Разработка ИТ-решения для коксохимии: цифровой двойник непрерывного цикла

Что мы имеем сейчас: технологический зоопарк#

Уровень 0–1. Полевой уровень: датчики и контроллеры#

Советские термопары и газоанализаторы повсеместно заменены на цифровые датчики. В термометрии печей внедрены решения на базе пирометров. Однако ключевой проблемой остаётся неоднородность парка контроллеров. Ремонтные службы вынуждены держать на складе запчасти и ЗИП к Schneider Modicon, Овен ПЛК, китайским аналогам и старым советским шкафам.

На новых батареях внедряются отечественные ПЛК (ОВЕН, Segnetics, Fastwel), которые успешно справляются с локальным управлением, но не имеют штатных средств бесшовной интеграции в верхний уровень без участия программистов-интеграторов.

Уровень 2. SCADA-системы: видит, но не думает#

В качестве систем визуализации в основном используются MasterSCADA (ИнСАТ), Trace Mode или Simple-Scada. Они успешно рисуют мнемосхемы и фиксируют аварии, но работают в режиме «зеркала заднего вида». Диспетчер видит, что температура в подсводовом пространстве достигла 1350°C, но система не предупреждает его, что при такой температуре и текущем качестве шихты через 14 часов он получит кокс с повышенной истираемостью.

Управление рецептурами шихты, как правило, ведётся в Excel. Технолог загружает данные с биржевых сводок или паспортов качества вагонов в самодельную расчётную таблицу, которая не связана ни с 1С, ни с АСУ ТП.

Уровень 3. MES-провал#

Цеха улавливания и смолоперегонки — это «чёрные ящики». Очень часто отсутствуют поточные анализаторы состава газа и смолы (или они импортные и не обслуживаются). Расчёт материального баланса (выход смолы, бензола, серы) делается косвенно, раз в сутки, а не в реальном времени. Это колоссальная «слепая зона», где теряются десятки тонн ценных продуктов.

Уровень 4. ERP: учёт ради учёта#

На уровне управления ресурсами доминирует «1С:ERP» с отраслевыми надстройками. Она отлично считает себестоимость передела, но сталкивается с «информационным барьером». Данные о фактическом списании угля или выходе кокса поступают в ERP с опозданием на сутки после закрытия сменного рапорта. Ни о каком управлении в реальном времени речи не идёт.

Информационная безопасность#

Коксохимические батареи — объекты критической инфраструктуры (КИИ), так как входят в единый цикл с металлургическими комбинатами (оборонный заказ, стратегическое сырьё). Однако зачастую АСУ ТП работают на устаревших незащищённых ОС (Windows XP/7), физически отделённых от сети, но уязвимых для атак через USB-носители (флешки), которые приносят на смену операторы.

Что мы строим: архитектура управляющей платформы#

Мы не предлагаем снести существующие АСУ ТП. Мы строим над ними единую цифровую платформу, которая забирает данные из разнородных контроллеров и SCADA, обогащает их лабораторными данными и строит прогнозные модели.

Модуль 1. Динамическая рецептура шихты#

Задача. Уйти от расчёта шихты в Excel.

Как работает. Платформа в реальном времени получает данные о марках угля на складе (зольность, влажность, спекаемость, выход летучих, содержание серы). На основе целевых показателей кокса (CSR, CRI, M25/M10) система автоматически рассчитывает оптимальную рецептуру шихты. При поступлении новой партии угля или изменении спроса на конкретный класс кокса рецептура пересчитывается за минуты, а не за часы.

Эффект. Снижение себестоимости шихты на 3–5% без потери качества кокса.

Модуль 2. Предиктивный контроль коксования#

Задача. Перейти от управления «по перегреву» к управлению «по готовности».

Как работает. Граничный ИИ-аналитик сопоставляет данные термопар в простенках, температуру отходящего газа и качество шихты. Он строит прогноз готовности кокса и рекомендует время выдачи печей. Система предупреждает о риске «тушения» или перегрева печей за 2–3 часа до инцидента.

Эффект. Увеличение выхода доменного кокса на 2–4%, экономия энергоресурсов на обогрев.

Модуль 3. Баланс химических продуктов#

Задача. «Заглянуть» в газосборник и цеха улавливания.

Как работает. Платформа собирает показания с ультразвуковых расходомеров газа, уровнемеров в сборниках смолы и аммиака. Строится динамический материальный баланс. Система показывает технологу: при текущем режиме через час произойдёт переполнение сборника бензола или падение концентрации аммиака в циркуляционном растворе. Появляется возможность управлять выходами бензола и смолы не «среднесуточно», а непрерывно.

Эффект. Повышение выхода ценных химических продуктов на 1–3%.

Модуль 4. Сквозная интеграция в ERP#

Задача. Связать физику процесса с финансами.

Как работает. Платформа автоматически формирует акты списания угля и выхода готовой продукции в «1С:ERP». Исключается человеческий фактор при закрытии смены. Руководитель видит на дашборде три операционных показателя: Выработку (выход товарной продукции), Запасы (объём шихты и готового кокса на складах) и Операционные расходы (расход энергоресурсов на тонну кокса).

Встроенная информационная безопасность#

КХП — это не только коммерческое предприятие, но и объект КИИ. Поэтому платформа разворачивается на отечественной операционной системе (Astra Linux, РЕД ОС). Используются сертифицированные протоколы передачи данных.

Платформа контролирует целостность технологических программ ПЛК. При попытке изменения уставок температуры или рецептуры система фиксирует, кто, когда и с какого устройства внёс изменения. Это исключает как случайные ошибки оператора, так и умышленное вредительство. Все USB-порты на операторских станциях блокируются через политику групповых политик, а обновление ПО контроллеров происходит только через защищённый цифровой канал.

План внедрения#

Что вы получаете в итоге#

Все материалы по теме#