Как в нашей стране внедрялись цифровые вычислительные системы для управления электростанциями

Ленинградская АЭС-2. Фото: концерн «Росэнергоатом»

В январе 1966 года, 60 лет назад, на Щекинской ГРЭС началась опытная эксплуатация первой в Советском Союзе цифровой управляющей машины для государственных районных электростанций — М-7. С этого момента цифровые вычислительные системы перестали быть исключительно инструментом научных расчетов и начали работать в реальном промышленном контуре, управляя одним из самых сложных объектов энергетики — тепловым энергоблоком.

Цифровой «мозг» для электростанций был разработан специалистами Института электронных управляющих машин им. И.С. Брука (сегодня входит в Госкорпорацию Ростех). В последующие годы в институте создавали компьютеры для управления и другими ГРЭС, которые применяются до сих пор. Сегодня предприятие Ростеха продолжает разрабатывать интегрированные системы управления технологическими процессами, в том числе применяющиеся на атомных электростанциях.

Щекинская ГРЭС: масштаб и вызов

К середине 1960-х годов Щекинская ГРЭС в Тульской области была одной из ключевых тепловых электростанций страны. Ее строительство началось в 1946 году, первый ток она дала в июле 1950-го. К концу 1965 года, после ввода двух энергоблоков мощностью по 200 МВт, суммарная установленная мощность станции достигла 1065 МВт — на тот момент это была самая мощная тепловая электростанция не только в СССР, но и в Европе.

Фото: Щекинская ГРЭС

Энергоблок, выбранный для внедрения цифрового управления, представлял собой классическую для того времени схему «котел — турбина — генератор» с прямоточным пылеугольным котлом и системой регулирования на основе группы связанных автоматических регуляторов. Управление осуществлялось с традиционного щита с представлением информации отдельными измерительными приборами. Именно в эту уже работающую и отлаженную систему предстояло встроить цифровую машину.

Первая управляющая ЭВМ для энергетики

Разработка цифровой системы управления для станции была поручена специалистам Института электронных управляющих машин (ИНЭУМ), сформировавшегося под руководством И.С. Брука из Лаборатории управляющих машин и систем Академии наук СССР. Головной организацией по автоматизации энергоблока выступил Всесоюзный теплотехнический институт, проект системы управления разрабатывало Московское отделение «Теплоэлектропроекта», а саму машину создал коллектив ИНЭУМ под руководством Н.Н. Ленова.

Разработчики и исполнители первой управляющей машины М-7 на Щекинской ГЭС в день сдачи системы в эксплуатацию. Фото: ИНЭУМ им. И.С. Брука

М-7 была цифровой управляющей машиной последовательного типа на феррито-транзисторной элементной базе. Она в автоматическом режиме контролировала около 300 параметров энергоблока, рассчитывала технико-экономические показатели, фиксировала аварийные состояния, автоматизировала операции пуска и останова блока. Выходные сигналы управления — порядка 200. Устройства ввода и вывода информации представляли собой электромеханический трансмиттер и автоматическую печатающую машинку. Ввод цифровой, в том числе программной, информации в машину производился с пульта и электромеханического трансмиттера.

Данные после оцифровки и масштабирования сравнивались с заданными значениями. При отклонениях информация выводилась на автоматические печатающие машинки красным цветом, при возвращении в норму — черным. По запросу оператора параметры и управляющие сигналы могли выводиться на пульт или печать. Все команды управления, исходящие от машины, сопровождались проверкой достоверности.

Несмотря на сравнительно ограниченный набор функций, М-7 показала достаточную надежность для работы в контуре управления энергоблоком. В 1967–1968 годах машина находилась в опытной эксплуатации, а затем начала работать по всему функционалу.

От экспериментальной машины к отраслевым системам

Опыт, полученный при разработке и эксплуатации М-7 на Щекинской ГРЭС, стал основой для следующего этапа цифровизации энергетики. Уже в 1965 году ИНЭУМ приступил к созданию управляющей машины М-7-800 для энергоблока мощностью 800 МВт Славянской ГРЭС. Масштаб объекта потребовал иных архитектурных решений: в системе использовались две вычислительные машины, реализовывались более сложные схемы резервирования и отображения информации.

Знаковым элементом стало устройство связи оператора с машиной — УСОМ, где специалисты ИНЭУМ впервые применили электронно-лучевую трубку для представления информации. Этот подход позже получил широкое распространение в системах контроля и управления.

М-400 в Институте точной и прикладной механики Сибирского отделения Академии наук СССР. Фото: ИНЭУМ им. И.С. Брука

Следующим шагом стал информационно-вычислительный комплекс М-400-43 для Конаковской ГРЭС — станции мощностью 2400 МВт с восемью энергоблоками. Здесь цифровая техника уже обеспечивала не только управление отдельным блоком, а централизованный контроль параметров всей станции, регистрацию аварий и расчет технико-экономических показателей. Комплекс с разработанной специалистами ИНЭУМ управляющей машиной был принят в опытную эксплуатацию в 1976 году и используется до настоящего времени, что стало подтверждением правильности заложенных инженерных решений.

Современные разработки ИНЭУМ для энергетики

Сегодня ПАО «ИНЭУМ им. И. С. Брука» входит в концерн «Автоматика» холдинга «Росэл» и продолжает разрабатывать управляющие вычислительные системы для энергетики и промышленности. Разработки ведутся на современной элементной базе с использованием отечественных микропроцессоров «Эльбрус».

Управляющий вычислительный комплекс СМ1820МВУ-212 на архитектуре «Эльбрус». Фото: ИНЭУМ им. И.С. Брука

Например, комплексы серии СМ1820 применяются в качестве серверов АСУ ТП, узлов обработки и сбора данных, автоматизированных рабочих мест оператора. Они работают под управлением ОС «Эльбрус» или Linux и используются в централизованных и распределенных системах управления, в том числе на объектах ТЭК и критической инфраструктуры.

Оборудование ИНЭУМ эксплуатируется на российских атомных станциях — Курской, Калининской, Нововоронежской, Ростовской, Ленинградской, Белоярской, а также на зарубежных АЭС в Китае, Индии, Иране и Бангладеш. За десятилетия эксплуатации эти системы подтвердили надежность и устойчивость к внешним воздействиям.