Сегодня нашу жизнь уже невозможно представить без электроэнергетики и электропривода. Благодаря электроэнергетике функционируют высокотехнологичные производства, с огромной скоростью решают миллионы задач суперкомпьютеры, живут и дышат огромные города, и совсем небольшие поселки. Развитие энергетики буквально за столетие шагнуло так далеко, что мы подчас и не задумываемся, как функционируют энергосистемы, и какие научные исследования стоят на страже этого ежедневного «обыкновенного чуда». О преимуществах интеллектуальных энергосистем, специфике их самодиагностики и перспективах развития мы беседуем с победителем конкурса «Начало большой науки – 2017», доцентом кафедры «Автоматизированный электропривод» Энергетического факультета Политехнического института ЮУрГУ Олесей Геннадьевной Брылиной.
– С чего все начиналось? Почему вы поступили на энергофак? Все же для девушки такой выбор нетипичен.
– Отчасти все произошло случайно. Это был 1999 год. Я выбирала между несколькими направлениями подготовки. Можно сказать, что решающее влияние на мой выбор оказал преподаватель дисциплины «Информатика и микропроцессорные системы управления электроприводом» Рустам Зайнагеддинович Хусаинов. В те годы он работал в приемной комиссии и сумел убедить меня, что учиться на энергофаке интересно, хотя и очень сложно! Но в этом для меня был свой интерес! Сложности только раззадоривают, поэтому в свое время я и выбрала энергофак.
Как большинство абитуриентов я сдавала вступительные экзамены по физике, математике и русскому языку. По техническим дисциплинам получила хорошие баллы, а вот русский язык оказался слабей. Недаром видимо четверка в школьном аттестате по русскому языку стоит. Но поскольку по окончании школы №23, работающей по экспериментальной площадке лингво-гуманитарного лицея, у меня была серебряная медаль, я воспользовалась шансом поступить по результатам собеседования. После убедительных слов Рустама Зайнагеддиновича на другие специальности я уже и не смотрела. Так я приняла судьбоносное для себя решение учиться на кафедре «Автоматизированный электропривод» и быть инженером.
В те времена ЕГЭ еще не было, подать документы по собеседованию можно было лишь на одну специальность. О своем успешном поступлении я узнала только в августе. Началась учеба, и в моей жизни появились замечательные педагоги. Рафаиз Хазеевич Гафиятулин открыл мне двери кафедры предложив практику в лабораториях. Геннадий Иванович Драчев и Сергей Михайлович Бутаков дали возможность вместо типовых курсовых работ заниматься научной деятельностью по смежным тематикам. Морис Владимирович Гельман стал наставником при разработке лабораторного комплекса по электронике и преобразовательной технике... В этот список следует занести каждого преподавателя нашей кафедры. Они щедро делятся и сегодня мудростью жизни. Спасибо и низкий им поклон!
Очень многим я обязана своему научному руководителю, учителю с большой буквы – Леониду Игнатьевичу Цытовичу. Он в свое время предложил мне поступать в аспирантуру и посвятить жизнь науке. Он был руководителем моей успешно защищенной кандидатской и докторской диссертации, которую я пишу сейчас. К глубокому сожалению, в конце 2016 года Леонида Игнатьевича не стало. Мы с коллегами продолжаем идеи и научное направление, начатое Леонидом Игнатьевичем, тем самым, стремясь отдать ему дань уважения. Он действительно великий человек!
– Мечтали ли вы посвятить жизнь преподаванию в университете?
– В детстве у меня действительно были мысли стать учителем начальных классов, но едва ли тогда я думала об этом серьезно. В итоге жизнь сама подвела к тому, что я преподаю любимые предметы, теперь уже в высшей школе. И мне это очень нравится. К примеру, одна из любимых дисциплин – теория решения изобретательских задач. Многим кажется, что инженерные, технические дисциплины – это сложно и скучно. Это не так. Для меня это мир бесконечного научного поиска нестандартных инженерных решений!
– Возможно у вас было романтическое представление о профессии энергетика? Ассоциации с великими стройками ХХ века, на которых в числе первых всегда приезжали энергетики. Возможно вы – продолжатель династии?
– Отчасти да, потому что мой папа по одной из профессий – электрик. Можно сказать, что я продолжаю его путь. Что интересно… я себя раньше всегда считала гуманитарием. Моя учительница по русскому языку и литературе очень сильно удивилась, узнав, что я оказалась в техническом вузе и на технической специальности. Под ее руководством я в свое время подготовила научную работу о жизни и творчестве Ивана Шмелева и даже заняла с ней одно из призовых мест на областном конкурсе. К тому же всю начальную и среднюю школу я занималась в театральной студии. Мне посчастливилось стоять на сцене кукольного театра, несколько раз мелькнуть на телевидении, а дворец творчества молодежи вообще был «родным» … Поэтому в юности я предполагала, что в будущем непременно буду где-то на сцене. Получилось так, что моя сцена теперь у доски!
.jpg)
– Как вы в свое время выбрали тему научного исследования, которое повлияло на всю вашу жизнь?
– Все началось в 2004 году, с дипломного выпускного проекта. Изначально, когда Леонид Игнатьевич Цытович рассказывал нам про высоконадежные, энергоэффективные системы управления группой параллельно работающих электроприводов, я, признаюсь честно, мало что понимала (улыбается – прим. авт.).
К экзамену я все выучила и благополучно сдала, но на самом экзамене по воле случая призналась, что суть предмета от меня ускользает. Леонид Игнатьевич удивился, что можно так хорошо отвечать на экзамене, при этом не понимая предмет до конца. В итоге желание все же докопаться до сути привело меня к тому, что я написала по этой теме кандидатскую диссертацию, и сейчас работаю над докторской.
Технические дисциплины действительно очень сложны, и многие вещи начинаешь по-настоящему понимать, уже уделив достаточно большой промежуток времени их изучению. Можно сказать, что сейчас на многие аспекты своего исследования смотрю иначе, но многое еще предстоит осмыслить. Думаю, что я еще в самом начале бесконечного пути познания.
– Какова тема вашего исследования?
– Еще вместе с Леонидом Игнатьевичем Цытовичем мы начинали работать над спецификой управления группой параллельно работающих электроприводов на базе многозонных интегрирующих регуляторов.
Многозонные регуляторы – это относительно новый класс. Это разработка Леонида Игнатьевича Цытовича. Ее актуальность и эффективность работы доказывают многочисленные акты внедрения и реальные производственные предприятия, на которых изобретенная Цытовичем система реально работает. Многие коллеги – энергетики удивляются, как такая простая на первый взгляд система дает такие впечатляюще хорошие результаты.
Цель проекта, над которым работаю сейчас, – создание системы высоконадежных ресурсо-энергосберегающего электроприводов, состоящих из группы параллельно работающих каналов с интегрирующей многозонной системой управления.
Вопросы, решаемые в проекте, относятся к приоритетному направлению развития ЮУрГУ по ПНР-1 «Энергосбережение в социальной сфере».
По итогам проекта планируется создание интеллектуальной в плане саморезервирования и самодиагностирования надежной, ресурсо-энергосберегающей системы управления электроприводом с параллельными каналами регулирования, в частности, системы водоснабжения.
Проект позволит решить, как минимум, две задачи: снизить затраты на потребляемую электроэнергию и повысить надежность всего технологического оборудования.
– В чем преимущества этой системы электроприводов?
– Главное достоинство этой системы параллельных электроприводов в том, что она – надежная и интеллектуальная. Это означает, что, при корректной настройке, она может самостоятельно оптимизировать собственную работу и одновременно устранять несколько проблем. И все это без каких-то дополнительных аппаратных затрат и без дополнительного обслуживающего персонала. Это экономит и финансовые, и человеческие ресурсы.
– Как это работает на производстве?
– Системы управления группой параллельно работающих электроприводов на базе многозонных интегрирующих регуляторов могут быть востребованы как среди объектов ЖКХ, так и для промышленных предприятий разного назначения.
К системам, задействованным на производстве, например, относятся электроприводы водяных насосов на городских насосных станциях и жилых комплексах, а также электропривод систем воздухообмена и дымоудаления, системы оборотного цикла, термонагревательные установки и другие промышленные системы с резервными каналами регулирования.
Пожалуй, один из самых ярких примеров – это работа предложенной системы на примере системы водоснабжения.
Как правило, в системе есть насос, есть линия, обеспечивающая подачу воды, и еще один канал, который в случае, если давление пониженное, поможет его повысить (поддержать) или выполняет функции резервного. Резервный канал может относиться к системе водоснабжения другого жилого здания, промышленного предприятия, автономных объектов.
Часто минус подобных систем заключается в следующем. Для гарантии надежной работы, процесс диагностирования рекомендуется производить непрерывно, т.е. подавать некий «тестовый сигнал» и по реакции на него системы судить о ее исправности. В этом случае сама система диагностирования должна обладать высокой разрешающей способностью, исключающей влияние тестового сигнала на качество регулирования и ход технологического процесса. При таких условиях система диагностирования часто представляет собой достаточно сложный локальный вычислительный комплекс, который по уровню интеграции электронных компонентов, как правило, минимум на порядок превосходит аналогичный показатель контролируемой ею системы управления. В итоге достоверность результатов диагностирования вполне обоснованно подвергается сомнению, так как они в равной мере могут отображать как действительное состояние системы управления, так и явиться причиной внутренних скрытых отказов непосредственно в системе диагностирования. Система – «доктор» диагностирует неисправность, но не может гарантировать собственную надежную работу.
Кто же вылечит доктора? Преимущество системы, предложенной Леонидом Игнатьевичем Цытовичем, в том, что она не требует введения дополнительного тестового сигнала, способного негативно повлиять на работу (технологический процесс), при этом непрерывно диагностирует сама себя и всю систему управления, а главное обеспечивает непрерывность работы всей системы при отказе ее отдельных узлов.
– Как именно это происходит?
– По конструктивному исполнению рассматриваемая система предельно проста, при этом обладает помехоустойчивостью и рядом других технических возможностей, что актуально для промышленных предприятий и автономных объектов. Главное -это то, что система, благодаря замкнутой структуре и наличию параллельных каналов, способна самостоятельно диагностировать: в каком узле и каком канале произошла неисправность. Найдя отказ, система автоматически переключается на резервный канал. Так достигается надежность и качество процесса производства, при этом возможна значительная экономия ресурсов!
Простой оборудования на крупных предприятиях (даже если счет идет на минуты!) грозит серьезными потерями времени и средств. Система, предложенная Леонидом Игнатьевичем Цытовичем, позволяет этого избежать!
К примеру, на предприятии вышел из строя какой-нибудь вентилятор системы охлаждения или очистки, который, на первый взгляд, даже не входит в технологический процесс. Но из-за поломки вентилятора, происходит перегрев оборудования и/или задымление, из-за этого отключается оборудование, напрямую связанное с обеспечением технологии производства, и так процесс поломки стремительно движется по цепочке.
Если сравнивать подобный процесс с организмом человека, то ситуация примерно такая: укололи мизинчик, попала инфекция, и в результате страдает весь организм. В техническом организме в аналогичной ситуации происходит то же самое. В нем нет неважных узлов, и все работает на общее благо.
– Можно ли сказать, что, при разработке этой системы применяются цифровые технологии?
– На самом деле, научные исследования в большей степени предполагают изучение и разработку алгоритмов. Как именно претворить их в жизнь – в аналоговом или цифровом варианте – это зависит от пожеланий заказчика и уровня знаний у тех, кто будет автоматизировать систему на производстве. На мой взгляд любая современная техническая система – это грамотная комбинация аналоговой и цифровой элементной базы с учетом их особенностей и достоинств.
Важен еще один момент. Диагностика в системе подразумевает индикацию и оперативную передачу информации обслуживающему персоналу. Если где-то произошла авария, то обслуживающий персонал должен узнать об этом в кратчайшие сроки, чтобы этот узел отремонтировать, а не ждать, когда он «закричит» еще громче.
Это тоже цифровые технологии. Можно предложить, например, запатентованное техническое решение – однопроводная линия передачи логических данных на базе многозонного регулятора. То есть область применения многозонных регуляторов достаточно многообразна.
– Где уже реализован предложенный вариант системы?
– Энергоэффективная система управления группой параллельно работающих электроприводов на базе многозонных интегрирующих регуляторов успешно функционирует на Челябинском трубопрокатном заводе, ею также оснащен ряд систем управления для электроприводов Магнитогорского металлургического комбината.
К примеру, предложенная система с самодиагностированием и автоматическим резервированием каналов регулирования, была установлена впервые в мировой практике на ОАО «ЧТПЗ» в системе управления электроприводами водяных насосов гран-бассейна шлакоплавильного цеха и в системе воздухообмена линии плазменной резки труб большого диаметра 1020 – 1220 цеха №6!
Результирующий экономический эффект от внедренных систем управления составляет более миллиона руб. в год.!
Разработанные и исследованные структуры систем управления являются универсальными для технологических установок других типов с параллельными каналами регулирования и могут быть использованы, например, в регуляторах освещения, температуры и др.
– В 2017 году вы стали победителем конкурса «Начало большой науки-2017», проводимого в рамках реализации в ЮУрГУ Проекта 5-100. Это значит, что для развития вашего проекта будет выделено финансирование. Как вы планируете дальше развивать систему? Что в ближайших планах?
– Идей много! К примеру, на предприятиях действуют пилотные образцы системы, а массового производства пока нет. Будем работать над этим вопросом. Кроме того, сегодня мы исследуем более подробное, точное поведение системы в условиях помех или при исчезновении напряжения питания, проводим спектральный анализ системы, изучаются «эстафетные» режимы работы. С целью повышения быстродействия системы, мы исследуем разный диапазон и форму входного сигнала. На сегодняшний день теория многозонного управления группой параллельно работающих электроприводов пока не так популярна, она требует более детального изучения. Это сложный механизм, мы работаем над исследованием отдельных его узлов для оптимизации системы в целом.
– На каком этапе исследование находится сейчас?
– Наша исследовательская работа разбита на несколько этапов. Во-первых, теоретическая часть. Исследование структур, анализ характеристик при воздействии основных дестабилизирующих факторов, а также при катастрофических отказах активных компонентов схемы. На следующих этапах – это компьютерное моделирование, анализы, макетные образцы в рамках существующих стендов, существующей лаборатории «Центр компьютерных технологий и цифровых систем управления в промышленности», которая действует на базе нашей кафедры.
Мы планируем более детальное, глубокое моделирование на базе программного обеспечения MatLab+Simulink. Конечно, мы мечтаем и о экспериментальном образце с возможностью доступа в каждую точку и проверки работы системы. Для проверки эффективности работы системы, на производстве мы устанавливаем отдельные элементы, отдельные «платы». Конечно, во время технологических операций доступ к ним категорически запрещен. Посмотреть: что и как там отрабатывается, что-то подстроить, наладить в реальных производственных условиях, к сожалению, для нас крайне затруднительно. Поэтому многие вещи, отчасти, делаются или интуитивно, или с учетом предыдущих разработок.
Нам необходим действующий лабораторный образец системы, оснащенный оптимальным количеством точек доступа к разным узлам, он позволит детальнее изучить и оптимизировать подобную систему. Благодаря гранту появление такого образца может стать реальностью.
Кроме того, для работы по усовершенствованию системы нужен ряд стендов. Мы с коллегами уже продумали их оснащение. Их необходимо закупить. Также на повестке дня покупка библиотек для программного обеспечения MatLab+Simulink. Это актуально для многих задач, решаемых в рамках не только нашей кафедры. У нас в ЮУрГУ, на суперкомпьютере есть программное обеспечение MatLab, но в нем нет библиотеки SimPowerSistems и ряда других библиотек, которые нам необходимы для электротехнических исследований. Этот вопрос решается не первый год, но возможно, в рамках грантов удастся что-либо сделать. Планы по дальнейшему совершенствованию системы и в целом по развитию кафедры у нас большие. Осталось теперь воплотить их в жизнь!