Технологии
АСУ ТП: мозговой штурм

Росатом рассчитывает, что отечественная АСУ ТП станет одним из драйверов развития новых бизнесов госкорпорации, причем будет востребована не только в атомной сфере, но и в других отраслях промышленности, например, в нефтегазе и в электроэнергетике. Разработка российской версии системы ведется, по сути, с конца прошлого века в рамках консорциума отраслевых предприятий. Но динамика развития проекта пока Росатом не удовлетворяет. Хотя перспективы есть — россиий рынок автоматизации только в электроэнергетике оценивается экспертами в 50 млрд рублей.

Цифровые АСУ ТП (в английской терминологии — Industrial and Process Automation, или Instrumentation & Control), получая информацию о параметрах технологического процесса с датчиков, воздействуют на исполнительные устройства, управляя технологическим процессом, и, как правило, имеют три-четыре уровня управления. Широкое внедрение подобных систем как в СССР, так и за рубежом произошло в 1970‑х годах. Некоторые отрасли нашей страны, в том числе и атомная промышленность, продолжили развивать это направление и в постсоветское время. Однако угнаться за стремительным развитием технологий мировых лидеров им было крайне сложно. В итоге сегодня АСУ ТП на российских предприятиях комплектуются в основном импортным оборудованием и системами. Атомная отрасль — исключение, ведь у Росатома есть собственные наработки, но и предприятия госкорпорации зачастую применяют элементную базу зарубежных изготовителей.
 

«Мы не даем заниматься творчеством»

Управление энергоблоком АЭС состоит из нескольких уровней: защита, блокировка изменений в случае не предусмотренных проектом ситуаций, сигнализация оператору и регулирование, то есть удержание в нужных пределах различных параметров.
 
Нижний уровень современной АСУ ТП — это датчики, которые измеряют базовые показатели работы блока, такие, как нейтронный поток, температура, давление. К этому же уровню относятся исполнительные устройства: приводы управления вместе с органами регулирования реактора, задвижки, насосы, клапаны. Уровнем выше — системы, обеспечивающие предварительную обработку, преобразование первичной информации, полученной от датчиков. Затем — уровень автоматического управления, реализующий управляющие функции четырех основных типов: защита, блокировка, регулирование и сигнализация. Эти два уровня реализуются на так называемых программируемых логических контроллерах (PLM). Вершина айсберга — система верхнего блочного уровня (СВБУ), строящаяся на средствах вычислительной техники и содержащая серверы, рабочие места операторов и сетевые средства. А в совокупности все это — единый программно-технический комплекс.
 
«На таком сложном объекте, как АЭС, технологический процесс характеризуется десятками тысяч параметров, которые могут изменяться достаточно быстро, и возлагать функцию их контроля только на оператора, конечно, нельзя. Тем более что реакция в случае выхода за пределы допустимых режимов должна быть точной и практически мгновенной. Поэтому вся ответственность за эффективность и безопасность работы энергоблока лежит на программно-аппаратной автоматике — контроллерах (PLM)», — говорит первый заместитель главного конструктора — начальник научно-производственного комплекса «ВНИИА им. Н. Л. Духова», доктор технических наук Владимир Кишкин.
 
Жесткие требования к обеспечению безопасности приводят к необходимости соблюдения определенных правил и подходов, добавляет первый заместитель директора — генерального конструктора НИКИЭТ им. Н. А. Доллежаля Михаил Михайлов. В частности, это касается организации разработки, внедрения и последующего развития систем. Идеология простая. Любые новые решения или изменения в системе должны быть проверены на стендах. Затем специалисты-разработчики внедряют новые решения на АЭС. При этом программное обеспечение, которое используется на станции, открыто для разработчиков и для надзорных органов, но закрыто для эксплуатации — персонал АЭС может вносить изменения только в пределах инструкций и регламентов. В итоге у эксплуатационного персонала имеются в этой части соответствующие ограничения, которые, естественно, никому бы не понравились. «Мы не даем им заниматься творчеством», но это один из принципов, которые приходится соблюдать во имя обеспечения безопасности, отмечает М. Михайлов.
 
После первых внедрений новых систем на станциях НИКИЭТу приходилось сталкиваться с мнениями, что система слишком жесткая, ограничивает возможности оператора реактора и так далее. Действительно, эта идеология «консерватизма» закладывалась сознательно. «Система построена так, чтобы не давать оператору вольничать. Даже если ВИУР (ведущий инженер управления реактором) случайно что-то начнет делать ошибочно, система сначала будет сигнализировать и предупреждать его, пытаясь скомпенсировать эти действия, „притормаживать“ его, потом блокирует команды; и только если оператор продолжает игнорировать предписанные ограничения, станет воздействовать на сам реактор, вплоть до его заглушения», — говорит М. Михайлов.
 
Вообще идеология управления энергоблоком АЭС и обеспечения его безопасности строится на принципах эшелонирования: сигнализация оператору и регулирование, то есть удержание в нужных пределах различных параметров; блокировка изменений в случае отклонений от предусмотренных проектом ситуаций и/или предупредительное снижение мощности; и как последняя мера — осуществление защитных действий с целью предотвращения аварии.
 
Вот как это работает на примере реакторов типа РБМК. При отклонении от нормальной эксплуатации сначала поступают информационные сигналы и работают автоматические регуляторы. При развитии ситуации следующий эшелон управления принудительно снизит мощность. Дальше могут подключиться еще два эшелона: режим быстрого снижения мощности (БСМ) или режим аварийной защиты (АЗ). При этом в режиме БСМ реактор останавливается путем сбрасывания всех стержней, за исключением 33 стержней АЗ. Если по каким-то причинам режим БСМ не прошел, то независимо включается режим АЗ и сбрасываются 33 стержня АЗ, которые «пролетают» примерно семь метров за 2–2,5 секунды, полностью останавливая реактор.
 
 
Блочный щит управления Балаковской АЭС


Как создавался консорциум

В атомной промышленности внедрение управляющих систем, которые впоследствии развились до современных АСУ ТП, шло практически одновременно с ее созданием. Прообраз системы появился на первом промышленном реакторе ПО «Маяк», главным конструктором которого был Николай Доллежаль, создавший впоследствии институт, сегодня носящий его имя. К сожалению, уровень электронной и приборостроительной промышленности Советского Союза не позволял создавать конкурентоспособные системы управления. Одна из лучших АЭС в мире, созданная Советским Союзом в Финляндии — Ловииза — базировалась на советских реакторе, турбине и АСУ ТП фирмы Siemens.
 
Десятилетний застой — результат Чернобыльской катастрофы и последующий развал промышленности усугубили ситуацию. Возрождение атомной энергетики в РФ началось с достройки 1-го энергоблока Ростовской АЭС и 3-го энергоблока Калининской АЭС. И в рамках этих проектов руководство отрасли приняло ряд решений о создании отечественных конкурентоспособных программно-технических средств автоматического управления — программируемых контроллеров.
 
Задача создания этих средств была возложена в 1993 году на ВНИИА им. Н. Л. Духова. После анализа мирового рынка и аппаратуры ведущих мировых лидеров было принято решение заключить лицензионный договор с фирмой Siemens. Освоение технологий, переданных фирмой Siemens, привело к созданию отечественной конкурентоспособной аппаратуры, получившей конструкторское обозначение ТПТС51. Эта аппаратура была применена на ряде тепловых электростанций. Ее первое внедрение на АЭС состоялось на 3-м энергоблоке Калининской АЭС. Это была АСУ ТП нового типа. Практически все функции управления (до 95 % сигналов) реализовались в этой системе на контроллерах одного типа (ТПТС51), что существенно подняло уровень унификации оборудования. Более чем на порядок сократился объем оборудования АСУ ТП. Применялась новая мощная СВБУ с возможностями управления и отображения информации. Впервые в каналах безопасности была применена цифровая техника, что обеспечило новые возможности диагностики. Соответственно, вырос уровень автоматизации управления и диагностики, резко повысилась надежность системы. Высокий уровень самодиагностики обеспечил существенное сокращение регламентных работ и, тем самым, упрощение эксплуатации.
 
Так что АСУ ТП Калининской АЭС ознаменовала появление отечественной конкурентоспособной системы управления, констатирует В. Кишкин. В дальнейшем решения для 3-го блока Калининской АЭС были реализованы на 4-м блоке этой же станции, а также на 2-м, 3-м и 4-м блоках Ростовской АЭС.
 
Впоследствии в проектах «АЭС-2006» (Нововоронежская АЭС-2 и Ленинградская АЭС-2) из-за появления новых требований инициирующая часть систем безопасности была реализована на аппаратуре Teleperm XS французской Areva. Но ВНИИА поставил перед собой цель создать отечественную аппаратуру, которая обеспечила бы эти функции с учетом выполнения всех международных требований. В 2015 году завершается разработка новой аппаратуры ТПТС–СБ, способной полностью заменить Teleperm XS, отмечает В. Кишкин.
 

шкаф АСУ ТП разработки НИКИЭТ
 

По инициативе предприятий ЯОК Росатома в 2006 году был создан консорциум предприятий— разработчиков и изготовителей оборудования АСУ ТП АЭС. В него вошли 10 организаций: ВНИИАЭС, ­НИИИС им. Ю. Е. Седакова, ВНИИА им. Н. Л. Духова, РФЯЦ-ВНИИЭФ, Приборостроительный завод, ­ВНИИЭМ им. А. Г. Иосифьяна (входит в Роскосмос), Курчатовский институт и АО «Тензор». Впоследствии в него вошло еще одно предприятие ЯОК — ФГУП «УЭМЗ».
 
Функции распределились следующим образом. ВНИИАЭС — главный конструктор, системный интегратор, разработчик систем верхнего уровня и систем регистрации важных параметров эксплуатации. Курчатовский институт разрабатывает и поставляет системы контроля, управления и диагностики. НИИИС им. Ю. Е. Седакова занимается техническими средствами систем верхнего уровня и оперативно-диспетчерского управления. ВНИИА им. Н. Л. Духова выпускает автоматику уровня автоматического управления, программно-технические комплексы для систем нормальной эксплуатации и систем безопасности, датчики и сигнализаторы давления. ВНИИЭМ делает комплексы электрооборудования систем управления и защиты реактора. ВНИИЭФ занимается системами вибромниторинга и вибродиагностики. Приборостроительный завод — изготовитель систем радиационного мониторинга и контроля. АО «Тензор» отвечает за пожарные системы. В итоге все системы интегрируются в единый контракт, который выставляется на конкурс как АСУ ТП.
 
Основным мотивом создания консорциума как раз и явилось стремление поставки АСУ ТП как единой гармонизированной системы, реализуемой проверенными партнерами — компетентными предприятиями с устойчивыми экономическими показателями. Такой подход устраняет риск «лоскутного одеяла», когда подсистемы АСУ ТП поставляются независимо друг от друга в результате частных конкурсов и впервые встречаются на площадке, где уже в процессе пуско-наладки происходит их мучительное сопряжение. В результате получается неоптимальная и неэффективная система, которую сложно эксплуатировать и развивать.
 
Как правило, работа в рамках одного заказа выстроена следующим образом. Проектная организация выбирает технологическое оборудование, увязывает все механизмы в единый алгоритм и описывает принципы их взаимодействия. В результате общего обсуждения консенсусом определяется генеральный поставщик из состава консорциума. Обычно лидером российских АЭС выбирается ­ВНИИАЭС, зарубежные проекты обеспечивает НИИИС им. Ю. Е. Седакова, который, в частности, взял на себя роль генерального поставщика в контракте на АСУ ТП Белорусской АЭС. Далее участники консорциума выполняют отдельные части работ в рамках заказа, обеспечивают наладку оборудования и сервисное обслуживание в пределах своей зоны ответственности.
 
Есть и другие компании, которые не входят в консорциум, но также создают подобные системы. Например, НИКИЭТ им. Н. А. Доллежаля — формально он вне этого объединения, но интерес к кооперации проявляет, отмечает М. Михайлов. Институт активно занимается тематикой АСУ ТП с момента своего создания. Среди последних достижений — полная модернизация управляющих систем безопасности на 10 энергоблоках РБМК, автоматизированных систем контроля и управления на комбинате «Маяк» и некоторые другие. «Наши сильные стороны — то, что касается систем управления и защиты, комплекса электрооборудования для управления исполнительными механизмами стержней, а также системы верхнего уровня, прежде всего программное обеспечение», — подчеркивает М. Михайлов.

С момента своего создания консорциум реализовал ряд проектов на российских АЭС и на станциях, построенных по отечественным проектам за рубежом («Бушер» и «Куданкулам»).
 


Из материалов Минпромторга РФ
Для развития АСУ ТП в России требуется собственная разработка и организация производства:
электронных микроэлементов, интегральных микросхем, процессоров, средств сбора и обработки данных, средств связи и передачи данных и других элементов АСУ;
программируемых логических контроллеров (ПЛК), промышленных компьютеров, серверов для хранения и передачи данных;
системного и инструментального программного обеспечения для ПЛК, серверов, автоматизированных рабочих мест оператора, диспетчера;
 
Необходимо также использование международных стандартов по перечисленным сегментам с целью унификации и стандартизации основных частей АСУ, что должно обеспечить конкурентноспособность российской промышленности.

 


 

Грани импортозамещения

«Проблема импортозамещения многогранна. Как относиться к результату создания систем, в которых все оборудование разработано, изготовлено, испытано и внедрено российским предприятием, все программное обеспечение также создано российскими разработчиками, но при этом использованы зарубежные комплектующие изделия: микросхемы, конструктивы стоек, мониторы? Именно этот подход реализует, в частности, НИКИЭТ, и я уверен, что в таком случае создаются отечественные системы и оборудование», — рассуждает М. Михайлов.
 
По его словам, НИКИЭТ не использует импортное оборудование для управляющих систем ядерных энергетических установок, но элементная база на 100 % зарубежная — в России практически нет ничего подходящего для данных задач, особенно с учетом критерия цена-качество. «Ни Зеленоград, ни другие отечественные центры не могут с этим справиться», — с сожалением констатирует М. Михайлов.
 
В вопросах импортозамещения обязательно надо учитывать множество факторов, считает он. Конечно, хотелось бы быть полностью независимыми от зарубежных поставщиков, особенно в сегодняшних условиях. Однако освоить самостоятельно выпуск широкой номенклатуры комплектующих изделий не так просто, да и во многих случаях для конкретных предприятий экономически нецелесообразно. Вот пример — изготовление стоек для элементов АСУ ТП. «Казалось бы, что тут сложного: сварить да покрасить. В 1990‑х годах одно из питерских предприятий, оснащенных новейшими производственными линиями немецкого производства, предложило нам использовать изготовленные ими стойки. Начали проверять на электромагнитную совместимость — ничего не держит. Стали разбираться. Оказалось, в частности, что на дверях для герметизации установлены обычные резиновые прокладки, в то время как необходимо использовать прокладки с металлизированной вставкой, чтобы не пропускать электромагнитные волны. Что делать? Пришлось покупать эти прокладки за рубежом, потому что у нас в стране такие не производили», — вспоминает М. Михайлов. Сегодня, конечно, уже многие предприятия в России производят стойки, аналогичные зарубежным.
 
Вот в развитие проблемы импортозамещения еще пример, и снова о стойках. Для размещения «начинки» АСУ ТП в стойках используются так называемые крейты (что-то вроде специальных полок с ячейками). Их до сих пор в России никто не производит — нет крупного заказа, а выпускать ограниченные серии нерентабельно. Немецкая компания Rittal, например, крейты производит сразу огромными партиями во многих странах, в том числе в Китае, и тщательно следит за качеством, потому что продает их под своей маркой. «Но ведь за Rittal сотни миллионов стойко-лет опыта, они этим профессионально занимаются, замечания со всего мира собирают и внедряют новшества. С наскока такой опыт компенсировать не получится, потребуются и материальные, и людские ресурсы, да еще и время на освоение и доведение до высокого качества», — отмечает М. Михайлов.
 
И это только локальные примеры проблем с импортозамещением. Гораздо сложнее будет справиться с электроникой — тут нужны десятки миллиардов долларов вложений, желательно в рамках государственной программы под заказ всех отраслей промышленности. К тому же в этой сфере все быстро устаревает: можно начать строить крупное производство, но через три-пять лет на его продукцию не будет спроса — мир уйдет далеко вперед.
 
Выполняя заказ для Смоленской АЭС, НИКИЭТ заказал микропроцессорные платы определенного типа не в Германии, а у одной из зеленоградских фирм. «Они утверждали, что это полный аналог. Действительно, попробовали на стенде, испытали — все нормально. Закупили, укомплектовали, изготовили и испытали комплект оборудования, поставили на станцию. Через полтора-два месяца вдруг пошли сообщения, что начались сбои то в одной стойке, то в другой. Наши с российским разработчиком совместные попытки понять причину ни к чему не привели. В итоге дело кончилось закупкой оригинальной платы у немецкой фирмы. Заменили — и сейчас работает», — рассказал М. Михайлов.
 
«Пока у нас электроника не придет хотя бы к уровню советского времени (когда можно было получить качественные и сравнительно недорогие электронные компоненты, правда, в большинстве случаев с более низкими остальными пользовательскими характеристиками), — придется полагаться на импорт комплектующих», — убежден наш собеседник.
 

Справка

Третий блок Калининской АЭС (Удомля, Тверская область) с реактором типа ВВЭР мощностью 1000 МВт был введен в строй в декабре 2004 года (по дате первого включения в сеть). Этот энергоблок был оснащен первой отечественной конкурентоспособной АСУ ТП нового типа. Главным конструктором и системным интегратором проекта выступил ­ВНИИАЭС. При этом АСУ ТП была сконструирована с использованием программно-технических средств, созданных ВНИИА им. Н. Л. Духова на основе технологии германской фирмы Siemens в рамках соответствующего лицензионного договора.
 
На создание АСУ ТП для третьего блока Калининской АЭС ушло около четырех лет от момента принятия решения до приемки системы в промышленную эксплуатацию (октябрь 2005 года). Впоследствии именно эта система стала прообразом аналогичной АСУ ТП для проекта «АЭС‑2006», который лег в основу современной государственной программы строительства атомных станций в России. В дальнейшем решения для третьего блока Калининской АЭС были реализованы на четвертом блоке этой же станции, а также на энергоблоках Ростовской АЭС.

Отличительные особенности АСУ ТП третьего блока Калининской АЭС:
практически все функции управления реализованы на контроллерах одного типа;
на порядок сократился объем оборудования;
установлена новая мощная система верхнего блочного уровня (СВБУ) с возможностями управления и отображения информации;
впервые в каналах безопасности применена цифровая техника;
впервые на АЭС России реализовано дисплейное управление оборудованием с рабочих станций операторов.
 

 

Трудности оценки

Точный объем реального рынка АСУ ТП для различных отраслей промышленности подсчитать достаточно сложно. Его можно рассматривать в совокупности объема продаж различных инструментов и технологий, включая роботизированные и автоматические производственные линии. Зарубежные эксперты два года назад приводили оценку, сделанную таким образом, на уровне $ 85 млрд и ожидали ежегодный прирост в районе 6 % до 2020 года (по данным министерства промышленности и торговли РФ). При этом по каждой технологии в отдельности динамика роста может отличаться — от 3 % до 12 %. 
 
Если рассматривать рынок АСУ ТП в более узком понимании (полевые устройства и приборы контроллерного уровня), то в глобальных масштабах он оценивается примерно в $ 30 млрд. Что касается российского рынка, то в части «чистой» АСУ ТП в 2013 году аналитики оценивали его более чем в $1 млрд. Отраслевой ресурс Tadviser считает, что российский рынок автоматизации электроэнергетических предприятий в 2014 году составил около 50 млрд рублей.
 
Сложность подсчета объясняется тем, что многие элементы (серверы, компьютеры, различное ПО), которые потом и составляют АСУ ТП, обозначены в контрактах, например, на строительство центров обработки данных, нефтяных терминалов или энергопредприятий, как информационные системы, и тогда они в статистику АСУ ТП не попадают. Учитывают стоимость, которую получают компании, занимающиеся только прямой продажей технических и программно-аппаратных средств АСУ ТП. Общие же данные — сколько в каждом проекте расходуется на автоматические системы — можно оценить только экспертно. В открытых источниках встречаются оценки в промежутке от 0,5 % до 5 % общей стоимости возведения нового промышленного объекта в зависимости от его сложности. 
 
В атомной промышленности стоимость АСУ ТП составляет обычно 10 – 12 % от цены блока. Яркий пример — Белорусская АЭС, где цена контракта на поставку АСУ ТП для двух блоков составила 14 млрд рублей (для головного блока — чуть дороже, для второго — дешевле).
 
Зарубежные игроки контролируют до 80 % российского рынка АСУ ТП, полагают эксперты. Лидеры — Siemens и Allen Bradley, Schneider Electric (прежде всего в нефтегазовой отрасли), General Electric, AutomationDirect, ICP DAS, Advantech, Mitsubishi Electric, B&R, Metso Automation. Встречаются внедрения решений на базе ABB, Honeywell. При этом основные электронные компоненты для приборов этих компаний производятся в КНР, Тайване, Южной Корее, впрочем, как и для большей части отечественных полевых устройств.
 
Потеснить их Росатому будет непросто — надо предлагать продукт дешевле и выше качеством. Но стоит помнить, что АСУ ТП как продукт конверсии отраслевых предприятий ядерного оружейного комплекса обременена высокими расходами в оборонной части, которые с трудом поддаются оптимизации. Наверное, в условиях санкций российские промышленные компании будут активнее искать отечественные решения как замену импортным. Так что у Росатома появляются новые возможности для продвижения своей АСУ ТП. На руку атомщикам и тот факт, что на рынке не так много игроков, обладающих достаточными компетенциями и опытом работы на крупных промышленных предприятиях.
 

Пока выручка предприятий ЯОК от поставок АСУ ТП относительно невелика — 5,5 млрд рублей по итогам 2014 года. План, установленный на 2015 год, — 6 млрд рублей. Однако масштаб спроса внутри страны в смежных отраслях и планы Росатома по строительству АЭС за рубежом позволяют надеяться на существенный рост этой суммы. Надо только предложить рынку конкурентоспособный продукт. Этим займется недавно созданная компания «Русатом — Автоматизированные системы управления».
 

 

 

«Три кита» ВНИИА им. Н. Л. Духова

ВНИИА им. Н. Л. Духова уделяет направлению АСУ ТП серьезное внимание. «Для нашего института тематика АСУ ТП является одним из главнейших гражданских направлений, определяющих значительную часть бюджета института, — отмечает В. Кишкин. — Наш бизнес — проектирование, изготовление и поставка программно-технических комплексов низовой автоматики — тех самых компонентов АСУ ТП, которые обеспечивают безопасность и эффективность функционирования АЭС. Следует отметить, что вся наша аппаратура полностью разработана и производится в институте. В наших изделиях нет покупных электронных узлов, нет и покупного программного обеспечения».
 
Конечно, важным стартовым фактором явилось лицензионное соглашение с фирмой Siemens о передаче технологий и полных прав на изготовление, модернизацию и продажу ее последней разработки — Teleperm MEA. Информация, переданная ВНИИА, включала конструкторскую, технологическую и программную документацию, в том числе исходные коды. Документация была переработана нашими конструкторами под российские ГОСТы и полностью перевыпущена под конструкторским индексом ТПТС51, говорит В. Кишкин.
 
Конечно, особую ценность представляло программное обеспечение, которое фактически содержало в себе весь опыт Siemens по автоматизации энергетических объектов. Кроме того, в рамках реализации лицензионного договора немецкие коллеги помогали создать в институте производство электроники европейского уровня, создать систему обеспечения качества, отвечающую мировым требованиям. «Тогда в России это было исключительным явлением. В добавление к этому, фирма Siemens передала нам своих поставщиков элементной базы. Когда немецкие коллеги убедились в необходимом уровне качества производства, начали заказывать ВНИИА производство этой аппаратуры, продавая ее под своим брендом», — с гордостью вспоминает наш собеседник.
 
«Теперь мы видим, насколько правильным было решение идти „японским“ путем освоения лицензионной продукции», — подчеркивает В. Кишкин. Это позволило институту сделать технологический рывок и за сравнительно небольшое время преодолеть пропасть, отделявшую электронику советского производства от европейской продукции.
 
«В качестве контрагентов мы предпочитаем выбирать отраслевые предприятия, например Уральский электромеханический завод в Екатеринбурге — для изготовления металлоконструкций шкафов и печатных плат. Они сумели освоить передовые технологии металлообработки и изготавливают металлоконструкции шкафов и печатные платы мирового класса», — добавляет он.
 
 
 

 
ВНИИА вынужден применять зарубежную элементную базу (транзисторы, микросхемы и другие элементы поверхностного монтажа), чтобы поддерживать уровень качества своей продукции, однако для каждого элемента существуют как минимум три поставщика — таким образом институт обеспечивает технологическую независимость.
 
Начиная с 2000 года ВНИИА осуществил поставки более чем на 40 объектов тепловой и атомной энергетики. Практически все перспективные и реализуемые проекты АЭС российского дизайна ориентированы на технику ВНИИА, заверяют в институте. «Мы уверены в высоком техническом уровне нашей продукции и ее конкурентоспособности, в том числе и за рубежом. По техническим и потребительским характеристикам аппаратура ТПТС нашего производства не уступает аналогичной аппаратуре ведущих мировых брендов, таких, как Siemens, Allen Bradley, Mitsubishi Electric», — утверждает В. Кишкин.
 
По его мнению, для достижения действительно конкурентоспособного уровня продукции необходимо наличие трех развитых базовых факторов: наука, технологии, производство, причем все эти три составляющие должны находиться на самом современном уровне. «Производство, даже хорошо оснащенное, без научно-конструкторской и технологической поддержки лишено ориентиров развития и обречено на неминуемую деградацию. Наука без союза с технологией и без производственной базы оторвана от реальной жизни и обречена на бесплодие, а технологии являются той самой реальностью, на основе которой и создаются современные продукты», — рассуждает наш собеседник.
 
Такое сочетание сильных научно-конструкторских, производственных и технологических ресурсов возможно только на крупных сильных предприятиях с государственной поддержкой, уверен он. Во ВНИИА созданы три соответствующих отделения общей численностью свыше 500 человек, что позволяет не только серийно производить конкурентоспособную продукцию, но и обеспечивать ее постоянное развитие, удерживать конкурентоспособность в перспективных применениях. Кроме того, значительные объемы поставок дают возможность для постоянных инвестиций в развитие продукции.
 
По мнению В. Кишкина, важнейший фактор, определяющий успех в бизнесе АСУ ТП, — непрерывная модернизация продукции. «Самым страшным сном для меня было повторить судьбу „Жигулей“, когда, освоив лучший в Европе автомобиль, его превратили в ведро с гайками!» — восклицает он.
 
Начав в 2000 году с выпуска лицензионной продукции ТПТС51, примененной на ряде тепловых электростанций, а также на АЭС «Бушер» (Иран), «Куданкулам» (Индия), Калининской АЭС (3-й энергоблок), институт постоянно работал над совершенствованием аппаратуры и обретением полной технологической независимости. 
 
В период 2003 – 2012 годов были созданы еще три поколения контроллеров: ТПТС-Е, ТПТС-ЕМ, ТПТС-НТ. Каждое из этих поколений отличалось новыми свойствами, улучшенными характеристиками и инновационными решениями, обеспечивающими конкурентоспособность и соответствие самым современными мировым требованиям к аппаратуре для АЭС. При этом аппаратура каждого поколения гарантирует полную информационную и системную совместимость с предыдущими поколениями, что чрезвычайно важно для таких объектов с длительным жизненным циклом, как АЭС. 
 
Основные инновационные решения запатентованы, в том числе в зарубежных странах. Эти поколения ТПТС успешно применены на Калининской АЭС (4-й блок), Ростовской АЭС (2-й, 3-й и 4-й блоки). В стадии пуско-наладки Нововоронежская АЭС-2 (1-й блок), Ленинградская АЭС‑2 (1-й блок), Белоярская АЭС (4-й блок).
 
В 2015 году завершается разработка принципиально нового семейства ТПТС-СБ, предназначенного для построения систем безопасности. Данная аппаратура обладает специальными свойствами, обеспечивающими защиту от отказа по общей причине, что принципиально отличает ее от аналогичной аппаратуры таких мировых брендов, как Areva, Mitsubishi Electric и другие. Фактически ни одна система в мире таких свойств не имеет. На все инновационные решения системы ТПТС‑СБ поданы заявки в патентное бюро. Основные принципы этой системы будут представлены на семинаре МАГАТЭ в июле 2015 года.
 
«С завершением разработки ТПТС-СБ будет обеспечена полное импортозамещение оборудования АСУ ТП. Росатом обретет полную технологическую независимость в наиболее ответственном секторе АСУ ТП — аппаратуре для построения как систем нормальной эксплуатации, так и систем безопасности», — уверен В. Кишкин.
 
При этом для АЭС чрезвычайно важна поддержка в течение жизненного цикла систем автоматизации. Например, Калининский блок начал работать в 2003 году, и в течение 30 лет ВНИИА будет поддерживать его нормальную эксплуатацию. «Электроника — вещь очень динамичная, срок жизни элементной базы составляет 3 – 5 лет. Снимают с производства один элемент, появляются новые, и мы обязаны держать руку на пульсе. И если через тридцать лет там из строя выйдет какой-то модуль, мы должны поставить точно такой же, несмотря на отсутствие элементов. Поэтому чрезвычайно важно в таких условиях сохранять совместимость новых продуктов со старыми поставками», — говорит В. Кишкин.
 
В аппаратуре ВНИИА им. Н. Л. Духова нет покупного ПО и чужих операционных систем. Системная информационная среда использует оригинальный формат телеграмм. Это обеспечивает кибербезопасность и полную независимость.
 
Институт огромное внимание уделяет контролю качества производимой продукции. Но сложные процедуры сертификации оборудования, контроля и приемки приводят к удорожанию и существенному увеличению сроков поставки. Так, процедуру согласования применения импортных комплектующих мы можем начинать только после проведения приемо-сдаточных испытаний. Так что изготовленный, принятый комиссией и готовый к отправке комплекс остается на предприятии на срок согласования перечня комплектующих, который в ряде случаев уже согласован для предыдущего комплекса. «Нам кажется, что процедура оценки соответствия комплектующих слишком громоздка и нуждается в оптимизации», — отмечает В. Кишкин.
 
Сложно ли будет институту перестроиться с выпуска атомных систем на оборудование для других отраслей? По мнению В. Кишкина, проблем возникнуть не должно, главное — знать технологию или иметь технологическую поддержку компетентной организации (проектной или эксплуатирующей): «С точки зрения оборудования — ничего особенного. Электроника, методы проектирования остаются теми же». К слову, ВНИИА уже активно сотрудничает с «Роснефтью» и «Транснефтью», которые сами вышли на атомщиков в связи с санкциями. Уже определен пилотный проект для нефтяников, и опережающими методами ведется его реализация.
 
Также введен в опытно-промышленную эксплуатацию комплекс одной из подсистем разделительно-сублимационного производства Электрохимического завода топливной компании ТВЭЛ в Зеленогорске. Этим объектом подтверждена возможность использования нашей техники в промышленности.
 
«На наших системах управления сейчас работает более 50 объектов тепловой, атомной, гидроэнергетики как в России, так и за рубежом. Даже геотермальная станция на Камчатке. Перспективные проекты в атомной отрасли базируются на нашей технике. Ближайшая поставка будет в Белоруссию, дальше — Турция, уже подписан контракт с Ираном, возможно, прибавятся еще четыре индийских блока. Портфель заказов значительный, поэтому нам приходится прикладывать много усилий для повышения объемов производства», — отмечает наш собеседник. Но основная цель — это завершение разработки ТПТС-СБ.
 
Один из сложных вопросов для ВНИИА — обеспеченность кадрами. Институт активно работает с вузами. Сам В. Кишкин — завкафедрой автоматики в МИФИ, его коллега Юрков — завкафедрой физики и нейтронной техники. «Это дает возможность влиять на тематику подготовки студентов и самим отбирать лучших для работы», — отмечает В. Кишкин. Кроме того, в НИИ достаточно стажеров — они приходят сюда уже с третьего-четвертого курса и получают стипендию. Есть у ВНИИА и собственная аспирантура, работает ученый совет, проводятся защиты диссертаций. Так что за последнее время подразделения, которые занимаются АСУ ТП, существенно омолодились. 
 
«Текучки практически нет, народ работает с удовольствием. Правда, работы много. Фактически не было ни одного выходного, когда люди бы не работали. Я каждую неделю подписываю приказы о выходе на работу в выходные или на праздники», — отмечает наш собеседник.

 


 

 

О ролях в создании АСУ ТП
Михаил Подшибякин,

начальник отдела АСУ ТП ОКБ «Гидропресс»

 

Если коротко, то роль ОКБ «Гидропресс», которое входит в состав машиностроительного дивизиона Росатома, в создании АСУ ТП — это формирование технических требований со стороны реакторной установки (функциональных требований, требований к структуре и к составу технических средств автоматизации, требований по надежности, сейсмостойкости, климатике и так далее) к АСУ ТП и контроль выполнения этих требований на всех этапах жизненного цикла АСУ ТП.
 

 

Эта задача реализуется через разработку материалов техпроекта РУ в части АСУ ТП, через участие в испытаниях подсистем АСУ ТП, включая испытания (верификацию и валидацию) программного обеспечения технических средств. «Гидропресс» не разрабатывает технические средства. У нас — проект, а не завод. ВНИИАЭС, как главный конструктор АСУ ТП, осуществляет интеграцию (объединение) технических средств автоматизации в единую систему, управление которой осуществляется, в том числе, через систему верхнего блочного уровня.
 
С точки зрения систем, входящих как в АСУ ТП, так и в состав технического проекта реакторной установки, это две традиционные системы: управления и защиты реактора; контроля управления и диагностики. В новых проектах у нас добавляются система контроля уровня теплоносителя в корпусе реактора в аварийных режимах, аппаратура контроля за работой гидроамортизаторов, оборудование термоконтроля.
 
Большинство сотрудников, которые занимаются АСУ ТП, числятся в моем отделе. Их около 30 человек. Остальные разбросаны по другим отделам, но их немного.
Какие на сегодняшний день, с нашей точки зрения, существуют проблемы? В первую очередь они связаны с тем, что элементная база АСУ ТП все время меняется, и все чаще применяются микропроцессорные технические средства. Поэтому один из аспектов проблемы — выполнение требований нормативно-технических документов, в частности, предупреждение и защита от отказов по общей причине.
 
Почему эта тема актуальна? Потому что надежность программного обеспечения, без которого невозможно функционирование микропроцессорной техники, не имеет в настоящее время методик количественной оценки. Считается, что отказы программного обеспечения носят систематический характер, а значит, они не могут быть выявлены посредством анализа статистических данных, собранных в процессе эксплуатации, испытаний и так далее.
 
В связи с этим, согласно принятому в ОКБ «Гидропресс» консервативному подходу, если мы чего-то не знаем, то считаем, что это может произойти, и в проекте РУ должны быть технические решения, направленные на обеспечение безопасности. Но понятно, что существуют процедуры проверки, верификации, валидации программного обеспечения, программы обеспечения качества и так далее, которые существенным образом снижают вероятность отказа технических средств по общей причине из-за ошибок в программном обеспечении.
 
Поэтому мы считаем, что вероятность отказа по функции, например, аварийной защиты, построенной на микропроцессорной технике, — это ничтожно малая величина. Какая, мы точно не знаем, но маленькая. Исходя из детерминистского подхода, мы все-таки должны защититься от этого отказа, и мы его постулируем. Поэтому сейчас во все проекты, включая Нововоронежскую АЭС-2, Ленинградскую АЭС-2, вводится так называемая дополнительная диверсная система защиты. Она должна быть построена на средствах жесткой логики, без использования микропроцессоров. И мы считаем, что отказ основной системы защиты — это запроектная авария, поэтому при разработке условий запуска систем безопасности по сигналу от диверсной системы защиты необходимо руководствоваться приемочными критериями для запроектных аварий.
 
Поясню на примере. Если авария проектная, то приемочный критерий по давлению над активной зоной — это, по-моему, превышение давления не более чем на 15 % от расчетного, а если запроектная — 25 %. Понятно, что эти приемочные критерии находятся в более расширенной области. Это один из аспектов.
Раньше не было микропроцессорной техники, была только жесткая логика. Сейчас на рынке много производителей микропроцессоров. Отсюда вытекает приемлемая цена, диверсификация поставок и технические решения становятся проще. Благодаря этому сегодня стало реальным то, что раньше невозможно было реализовать на основе жесткой логики. Но эта простота влечет за собой серьезный вопрос о надежности программного обеспечения.
 
На примере аварийной защиты реактора рассмотрим проектное исходное событие аварии, допустим, разрыв трубопровода. В этом случае должна сработать аварийная защита, и требование по надежности составляет не более 5×10–6 — вероятность отказа по функции аварийной защиты. Как ее рассчитать? Строится «дерево», где программное обеспечение «располагается» по всей его длине, так как участвует в формировании функции аварийной защиты. Как рассчитать отказ ПО? Никак. Например, структура программного модуля такова: один вход, один выход, пять ответвлений и 20 циклов. Число логических состояний в такой небольшой подпрограммке 5×1014. Это значит, что есть два варианта: или вы показываете, что все логические состояния покрываете тестами и проверками, что невозможно в принципе; или постулируете отказ по общей причине — из-за того, что не можете выявить ошибку, потому что вы все логические состояния не подвергли проверке. Данный пример рассмотрен в книге Майерса, посвященной, в том числе, подходам к тестированию ПО.
 
Что делать? Дополнительную систему защиты на жесткой логике. При этом, к примеру, если основная система защиты реактора имеет по функции аварийной защиты порядка 20  –  30 условий запуска, то диверсная может иметь значительно меньше.
 
Другой аспект касается представления оператору информации о состоянии энергоблока в обобщенном виде. Это требование в явном виде представлено в ОПБ, но, к сожалению, на сегодняшний день в этом направлении, на мой взгляд, сплошной хаос: нет систематизации, есть различные подходы, участвуют много людей и предприятий: это и главный конструктор АСУ ТП, и генпроектировщики, и ОКБ «Гидропресс» в части формирования требований к способу представления обобщенной информации.
 
С другой стороны, наладочные организации и станции разрабатывают процедуры по управлению авариями, включая запроектные. И весь этот процесс должен быть увязан. То есть система представления обобщенной информации должна быть увязана с инструкциями по управлению авариями, с регламентом безопасной эксплуатации. К сожалению, этого на сегодняшний день нет. Но это проблема не техническая, а скорее организационная. Медленно, но верно мы придем к какому-то оптимальному решению.
 
Еще один момент — вопрос верификации программного обеспечения. Процесс верификации, вообще говоря, это длительная организационно-техническая процедура, которая начинается с верификации технического задания на разработку программного обеспечения и заканчивается полигонными испытаниями аппаратуры с интегрированным программным обеспечением.
 
Мы имеем достаточно большой и полезный опыт работы с Areva по АЭС с ВВЭР, куда поставляется аппаратура системы защиты на базе Teleperm XS. Это первая и вторая очереди Тяньваньской АЭС, это проект АЭС-2006. Мы говорим о прикладном программном обеспечении, которое «загружено» в технические средства — микропроцессоры, на которых строится система защиты реактора. То есть мы моделируем входы и проверяем, как программное обеспечение реагирует на изменения входных параметров. Но с ВНИИА мы еще такой работы не проводили, пока только с Areva. В рамках работ с Areva мы проводили тестирование программного обеспечения как в «открытом контуре» (Open Loop Test), так и с использованием модели объекта управления (Close Loop Test) — в «закрытом контуре». Поскольку ОКБ «Гидропресс» проводит и расчетное обоснование безопасности проектов, все программные инструменты и математические модели, описывающие нестационарные и стационарные режимы реакторной установки, у нас есть, и мы их адаптируем для использования при верификации и валидации программного обеспечения технических средств автоматизации. В нестационарных режимах тестируем, выявляем ошибки, в том числе пропущенные на стадии техзадания. В общем, ведется большая и достаточно интересная работа.
 
Areva — французская компания, но подразделение, которое занимается АСУ ТП, — это бывший Siemens, и у них есть замечательный САПР, которого, к сожалению, нет в России, и это один из существенных недостатков наших изготовителей. Я говорю о системе автоматизированного проектирования, включающей в себя инструментарий для тестирования ПО — Simulation Based Validation Tool (SIVAT), который позволяет любые программные средства, моделирующие объект управления, интегрировать в одну среду, по упрощенному интерфейсу передавать в тестируемое ПО и получать из ПО входные/выходные переменные. Например, мы передаем из модели объекта в ПО сигнал по давлению над активной зоной, на выходе из ПО «забираем» управляющий сигнал на закрытие-открытие какой-либо задвижки. И это достаточно просто сделать, но необходима САПР. Все модели объекта управления, как правило, имеют переменный шаг интегрирования, и у них сложная математика. Шаг интегрирования выбирается в зависимости от погрешности расчета. Что касается технических средств, то для разной аппаратуры период опроса разный. Например, у Areva он составляет 50 миллисекунд. Одна из задач, которая решается в среде SIVAT, — синхронизация по времени модели объекта управления с переменным шагом интегрирования и аппаратуры с постоянным периодом опроса. Мы постоянно говорим о том, что должна быть разработана отечественная САПР, причем разрабатывать ее должен изготовитель технических средств и включать в состав поставляемых технических средств. ВНИИА с постановкой вопроса согласен, но на сегодняшний день САПР, включающей в себя среду для верификации и валидации, мы не видим. Конечно, эта большая и сложная работа, которая, я уверен, уже развернута и может быть доведена до требуемого результата, так как ВНИИА имеет достаточный интеллектуальный и технический потенциал.
 
Про стандарты в этой сфере вообще отдельная песня. Где-то полгода назад на эту тему в ОКБ «Гидропресс» на рассмотрение пришло два стандарта. Один — требования к управляющим системам безопасности на базе программируемой техники, второй — требования к программному обеспечению управляющих систем безопасности. Мы, как полагается, дали аргументированные замечания с объяснениями, а в результате видим резолюцию какого-то эксперта: «Замечания не принимаются», — без всякой аргументации. Такой подход нам совершенно не понятен. Жизнь всегда все расставляет по своим местам, и практика покажет, кто прав, а кто нет.
 
То, что госкорпорация «Росатом» создает новую компанию «Русатом — Автоматизированные системы управления», — это интересное начинание; оно может иметь перспективу, мне кажется, при двух условиях: если будут жестко соблюдаться этапность и стадийность работ в период всего жизненного цикла АСУ ТП и если технологические решения по технологическим системам, включая системы безопасности, и технические решения по АСУ ТП будут взаимоувязаны на однозначно сформулированной и одинаково понимаемой всеми участниками проектной основе.
 
Конкурентов в нашей области я пока не встречал. Я имею в виду область проектирования систем контроля и управления в составе технического проекта РУ ВВЭР. В Европе фирм — изготовителей технических средств для управляющих систем безопасности немного. Это Rolls-Royce, Areva, не считая отечественных и украинских предприятий.
 
Развитие этого направления мы видим во внедрении в практику проектирования РУ и создания АСУ ТП работ по верификации программного обеспечения системы защиты реактора с использованием модели объекта управления в нестационарных режимах. Пока эта работа носит периодический характер. В ближайшей перспективе хотим привести к общему знаменателю с эксплуатирующей организацией подходы к разработке системы представления параметров безопасности. Мнений о том, как это делать, много, надо прийти к единому. Что касается более далекой перспективы, то она обеспечивается планами сооружения АЭС с ВВЭР; при этом, полагаю, надо двигаться в направлении создания конкурентоспособной отечественной АСУ ТП. На мой взгляд, эта задача выполнима при условии правильной организации работ, по крайней мере, в отношении системы управления и защиты реактора и других систем, входящих в состав РУ.
02.07.2015

Комментарии 0

Войдите или  зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Аналитика