Информатизация на «Киришинефтеоргсинтезе» осуществляется в жестких рамках из-за строгой последовательности действий, обязательной для всех нефтеперерабатывающих заводов, и особой социальной политики предприятия, являющегося градообразующим...

Информатизация на «Киришинефтеоргсинтезе» осуществляется в жестких рамках из-за строгой последовательности действий, обязательной для всех нефтеперерабатывающих заводов, и особой социальной политики предприятия, являющегося градообразующим

Конъюнктура на мировом рынке нефти и нефтепереработки, о которой наслышан почти любой обыватель, в последние годы складывается вполне благоприятно для производственного объединения «Киришинефтеоргсинтез» — единственного на северо-западе России нефтеперерабатывающего завода. Предприятие в течение нескольких лет загружено на полную мощность: при установленной мощности завода по переработке нефти в 17,3 млн. тонн в год фактический объем переработки колеблется в пределах от 16 млн. до 17,5 млн. тонн.

Рентабельность «Киришинефтеоргсинтеза» при хорошей средней заработной плате работников, развитости социальных учреждений достаточно высока. Для завода, являющегося градообразующим предприятием города Кириши, расположенного в 100 км от Петербурга, забота о своих работниках и их семьях важнее сокращения затрат. Поэтому внедрение новых технологий не приводит к сокращению персонала, которое может сделать работоспособных горожан безработными.

В то же время «Киришинефтеоргсинтез» обладает значительными резервами для развития. На реализацию этого потенциала нацелен владелец предприятия — ОАО «Сургутнефтегаз».

Перспективы развития «Киришинефтеоргсинтеза» прежде всего связаны с совершенствованием процессов производства, которое должно привести к дальнейшему повышению качества выпускаемой продукции. Естественно, качественные продукты имеют более высокую цену. Предприятие стремится увеличивать доходы за счет перевода выпускаемых нефтепродуктов в другую ценовую группу, а не за счет наращивания производственных мощностей. Рост объемов переработки нефти планами на ближайшие годы не предусмотрен.

Качество особенно важно еще и потому, что «Киришинефтеоргсинтез» ориентирован на экспорт: предприятие напрямую конкурирует не только с российскими, но и с высокотехнологичными зарубежными нефтеперегонными заводами.

Основным проектом в рамках выбранного курса на повышение качества продукции является строительство комплекса глубокой переработки нефти, работы по которому ведутся уже давно. Глубина переработки нефти — это процент отбора светлых, а значит, и более дорогих продуктов из нефти. На сегодняшний день глубина переработки на «Киришинефтеоргсинтезе» оценивается примерно в 50%. Это значит, что половина легких нефтепродуктов (керосин, бензин, дизельное топливо) остается в мазуте — в дешевом нефтепродукте. После реализации данного проекта глубина переработки нефти должна достигнуть 92-95%, и «Киришинефтеоргсинтез» будет обладать необходимым набором технологических процессов для высокоэффективного производства, что обеспечит возможность получения светлых нефтепродуктов, соответствующих мировым стандартам качества. Кроме того, универсальность технологии комплекса позволит оперативно изменять ассортимент выпускаемой продукции в зависимости от спроса на рынке сбыта нефтепродуктов.

Стоимость проекта оценивается в 1 млрд. долл. Частично строительство комплекса ведется за счет собственных средств, однако основные расходы по реализации данного проекта взял на себя «Сургутнефтегаз».

Уже принято решение о том, что штат строящегося завода (около 1400 человек) будет сформирован из работающих сейчас на предприятии сотрудников. Одной из предпосылок введения в строй нового производства без увеличения численности персонала является осуществляемая на предприятии автоматизация управления технологическими процессами и производством в целом.

Жесткая логика

Выбранный приоритет развития напрямую отражается на ИТ-стратегии предприятия. В первую очередь внедряются программные продукты, которые позволяют контролировать и повышать качество выпускаемой продукции, а также определять ее себестоимость. Правда, контролировать затраты на производство конкретного продукта на НПЗ имеет смысл только после того, как будет отработана система обеспечения контроля качества. Такова логика информатизации любого предприятия, осуществляющего нефтепереработку.

Мировой опыт свидетельствует о том, что полная автоматизация управления НПЗ обязательно происходит в определенной последовательности. На первом этапе устанавливаются распределенные системы управления (РСУ) — системы управления технологическим объектом, представляющие собой наборы управляющих контроллеров, контроллеров ввода/вывода, станций оператора. Слово «распределенная» в данном термине говорит о распределении функций управления между данными контроллерами таким образом, что выход из строя одного из них не приводит к потере управления объектом в целом. РСУ очень «живучи» за счет развитых функций резервирования контроллеров, внутренних сетей и операторских станций.

Первый этап — самый затратный. На него приходится около 50% расходов, осуществляемых на полную автоматизацию, при этом отдача от его реализации не так велика — только 18% общей дополнительной прибыли, получаемой после прохождения всех стадий процесса информатизации. Однако без внедрения РСУ нельзя перейти к следующим этапам, в частности ко второму, который предусматривает обеспечение усовершенствованного управления процессом (advance process control). При этом подразумевается внедрение не только стандартных алгоритмов управления на основе регуляторов, способных реагировать на значения параметров наблюдения, на скорость их изменения и на производную скорости, и простых каскадных схем, но и сложных многосвязанных алгоритмов, включающих в себя математические модели процесса. Целевой функцией таких алгоритмов являются либо показатели качества продукции (например, октановое число бензина), либо технико-экономические показатели (например, минимальный расход энергоресурсов). При затратах в 14% общего бюджета усовершенствованное управление дает 42% дополнительной прибыли.

Следующим шагом станет внедрение программных продуктов, позволяющих оптимизировать общее управление (16% прибыли при 20% затрат), и затем создание системы оптимального управления предприятием, расходы на которую соответствуют получаемой прибыли — 14% на 14%. Это усредненные показатели, характерные с небольшими отклонениями для всех НПЗ, и «Киришинефтеоргсинтез» — не исключение.

В настоящее время предприятие завершает проект, предполагающий создание верхнего уровня АСУТП — системы сбора и хранения производственной информации, клиентских приложений реального времени и аналитических приложений. В основе системы сбора и хранения производственной информации лежит база данных реального времени Wonderware Industrial SQL Server. Клиентские приложения реального времени работают в среде исполнения Wonderware Factory Focus. С их помощью диспетчерский и управленческий персонал уровня начальника цеха может просматривать всю информацию, касающуюся объекта, в реальном времени в виде мнемосхем, трендов и т. д. Аналитические приложения используют архивную информацию для анализа производственного процесса, работая с Industrial SQL Server через обычные SQL-запросы.

Реализация данного проекта позволяет сделать значительный шаг в решении задачи повышения качества выпускаемой продукции. Кроме того, благодаря этой системе появилась база для достаточно точного определения себестоимости каждого продукта и сведения материального баланса предприятия в автоматическом режиме. Строгий учет расходов каждого компонента и различных энергетических ресурсов, необходимых в процессе производства, позволит не только контролировать и поддерживать качество, но и правильно разносить затраты по разным видам продукции. Следовательно, в перспективе прозрачность технологического процесса и внедрение специальных управленческих программных комплексов приведут к существенному повышению эффективности производства. Это проявится в улучшении качества продукции в результате ужесточения контроля за процессом производства, а также в последующем снижении затрат на единицу продукции.

Разобщенность целого

История информатизации «Киришинефтеоргсинтеза» не очень длительная. Внедрение распределенных систем управления на локальных технологических объектах началось в 1994 году. Эти системы обеспечивают сбор, обработку и хранение информации. Информация, поступающая в РСУ, отображается на рабочих местах операторов в виде мнемосхем, трендов и журналов. Первая распределенная система (разработка компании Bailey) была установлена в 1995 году. Затем был привлечен один из ведущих в мире поставщиков подобных систем — компания Honeywell. «Киришинефтеоргсинтез» стремился не зависеть от одного разработчика. Поэтому и другие распределенные системы управления были разных производителей. На заводе в настоящее время насчитывается 15 распределенных систем управления: TDC-3000, PlantScape и TPS (разработчик — Honeywell), Conductor (Bailey), Freelance (Hartman & Braun), Foxboro, «Круг 2000 NT» (пензенская фирма «Круг»), DeltaV (Fisher-Rosemount) и др. Параллельно с внедрением РСУ шла замена приборов, определяющих автоматически те или иные технологические параметры. Место самописцев занимали цифровые устройства, информация с которых напрямую, без участия человека, поступала в распределенную систему управления.

Кроме того, на предприятии устанавливались системы, которые осуществляли учет отгрузки, работу с кадрами, бухгалтерский учет, хранили и обрабатывали лабораторные анализы. Систему управленческого учета специально для «Киришинефтеоргсинтеза» разработала петербургская фирма «Наука».

Также в 1994 году на НПЗ приступили к созданию локальной сети, на сегодняшний день объединяющей сотни персональных компьютеров, серверы сети и различные базы данных. Эта сеть постепенно охватывала все технологические объекты, а также рабочие места управленческого персонала. Однако главной особенностью информационного пространства в конце прошлого десятилетия была его разобщенность. Большинство менеджеров не имело прямого доступа к информации с технологических объектов, на которых были установлены замкнутые в себе информационные и распределенные системы управления. Обмен информацией между ресурсами сети и системами АСУТП происходил либо посредством передачи печатных документов из одного подразделения в другое, либо посредством ручного ввода данных, взятых из одной системы, в базы данных, принадлежащие другим системам.

Фактически необходимое оперативное взаимодействие около 30 технологических объектов обеспечивал только диспетчер завода. Он получал основную информацию о ходе сложного технологического процесса и осуществлял управление по телефону. Роль диспетчера на НПЗ подчеркивается тем, что его здесь называют «ночным директором» — в ночное время никого важнее его на заводе нет.

Особая сложность управления «Киришинефтеоргсинтеза» объясняется тем, что между объектами (установками) имеются многочисленные технологические связи, а процесс производства различных нефтепродуктов и продуктов нефтехимии требует постоянной оперативной корректировки. Вопрос только в том, какие для этого используются инструменты. Телефон, естественно, являлся не лучшим средством для сбора информации и осуществления управления.

Таким образом, целью проекта создания верхнего уровня АСУТП стало обеспечение быстрого доступа к информации с технологических объектов, сохранение и анализ этой информации. Менеджеры должны были получить инструменты, позволяющие оперативно находить ответы на наиболее распространенные вопросы.

  • Соответствует ли плановая себестоимость расчетной?
  • Каковы последние отклонения производственных показателей?
  • В чем причина снижения качества продукции?
  • Рационально ли используются теплоносители?
  • Каков текущий уровень потребления сырья и материалов по сравнению с предыдущим месяцем?
  • Какова структура себестоимости продукции в этом году по сравнению с прошлым?

Задача главного метролога

Необходимость «горячей» связи с технологическими объектами была очевидной. Поэтому в конце 1999 года специалистам отдела АСУТП было поручено разработать концепцию построения системы верхнего уровня, позволяющей интегрировать данные с отдельных технологических объектов в единое информационное пространство предприятия. Данная задача была поставлена главным метрологом Александром Гершбергом, который выступил «локомотивом» проекта и контролировал действия сотрудников отдела АСУТП, непосредственно участвовавших в проекте. Изначально со стороны НПЗ в проекте было задействовано два специалиста. Сейчас за развитие системы отвечает целое подразделение из девяти сотрудников.

главный метролог Александр Гершберг

Задача осложнялась наличием большого числа систем управления и информационно-управляющих систем различных производителей, информацию с которых необходимо было интегрировать в единую базу данных. Не все РСУ поддерживали стандартные средства доступа к информации. В некоторых из них информация хранится в собственном формате, что свидетельствует об их закрытости. Базируются системы подобного класса, как правило, на аппаратных и программных средствах одного производителя. Кроме того, необходимо было найти решение, позволяющее подключать к создаваемой АСУТП верхнего уровня новые системы без больших дополнительных финансовых и временных затрат.

В основу концепции построения системы было положено несколько основных принципов.

Первый из них — отделение систем управления технологическими объектами от сети общего пользования, поскольку результатом несанкционированного проникновения из этих сетей в системы управления на локальных технологических объектах может стать серьезная авария. Осуществление данного принципа было возложено на коммуникационные серверы.

Второй принцип — использование единого хранилища для сбора и хранения данных о технологическом процессе. Для этой цели было решено выбрать высокоскоростную и открытую базу данных реального времени.

В числе важнейших требований к программному обеспечению коммуникационных серверов и базы данных реального времени была их интегрируемость между собой и возможность подключения существующих систем по разнообразным протоколам.

Или половина, или слишком дорого

Разработав и приняв концепцию внедрения, в отделе АСУТП провели анализ рынка соответствующих программных продуктов. По словам Олега Безручко, начальника сектора ИТ отдела АСУТП, изобилия подобного рода программных продуктов на рынке в то время не наблюдалось. В основном предлагались либо половинчатые решения, либо решения, базирующиеся на специфических платформах и, как следствие, дорогостоящие.

Олег Безручко, начальник сектора ИТ отдела АСУТП

Тем не менее был найден программный пакет, позволяющий, используя те или иные свои компоненты, решать задачи автоматизации, начиная с визуализации технологического процесса и заканчивая системой управления ресурсами предприятия. Речь идет о пакете FactorySuite 2000 компании Wonderware, которую представляет на российском рынке компания «РТСофт». На решение повлияло и наличие специалистов, хорошо знающих возможности продукта, особенности его применения и способных обеспечить техническую поддержку. Данное предложение было и самым дешевым. «РТСофт» выступила в качестве основного технического консультанта, а компания «Клинкманн», дистрибьютор Wonderware, — в качестве партнера по внедрению.

На НПЗ задействовали SCADA-систему InTouch и сервер баз данных Industrial SQL Server. Система InTouch установлена на коммуникационных серверах и выполняет одновременно две задачи: обеспечение общего интерфейса между системами управления и системами АСУТП, а также передачу данных в реальном времени на сервер баз данных.

«Система InTouch не только поддерживает все существующие на сегодняшний день стандарты обмена данными, принятыми в промышленной автоматизации, но и сама является инструментом, с помощью которого можно разработать нестандартный интерфейс. Это позволяет на выходе с уровня коммуникационных серверов получать единый интерфейс независимо от того, какая информация используется на более низком уровне. Следующим уровнем интеграции является сервер баз данных реального времени. После реализации двух первых уровней интеграции мы получили возможность создавать в локальной сети предприятия несколько типов пользователей в зависимости от необходимой им информации», — рассказывает Безручко.

Разделяй и управляй

Условно всех пользователей на «Киришинефтеоргсинтезе» можно разделить на две группы: на тех, кто анализирует информацию реального времени, и тех, кто исследует агрегированную историческую информацию. К первой группе относится диспетчерский персонал и управленческий персонал уровня цеха. Эти пользователи нуждаются в «горячей» информации и должны иметь возможность просмотра исторических данных за небольшие промежутки времени (несколько дней), а также данных по сигнализациям и отклонениям. Для некоторых технологических параметров, имеющих границы значений, выход за которые недопустим, для привлечения внимания оператора устанавливаются аварийные и предупредительные «маячки», мигающие яркими цветами или подающие звуковой сигнал. Время срабатывания каждой сигнализации фиксируется в журнале, как и реакция на это событие оператора.

Ко второй группе относятся сотрудники, использующие, наряду с технологической информацией реального времени, историческую информацию за длительные промежутки времени как в исходном виде, так и обработанную (например, усредненную).

После непродолжительной (около двух лет) эксплуатации пришло понимание того, что «лишней» информации не бывает. Любые данные рано или поздно могут понадобиться для анализа. Снижение цен на носители информации и рост их объемов также сказался на том, что к информации начали относиться как к производственному ресурсу. Учитывая эти факты, с 2000 года центральный сервер системы пережил два обновления: в 2002 году был внедрен отказоустойчивый кластер, а в 2004-м одновременно с обновлением версии Industrial SQL Server был увеличен объем дискового массива (в настоящее время он составляет около 0,7 Тбайт).

Системой сбора и архивирования (верхнего уровня АСУТП) охвачено 26 объектов предприятия. Значения примерно 17 тыс. параметров с этих объектов с частотой один раз в 20 секунд сохраняются в базе данных. Все записи с мая 2000 года, когда сервер был впервые запущен, доступны и могут быть получены любым авторизованным клиентом локальной сети НПЗ.

«Сегодня можно говорить о том, что проблема сбора, архивирования и предоставления информации пользователям на предприятии в целом решена», — утверждает Безручко.

Технологические данные оказались востребованными для различных нужд, в частности оказались очень полезны разработчикам математических моделей технологических процессов. Поскольку основной трудностью при разработке этих моделей является проведение активного эксперимента (предусматривающего изменение режимов ведения процесса вплоть до приближения к границе качества продукции), важность долговременных архивов трудно переоценить. За один-два года любой из объектов предприятия может успеть поработать в разных режимах, с разными загрузками, чего просто невозможно допустить во время эксперимента.

Исторические данные весьма помогли при создании системы управленческого учета, разработанной петербургской компанией «Наука Информатика Технология Контроль», системным интегратором НПЗ «Киришинефтеоргсинтез».

В результате анализа потребностей пользователей было принято решение о создании интеграционного продукта, который получил наименование «Единая тематическая витрина данных». Его разработка была передана петербургской компании «СПИК СЗМА». Идея продукта состоит в том, чтобы представлять информацию из различных источников через единый интерфейс. Предприятие — это единый организм, любая информация на нем взаимосвязана, но для различных служб она полезна в разных представлениях. Так, начальник цеха хочет знать, какие нарушения параметров качества были допущены за прошедшие сутки (нужны данные лаборатории), из-за чего они произошли (нужен архив технологических параметров). Допустим, установлено, что брак произошел по причине выхода из строя оборудования. Следовательно, механической службе потребуются данные о том, как соблюдался график ремонтов (для этого используется архив по ремонтным работам и наработке оборудования), и о том, как оборудование эксплуатировалось, не нарушался ли тепловой режим и предельные значения давления (опять требуется архив технологических параметров). Отделу экономики нужны уже обработанные, агрегированные данные (скажем, сколько тонн сырья за месяц получено данной установкой).

На сегодняшний день такой продукт функционирует в объеме данных по технологическим параметрам, лабораторным анализам и данным по сигнализациям и блокировкам. Планируется подключение и других источников данных.

Фундамент

«Доступ к технологическим данным сегодня прост, как никогда. Любое отклонение в технологическом процессе сразу же видно не только операторам, но и диспетчеру, что положительно сказывается на ответственности персонала. Инженеры технического отдела могут получить различные виды отчетов прямо в Excel. Они узнают, например, о том, сколько времени параметр находился за регламентными границами, как вела режим одна бригада по сравнению с другой. За нарушение регламента можно лишиться премии, — рассказывает Игорь Дроганов, начальник отдела АСУТП «Киришинефтеоргсинтеза». — АСУТП верхнего уровня многократно увеличивает прозрачность предприятия. Появилась возможность контролировать качество продукции на любом этапе ее производства, а в случае появления рекламации быстро выяснить, на каком из этапов был допущен брак».

Игорь Дроганов, начальник отдела АСУТП «Киришинефтеоргсинтеза»

«На НПЗ создан хороший информационный фундамент для развития аналитических приложений. Технологии, которые уже давно применяются в сфере автоматизации торговли или банковском деле, находят свою нишу и в области автоматизации производства нефтепродуктов, и ?Киришинефтеоргсинтез? в этом отношении в России один из лидеров», — говорит Безручко.

По его мнению, реальная отдача от вложений в АСУТП верхнего уровня появится тогда, когда на основе собранной информации с помощью созданных аналитических приложений начнут решаться задачи, позволяющие осуществлять реальную экономию ресурсов, находить оптимальные режимы ведения процессов, оказывать помощь в принятии управленческих решений. Объединение, структурирование и архивирование огромного массива данных позволяет разрабатывать и внедрять дополнительные информационные системы и двигаться дальше в области автоматизации управления.

Одной из ближайших прикладных задач является задача оптимального использования катализаторов, в которых используются дорогостоящие материалы наподобие платины или иридия. Катализаторы в зависимости от режима эксплуатации могут прийти в негодность за год, а могут проработать и пять—семь лет. Для того чтобы катализатор служил как можно дольше, необходима специальная система поддержки принятия решений, которая, учитывая статистические данные по режимам работы катализатора, данные о лабораторных анализах сырья и продуктов, давала бы совет относительно наиболее благоприятных в данный момент режимов использования катализатора. Такое программное обеспечение разработано группой специалистов Томского государственного политехнического университета, однако создано оно еще в то время, когда не было таких возможностей доступа к информации.

В настоящее время ведется работа по переносу функциональности программного обеспечения, рассчитывающего оптимальный режим работы катализатора, на платформу «Единой тематической витрины данных». Эту задачу предполагается выполнить в виде модуля расширения, который будет устанавливаться специалистам, непосредственно занятым этой работой. Вообще дальнейшее развитие данного программного продукта планируется вести путем разработки модулей расширения, выполняющих конкретные задачи, но через единый интерфейс доступа к данным. Такой подход позволит, пользуясь едиными средствами доступа к данным, давать каждой группе пользователей свой набор инструментов для их интерпретации и обработки, соответствующий решаемым задачам.

Еще один проект, который близится к завершению, — внедрение системы управления основными фондами предприятия. Эта работа выполняется совместно с компаниями «РТСофт» и «Наука» на базе программных средств компании Avantis. Система поможет проводить более качественную подготовку к ремонту механического оборудования, проводить заявочную кампанию на основе реальных потребностей в запчастях, контролировать их запасы на складе. Люди, знакомые с нефтепереработкой, знают, насколько это важно для обеспечения ритмичной работы всего предприятия.

Литература
  1. Гершберг А. Ф. Интеграция и интеллектуализация автоматизированных систем управления технологическими процессами нефтеперерабатывающего предприятия. СПб.: Новая школа, 2001.

Дмитрий Желвицкий — специальный корреспондент издательства «Открытые системы» в Санкт-Петербурге, zhd@peterstar.ru

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями