Цифровая интуиция

Чем мельче дефект, тем в общем случае его проще устранить, но сложнее обнаружить. Современные аналитические инструменты, позволяющие выявлять тенденции по малозаметным признакам, обещают настоящий прорыв в самых разных областях человеческой деятельности, включая диагностику неисправностей промышленного оборудования. Подобные решения особо перспективны для энергетики, где простои основного оборудования оборачиваются многомиллионными убытками и штрафами. Сокращая их и одновременно снижая затраты на ремонты, можно экономить огромные средства.

В «Энерговекторе» № 10/2018 мы уже рассказывали об использовании аналитических решений для оптимизации ветровых электростанций. Тема этой статьи - система диагностики и прогноза технического состояния промышленного оборудования ПРАНА (ПРогнозная АНАлитика) компании «РОТЕК».

ПРАНА - отечественный программный продукт, внесённый в Реестр российского программного обеспечения. Как утверждают разработчики, чтобы выполнить требования государственных органов и корпораций по безопасности, они полностью отказались от использования зарубежных технологий. На сегодня к системе ПРАНА можно подключить паровые и газовые турбины, генераторы, котлы-утилизаторы, дожимные компрессорные станции, силовые трансформаторы, насосы и газоперекачивающие агрегаты. Однако потенциальная область её применения ещё шире.

Система разрабатывается с 2011 г., первый пилотный проект был реализован в 2015 г. в Перми, на ТЭЦ-9, а в 2016 г. началась уже промышленная эксплуатация. В настоящее время подключённые объекты есть в семи российских регионах, ещё в двух идут работы по подключению. Когда будут реализованы подписанные на момент подготовки статьи контракты, система ПРАНА охватит объекты тепловой генерации общей мощностью 3,2 ГВт.

Данные для специалистов

«Сервис промышленного оборудования обычно построен по стандартным графикам планового техобслуживания и ремонта, которые определены по рекомендациям производителя и опыту эксплуатации, - объясняет технический директор проекта «ПРАНА» Максим Липатов, - а наша система позволяет оценивать техническое состояние оборудования на основе данных о его работе». Например, для каждой турбины отслеживается от 300 до 500 параметров, которые затем анализируются в режиме реального времени в Ситуационном центре в Москве.

Легче и быстрее подключить к системе современное оборудование, работающее под управлением АСУ ТП, - в этом случае на нём уже имеется необходимая контрольно-измерительная аппаратура. Иначе понадобится дооснащение датчиками, которое лучше всего совместить с работами по модернизации, включающими, опять-таки, внедрение АСУ ТП. На площадке заказчика устанавливается защищённый сервер, отвечающий за сбор данных и их пересылку в Ситуационный центр. Сервер находится в так называемой демилитаризованной зоне, отделённой межсетевыми экранами и от локальной сети предприятия, и от внешних сетей, так что даже если злоумышленник ухитрится получить к серверу доступ, он не сможет перехватить управление работающим оборудованием. Данные на сервере перед отправкой проходят первичную обработку - буферизацию, агрегирование. Пересылаются только изменившиеся параметры, что помогает разгрузить канал связи. В соответствии с требованиями безопасности используется криптозащита, причём канал всегда продублирован.

Переданная информация записывается в базу данных на сервере Ситуационного центра (где, таким образом, сохраняются сведения обо всём, что происходило с оборудованием с момента его подключения к системе) и анализируется. В результате анализа вырабатывается интегральный критерий - характеристика, показывающая, насколько изменились параметры работы оборудования. Он представляется в виде наглядного графика. «Очень удобно, что мы можем в режиме реального времени следить за состоянием большого парка оборудования независимо от его местоположения, обходясь малым коллективом», - отмечает Максим Липатов.

Система отображает отклонения параметров, чтобы
эксперт мог спрогнозировать развитие событий

Эксперт Ситуационного центра анализирует отклонения параметров и способен спрогнозировать развитие событий, чтобы определить, когда определённый параметр достигнет пограничного значения, сработает предупредительная аварийная сигнализация и оперативному персоналу на объекте придётся остановить оборудование. (Если случится существенное отклонение параметров, эксплуатационный персонал получает из Ситуационного центра экстренное уведомление и первичные рекомендации.) Зная, сколько времени есть в запасе, можно не спеша, но и не откладывая, разработать мероприятия по устранению проблемы. Следует отметить, что ПРАНА - не управляющая система: дистанционное воздействие на оборудование заказчика не предусмотрено.

Цифровая модель оборудования, описывающая его эталонное состояние и позволяющая сравнить это состояние с фактическим на данный момент, индивидуальна для каждого агрегата. Даже однотипные турбины, находящиеся рядом в машинном зале ТЭС, не во всём одинаковы, и именно благодаря учёту мелких особенностей заблаговременно выявляются изменения параметров и составляются точные прогнозы. Подобная модель строится автоматически, но с участием эксперта. Именно он задаёт интервалы, на которых считается, что турбина работает нормально, чтобы потом с этими данными работали алгоритмы машинного обучения.

На сегодня ПРАНА обработала информацию об эксплуатации оборудования на протяжении свыше 1,5 млн ч - эти данные собраны как в онлайн-режиме, так и путём анализа архивов. Накоплено столько статистики, что уже можно автоматизировать самую сложную задачу - выявление типов неисправностей. Разработчики системы на собранных данных обучают нейронные сети и пробуют различные математические алгоритмы. Предполагается, что компьютерное обучение позволит системе автоматически формировать уведомления и рекомендации для заказчиков как минимум в стандартных ситуациях - при засорении фильтров или ослаблении опор оборудования. С более редкими дефектами, для которых нет достаточной статистики, по-прежнему будут работать эксперты.

Экспертное сообщество

Сотрудники Ситуационного центра, анализирующие потенциальные неисправности, - это в основном практики с большим опытом пусконаладочных работ, ремонта и эксплуатации турбинного оборудования. Но заказчики всё равно больше доверяют собственным специалистам. В «РОТЕКе» считают, что это не проблема, а наоборот, шанс расширить экспертное сообщество. Сотрудники заказчиков получают точно такой же доступ к системе, как и эксперты Ситуационного центра в Москве, видят все те же информационные сообщения, дают свои заключения по проблемам.

«На основании этих заключений мы и систему улучшаем, и сами растём, - говорит Максим Липатов. - В каждой области, в каждом регионе сформировался какой-то свой подход к эксплуатации, ремонтам и другим мероприятиям, выполняемым на оборудовании. Мы стараемся весь позитивный опыт собирать и транслировать с одной станции на другую. На одной ТЭС оборудование знают уже хорошо, на другой - кто-то в чём-то сомневается. Приведу пример. У одного из наших клиентов газовая турбина ГТЭ-160 периодически переходила в диффузионный режим. Мы ранее сталкивались с этой проблемой в другом регионе, где её удалось решить. Мы транслировали опыт клиенту, и он смог исправить ситуацию».

ПРАНА, как единая платформа, помогает экспертам из разных регионов найти общий язык. Информационные системы, АСУ ТП у всех различные, но есть общая цифровая модель, единый интегральный критерий, график, показывающий отклонения, который все видят одинаково.

Новые рынки

При том, что цифровая модель для каждой единицы оборудования своя, спектр оборудования, для которого она может быть построена, очень широк: на сайте системы ПРАНА перечислены, помимо энергетики, ещё семь отраслей, которые разработчики считают перспективными. Как рассказал руководитель направления по работе с ключевыми клиентами Григорий Бойко, сейчас идут предварительные переговоры с компаниями нефтегазового сектора.

Крупные нефте- и газодобывающие, а также транспортные компании управляют большим парком оборудования, распределённого по стране, и единая система мониторинга может стать для них ключом к практической реализации общей технической политики, которая позволит подтянуть отстающие филиалы до некоторого стандартного уровня. Крупный холдинг, возможно, предпочтёт не подключаться к системе как к сервису, а приобрести её как программный продукт (лицензированное ПО) и развернуть у себя.

* * *

В заключение отметим, что Уральский турбинный завод уже начал выпускать турбины, изначально подключённые к системе ПРАНА. Возможно, со временем его примеру последуют и другие предприятия энергетического машиностроения.