Оперативность информации играет важнейшую роль при принятии решений по управлению производством. Это особенно актуально в энергетической отрасли, в частности, в сфере генерации электроэнергии.

Для эффективной работы крупной энергетической компании критически важно своевременно получать сведения об объемах выработки электроэнергии в соотношениях с плановыми показателями. Принятие оптимальных решений по управлению производством невозможно без вертикальной инфраструктуры сбора и передачи данных от локальных АСУ ТП филиалов в ERP-систему компании.

Предпосылки внедрения

Важным этапом в формировании производственной программы генерирующей компании является планирование выработки электроэнергии на различных временных горизонтах. Грамотное планирование обеспечивает предприятию максимальную прибыль. При отсутствии централизованной системы – единого пространства производственной и технологической информации – процесс принятия решений затруднен тем, что 90 % времени затрачивается на сбор и лишь оставшиеся 10 % – на анализ полученных данных. Производственные решения принимаются на интуитивном уровне без глубокого анализа ситуации.

Отсутствие общей структуры данных, единой системы хранения производственной и технологической информации и прозрачной автоматизированной схемы формирования отчетов не дает полной картины состояния производства, что снижает возможности получения дополнительной прибыли и создает существенные проблемы управления:

• отсутствие информационного взаимодействия между центральным офисом (ЦО) и филиалами
• недостаточный для целей управления производством объем информации
• невозможность автоматизированного расчета фактической себестоимости электроэнергии, удельных расходов топлива и других ключевых показателей
• дублированное хранение данных и связанное с этим увеличение накладных расходов на повторный ручной ввод
• визуальные проверки информации в разных системах
• дополнительные расходы на хранение и обработку данных и, как следствие, снижение надежности и оперативности информационных процессов

Таким образом, появляется необходимость создания централизованной информационной системы производства, выполняющей следующие функции:

• сбор и унификация данных
• долговременное хранение и представление этих данных для анализа, специалистам
• передача необходимой производственной информации на уровень ERP

Описание решения

ССПТИ объединяет информационные потоки четырех крупных генерирующих электростанций в едином информационном пространстве в центральном офисе компании. В качестве программной платформы для реализации ССПТИ было выбрано программное обеспечение PI System компании OSISoft:

• PI System – высокопроизводительная платформа, совмещающая базу данных реального времени и базу метаданных, позволяющая интегрировать в едином информационном пространстве данные разнородных систем (как систем реального времени со своими уникальными базами, так и систем на основе реляционных баз данных)
• PI System позволяет реализовывать сложные многоуровневые территориально-распределенные системы с высокой степенью надежности и безопасности
• PI System имеет множество разработанных интерфейсов для интеграции с системами нижнего уровня (АСУ ТП, АИИСКУЭ, СТМиС), что позволяет реализовать инфраструктуру сбора данных в кратчайшие сроки
• PI System обеспечивает открытые интерфейсы взаимодействия со смежными системами (PI SDK, PI ODBC, PI OLEDB, PI OPC)
• PI System является стандартом информационной инфраструктуры для энергетических компаний на Западе (в Европе и США)

При реализации проекта для организации сбора данных и наполнения производственного архива были использованы интерфейсы PI System. Кроме того, были разработаны уникальные интерфейсы для нестандартных источников данных. Задачи, решаемые интеграционной платформой на базе PI System, можно разделить на базовые, прикладные и смежные.

Реализация базовых задач

К базовым задачам относятся задачи управления производственной и технологической информацией:

• сбор, передача и хранение технологических и производственных данных в едином хранилище интеграционной платформы на базе PI System
• создание модели производства с объектной привязкой технологической и производственной информации
• предоставление информации на мнемосхемах инженерному, оперативному и руководящему персоналу с использованием клиентских приложений и производственного портала на базе технологий Microsoft Sharepoint Services
• предоставление средств для проектирования и администрирования ЦУП

В ССПТИ реализован сбор данных с разнородных источников данных четырех ГРЭС компании:

• системы коммерческого учета электроэнергии (АИИСКУЭ)
• системы телемеханики (СТМиС)
• системы управления технологическими процессами (АСУТП)
• учетные системы (АСУЭР, АСУГ)

В рамках создания ССПТИ была разработана единая система классификации и кодирования параметров, которая позволяет администраторам и пользователям системы придерживаться единых принципов доступа к информации.

Хранение данных организовано на пяти серверах PI System: четыре сервера для филиалов и один в центральном офисе. Передача информации от серверов филиалов в сервер ЦО осуществляется через интерфейс PI to PI, обеспечивающий гарантированный обмен данными между серверами PI System. При нарушении связи между сервером филиала и серверами опроса данные, непрерывно поступающие из смежных систем, буферизируются с использованием технологии PI Buffer Subsystem. После восстановления соединения осуществляется досылка этих данных в БД. Для систем АИИСКУЭ и СТМиС организовано аппаратное и программное резервирование интерфейсов сбора данных с использованием технологии PI UniInt Failover, что позволяет осуществлять непрерывный сбор информации в случае отказа одного из резервированных серверов сбора данных. Программное обеспечение серверов филиалов и центрального офиса представляет собой виртуальные машины под управлением технологии Microsoft Windows Server 2008 x64 R2 Hyper-V. Резервирование серверов обеспечивается кластером из 2-3 узлов с общим хранилищем данных. Подобная схема существенно экономит аппаратные ресурсы и обеспечивает высокую степень отказоустойчивости.

Таким образом, реализованная система имеет трехуровневую архитектуру с высокой надежностью и гарантированной доставкой данных от уровня автоматизированных систем филиала до уровня сервера системы ЦО (рис. 1).

Рис. 1. Функциональная структура системы

Каждая из систем источников данных работает в своем сегменте технологической локальной вычислительной сети. Для каждого из сегментов выделен свой сервер опроса (либо два сервера опроса для резервирования критичных источников данных). Совокупность серверов опроса представляет собой узел сбора данных, отделенный от общестанционной сети филиала межсетевым экраном. Клиентские приложения системы работают непосредственно с сервером PI System, расположенным в общестанционной сети. Таким образом, пользователи не имеют доступа к технологическим сетям.

Упорядочивание и систематизация информации в системе посредством реализации уровня метаданных (модели) – важный этап проекта. Для поддержки сложных иерархических структур и логических связей между объектами модели используется программный компонент PI Analisys Framework, позволяющий использовать эти структуры в различных аналитических задачах. В частности, на базе PI Analisys Framework реализована подсистема сигнализации ССПТИ, позволяющая контролировать технологические параметры в пределах заданных диапазонов. После того как информация была собрана в едином информационном пространстве и упорядочена на уровне метаданных, был разработан уровень визуализации.

В качестве основы для реализации интерфейсов пользователей использовались портальные технологии Microsoft SharePoint и компоненты PI System – PI RtWebParts (рис. 2).

Рис. 2. Подсистема визуализации

На базе модуля PI RtWebParts с использованием компонентов клиентских приложений PI System были созданы web-ориентированные приложения, предоставляющие возможности:

• отображения данных реального времени на трендах и мнемосхемах с использованием web-технологий
• отображения данных различных систем в едином web-интерфейсе с унифицированным доступом
• использования гибкого и конфигурируемого интерфейса для создания любых наборов клиентских форм в соответствии с запросами пользователей

Портал доступен пользователям корпоративной сети компании и обеспечивает оперативный мониторинг работы турбогенераторов станций и объемов выработки электроэнергии в разрезе групп точек поставки (ГТП). Важным свойством системы является возможность централизованного администрирования всех ее компонентов.

Реализация прикладных задач

Реализация прикладных задач предоставляет возможности осуществлять:

• сбор и передачу технологической информации (ССПТИ)
• технологический мониторинг производственных подразделений
• расчет оперативных и фактических технико-экономических показателей работы производственных подразделений компании
• расчет ключевых показателей производства подразделений и энергетической компании в целом
• расчет оптимальной загрузки энергоблоков
• мониторинг работы оборудования
• расчеты эффективности работы оборудования
• мониторинг окружающей среды и контроль выбросов вредных веществ
• производственный учет и документооборот

Так как создание ССПТИ является инфраструктурным проектом, то и прикладные (функциональные) задачи являются обеспечивающими по отношению к основному назначению системы (сбор и передача данных). К прикладным задачам относятся:

• реализация подсистемы диагностики
• реализация подсистемы технологической сигнализации

Подсистема диагностики обеспечивает непрерывный мониторинг работы программных и аппаратных средств ССПТИ. В системе осуществляется контроль следующих программных средств:

• основных сервисов PI System на каждом из филиалов
• сервисов расчетов PI ACE – серверов инженерных расчетов
• сервисов интерфейсов сбора данных

Кроме того, непрерывно ведется мониторинг доступности аппаратного обеспечения. Вся диагностическая информация формируется сервисами PI Ping и PI Perfomance Counters, а также средствами самодиагностики интерфейсов (Health Points). После первичной обработки и анализа параметров жизнедеятельности ССПТИ с использованием PI ACE информация поступает на рабочее место администратора системы (приложение I-Admin), а также на мнемосхемы диагностики. Для оперативности реагирования на возникающие нештатные ситуации организована почтовая рассылка всем заинтересованным пользователям.

Подсистема технологической сигнализации основывается на следующих программных компонентах (рис. 3):

• подсистеме инженерных расчетов PI ACE
• подсистеме моделирования (уровень метаданных) PI AF
• подсистеме визуализации (I-Admin, PI Processbook/PI Active View).

Рис. 3. Функциональная структура подсистемы технологической сигнализации

В ходе реализации проекта было проведено нагрузочное тестирование подсистемы технологической сигнализации для 5000 оперативных параметров.

Таким образом, разработанные прикладные подсистемы представляют собой эффективные масштабируемые средства для контроля параметров производственных процессов и обеспечения бесперебойной работы всей системы.

Реализация смежных задач

Смежные задачи можно отнести к задачам ЦУП, но при этом они могут рассматриваться и как самостоятельные:

• IT-мониторинг сетевой инфраструктуры, который реализуется с использованием PI MSN Health Monitor
• повышение отказоустойчивости PI High avaliability
• интеграция с системами верхних уровней или со смежными системами – СКД и ERP

Одна из выполненных смежных задач – интеграция с Системой коммерческой диспетчеризации (СКД) генерирующей компании с помощью среды моделирования PI Analysis Framework. Она реализует функции базы данных нормативной справочной информации и совместно с PI Server функции платформы для выполнения прикладных задач СКД.

Эффект от внедрения

Переход на новый качественный уровень принимаемых решений по оперативному планированию и управлению производством существенно увеличивает эффективность работы предприятия за счет экономии производственных ресурсов, улучшения качества продукции, повышения производительности труда.

Применение современных информационных технологий значительно снижает затраты на эксплуатацию и адаптацию автоматизированных систем управления, обеспечивая:

• сохранение инвестиций в АСУ ТП за счет интеграции действующих АСУ ТП в информационную систему производства без затрат на их модернизацию
• сокращение затрат на обслуживание Системы за счет:
  • замены различных программных продуктов систем АСУ ТП на рабочем месте специалиста одним приложением PI System, предоставляющим данные по всему производству
  • сокращения численности специалистов, обслуживающих систему, так как специалист работает только с одной технологией
  • снижения стоимости обучения персонала работе с системой, так как специалисту надо знать только один программный продукт
• сокращение затрат на адаптацию Системы к изменениям в системах АСУ ТП, в технологических процессах, в организационной структуре предприятия за счет:
  • возможности индивидуальной настройки рабочего места каждого специалиста в зависимости от его служебных обязанностей и профессиональных интересов без привлечения разработчиков АСУ ТП
  • гибкости системы, которая позволяет при развитии действующей или добавлении новой АСУ ТП изменять только одну связь с центральным сервером, оставляя другие связи неизменными
• снижение стоимости аппаратных и программных средств АСУ ТП за счет:
  • оптимизации развития АСУ ТП путем переноса функций интеграции с другими АСУ ТП, глубокого архива и представления данных на удаленных рабочих местах стандартными средствами Системы
  • модернизации парка КИПиА на основе накопленной статистики работы датчиков
• увеличение окупаемости вложений в систему управления предприятием ERP за счет обеспечения производственных модулей ERP достоверными, точными данными о состоянии производства

Перспективы и тенденции развития

ССПТИ является основой инфраструктуры ЦУП – первым этапом на пути создания единого пространства технологической и производственной информации компании. ССПТИ ЦУП повышает эффективность интеграции со смежными системами и открывает широкие возможности для развития, в том числе для внедрения нижеследующих систем.

Система технологического мониторинга работы станций в реальном времени обеспечивает точность и своевременность выполнения плановых производственных показателей, соблюдение регламента, снижение числа нарушений технологического режима, повышение технологической дисциплины.

Система мониторинга и диагностики фактического состояния оборудования обеспечивает организацию своевременного технического обслуживания и ремонтов и, как следствие, повышение надежности технологических систем, уменьшение количества отказов оборудования, рациональное планирование ремонтов, адресный заказ запчастей, снижение затрат на ремонт.

Оперативный расчет удельных показателей производства электроэнергии и расчет ТЭП обеспечивает оперативный анализ причин возникновения производственных потерь, выявление неэффективных процессов или режимов работы оборудования, причин расхождения плановых и фактических показателей выработки электроэнергии.

Система коммерческой диспетчеризации – инструмент для контроля процессов производства и сбыта электроэнергии, повышающий эффективность работы на оптовом рынке электроэнергии.

Система автоматизированного формирования производственной отчетности обеспечивает равномерное распределение нагрузки на технический персонал и на служащих, своевременность и улучшение качества выходных документов и отчетов.

Таким образом, создание ССПТИ ЦУП открывает большие перспективы для решения важных функциональных задач как на уровне филиалов, так и для компании в целом.