XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение

Нефтеперерабатывающая отрасль играет ключевую роль в экономике многих стран, обеспечивая энергетические ресурсы и сырье для химической промышленности. В условиях глобализации и стремительного технологического прогресса, эффективность работы нефтеперерабатывающих заводов становится критически важной для обеспечения конкурентоспособности и устойчивого развития. Важным аспектом повышения эффективности является внедрение современных систем управления, которые обеспечивают оптимизацию производственных процессов, снижение затрат и повышение качества продукции. В последние десятилетия адаптивные централизованные системы управления (АЦСУ) с использованием технологий SCADA (SupervisoryControlandDataAcquisition) становятся все более популярными в нефтеперерабатывающей отрасли, что обусловлено их способностью обеспечивать высокую степень автоматизации и мониторинга процессов.

Адаптивные централизованные системы управления представляют собой комплексные решения, которые позволяют эффективно управлять технологическими процессами на нефтеперерабатывающих заводах. Основной их задачей является адаптация к изменяющимся условиям работы, что позволяет обеспечить стабильность и надежность процессов переработки нефти. В отличие от традиционных систем управления, АЦСУ способны автоматически подстраиваться под изменения в технологических параметрах, что значительно снижает риски аварийных ситуаций и повышает общую производительность.

Системы SCADA, в свою очередь, представляют собой важный инструмент для реализации адаптивного управления. Они обеспечивают сбор, обработку и визуализацию данных в режиме реального времени, что позволяет операторам быстро реагировать на изменения в технологических процессах. SCADA-системы интегрируют в себе функции мониторинга, управления и анализа данных, что делает их незаменимыми в современных производственных условиях. Внедрение таких систем позволяет не только повысить оперативность управления, но и улучшить качество принимаемых решений, основанных на актуальной информации о состоянии оборудования и технологических процессов.

Анализ отечественных систем управления на нефтеперерабатывающих заводах показывает, что в последние годы наблюдается тенденция к их модернизации и внедрению новых технологий. Однако, несмотря на достигнутые успехи, многие отечественные решения все еще отстают от зарубежных аналогов по уровню функциональности и гибкости. [1].

Анализ зарубежных систем управления в нефтеперерабатывающей отрасли показывает, что многие из них обладают высоким уровнем интеграции, гибкости и адаптивности. Они способны эффективно справляться с различными вызовами, связанными с изменением рыночной конъюнктуры, экологическими требованиями и технологическими новшествами. Зарубежные системы управления зачастую опираются на передовые технологии, такие как искусственный интеллект, машинное обучение и большие данные, что позволяет им не только оптимизировать текущие процессы, но и предсказывать возможные проблемы и находить пути их решения. Это создает значительное конкурентное преимущество для компаний, которые используют такие решения.

Актуальность исследования «Адаптивные централизованные системы управления на нефтеперерабатывающих заводах с использованием систем SCADA» обусловлена стремительным развитием технологий автоматизации и цифровизации в нефтегазовой отрасли, что требует внедрения современных подходов к управлению производственными процессами. В условиях глобальной конкуренции и необходимости повышения эффективности работы нефтеперерабатывающих заводов, адаптивные централизованные системы управления, основанные на принципах SCADA, становятся ключевыми для оптимизации процессов, снижения затрат и повышения качества продукции. Анализ отечественных и зарубежных систем управления позволяет выявить лучшие практики и адаптировать их к специфике российского рынка, что открывает новые горизонты для улучшения производительности и устойчивости предприятий.

Объектом исследования в данной работе являются адаптивные централизованные системы управления, применяемые на нефтеперерабатывающих заводах, в то время как предметом исследования выступают технологии SCADA и их внедрение в эти системы. Исследование охватывает как отечественные, так и зарубежные решения, позволяющие оптимизировать процессы управления на предприятиях нефтегазовой отрасли. В рамках анализа рассматриваются ключевые аспекты функционирования систем, их архитектура, а также преимущества и недостатки, что позволяет выявить актуальные тренды и перспективы развития адаптивных систем управления в контексте современных вызовов и требований отрасли.

Целью данного исследования является анализ и обобщение современных подходов к адаптивным централизованным системам управления на нефтеперерабатывающих заводах, с особым акцентом на использование технологий SCADA. В рамках работы ставятся задачи по изучению основ функционирования таких систем, исследованию их реализации в отечественной и зарубежной практике, а также проведению сравнительного анализа существующих решений, что позволит выявить ключевые преимущества и недостатки различных подходов.

1 Основы адаптивных централизованных систем управления на нефтеперерабатывающих заводах

Адаптивные централизованные системы управления (АЦСУ) на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) представляют собой важнейший элемент современного процесса управления, обеспечивающий оптимизацию технологических операций, повышение эффективности производства и улучшение качества продукции. В условиях постоянно меняющейся внешней среды, включая колебания цен на нефть, изменения в законодательстве и требования к экологии, необходимость внедрения адаптивных систем управления становится особенно актуальной. АЦСУ позволяют не только реагировать на изменения в реальном времени, но и предугадывать их, что является ключевым аспектом для достижения конкурентных преимуществ.

Основная функция АЦСУ заключается в обеспечении автоматизированного управления технологическими процессами на НПЗ, что включает в себя контроль, мониторинг, анализ и оптимизацию работы оборудования, а также управление потоками сырья и готовой продукции. Адаптивность таких систем проявляется в способности к обучению и самонастройке на основе анализа больших объемов данных, что позволяет им адаптироваться к изменениям в условиях эксплуатации и требованиям пользователей. Важным аспектом является интеграция АЦСУ с системами SCADA (SupervisoryControlandDataAcquisition), которые обеспечивают сбор, обработку и визуализацию данных в реальном времени, а также позволяют осуществлять удаленное управление технологическими процессами. [2]

Рисунок 1 – Иерархическая структура АЦСУ нефтеперерабатывающего завода

На рисунке 1 представлена структура АЦСУ НПЗ, на которой показано, что системы SCADA играют центральную роль в организации АЦСУ на НПЗ, поскольку они обеспечивают необходимую инфраструктуру для сбора данных с различных датчиков и устройств, установленных на производственных участках. Эти данные могут включать в себя информацию о температуре, давлении, уровне жидкости, расходах и других параметрах, критически важных для эффективного управления процессами переработки нефти. Благодаря интеграции с АЦСУ, системы SCADA могут не только отображать текущее состояние процессов, но и предоставлять аналитические инструменты для их оптимизации. Например, использование алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта позволяет предсказывать возможные отклонения в работе оборудования, что способствует своевременному проведению профилактических мероприятий и уменьшению времени простоя.

Адаптивные системы управления на НПЗ могут быть реализованы на основе различных архитектур, включая централизованные, децентрализованные и распределенные подходы. Централизованные системы управления предполагают наличие единого центра управления, который обрабатывает все данные и принимает решения по управлению процессами. Это позволяет обеспечить высокую степень координации и интеграции различных операций, однако может возникать проблема узких мест, когда сбой в работе центра может привести к остановке всего производства. Децентрализованные системы, в свою очередь, распределяют функции управления между несколькими узлами, что повышает устойчивость системы к сбоям, но может усложнять координацию действий. Распределенные системы представляют собой компромисс между двумя предыдущими подходами, позволяя обеспечить гибкость и адаптивность при сохранении высокого уровня интеграции. [3].

Ключевыми компонентами АЦСУ являются датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и пользовательские интерфейсы. Датчики обеспечивают сбор данных о текущем состоянии процессов, исполнительные механизмы отвечают за выполнение команд управления, контроллеры осуществляют обработку данных и принятие решений, а пользовательские интерфейсы позволяют операторам взаимодействовать с системой. В современных АЦСУ также активно используются технологии Интернета вещей (IoT), которые позволяют интегрировать в систему большое количество различных устройств, обеспечивая более полное представление о состоянии производственных процессов.

Одним из основных преимуществ АЦСУ является возможность реализации предиктивной аналитики, которая позволяет предсказывать поведение процессов на основе исторических данных и текущих условий. Это может включать в себя прогнозирование потребности в ресурсах, оптимизацию загрузки оборудования и минимизацию потерь. Предиктивная аналитика основана на использовании алгоритмов машинного обучения, которые анализируют большие объемы данных, выявляют закономерности и делают прогнозы. В результате, предприятия могут принимать более обоснованные решения, что приводит к снижению затрат и повышению общей эффективности.

Не менее важным аспектом является безопасность данных и процессов. АЦСУ должны быть защищены от внешних угроз, таких как кибератаки, а также от внутренних рисков, связанных с ошибками оператора или сбоями оборудования. В этом контексте важную роль играют системы кибербезопасности, которые обеспечивают защиту информации и предотвращают несанкционированный доступ к системам управления. Современные АЦСУ также должны соответствовать требованиям законодательства в области охраны труда и экологии, что требует внедрения дополнительных механизмов мониторинга и контроля.

На практике, внедрение АЦСУ на НПЗ требует комплексного подхода, который включает в себя не только технические аспекты, но и организационные изменения. Важно, чтобы персонал был обучен работе с новыми системами и понимал их функционал. Это может потребовать пересмотра существующих бизнес-процессов и внедрения новых стандартов работы. Необходимо учитывать специфику каждого конкретного завода, так как различные НПЗ могут иметь разные технологические процессы, оборудование и требования.

Из проведенных выше исследованиях показано, что адаптивные централизованные системы управления на нефтеперерабатывающих заводах представляют собой важный инструмент для повышения эффективности и конкурентоспособности предприятий. Интеграция таких систем с SCADA позволяет обеспечить более глубокий уровень анализа и управления производственными процессами, что в свою очередь способствует оптимизации ресурсов, снижению затрат и повышению качества продукции. В условиях динамично меняющегося рынка и растущих требований к экологии, внедрение АЦСУ становится не просто желательным, а необходимым шагом для успешного функционирования нефтеперерабатывающих заводов. [4]

2 ТехнологииSCADAв системах управления на предприятиях нефтегазовой отрасли

SCADA-технологии играют ключевую роль в системах управления предприятиями нефтегазовой отрасли, обеспечивая сбор данных с полевых устройств, мониторинг параметров технологических процессов и оперативное вмешательство для поддержания безопасной и эффективной эксплуатации. В нефтегазовом секторе SCADA охватывает широкий спектр задач: от разведки и добычи до переработки, хранения и транспортировки нефти и газа, где качество и своевременность данных напрямую влияют на производительность, экономику и безопасность объектов. Основной смысл SCADA состоит в том, чтобы превратить поток разрозненных сигналов с датчиков и исполнительных механизмов в управляемую картину, доступную операторам, инженерам и системам принятия решений. [5]

Рисунок 2 – АСУТП нефтеперерабатывающего завода

На рисунке 2 представлена схема АСУТП нефтеперерабатывающего завода, которая показывает, архитектуру современных SCADA-систем в нефтегазовой отрасли основывается на многоуровневом подходе, который разделяет периферийные устройства на уровне мониторинга и первичной обработки, сеть передачи данных и уровни концентрации и анализа информации. На полевых участках встречаются контроллеры программируемые (PLC) и исполнительные логические устройства, а также удаленные терминальные узлы (RTU), к которым подключаются датчики давления, расхода, температуры, уровня, датчики положения клапанов и другие исполнительные механизмы. Эти устройства формируют первый уровень сбора данных и частично локальной обработки. Второй уровень представляет собой локальные или районные контрольные узлы, которые агрегируют данные от полевых устройств, проводят предварительную фильтрацию сигналов, диагностику оборудования и передачу событий в центральную SCADA-архитектуру. Третий уровень — это серверы SCADA, базы данных и историзации, аналитические модули и панели диспетчерской, где операторы получают мощные инструменты визуализации, анализа и принятия решений. В некоторых случаях между уровнями используются гейтвеи и шлюзы, которые обеспечивают конвертацию протоколов, безопасность передачи и интеграцию с локальными системами автоматизации. Важной особенностью современной архитектуры является поддержка резервирования компонентов и путей передачи, чтобы обеспечить непрерывность управления даже в случае отказа отдельных элементов. [6]

Коммуникации занимают центральное место в SCADA для нефтегазовых объектов. В полевых условиях применяются промышленные протоколы и среды, которые обеспечивают надежную передачу измерений и команд на значительные расстояния. Классические протоколы, такие как DNP3, IEC 60870-5-104 и Modbus, остаются востребованными благодаря своей простоте и совместимости с устаревшим оборудованием. В рамках современных инфраструктур часто используется OPCUA для унифицированного доступа к данным и обеспечения взаимной совместимости между системами разных производителей. Применяются промышленные Ethernet- и оптоволоконные сети, беспроводные каналы таможенного типа, радиодоступ и спутниковая связь для удаленных участков, где прямая проводная связь затруднена. Важной тенденцией является внедрение концепций edge-аналитики и распределенного вычисления: часть обработки и фильтрации данных выполняется ближе к источнику сигнала, что снижает задержки, уменьшает нагрузку на сеть и повышает устойчивость к сбоям.

Функционально SCADA в нефтегазовой отрасли выполняют комплекс задач. Основной элемент — мониторинг технических параметров в реальном времени: давление, температура, расход, уровень, вибрации, состояния клапанов и двигателей, качество нефти и газа на разных стадиях переработки. Системы_alarm и события (AlarmsandEvents) позволяют оператору быстро реагировать на аномалии или критические изменения состояния оборудования. Историзация данных (datahistorian) обеспечивает долговременную калибровку, анализ трендов, построение прогнозов и отчетности для инженерной службы и руководства. Наличие графических интерфейсов (HMI) упрощает восприятие операторами текущей картины процесса, а инструменты визуализации и анализа способствуют принятию обоснованных решений, снижению времени реагирования на инциденты и повышению эффективности эксплуатации. [7].

Непрерывность управления и безопасность представлены как неотъемлемые требования к SCADA-решениям в нефтегазовом секторе. Важна не только точность и полнота данных, но и устойчивость к отказам, корректная настройка прав доступа, защита передаваемой информации и возможность быстрого восстановления после сбоев. Для обеспечения надежности применяются механизмы резервирования сервера SCADA, резервированных каналов связи, дублей баз данных и периодического тестирования процессов аварийного восстановления. Время синхронизации событий и журналирования имеет критическое значение; для этого используют протоколы точного времени, такие как PTP (IEEE 1588) или точные службы NTP, чтобы события в разных узлах системы имели единое временное основание и создавали корректную последовательность событий при анализе инцидентов.

Безопасность SCADA-систем в нефтегазовой отрасли требует комплексного подхода к киберзащите. Сегментация сетей, принцип минимальных прав и многоуровневая аутентификация помогают снизить риск несанкционированного доступа к управляющим устройствам и данным. Важны защитные стенки между IT и OT окружениями, ограждающие критические технологические процессы от внешних угроз. Применение шифрования на уровне передачи, мониторинг аномалий и журналирование действий пользователей являются частью оборонительно-аналитического цикла. В отрасли активно применяются стандарты и руководства по кибербезопасности, такие как IEC 62443, которые охватывают требования к безопасности сетей OT, безопасной разработке, эксплуатации и тестированию систем. Регулярное обновление программного обеспечения, управление уязвимостями и проверка устойчивости к инцидентам также занимают центральное место в практиках эксплуатации SCADA на нефтегазовых объектах. Важной практикой является создание удаленного доступа к контролируемым системам через защищенные каналы, аудит действий администраторов и применение политик сегментации доступа с учетом ролей и задач каждого оператора. [8]

Интеграция SCADA с другими информационными системами предприятия расширяет аналитические возможности и позволяет строить более целостные модели производственных процессов. Например, данные SCADA могут консолидироваться в ERP и MES-системах для планирования материалов, обслуживания и ремонта оборудования, а также для финансовой оценки производственных процессов. В гео-аналитических системах GIS для нефтегазовой отрасли SCADA-данные совмещаются с географической привязкой объектов, что облегчает мониторинг местоположения оборудования, планирование технического обслуживания и контроль за перемещением ресурсов. Современные концепции цифровой трансформации включают внедрение цифровых двойников (digitaltwins) технологических процессов, где моделирование в режиме реального времени синхронизируется с реальными данными SCADA, позволяя проводить виртуальные испытания, сценарное планирование и оптимизацию режимов работы без воздействия на фактические установки. Развитие edge- и cloud-архитектур открывает новые возможности для масштабирования, хранения больших массивов данных и применения аналитики с использованием искусственного интеллекта и машинного обучения для прогностического обслуживания, предиктивной диагностики и улучшения операционных решений.

Ключевые вызовы модернизации SCADA в нефтегазовой отрасли связаны с необходимостью сохранения совместимости с большим парком устаревшего оборудования и протоколов, обеспечением бесшовной интеграции с новыми системами и соблюдением регуляторных требований. Внедрение новых технологий требует внимания к управлению изменениями, тестированию на совместимость, а также к финансовым аспектам проекта модернизации. Проблемы interoperability между оборудованием разных производителей продолжают оставаться актуальными, что подталкивает к применению открытых стандартов и конверторов протоколов, но одновременно требует контроля за безопасностью и производительностью. Ключевыми задачами остаются обеспечение надежности и доступности систем, защита критических процессов от киберугроз и эффективное использование больших объемов данных для повышения извлекаемой ценности производства. [9].

Перспективы развития технологий SCADA в нефтегазовом секторе связаны с ростом внедрения решений на основе промышленного интернета вещей и цифровой инфраструктуры. Расширение применения IIoT-устройств и сенсорных сетей позволяет собирать данные с большего числа точек, улучшая охват мониторинга и точность диагностики. Внедрение интеллектуальных функций на уровне edge-устройств и в облачной среде открывает дорогу к более сложной аналитике, предиктивному обслуживанию и автоматизированной оптимизации процессов. Важным направлением является применение 5G и других передовых беспроводных технологий для устойчивого и быстрого обмена данными между удаленными объектами и центрами обработки. Кроме того, развитие концепций цифровых двойников, моделирования процессов на основе данных SCADA и интеграции машинного обучения позволяет переходить к более предсказуемому и адаптивному управлению, снижению непроизводственных простоя и повышению энергоэффективности.

3 Анализ отечественных систем управления на нефтеперерабатывающих заводах

В условиях стратегической важности нефтепродуктов для экономики и обеспечения энергообеспечения страны, надежность, безопасность и устойчивость технологических процессов НПЗ выходят на первый план. Современные системы управления на этих объектах объединяют элементы автоматизации технологических процессов, информационные системы предприятия и элементы кибербезопасности, обеспечивая сбор данных, мониторинг, управление и анализ в реальном времени. Особо акцентируется внимание на характерных для отечественной практики особенностях, связанных с импортозамещением, регуляторными требованиями, интеграцией с цифровыми платформами и вызовами модернизации.

Архитектура и состав базовых компонентов отечественных систем управления на НПЗ традиционно опираются на многоуровневые концепции, где полевая часть включает датчики и исполнительные устройства, первичные контроллеры и программируемые логические устройства, которые локально обрабатывают сигналы и обеспечивают оперативное управление на участке. Следующий уровень объединяет локальные и районные узлы сбора данных, фильтрацию сигналов и передачу событий в центральную систему управления. В центральном звене работают серверы систем автоматизации, базы данных, историзаторы и диспетчерские панели, предоставляющие операторам и инженерам богатые средства визуализации, анализа и принятия решений. В рамках отечественной практики особенно обсуждается роль интеграции и конвертации протоколов между различными уровнями, а также обеспечение резервирования компонентов и каналов связи для поддержания непрерывности технологического процесса. [10]

Функционально задачи систем управления на НПЗ охватывают мониторинг параметров технологических процессов, управление ключевыми операциями (давление, температура, расход, давление газов, режимы работы насосов и крановых механизмов), диагностику и обслуживание оборудования, регламентированное протоколами архивирование и анализ исторических данных, а также оперативную коммуникацию между диспетчерскими, производственно-техническими службами и руководством. Существенную роль занимают модули аварийных уведомлений и событий, которые позволяют быстро реагировать на отклонения и инциденты, а также инструменты для анализа трендов и прогноза режимов эксплуатации. Наличие современных HMI и инструментов визуализации существенно снижает время реакции операторов и повышает качество управленческих решений, что особенно важно в условиях высокой динамики технологического процесса и строгих требований к безопасной эксплуатации.

Особенности отечественного рынка автоматизации НПЗ во многом связаны с задачами импортозамещения, локализацией поставок и усилением независимости от внешних поставщиков оборудования и ПО. В текущий период широко обсуждается и реализуется переход к развитию отечественных платформ для DCS, SCADA и смежных информационных систем, а также к локализации программного обеспечения для сбора данных, анализа производственных процессов и управления активами. Вместе с тем сохраняется использование проверенных на протяжении многих лет компонентов и решений, пришедших из зарубежных проектов, что подталкивает к разработке стратегий совместимости, конверторов протоколов и адаптации отечественных систем к существующей инфраструктуре. Важной задачей становится обеспечение совместимости между различными поколениями оборудования, а также унификация процедур технического обслуживания и киберзащиты в рамках единой инфраструктуры предприятия.

TRACE MODE — это отечественная масштабируемая SCADA-система, разработанная компанией «АдАстра Рисёрч Груп» (ранее «Трейс Моуд»). Система известна своей универсальностью и способностью работать как с небольшими локальными объектами (например, одним станком или котельной), так и с распределенными комплексами, объединяющими десятки тысяч контроллеров по всей сети предприятия. Её ключевой особенностью является глубокая интеграция функций SCADA и MES (Manufacturing Execution System) в единой среде разработки и исполнения. Это позволяет не только собирать данные с оборудования и визуализировать процессы, но и решать задачи диспетчеризации, оперативного управления, анализа эффективности и формирования производственной отчетности.

Система построена на модульном принципе. Основу составляют редакторы: DOC для создания базы данных тегов и графических мнемосхем, RTM для программирования логики и контроллеров, и Trend Editor для настройки трендов. Исполнительная часть включает мониторы реального времени: ISM (интегральный) для управления всей системой и HMI для операторских станций. Для построения распределенных систем используется сетецентрическая архитектура с технологией «Hot Standby», обеспечивающая высокую надежность и отказоустойчивость.

TRACE MODE широко внедрена в различных отраслях промышленности и энергетики на территории России и стран СНГ. Её можно встретить на таких объектах, как атомные и тепловые электростанции (например, Ленинградская АЭС, Балаковская АЭС), в нефтегазовом комплексе («Газпром», «Лукойл», «Татнефть»), на предприятиях химической и пищевой промышленности, в системах водоподготовки и водоочистки, а также в инженерных системах крупных зданий и комплексов. Система исторически занимает прочные позиции в энергетике и ЖКХ, где ценится за надежность и способность работать с большими объемами данных в режиме реального времени. [3]

Безопасность и надежность отечественных систем управления на НПЗ строятся на принципах отказоустойчивости, управления доступом и защиты критической информации. В условиях высокой ответственности за технологическую безопасность важны сегментация сетей, многоуровневые политики доступа, шифрование данных и мониторинг действий пользователей. Учитываются требования к кибербезопасности в рамках международных и национальных стандартов и регулятивных документов, а также практики по обновлению ПО и устранению уязвимостей. На практике акцент делается на создание устойчивых архитектур с резервированием серверов, резервированными линиями связи и репликами баз данных, что позволяет поддерживать работоспособность систем при сбоях и кибератаках. Важную роль играет синхронизация времени и журналирование событий, обеспечивающее корректную реконструкцию технологических цепочек при расследовании инцидентов. В контексте регуляторного поля соблюдаются требования к охране окружающей среды, трудовой безопасности и сертификации компонентов автоматизации, что усиливает комплексность и надёжность систем управления.

Ключевые направления модернизации отечественных систем управления НПЗ связаны с углублением цифровизации и интеграцией с корпоративными информационными платформами. В рамках импортозамещающих программ активно развиваются отечественные решения для управления технологическими процессами, анализа данных и диспетчерской деятельности, а также инструменты для интеграции с ERP– и MES-системами, системами управления активами и планирования технического обслуживания. Расширяется применение концепций цифровых двойников технологических процессов и виртуальных моделей для сценарного планирования, оптимизации режимов и обучения персонала без риска для реального производства. Развиваются облачные вычисления для обработки больших массивов данных, внедряются современные методы анализа с использованием искусственного интеллекта и машинного обучения для прогностической диагностики и оптимизации эксплуатации. Важным направлением является дальнейшее развитие кибербезопасности в сочетании с ZeroTrust-моделями, многоступенчатой аутентификацией и сегментацией сетей, что позволяет более гибко и безопасно управлять критическими инфраструктурами.

Вызовы и проблемы, с которыми сталкиваются отечественные НПЗ в контексте систем управления, многообразны. Одной из основных остается задача сохранения совместимости с устаревшими системами и протоколами, параллельно внедряя новые технологии и решения. Интероперабельность между устройствами и программным обеспечением разных производителей требует как стандартов, так и тщательно выстроенных конвертеров протоколов, что одновременно создает риски в области безопасности и производительности. Проблемы дефицита квалифицированных кадров, управления изменениями и затрат на модернизацию также требуют системного подхода, включая планирование ресурсов и обучение персонала. В рамках региональной и отраслевой регуляторики возрастает внимание к требованиям к экологической и технологической безопасности, что подталкивает к более строгим процедурам валидации, тестирования и сертификации систем управления. Наконец, несомненно, усиливается роль обеспечения устойчивости к киберугрозам, что требует постоянного обновления защитных механизмов, мониторинга аномалий и оперативной реакции на инциденты. [2]

Перспективы развития отечественных систем управления НПЗ отражают тенденции цифровой трансформации нефтепереработки в стране. Увеличение доли отечественных решений в составе автоматизации, консолидация данных и более тесная интеграция между операционным уровнем, технологическими процессами и бизнес-управлением позволят повысить прозрачность производственного цикла, сократить простоий и снизить операционные риски. Расширение применения промышленных интернета вещей и сенсорных сетей, развитие цифровых двойников и внедрение продвинутых аналитических функций на уровне edge и облачных платформ создают предпосылки для более точной диагностики, прогностического обслуживания и адаптивного управления. Важным элементом станет развитие инфраструктуры кибербезопасности, в том числе внедрение многоуровневых защит, стратегий сегментации и подходов ZeroTrust, обеспечивающих защиту критических технологических процессов в условиях усложняющегося киберпространства. В целом перспективы состоят в усилении самостоятельности отечественных систем управления, росте локализации компонентов и программного обеспечения, а также в более тесной интеграции с корпоративными и производственными системами для достижения целей цифровой трансформации нефтепереработки.

4 Сравнительный анализ зарубежных систем управления в нефтеперерабатывающей отрасли

Рынок мировых систем управления для НПЗ характеризуется конкуренцией между крупными мировыми поставщиками, интегрированными подходами к автоматизации и стремлением к унификации протоколов и интерфейсов для обеспечения интероперабельности и гибкости эксплуатации. Важной особенностью является сочетание традиционных дистрибутивных систем управления технологическими процессами с современными решениями для обработки данных, кибербезопасности и цифровой трансформации активов.

В качестве базовой архитектурной модели зарубежные решения в нефтепереработке опираются на распределённую архитектуру управления, где на полевых участках применяются датчики и исполнительные устройства, локальные контроллеры и программируемые логические устройства, образующие уровень первичной обработки сигналов и оперативного управления. Далее следует уровень централизованной обработки, включающий DCS/PCS-уровень, который обеспечивает синхронную обработку сигналов, координацию действий приводов и насосов, а также сбор данных по крупным технологическим контурами. В современном контексте многие зарубежные системы развивают интеграцию с ERP и MES, что позволяет выстраивать цикл планирования, эксплуатации и технического обслуживания. Важной тенденцией выступают открытые протоколы и унифицированные интерфейсы, такие как OPCUA, благодаря которым данные из разных слоев и разных производителей становятся доступными для операторов и аналитических модулей. Роль кибербезопасности в таких системах не менее критична: архитектура проектируется с учётом многоуровневой защиты, сегментации сетей и защиты каналов передачи, чтобы минимизировать риски при эксплуатации на крупных объектах. [5]

Среди ведущих зарубежных поставщиков управленческих систем для нефтепереработки можно выделить несколько компаний с устойчивой историей внедрений и широким портфолио решений. Emerson предлагает систему DeltaV, известную своей модульностью, удобством настройки и эффективной интеграцией с датчиками и приводами, что часто положительно сказывается на скорости запуска проектов и надёжности эксплуатации. Honeywell представляет решение ExperionPKS, которое отличается обширной экосистемой для объединения процессов, инженерной подготовки и бизнес-аналитики, а также хорошо выстроенной поддержкой по международным стандартам. Siemens предлагает PCS 7 и related решения, которые сильны в интеграции с IT-инфраструктурой компании и позволяют реализовывать масштабируемые проекты на крупных НПЗ с широким спектром функций по управлению технологическими и энергетическими контурами. ABB реализует систему 800xA, отличающуюся глубокой визуализацией, интеграцией с широким набором инструментов для автоматизации и сильной поддержкой процессов инженерной подготовки. YokogawaCENTUMVP остаётся надёжной альтернативой в сегменте крупной нефтепереработки благодаря своей надёжности, точности регуляторных функций и устойчивости к внешним воздействиям. SchneiderElectric, включая решения на базе AVEVA, фокусируется на консолидации операций и данных в единой цифровой платформе, что находит применение в проектах цифровой трансформации и интеграции управляемых активов с бизнес-системами.

Характерной чертой зарубежных систем является сочетание высокоразвитых функций управления процессами и активной поддержки дополненной аналитики. В рамках DCS/SCADA-архитектур широко применяются современные подходы к управлению технологическими процессами, включая продвинутые системы регулирования (APC, MPC), мониторинг состояния оборудования, управление энергопотреблением и оптимизационные задачи в реальном времени. Вiezеркальные направления включают развитие технологий цифровых двойников процессов, которое позволяет моделировать поведение установки, проводить виртуальные испытания и сценарное планирование без влияния на реальный процесс. В контексте увеличения объёма и скорости данных растёт роль edge-вычислений и облачных платформ для обработки крупных массивов данных, а также использования искусственного интеллекта и машинного обучения для прогностической диагностики, оптимизации режимов и предиктивного обслуживания. [8]

Ключевые аспекты интеграции данных и управления на зарубежных НПЗ опираются на стандарты и концепции, которые участвуют в глобальной практической harmonизации. ISA-95 и ISA-99/IEC 62443 служат ориентиром по архитектуре предприятий и кибербезопасности, в то же время IEC 61511 определяет требования к функциональной безопасности. Применение OPCUA обеспечивает языковую и аппаратную открытость для доступа к данным между различными системами и слоями. В практиках кибербезопасности уделяется внимание сегментации сетей, многоуровневой аутентификации, контролю доступа и мониторингу действий пользователей, а также внедрению подходов к устойчивости к киберугрозам, включая сценарии реакций на инциденты и регулярное обновление программного обеспечения.

Различия между зарубежными системами в нефтепереработке проявляются, прежде всего в уровне стандартизации и готовности к локализации. В западных и европейских проектах часто встречаются опции для глубокой интеграции с корпоративной IT-архитектурой, наличие широких сервисных экосистем и поддержка сложных инженерных конструкторских решений, что позволяет реализовывать крупномасштабные проекты на глобальном уровне и обеспечивать единые процессы обслуживания по всему конвейеру производства. В азиатско-тихоокеанском регионе и на Ближнем Востоке акцент может смещаться в сторону быстрого масштабирования и адаптации под региональные регуляторные требования, а также к локализации компонентов и ПО в рамках импортозамещающих программ. Эти различия влияют на выбор конкретной платформы, подходы к внедрению, сроки реализации и стоимость владения системой.

Преимущества зарубежных систем очевидны в плане технологической зрелости, широкой экосистемы интеграций, сильной поддержки индустриальных стандартов и возможностях для цифровой трансформации активов. Вместе с тем ряд вызовов остаётся неизменным для импорта цифровых решений в нефтепереработку. Это вопросы совместимости с существующим технологическим парком, сложность миграций и перехода на новые протоколы без остановки производства, а также необходимость соблюдения региональных регуляторных требований и обеспечения кибербезопасности. Важными аспектами остаются вопросы обучения персонала, управления изменениями и обеспечения устойчивости к киберинцидентам в условиях высокой критичности технологического процесса. [2]

Перспективы зарубежных систем управления в нефтепереработке тесно увязаны с темами цифровой трансформации и индустриального интернета вещей. Расширение использования продвинутых аналитических функций, прогнозной диагностики и оптимизации режимов на уровне edge и облачных платформ позволяет достигать более высокой эффективности, снижения энергоёмкости и снижения оперативных рисков. Важную роль будет играть интеграция с системами управления активами, ERP и MES, а также развитие цифровых двойников и моделирования процессов для обучения персонала и сценарного планирования. В контексте кибербезопасности ожидается усиление подходов ZeroTrust, многоуровневой аутентификации, сегментации сетей и автоматизированных механизмов обнаружения аномалий, что должно повысить устойчивость критических объектов к современным угрозам.

Зарубежные системы управления в нефтепереработке представляют собой сбалансированное сочетание проверенных инженерных решений и передовых цифровых технологий. Они обеспечивают надёжность и безопасность технологических процессов при возможности масштабирования, интеграции с бизнес-процессами и применения современных подходов к аналитике и кибербезопасности. В условиях глобальной конкуренции и ускорения темпов цифровой трансформации нефтепереработки западные и азиатские поставщики продолжают развивать свои платформы, нацеливаясь на более тесную интеграцию с IT-архитектурами предприятий, повышение уровня автоматизации и создание устойчивых инфраструктур, способных адаптироваться к меняющимся требованиям рынка, регуляторной среды и внешних факторов. [5]

Заключение

В процессе проведенного аналитического обзора, в котором были рассмотрены ключевые аспекты функционирования и развития систем управления на нефтеперерабатывающих предприятиях. В ходе работы были проанализированы основы адаптивных централизованных систем управления, технологии SCADA, отечественные и зарубежные системы управления, а также перспективы их дальнейшего развития.

В работе показано, что адаптивные централизованные системы управления представляют собой важный элемент в обеспечении эффективного функционирования нефтеперерабатывающих заводов. Они позволяют не только оптимизировать процессы переработки углеводородного сырья, но и повышать уровень безопасности, снижать затраты и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. Основным преимуществом таких систем является их способность адаптироваться к изменяющимся условиям работы, что особенно актуально в условиях динамичного рынка и постоянно меняющихся требований к качеству продукции.

Практика показывает, что внедренные SCADA-системы позволяет значительно повысить уровень контроля над процессами, улучшить качество принимаемых решений и ускорить реакцию на возникающие нештатные ситуации. Автором отмечено, что современные SCADA-системы интегрируются с другими информационными системами, что способствует созданию единой информационной среды на предприятии и повышает общую эффективность управления.

Перспективы развития адаптивных централизованных систем управления на нефтеперерабатывающих заводах связаны с дальнейшей интеграцией систем SCADA с решениями на основе искусственного интеллекта и аналитики данных, что позволит значительно повысить уровень автоматизации и оптимизации процессов на НПЗ.

Важным аспектом является также развитие кибербезопасности в контексте адаптивных систем управления. С увеличением уровня автоматизации и цифровизации возрастает и риск кибератак, что требует внедрения современных методов защиты информации и обеспечения безопасности технологических процессов. Инвестиции в кибербезопасность становятся неотъемлемой частью стратегии управления рисками на предприятиях нефтегазовой отрасли.

Аналитический обзор показал, что будущее адаптивных централизованных систем управления на нефтеперерабатывающих заводах будет определяться не только технологическими инновациями, но и стратегическим подходом к управлению, который будет включать в себя как элементы модернизации существующих систем, так и разработку новых, более эффективных решений. Необходимо также учитывать социальные и экологические аспекты, что в свою очередь требует комплексного подхода к управлению на всех уровнях.

Список литературы

1. Blevins T., Nixon M. Advanced Control Foundation: Tools, Techniques and Applications. — Research Triangle Park: International Society of Automation, 2018. — 478 p.

2. Boyes W. Instrumentation and Control for the Oil & Gas Industry // ISA Transactions. — 2019. — Vol. 58. — P. 12-25.

3. Америк А. Б. Комплексное оптимизационное управление основным производством на принципах коллективного контроля эффективности и сервисно-ориентированной архитектуры интегрированных нефтегазовых компаний // СЕРВИС. – 2021. – С. 6.

4. Андреев Е. Б., Фомин В. П. Автоматизация технологических процессов и производств в нефтегазовой отрасли. — М.: Инфра-Инженерия, 2019. — 412 с.

5. Иванов А. С., Петров К. Л. SCADA-системы: современное состояние и тенденции развития // Автоматизация в промышленности. — 2021. — № 5. — С. 34–41.

6. Коваленко Д. Г. Автоматизация системы управления подготовкой сырья на нефтеперерабатывающем заводе. – 2016.

7. Малей Е. Б. Нефтехимические кластеры: экономико-правовые основы формирования и управления. – Полоцкий государственный университет имени Евфросинии Полоцкой, 2022.

8. Сидоров В. Г. Построение распределенных систем управления на современных НПЗ // Нефтегазовое дело. — 2020. — Т. 18, № 2. — С. 112–120.

9. Смирнов П. А. Адаптивные алгоритмы в системах управления технологическими объектами // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. — 2022. — № 4. — С. 45–52.

10. Тихонов М. К. Цифровые двойники в нефтепереработке: от концепции к внедрению. — СПб.: Профессия, 2020. — 256 с.

Код для цитирования: Скопировать