Работы ИНЭУМ по созданию первых управляющих машин в энергетике (М7)

Ленов Николай Николаевич
Цинзерлинг Владимир Владимирович

Член-корреспондент АН СССР И. С. Брук, руководитель Лаборатории электросистем энергетического института Академии наук СССР (ЭНИН), всегда тяготел к созданию средств вычислительной техники для использования в научных исследованиях и в промышленности. Еще перед Отечественной войной им был построен механический интегратор для решения дифференциальных уравнений, а после войны — расчетный стол переменного тока для моделирования режимов электросистем.

После зарубежных публикаций о появлении первых вычислительных машин на электронных лампах И. С. Брук с разрешения Президиума Академии наук приступил к разработке первой автоматической цифровой вычислительной машины, для чего создал в лаборатории коллектив из дипломников и молодых инженеров радиотехнических факультетов московских вузов. В 1951 г. макет первой вычислительной машины М-1 был построен. Она содержала электронные лампы, логические схемы на купроксных выпрямителях и память на 128 слов на электронно-лучевых трубках. Фактическим руководителем разработки, наряду с И. С. Бруком, был Николай Яковлевич Матюхин. Затем была разработана машина М-2 (1952 г., модернизация 1953 и 1956 гг.) большего объема и быстродействия, с памятью на магнитных барабанах и оперативным ЗУ на ферритовых сердечниках. Эти работы выполнял коллектив во главе с М. А. Карцевым.

Разработанная под руководством И. С. Брука и Н. Я. Матюхина машина М-3 послужила прообразом серии машин “Минск”, которые стал выпускать Минский завод вычислительных машин.

Одновременно в Лаборатории электросистем работали над автоматизацией в энергетике (ведущей научный сотрудник Н. В. Паутина). Был создан камертонный регулятор частоты, внедренный в Южную энергосистему. Н. В. Паутин вел работу по регулированию на агрегатах Днепровской ГЭС.

Н. Н. Леновым был предложен аналоговый дифференциальный анализатор ЭДА на операционных усилителях с глубокой обратной связью и макет цифрового регулятора частоты и обменной мощности, на котором (совместно с подключенным к нему ЭДА в качестве модели энергосистемы) проводились эксперименты.

Дирекция ЭНИН отрицательно относилась к новаторским работам И. С. Брука в области цифровой техники. Это вынудило его с частью коллектива выделиться из ЭНИН в самостоятельную Лабораторию управляющих машин и систем (ЛУМС), которая в 1958 г. была преобразована в Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) АН СССР.

Машины на электронных лампах имели недостаточную надежность для целей управления, как показал зарубежный опыт. С появлением полупроводниковых элементов и ферритовой памяти надежность их значительно повысилась.

Многие организации в Советском Союзе занялись работами по применению цифровой техники в промышленности. Это ЦНИИКА, ВНИИЭМ, киевский Институт кибернетики и др.

Поскольку деятельность Лаборатории электросистем и И. С. Брука была связана с энергетикой, он решил начать создание цифровых управляющих машин (УВМ) для этой области.

Создание первой управляющей машины М-7

В начале 1963 г. сотрудник Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ) д. т. н. В. Д. Миронов предложил разработать первую управляющую цифровую машину для энергоблока Щекинской ГРЭС Тулэнерго. Несколько позже эта заявка была оформлена постановлением Совета Министров СССР, в котором головной организацией по автоматизации энергоблока был назначен ВТИ, создание рабочего проекта системы поручено Московскому отделению института Теплоэлектропроект (МОТЭП), а цифровой управляющей машины — ИНЭУМу. Разработкой УВМ, получившей название М-7, занялся коллектив под руководством к. т. н. Н. Н. Ленова, основные исполнители: А. К. Давыдовский, Н. А. Королев, В. В. Цинзерлинг, Ф. И. Гринфельд, К. И. Арбузов, А. Я. Соколов, Р. С. Полиенко, Ю. В. Нифонтов, А. Н. Московский (см. фотографию № 1). Изготовление М-7 было поручено Московскому заводу “Энергоприбор”.

Энергоблок котел — турбина — генератор Щекинской ГРЭС имел следующие характеристики:

• мощность 200 МВт;
• котел — прямоточный, работающий на пылеугольном топливе;
• система регулирования — группа связанных автоматических регуляторов;
• щит управления энергоблоком — традиционный с представлением информации отдельными измерительными приборами.

Назначение машины М-7 для контроля и управления энергоблоком:

• автоматический контроль параметров энергоблока с регистрацией отклонений режима;
• расчет технико-экономических показателей работы энергоблока;
• автоматизация операций пуска и останова энергоблока;
• регистрация аварийных состояний.

Характеристики машины М-7:

• М-7 — цифровая машина последовательного типа на феррито-транзисторных элементах;
• разрядность — 12 двоичных разрядов;
• запоминающее устройство — магнитный барабан на 16К слов;
• число контролируемых параметров — около 300;
• число выходных сигналов управления — около 200, в том числе сигналы управления задвижками и сигналы изменения уставок автоматических регуляторов.

М-7 состояла из шкафа центрального устройства с пультом управления, устройства ввода аналоговых сигналов, устройства выдачи сигналов управления и устройства изменения уставок регуляторов. Устройства ввода и вывода информации включали электромеханический трансмиттер и автоматическую печатающую машинку Московского завода печатающих машин.

Ввод цифровой, в том числе программной информации в машину производился с пульта и электромеханического трансмиттера.

Ввод всех контролируемых параметров энергоблока в процессе его работы энергоблока осуществлялся с периодичностью 10 с. Аналоговые параметры вводились от датчиков сигналами 0-5 мА, параметры от термопар и термометров сопротивления — через нормирующие преобразователи. Введенные данные после оцифровки и масштабирования сравнивались с заданными, в случае отклонения показатели выводились на автоматические печатающие машинки красным цветом, а при вхождении в норму — черным. По желанию оператора отдельные параметры, а также сигналы управления оборудованием энергоблока выводились на пульт машины или на печатающую машинку.

Алгоритмы и программы расчета технико-экономических показателей с печатью результатов, а также операции пуска и останова энергоблока разрабатывали сотрудники ВТИ. Они же отлаживали эти программы совместно с сотрудниками ИНЭУМ.

Сигналы управления, выдаваемые из машины, сопровождались проверкой их достоверности.

Изготовление М-7 на заводе было закончено в 1965 г. В 1966 г. она была налажена и установлена на блоке 200 МВт Щекинской ГРЭС Тулэнерго. В течение 1967 и 1968 гг. машина находилась в опытной эксплуатации в системе управления блоком, выполняя функции контроля и расчета технико-экономических показателей, а также операции управления при пусках блока. В конце 1968 г. началась опытная эксплуатация М-7 по всем функциям.

Разработчики и исполнители первой управляющей машины М-7 на Щекинской ГЭС в день сдачи системы в эксплуатацию

Отладка программ машины велась сотрудниками ИНЭУМ  Р. М. Полиенко, Ф. И. Гринфельд, З. В. Климановой (Родичевой) и В. В. Цинзерлингом.

Алгоритмы пусковых операций были разработаны сотрудниками ВТИ.

Несмотря на ограниченные функции, М-7 показала неплохую надежность в системах управления энергоблоком.

Машина М-7-800 для Славянской ГРЭС

В 1965 г., также по постановлению Совета Министров СССР в ИНЭУМ началась разработка управляющей машины М-7-800 для энергоблока 800 МВт Славянской ГРЭС Донбассэнерго. Блок 800 МВт — двухвальный (две турбины: 500 и 300 МВт), с прямоточным котлом на пылеугольном топливе.

Головной организацией по созданию системы управления энергоблоком был Центральный котлотурбинный институт — (ЦКТИ, Ленинград). Разработку системы управления вело Харьковское отделение Теплоэлектропроекта (ХОТЭП), управляющей машиной (М-7-800) для энергоблока занимался ИНЭУМ (руководитель — Н. Н. Ленов).

Ввиду большого числа параметров контроля и управления и повышенных требований к эксплуатации для управляющей вычислительной системы (УВС) энергоблока было предложено использовать в качестве вычислительного ядра две цифровые машины “Ритм-2” разработки СКБ Биофизических приборов и электронных машин (СКБ БФЭМ), (руководитель Б. М. Якобсон). Машины “Ритм-2” были построены на основе “Урал 11”. Они имели систему контроля операций по модулю 3. Использовалась также ферритовая память Пензенского завода, предназначенная для “Урал”.

В М-7-800 использовались устройства связи с объектом, разработанные в ИНЭУМ на базе устройств для машины М-7 (устройства ввода аналоговых и дискретных сигналов, устройства выдачи команд управления, команды изменения уставок автоматических регуляторов, команды сигнализации). Связь аппаратуры СКБ БФЭМ и аппаратуры ИНЭУМ обеспечивалась специальным согласующим устройством.

Регулирование работы энергоблока производилось группой связанных регуляторов. Все данные энергоблока отображались отдельными измерительными приборами на щите и пульте управления.

УСОМ (устройство связи оператора с машиной)

В конце 1968 г. УВС М-7-800 была налажена в ИНЭУМ совместно с СКБ БФЭМ, в том же году прошли приемо-сдаточные испытания.

В начале 1969 г. М-7-800 установили на СлавГРЭС на блоке 800 МВт. После наладки на станции и проведения контрольного включения в конце 1969 г. М-7-800 была передана в опытно-промышленную эксплуатацию.

В разработке и наладке М-7-800 ведущее участие принимали научные сотрудники ИНЭУМ  А. Н. Московский, Е. С. Хайтин, В. В. Цинзерлинг, А. Я. Соколов, Ф. И. Гринфельд, К. И. Арбузов, Н. А. Королев, Г. И. Панферова, В. И. Фукс, Л. С. Фукс, Ю. В. Нифонтов.

Научный сотрудник ИНЭУМ  Ю. В. Нифонтов в инициативном порядке предложил и построил первое устройство представления информации на электронно-лучевой трубке, нашедшее затем широкое применение в системах контроля и управления. Названное УСОМ (устройство связи оператора с машиной) оно было установлено на блоке 800 МВт на СлавГРЭС и дало прекрасные результаты (см. фотографию № 2).

Информационно-вычислительный комплекс М-400-43 для Конаковской ГРЭС

В 60-х годах за рубежом наметилась тенденция применения в промышленности так называемых “малых” машин невысокой разрядности (12-16 двоичных разрядов) с системой команд, рассчитанной на реализацию многих операций программным путем. Такие машины PDP-11 выпускала американская фирма “Диджитал Эквипмент Корпорейшн” (DEC).

Было решено использовать подобную машину для целей управления.

Управляющая машина М-400 — аналог PDP-11 была разработана в отделе Н. Н. Ленова под руководством А. В. Филина и Ф. И. Гринфельд. Одновременно научный сотрудник Е. С. Хайтиным написана ОС реального времени для этой машины — аналог операционной системы RSX-11A фирмы DEC.

Параллельно в соседнем подразделении ИНЭУМ под руководством научных сотрудников Н. В. Кабанова и А. Я. Соколова разрабатывались машина М-43 для централизованного контроля ряд устройств связи с управляемым объектом (устройства ввода и вывода аналоговых и дискретных параметров).

Вся эта аппаратура предназначалась для автоматизации Конаковской ГРЭС Калининэнерго, осуществить которую и было поручено подразделению Н. Н. Ленова.

Конаковская ГРЭС имеет мощность 2400 МВт и состоит из восьми энергоблоков по 300 тыс. кВт, работающих на мазуте.

Для повышения надежности и производительности станции за счет автоматизации контроля и обнаружения неисправностей был спроектирован и установлен на станции информационно-вычислительный комплекс (ИВК) М-400-43.

Основные функции ИВК М-400-43:

• контроль параметров энергоблоков и станции в целом с сигнализацией и регистрацией отклонений;
• регистрация аварий;
• расчеты технико-экономических показателей энергоблоков и станции в целом.

ИВК состоял из двух связанных УВМ М-400, взаимно резервирующих друг друга, и трех машин М-43, из которых две являлись рабочими и третья — резервной. Одна из машин М 400 выполняла контроль технологических параметров всех восьми энергоблоков с представлением информации на их щитах управления.

Машины М-43 вели сбор информации от датчиков энергоблоков и общестанционной информации через устройства сбора информации УСО.

Каждый энергоблок имеет 480 аналоговых и 600 дискретных вводов. Кроме того, контролируются общестанционные параметры. На щите управления каждого энергоблока установлены два аналого-цифровых видеотерминала, на экранах которых представлялась информация, а также печатающие устройства. Имелись также отдельные приборы для представления информации. Аналогичная аппаратура размещена на центральном щите управления станции.

Аппаратура ИВК была изготовлена на заводе ВУМ в Киеве и заводе “Энергоприбор” в Москве, видеотерминалы — на Винницком заводе “Терминал”.

Проектирование и монтаж системы управления энергоблоками выполнены Московским отделением Теплоэлектропроекта (МОТЭП), ими руководил А. А. Шмушкин.

Работы по установке и отладке ИВК 400-43 на Конаковской ГРЭС начались с 1973 г. В декабре 1976 г. система была принята в опытную эксплуатацию государственной комиссией.

В установке и отладке аппаратуры ИВК 400-43, а также его программного обеспечения принимали участие сотрудники ИНЭУМ — разработчики М-400 и М-43, а также коллектив сотрудников Конаковской ГРЭС, руководимый В. Е. Прониным. Главная роль в отладке всей системы принадлежит А. Н. Московскому и Е. С. Хайтину, фактически обеспечившим отладку всех программ. Большой вклад внесли также В. В. Цинзерлинг, А. Я. Соколов, Ю. В. Нифонтов, К. И. Арбузов, Н. А. Королев.

Работы ИНЭУМ по ИВК 400-43 на Конаковской ГРЭС завершились в 1980 г.

На базе ИВК 400-43 был спроектирован и изготовлен на заводе “Энергоприбор” комплекс СМ 1300-1702, состоящий из СМ 1300 (машина типа М-400, входящая в номенклатуру СМ ЭВМ) и УСО, примененных на Конаковской ГРЭС. Этот комплекс установлен и запущен в эксплуатацию в середине 80-х годов на атомном опреснителе в г. Шевченко, разработчики — это А. Н. Московский, Е. С. Хайтин и В. В. Цинзерлинг).

ИВК М-400-43 на Конаковской ГРЭС находится в эксплуатации до сего времени.

Сейчас подобные комплексы создаются в ИНЭУМ как распределенные системы (сети) микропроцессорных резервированных устройств с представлением информации на экранах электронно-лучевых видеотерминалов.