Безопасность энергетических систем и объектов

Современные предприятия электроэнергетики – сложные технологические образования, включающие в себя различное оборудование, инженерные системы, коммуникации. Для эффективного управления ими руководству необходимо постоянно решать ряд сложных задач – например, снижение издержек на эксплуатацию энергообъектов, повышение надежности их работы, сокращение количества аварий.

Автоматизация необходима!

Одна из таких задач – повышение безопасности и надежности энергетических систем и объектов. Информационная поддержка управления этим процессом сегодня крайне актуальна и необходима, а один из наиболее эффективных методов ее обеспечения – создание комплексных интегрированных IT-решений, объединяющих различные информационные системы и технологии.

Такие IT-решения, направленные на повышение безопасности и надежности эксплуатации предприятий электроэнергетики, разрабатываются и внедряются на основе двух базовых технологий: объектно-ориентированных систем управления данными (PLM) и систем визуализации данных на базе 3D и ГИС.

Решения можно разделить на 2 типа:
• «Из реальности в модель»: основная задача – использование IT при мониторинге текущей ситуации на предприятии и ее отображение на виртуальной модели для принятия управленческих решений.
• «Из модели в реальность»: задача – принятие управленческих решений на основе виртуального моделирования возможных ситуаций.

Рассмотрим каждый тип в отдельности.

Из реальности в модель

С помощью решений этого типа в процессе мониторинга предприятия происходит накопление информации о системах и объектах предприятия и объединение ее в едином актуальном, постоянно пополняемом электронном хранилище. Поэтому сотрудники получают доступ ко всем данным и документации с любого рабочего места – со стационарного или удаленного, имеющего выход в Интернет. А при обеспечении персонала мобильными устройствами для хранения и сбора данных доступ становится возможен из любой точки предприятия.

В результате, во-первых, все сотрудники постоянно находятся в едином информационном пространстве, оперативно получают информацию и не тратят время на лишние перемещения в ее поисках, то есть эффективность работы эксплуатационного персонала, осуществляющего обходы и осмотры (мониторинг) оборудования, повышается.

Во-вторых, решения способны обеспечить реальный контроль действий эксплуатационного персонала, что увеличивает эффективность управления процессами на предприятии.

Приведем несколько примеров решений, относящихся к этому типу.

Электронная паспортизация объектов. Это метод учета объектов предприятия путем объединения всей информации о каждом из них в электронном паспорте. Паспорт содержит идентификационный номер, описание, местоположение, характеристики объекта, а также чертежи, схемы, документы и любую другую необходимую информацию по нему (рис. 1).

Источники информации для создания паспорта оборудования

Главный результат применения решения – организация легкого, оперативного, территориально-распределенного доступа к данным. С помощью него создается единая база данных, содержащая полную информацию об оборудовании и системах предприятия. Для поиска местоположения объекта предприятия или информации и документации по нему теперь не требуется пользоваться сложно организованными бумажными архивами и постоянно возвращаться к ним во время выполнения планово-профилактических работ. Поэтому эффективность работы эксплуатационного персонала возрастает как минимум на 20% (по зарубежным оценкам).

Электронная паспортизация объектов является первым этапом на пути создания информационной системы мониторинга эксплуатационных данных промышленного предприятия, о которой пойдет речь в дальнейшем.

Система мониторинга эксплуатационных данных промышленного предприятия. Помимо электронной базы данных о предприятии система включает в себя следующие элементы:
• Штрихкодовая (рис. 2) или радиочастотная маркировка объектов. Используется для идентификации класса и конкретного экземпляра объекта и получения всей информации по нему в процессе мониторинга оборудования.
• Мобильные устройства (терминалы) сбора данных (ТСД). Позволяют считывать штрихкоды или радиочастотные метки (RFid). Хранят информацию как о текущем состоянии технологических объектов предприятия, так и об истории изменения контролируемых параметров, а также другие данные, необходимые эксплуатационному персоналу, вплоть до маршрутных карт, инструкций (например, по проведению работ) и изображений устройств и обеспечивают доступ к информации из любой точки предприятия. Использование ТСД значительно сокращает время и повышает удобство и качество выполнения планово-профилактических работ.

 Пример идентификации помещения по штрихкодовой маркировке и получения данных из хранилища
• Специализированное программное обеспечение, обеспечивающее консолидацию и обработку данных.
• Инструменты визуализации данных: например, трехмерные модели и геоинформационные системы. Предоставляют пользователю возможности удобного доступа к информации: определение расположенияя объектов благодаря территориальной привязке; получениеение информации о состоянии объекта благодаря его обозначению цветом и т. д.

Рис. 2 Пример идентификации помещения по штрихкодовой маркировке и получения данных из хранилища

Основной результат использования – сокращение финансовых и человеческих ресурсов, затрачиваемых на мониторинг эксплуатационных данных.

Система решает задачи:
• Предотвращение аварий и неисправностей или их своевременное устранение. Состояние объектов визуализируется на 3D моделях и ГИС, которые сигнализируют (например, цветом) в случае возникновения критических ситуаций.
• Исключение потери информации. Сбор информации происходит сразу в электронном виде непосредственно на месте мониторинга.
• Контроль выполнения регламентных работ. На сегодняшний день существуют технологии изготовления меток с гарантийными свойствами – в этом случае их невозможно сорвать и перенести в другое место без повреждения. Поэтому для считывания меток сотрудник обязан подойти к объекту мониторинга, и только после этого система позволит ему вносить данные. Кроме того, система сигнализирует о невыполнении регламентных работ. Тем самым исключается возможность фальсификации отчетов и гарантируется выполнение регламентных работ и осмотров оборудования.
• Обеспечение качественного выполнения работ. Для получения доступа к данным каждый сотрудник обязан пройти процедуру идентификации в системе, поэтому все внесенные им изменения фиксируются. Так обеспечивается персональная ответственность эксплуатационного персонала, а сведения о совершенных ими действиях мгновенно становятся известны руководителям через 3D модель.
• Организация удобного доступа к эксплуатационной информации. Через мобильные устройства сотрудники оперативно получают данные из любой точки предприятия. Эксплуатационные данные систематизируются и хранятся в электронном виде в единой информационной системе и визуализируются на 3D моделях или ГИС.

Рис.3. Пример моделирования распространения загрязняющих веществ в приземном слое воздуха на 3D генплане предприятия

Из модели в реальность

Решения этого типа представляют собой виртуальные модели предприятий, а также средства моделирования как повторяющихся изо дня в день процессов, происходящих на них, так и нестандартных ситуаций и их развития.

Во-первых, их используют специалисты для отработки на виртуальной модели действий в определенных условиях, что повышает эффективность и оперативность их работы в этих ситуациях и зачастую является единственно возможным методом обучения.

Во-вторых, они необходимы и руководителям, которым помогают заранее продумать способ действия в реальности на основе глубокого анализа всех вариантов развития ситуации. Впоследствии им не придется тратить на это время в критической ситуации, когда надо действовать оперативно.

Теперь рассмотрим несколько примеров.

Моделирование аварийных ситуаций

Моделирование аварийных ситуаций – отражение на 3D моделях и/или технологических схемах последовательности событий при аварии на промышленном предприятии: например, распространение радиоактивного облака (рис. 3) или отказ оборудования. При интеграции с расчетными системами становится возможным моделирование вариантов развития аварийных ситуаций с учетом различных факторов: метеоусловий, конфигурации зданий и сооружений и т. д.

На сегодняшний день специалистам и руководителям служб и подразделений, участвующим в ликвидации последствий аварийных ситуаций, как правило, приходится работать в условиях недостатка информации и исходных данных об объекте. Зачастую принятие решений задерживается из-за необходимости поиска документации об объекте, ее обработки, доведения структуры и пространственной компоновки объекта до рядовых сотрудников служб и подразделений. Особенно негативные последствия такие задержки могут повлечь при ликвидации аварий на производственных комплексах, имеющих сложную инфраструктуру, а также в городах в современных условиях плотной застройки.

Скорейшую ликвидацию аварий и минимизацию ее последствия, эффективное использование имеющихся сил и средств обеспечивает принятие оперативных и обоснованных решений, быстрая и слаженная работа персонала.

Рис.4. Виртуальный двойник обучаемого на площадке предприятия. В верхней части рисунка – шкала времени с размещенными на ней стадиями протекания аварии

Система, позволяющая моделировать аварийные ситуации, используется именно для отработки действий и обдумывания обоснованных решений в вероятных чрезвычайных ситуациях, когда нет времени на анализ огромного массива данных. Ее применение эффективно при ликвидации последствий аварии для оперативного информирования, управления и координации действий руководителей и специалистов служб и подразделений.

Модель аварийной ситуации – основной элемент и аналитическое ядро интерактивного тренажера для обучения персонала аварийно-технических центров.

Интерактивный программный тренажер для обучения персонала - программный комплекс для изучения специалистами деталей конструкции, процессов и порядка необходимых действий как в аварийных ситуациях, так и в повседневной деятельности, например, при осуществлении обходов оборудования. При этом обучаемый пользуется сценариями ситуаций, средствами визуализации и управления ими.

В лучших тренажерах реализуется эффект присутствия обучаемого специалиста не только в пространстве, но и во времени многомерной информационной модели объекта (рис. 4). В системе используются средства демонстрации аварийных процессов, дающие «ученику» возможность с наибольшей степенью погрузиться в виртуальную реальность. В процессе обучения пользователь переживает и детально анализирует те или иные события в пространстве и времени, созданном с помощью IT, и на основе полученных знаний сможет эффективно действовать в реальном мире.

Тренируясь в виртуальной среде, обучаемые специалисты быстрее и надежнее усваивают приемы безопасного управления реальными процессами. Виртуальные тренажеры часто являются единственным приемлемым средством обучения, так как ошибки при обучении на реальных объектах могут привести к тяжелым последствиям, а устранение последствий – к большим финансовым затратам.

Рис.5. Участок карты ГИС управления данными обустройства месторождения с выделением красным цветом проблемных участков. Временная шкала находится в верхней части экрана

В основе всего – технологии

Теперь вернемся к описанию технологий, на основе использования которых становится возможной разработка такого многообразия систем.

Объектно-ориентированные системы управления жизненным циклом объектов (PLM) обеспечивают управление всей информацией об объекте и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла – от проектирования до вывода из эксплуатации. Концепция PLM подразумевает взаимодействие между всеми специалистами, имеющими отношение к жизненному циклу продукта, в том числе территориально удаленных с помощью web-интерфейса.

Системы визуализации данных обеспечивают наглядное представление больших массивов информации о предприятии с помощью средств компьютерной графики. Системы имеют различный масштаб представления данных – от карт предприятия в целом до трехмерных моделей объектов различной степени детализации – вплоть до отдельного крепежного элемента. При этом они интегрируются как друг с другом, так и с другими информационными системами, например, системами поддержки принятия решений. В первом случае пользователь имеет возможность с карты или 3D генплана предприятия перейти к 3D моделям отдельных зданий, оборудования и т. д.; во втором – получать разнородную информацию или документацию по объектам, например, договора, схемы, чертежи и т.д.

Самый мелкий масштаб, дающий возможность одновременного взгляда на все предприятие в целом, реализован в геоинформационных системах (ГИС). Использование ГИС целесообразно при необходимости получения комплексного представления о состоянии оборудования на протяженных территориях или в контексте его географического расположения.

Рис.6. Пример 3D генплана промышленного предприятия

Сегодня классическое понимание ГИС как электронной карты с привязанными к ней техническими и эксплуатационными данными расширяется. Геоинформационные системы представляют собой модели предприятий как живых организмов, включающих в себя множество взаимосвязанных и зависимых объектов, сетей, структур. Эти организмы стремятся к более эффективной организации бизнес-процессов, а ГИС помогают в решении не только технических, но и бизнес-задач, давая руководству возможности анализа вариантов развития ситуации и выбора наилучшего. Для этого классические ГИС-системы дорабатываются и изменяются. Например, можно добавить к пространственным данным еще одну ось – временную, которая позволяет анализировать развитие процессов во времени и делать прогнозы на будущее (рис. 5).

Рис. 5 Участок карты ГИС управления данными обустройства месторождения с выделением красным цветом проблемных участков. Временная шкала находится в верхней части экрана

Следующая ступень на пути увеличения масштаба представления данных – созданный на основе двумерного генплана электронный 3D генплан предприятия (рис. 6), который представляет собой территориально организованное электронное пространство, состоящее из трехмерных моделей объектов предприятия.

Система позволяет значительно увеличить доступность информации о предприятии и повысить эффективность ее использования не только специалистами по генеральному планированию, но и руководителями, и другими сотрудниками предприятия. На ней наглядно представлены все объекты и коммуникации предприятия (как подземные, так и наземные), что способствует принятию оптимальных управленческих решений, например, по реконструкции и новому строительству.

Рис.7. На информационной 3D модели помещения предприятия зеленым цветом обозначено исправное оборудование, оранжевым – не осмотренное, красным – неисправное

Информационные 3D модели обеспечивают детализацию внутри каждого здания вплоть до отдельного крепежного элемента. Они создаются путем интеграции 3D модели с объектно-ориентированными PLM. Фактически, они служат трехмерным интерфейсом для доступа к данным – пользователь получает возможность просмотреть нужную ему информацию с помощью выбора и нажатия на соответствующий элемент модели.

Информационные 3D модели используются для облегчения доступа к проектной и распорядительной документации организации, а также эксплуатационным данным по объектам, отдельным системам и оборудованию.

На 3D модели в связке с PLM могут быть отражены самые различные данные, необходимые руководителю или технологу для анализа работы энергетических объектов и систем. Например, с помощью использования разных цветов реализуются автоматическая сигнализация о невыполнении персоналом регламентных работ, визуализация состояния объекта и т. д.

Таким образом, с помощью информационных 3D моделей руководители предприятий и подразделений получают возможность удобного и целостного восприятия и анализа информации и оперативного принятия решений.

С использованием информационных систем управление процессами обеспечения безопасности и надежности предприятий электроэнергетики становится более эффективным, удобным и легким. Интеграция различных информационных технологий, программных продуктов и т.д. обеспечивает его комплексную поддержку. А возможность доработки и адаптации каждого IT-решения под индивидуальные потребности предприятий делает их максимально эффективными в конкретной ситуации.

Дмитрий Крысанов, директор Департамента межсистемной интеграции «НЕОЛАНТ» (Москва)
Наталья Резина, директор «НЕОЛАНТ Запад» (С.-Петербург)

Иллюстрации в тексте получены на примере работы ПО, разработанного специалистами компании

На первой фотографии: скульптура «Энергетик», фарфор (Oma-lux)

Ссылки по теме:
О безопасности объектов энергетики
Безопасность или прибыль?