідеї магістральної-модульного контролера, стійкого до будь-якого одиничного відмови (MIF-controller, MIF-modules) і подальшого його успішного впровадження починаючи з 1998 р по сьогоднішній день, в 2005 році виникла ідея нової концепції єдиної однорідної розподіленої середовища, що об'єднує на одному рівні всі елементи системи управління - процесорні пристрої обробки, пристрої введення-виведення, робочі станції, сервери з охопленням всього об'єкта автоматизації з обов'язковим збереженням властивостей стійкості до лю им одиничним відмов. Таким чином в новій архітектурі відсутні традиційні «фізичні» контролери, замість них виникають «віртуальні» контролери у вигляді виконуваних програм на процесорних пристроях обробки.

Ідея була втілена в дослідних зразках модулів серії MIRage-N і в 2007 році отримала високу оцінку журналу «Control Engineering», отримавши звання «Продукт року».

Серія модулів розподіленого вводу-виводу MIRage-N була удостоєна престижної премії «Продукт Року 2007« журналу «Control Engineering».

З 2008 року модулі серії MIRage-N були успішно перенести в існуючий програмно-технічний комплекс (ПТК) «Торнадо» та стали основною сучасного ПТК нового покоління «Торнадо-N», призначеного для створення АСУТП на великих промислових об'єктах з високими вимогами по надійності ( наприклад, котли, турбіни, парогазові установки, енергоблоки теплоелектростанцій) і володіє фактично необмеженими можливостями по продуктивності, масштабованості, надійності та відмовостійкості.

Це рішення не має аналогів у світовій практиці комплексних ПТК, і в даний час ведуться роботи з патентування цієї розробки.

Сьогодні комплексні АСУТП на базі ПТК «Торнадо-N» успішно експлуатуються на таких об'єктах як Краснодарська ТЕЦ (комплексна АСУТП ПГУ-410 МВт), Новосибірська ТЕЦ-5 (СТК генераторів, кулькоочищення конденсаторів турбін), Красноярська ТЕЦ-3 (комплексна АСУТП пиловугільного енергоблоку -210 МВт, комплексна АСУТП загальностанційної електричної частини ТЕЦ), Канская ТЕЦ (АСУТП турбін-12 МВт), Томська ГРЕС-2 (загальностанційне АСУТП ТЕЦ).

Зараз ведеться проектування і виготовлення ПТК для ряду нових об'єктів: п'ять газотурбінних установок ГТУ-40 МВт Південно-Сахалінської ТЕЦ-1, пиловугільного енергоблок 300 МВт РіТЕС "Углевік" в Республіці Сербській (Боснія і Герцеговина) та інших.

Основним елементом реалізації ідеї однорідного мережного середовища управління, є Модулі серії MIRage-N. Вони призначені для вирішення максимально широкого кола завдань АСУТП на промислових об'єктах будь-якої складності і масштабу:

1. Прості у використанні, легко інтегруються в будь-які системи автоматизації.
2. Відповідають вимогам міжнародних промислових стандартів.
3. На їх основі типових чином можна створювати структури з необхідними характеристиками по швидкодії, надійності і відмовостійкості.
4. Можуть застосовуватися як в складі АСУТП, так і в якості локальних приладів для вимірювання або контролю за.

Магістральні модулі серії MIRage-N надають дані про технологічний процес безпосередньо в загальну швидкісну дубльовану магістраль Fast Ethernet, що об'єднує всі елементи системи автоматизації: пристрої обробки даних (процесорні пристрої), сервери, робочі станції. У такій архітектурі відсутні звичні контролери у вигляді окремих конструктивних одиниць зі своїм процесорним пристроєм і безпосередньо підключеним введенням-висновком, що виконують і алгоритми управління, і операції введення-виведення.

На базі модулів MIRage-N виникає якісно нова архітектура системи: розподілена мультипроцессорная середовище управління, по суті є мультипроцесорним магістральним контролером із загальною швидкісною магістраллю передачі даних. Це дає повну свободу в проектуванні і експлуатації системи, для неї немає ні топологічних, ні конструктивних обмежень, в будь-який момент можна додати додаткові процесори, канали введення-виведення, перерозподілити навантаження. Для цього не потрібні зміни раніше встановлених елементів, тільки додавання нових і програмна настройка нового обладнання. Система може бути як завгодно резервованої, дубльованої або троірованной, у міру необхідності. Це сучасний конструктор, що дозволяє вирішувати будь-які завдання АСУТП.

Технологія побудови системи на базі загальної магістралі Fast Ethernet є інноваційною. В силу технічних і комерційних переваг, є підстави припустити, що ця архітектура стане основною більшості АСУТП майбутнього.

Конструктивне виконання модулів MIRage-N.

Основні модулі серії MIRage-N і їх характеристики

Програмно-технічний комплекс «Торнадо-N»

На сьогоднішній день в експлуатації знаходиться понад 100 АСУТП на базі програмно-технічного комплексу (ПТК) «Торнадо». Найбільш сучасним в цій лінійці є ПТК «Торнадо-N». Комплекс має всі необхідні дозвільні документи, в тому числі включений до Державного реєстру засобів вимірювання Російської Федерації і Республіки Казахстан.

ПТК «Торнадо-N» - це спеціалізована платформа, призначена для автоматизації технологічних процесів (АСУТП) на підприємствах тепло- та електроенергетики та інших промислових об'єктах високого ступеня відповідальності з будь-яким типом технологічного обладнання та КВП.

Ідеологічною основою ПТК «Торнадо-N» стали результати досліджень, проведених в 2007-2011 р.р.. співробітниками тематичної групи, з урахуванням багаторічного досвіду впроваджень АСУТП, співпраці з підприємствами теплоелектроенергетики і російськими інженерами, що проектують і експлуатують обладнання ТЕС, ЕНЕС і інших виробництв, пов'язаних з великою енергетикою.

Особливості ПТК «Торнадо-N»

АСУТП на базі ПТК «Торнадо» - повнофункціональна інформаційно-керуюча людино-машинна система, що працює в режимі реального часу і керує роботою технологічного устаткування у всіх експлуатаційних режимах, включаючи базовий режим, пуск, зупинка і аварійний режим роботи основного технологічного устаткування. Спосіб управління обладнанням залежить від режиму експлуатації: в базовому режимі - автоматичний, в режимах з порушенням умов нормальної експлуатації і в пускових режимах - автоматизований (напівавтоматичний). ПТК забезпечує високу ступінь автоматизації з урахуванням конструктивних і технологічних особливостей об'єкта, різноманіття режимів його роботи і пов'язаних з ними особливостей управління і регулювання.

Впровадження сучасних комплексних АСУТП забезпечує:

1. Збільшення терміну служби технологічного обладнання. Автоматичне регулювання, автоматизований пуск і останов в межах технологічних допусків експлуатації обладнання, автоматика захистів і інтелектуальних блокувань дозволяють істотно збільшувати робочий ресурс основного обладнання та терміни його фактичної експлуатації.
2. Підвищення економічної та екологічної ефективності об'єкта. Реалізація більш складних законів управління дозволяє впроваджувати сучасні технології спалювання і паророзподілу, що дозволять підвищити ККД енергоустановок, економити паливо і мінімізувати шкідливі викиди.
3. Зниження ролі людського фактора. Значно скорочується число трудомістких, рутинних ручних операцій і, відповідно, виключається можливість помилок, пов'язаних з їх виконанням. Персонал може зосередитися на більш відповідальних завданнях, а безаварійні експлуатаційні періоди і готовність обладнання істотно збільшаться.

ПТК є комплексним рішенням: враховується весь спектр технологічних задач, що виникають на працюючому об'єкті. Це відкрите рішення, що дозволяє поетапно впроваджувати і з мінімальними витратами розширювати АСУТП, не зачіпаючи вже існуючу частину комплексу. Це найбільш сучасний комплекс з архітектурою майбутнього, який не має аналогів на ринку, показники надійності і швидкодії якого перевершують норми керівних документів (РД).

Архітектура ПТК «Торнадо-N» дозволяє виробляти безударную заміну будь-яких пристроїв ПТК (пристроїв введення-виведення, процесорних блоків, серверів верхнього рівня, АРМ, будь-яких джерел живлення, комунікаційного обладнання). До функціонуючій системі можна додавати додаткові модулі, причому ця процедура не вимагає модифікації діючої частини системи.

Основу ПТК складають модулі розподіленого вводу-виводу MIRage-N. Застосування даних модулів дозволяє створити якісно нову архітектуру об'єднаного магістрального мультипроцессорного контролера з єдиної високошвидкісної магістраллю обміну даних між процесорними пристроями обробки і пристроями введення-виведення, що охоплює весь об'єкт автоматизації. ПТК «Торнадо-N» практично не має обмежень за структурою, просторового розподілу та компонуванні, що робить його зручним як для проектувальників і інтеграторів, так і для кінцевого користувача.

Рис 1. Типова структура ПТК «Торнадо-N»

Інформаційна структура ПТК

Інформаційна структура системи заснована на подіях і повідомленнях про події. Передбачена первинна обробка інформації по аналоговим параметрами. При цьому аналізується відхилення параметрів і швидкість зміни параметрів. Для будь-якої змінної можуть задаватися попереджувальні і аварійні уставки.

Нижній інформаційний рівень представлений миттєвої базою даних, що формується керуючими програмами процесорних блоків. Дані для МБД надходять з модулів УСО методом циклічного опитування, виконуваного безліччю програм первинної та спеціальної обробки інформації (ПВІ і СОІ) первинних даних від датчиків і формування розрахункових параметрів. Цикл опитування програмується індивідуально для кожної програми Тривалість циклу - 5 мс і більше. Будь-які дані МБД доступні будь-керуючої програмою і сервера додатків. ПВІ і СОІ реалізуються у вигляді virtual-IOboard і бібліотечних елементів обробки даних системи ISaGRAF.

Рис 2. Зовнішній вигляд типового шафи ПТК «Торнадо-N»

Середній інформаційний рівень утворений оперативної базою даних ОБД дубльованого сервера додатків (СП), що реалізується на дубльованому комп'ютері з Windows-платформою. Взаємодія СП з МБД Процесорних Блоків (ПБ), забезпечують спеціальні комунікаційні процеси, що функціонують на ПБ. В ПБ відстежуються всі зміни МБД і формують події (телеграми) з присвоєнням мітки часу в момент зміни стану параметра, за індивідуальним критерієм зміни (апертурі). Спорадичний метод передачі даних в ПТК «Торнадо» забезпечує максимальну актуальність і своєчасність даних в системі. Крім спорадического (щодо подій) методу використовується циклічний метод формування миттєвого зрізу всій МБД в ОБД, комунікаційні процеси в ПБ циклічно відправляють все стан МБД, незалежно від змін з ПБ в СП, що підвищує їх наочність. Час циклу налаштовується. Дубльованих (пар) СП може бути кілька в системі, що ще підвищує стійкість ПТК. Одна з важливих функцій СП - інтеграція в ОБД даних, одержуваних через різні інтерфейси, наприклад, OPC.

Верхній інформаційний рівень системи представлений АРМамі і різними серверами: сервером бази даних (СБД) для зберігання архівної БД, web-сервера для організації неоперативних «тонких» клієнтів, допоміжного сервера для різних системних сервісів: друку, розмежування мереж.

Рис 3. Організація АРМ операторів ПТК «Торнадо» (Енергоблок № 1 Красноярської ТЕЦ-3)

Конструктивні особливості

Устаткування польового рівня, включаючи натуральні сигнали від термометрів-опорів і термопар, датчики з уніфікованим виходом (струм або напруга), а також дискретні сигнали і команди 24В і 220В, підключається прямо в ПТК, без проміжних клемників, кросових, проміжних реле та інших перетворювачів . Це зменшує кількість шаф на об'єкті, значно збільшує надійність і спрощує комутацію, а також полегшує обслуговування обладнання АСУТП. ПТК може працювати з будь-яким польовим рівнем (КВП), як вітчизняного, так і імпортного виробництва. Це досягається застосуванням узгоджувальних термінальних блоків (блоків польових інтерфейсів - БПИ), що містять перетворювачі польових сигналів і пружинні клеми, що забезпечують надійне підключення кабелю перетином 2,5 кв. мм. Конструктивна особливість БПИ забезпечує заміну відмовили в ньому елементів без демонтажу підключеного польового кабелю.

Спеціальні рішення по харчуванню

Харчування власне обладнання ПТК і польового рівня, що підключається до ПТК, організовано відповідно до 1 категорією особливої ​​групи за класифікацією ПУЕ. Для харчування контролерних обладнання, мережі нижнього рівня і польового обладнання, що підключається до ПТК, в якості третьої незалежного джерела живлення використовується, як правило, загальностанційне акумуляторна батарея. Таке рішення позбавляє від необхідності купувати дорогі і складні в обслуговуванні ДБЖ. При цьому ПТК «Торнадо» відрізняється низьким енергоспоживанням.

Організована спеціальна розгалужена діагностика електроживлення елементів ПТК і датчиків, що підключаються. Харчування аналогових датчиків здійснюється від індивідуальних ІП для кожного датчика, встановленого в вимірювальному модулі. ІП для «сухих» контактів має вбудовану діагностику і сигналізацію порушень ізоляції від «землі». Пошук порушень ізоляції в ланцюгах датчиків автоматизований. Харчування датчиків сухих контактів і струмових датчиків 4-20мА проводиться з ПТК, що забезпечує значно більшу надійність функціонування, позбавляє від дорогих, складних і не надійних додаткових ДБЖ.

Приклади впроваджень ПТК «Торнадо-N» на промислових об'єктах

1. РіТЕС «Углевік», Сербія. Блок 300 мВт, паровий котел 990 тонн пари на годину, в-во ЗІО «Подольск», турбіна К-300-240-1 пр-во ЛМЗ близько 7 000 сигналів контролю і управління.
2. Краснодарська ТЕЦ. АСУТП енергоблоку ПГУ-410, близько 5 000 сигналів контролю і управління.
3. Красноярська ТЕЦ-3 ВАТ ТГК-13. АСУТП енергоблоку № 1 потужністю 220 МВт, склад енергоблоку: парова турбіна Т-185 / 220-12,8-2 пр-во ЛМЗ, паровий котел типу ТПЕ-216, генератор Т3ФП-220-2УЗ, близько 8 000 сигналів контролю і управління .
4. Томська ГРЕС-2. АСУТП газового тракту котлоагрегату ТП-230-2 ст. № 4 Томської ГРЕС-2.
5. Томська ПРК. АСУТП газового тракту котлоагрегату ПТВМ-180 ст. № 4 Томської ПРК.
6. Канская ТЕЦ. АСУТП турбоагрегату Р-12-3,4 / 0,5.

Рис 4. Урочистий пуск парогазової установки 410 МВт з АСУТП на базі ПТК «Торнадо-N» на Краснодарській ТЕЦ.

1. Сердюков О.В., Нестуля Р.В., Кулагін С.А., Скворцов О.М., Тимошин А.І., Журавльова Л.В., пасіка С.М., Камочкін А.В. Досвід розробки АСУТП енергоблоку ПГУ-410 Краснодарській ТЕЦ на базі програмно-технічного комплексу "Торнадо-N" // Теплоенергетика, 2011, № 10. С. 20-25.

2. Сердюков О.В. Застосування програмно-технічного комплексу "Торнадо-N" на базі Ethernet для об'єктів теплоенергетики // Збірник доповідей Третьої Всеукраїнської конференції "Реконструкція енергетики-2011". Москва, 7-8 червня 2011 р

3. Сердюков О.В., пасіка С.М., Камочкін А.В. Впровадження російського ПТК "Торнадо-N" на енергоблоці ПГУ-410 Краснодарській ТЕЦ // Доповідь на конференції Russia Power, г. Москва, 28-30 березня 2011 р

4. Сердюков О.В., Нестуля Р.В., Кулагін С.А., Скворцов О.М., Тимошин А.І., Дорошкін А.А., Сорокін І.В. Сучасні промислові ПТК на базі Ethernet // Інформатизація та системи управління промисловості (ІСУП), 2011, № 1. С. 21-24.

5. Сердюков О.В., Нестуля Р.В., Кулагін С.А., Скворцов О.М. Сучасні ПТК для теплоенергетики і перспективи їх розвитку // Теплоенергетика, 2010, № 10. С. 58-61.

6. O. Serdyukov (Russia). DCS with Homogeneous Architecture based on Ethernet Network // Proceedings of the IASTED International Conferences on Automation, Control, and Information Technology (ACIT 2010). Control, Diagnostics, and Automation. June 15 - 18, 2010 Novosibirsk, Russia. P. 11-14.

7. Сердюков О.В., Дорошкін А.А. Програмно-технічні комплекси на базі шини Ethernet // Автоматизація та IT в енергетиці, 2010, № 2. С. 38-40.

8. Сердюков О.В., Дорошкін А.А. Структурні особливості ПТК на базі єдиної цифрової мережі // Інформатизація та системи управління промисловості (ІСУП), 2010, № 1. С. 34-36.

9. Сердюков О.В., Дорошкін А.А. Магістральні Контролери // Матеріали конференції "Горіння Твердого Палива", 10-13 листопада 2009 р Інститут Теплофізики СО РАН, Новосибірськ, 2009 г.

10. Нестуля Р.В., Тараненко Л.В. "Нейрон-ТМ" - універсальна технологія для автоматизації електроенергетичних об'єктів // Світ Автоматизації 2009, жовтень. С. 46-48.

11. Сердюков О.В. Основи функціонування АСУТП для великих ПТК // Інформаційний матеріал по освоєнню, експлуатації надійності АСУТП, реалізованих на базі "основних" ПТК на ТЕС Росії. ВАТ "Інженерний центр енергетики Уралу", г. Екатеринбург, 2009 г.

12. Сердюков О.В. ПТК нового покоління "Торнадо-N" для створення АСУТП об'єктів енергетики // Матеріали конференції ПТА. Автоматизація: Проекти, Системи, Засоби, Новосибірськ, 2009 г.

13. Serdyukov OV Prospects of "One-level" Architecture of Control Systems on the basis of Ethernet Network - DCS "Tornado-N" with "One-level" Architecture on the basis of Ethernet // Proceedings of the 1st International Workshop on Networked embedded and control sysem technologies: European and Russian R & D cooperation - NESTER 2009 Milan, Italy, 2009. P. 75-80.

14. Сердюков О.В., Тараненко Л.В. Магістральні контролери // Світ автоматизації 2009, лютий-квітень. С. 34-36.

15. Сердюков О.В., Тимошин А.І., Кулагін С.А., Кузнєцов В.І., Дорошкін А.А. Великомасштабні АСУТП електростанцій на основі модулів віддаленого вводу / виводу з дубльованим ETHERNET // Промислові АСУ та контролери, розділ "Технічні засоби АСУТП", 2008, № 07. С. 39-40.

16. Про застосування модулів віддаленого вводу / виводу MIRage-N з дубльованим Ethernet // Автоматизація в промисловості, 2008, № 6. С. 63-64.

17. Сердюков О.В. ПТК "Торнадо": життя у великій енергетиці // Раціональне управління підприємством - Rational Enterprise Management (REM), розділ "Автоматизація виробництва", 2008, № 1. С. 50-54.

18. Сердюков О.В., Кузнєцов В.І., Дорошкін А.А., Тимошин А.І., Кулагін С.А. Магістральний напрям розвитку промислових контролерів // Силова інтелектуальна електроніка (СІЕЛ), 2008, № 3 (9). С. 15-17

19. Сердюков О.В., Кузнєцов В.І., Дорошкін А.А., Тимошин А.І., Кулагін С.А. Магістральний напрям розвитку промислових контролерів // Автоматизація в промисловості, 2007, № 12. С. 47-49.

20. Дорошкін А.А., Сердюков О.В., Тимошин А.І., Кулагін С.А., Фокін С.Н. Системи автоматизації майбутнього приростати будуть Ethernet // Інформатизація та системи управління промисловості (ІСУП), 2007, № 3 (15). С. 22-25.

21. Інтерв'ю з главою компанії "МСТ" О.В. Сердюковим // Інформатизація та системи управління промисловості (ІСУП), 2007, № 3 (15). С. 45-48.

22. Сердюков О.В., Тимошин А.І., Кулагін С.А., Дорошкін А.А., Горбунов А.І., Суворов В.В. "MIRage", що став реальністю // Промислові АСУ та контролери, розділ "Технічні засоби АСУТП", 2007, № 07. С. 44-46.

23. Сердюков О.В. Досвід розробки і впровадження АСУТП на електростанціях Росії // Електричні станції, 2007, № 4. С. 15-17.

24. Фельдман В.Г., Сердюков О.В., Нестуля Р.В., Кузнєцов В.І. Про модернізацію систем контролю і управління // Енергетик, 2007, № 4. С. 29-31.

25. Сердюков О.В., Тимошин А.І., Кулагін С.А., Дорошкін А.А., Фокін С.Н. Системи автоматизації майбутнього приростати будуть Ethernet // Промислові АСУ та контролери, розділ "Технічні засоби АСУТП", 2007, № 02. С. 39-42.