# Том 4. Промышленная автоматизация / OT / Цифровой двойник пилота

## 4.1. Цель

Смоделировать «живую» цепочку от скважины до НПЗ: каждый узел имеет цифровой паспорт, телеметрию, AI-анализ, две опции реакции, связь с финансовым и инвестиционным контурами.

## 4.2. Пилотный технологический маршрут

**Объект:** Узенское нефтяное месторождение (Мангистауская область) → ДНС/ЦПСН → НПС Жетібай → магистральный трубопровод Узень–Атырау–Самара (≈450 км, КТО) → Атырауский НПЗ.

| Этап | Узел | Функция | Ключевые датчики |
|------|------|---------|------------------|
| 1 | Скважина UZ-101 | Добыча | дебит, давление забойное/устьевое, температура, обводнённость |
| 2 | Качалка | Механический подъём | ход, частота, ток, вибрация, нагрузка штанги |
| 3 | Устьевой клапан/сборник | Распределение потока | положение, давление, температура |
| 4 | ДНС / ЦПСН | Дожим и первичная подготовка | давление, расход, уровень, обводнённость |
| 5 | Накопительные резервуары | Буферный объём | уровень, объём, темп., плотность |
| 6 | НПС | Перекачка в магистраль | P_in, P_out, расход, вибрация насоса, частота |
| 7 | Магистральный трубопровод | Транспорт | давление, расход, плотность, темп., pig, утечки |
| 8 | Атырау НПЗ | Переработка | загрузка установок, выход продуктов, выбросы |
| 9 | Товарные резервуары и отгрузка | Хранение и сбыт | остатки, отгрузки, пломбы |

**Примечание:** данные приведены как демонстрационная модель на основе открытых источников (KazTransOil, KMG); реальные параметры скважин — коммерческая тайна.

## 4.3. 7D-цифровой паспорт каждого узла

Каждый объект (скважина, насос, резервуар, трубопровод, НПЗ) имеет паспорт с 7D-разделами:

- **3D:** UUID, тип, координаты, модель (LOD), P&ID-ссылка.
- **4D:** история телеметрии, график ТОиР, план загрузки, сценарии 2035.
- **5D:** CAPEX, OPEX, стоимость эксплуатации за единицу, налоговая нагрузка, маржа.
- **6D:** удельное энергопотребление, CO₂/CH₄ выбросы, вода, отходы, ESG score.
- **7D:** паспорт производителя, MTBF, остаточный ресурс, запчасти, история ремонтов.

Пример паспорта насоса НПС-2:
```json
{
  "id": "kto-nps-zhetibay-pump-02",
  "name": "Насос НПС-2 Жетібай",
  "type": "centrifugal-pump",
  "vendor": "Grundfos / Sulzer / КНЗ (условно)",
  "capacity_m3h": 3500,
  "head_m": 220,
  "power_kw": 2500,
  "install_date": "2018-05-12",
  "mtbf_hours": 45000,
  "current_state": {
    "speed_rpm": 1480,
    "vibration_mm_s": 4.2,
    "suction_pressure_bar": 12.5,
    "discharge_pressure_bar": 42.0,
    "flow_m3h": 3200,
    "temperature_c": 58,
    "current_a": 380,
    "status": "warning",
    "confidence": 0.92,
    "data_origin": "demo"
  }
}
```

## 4.4. Модель датчиков и сигналов

### 4.4.1. Каждый узел покрыт сенсорами

- **Процесс:** давление, температура, расход, уровень, плотность, обводнённость.
- **Механика:** вибрация, ход, частота, крутящий момент, нагрузка.
- **Электрика:** ток, напряжение, мощность, cos φ.
- **Окружающая среда:** метан (CH₄), H₂S, CO₂, влажность, ветер.
- **Безопасность:** пожар/газ, периметр, доступ.

### 4.4.2. Протоколы и шлюзы

| Уровень | Протокол | Шлюз | Примечание |
|---------|----------|------|------------|
| Полевой | 4–20 mA, HART, WIA-PA, WirelessHART | Edge gateway | read-only |
| SCADA/АСУ ТП | OPC-UA, Modbus TCP, MQTT | Industrial DMZ | one-way data diode |
| MES/ERP | REST/SQL/AMQP | Integration Gateway | read-only replica |
| Платформа | Kafka/WebSocket/REST | API Gateway | публичный/ролевой доступ |

### 4.4.3. Edge-обработка

- Локальный edge gateway на пилотном объекте (NVIDIA Jetson / industrial PC).
- Предобработка: фильтрация выбросов, агрегация 1 с → 1 мин.
- Алгоритмы: FFT-анализ вибрации, расчёт виртуальных датчиков (virtual sensor) для недоступных параметров.
- Edge AI: lightweight модели ONNX для обнаружения аномалий на лету; тяжёлые модели — в облаке.

## 4.5. AI-Промышленник (Серік): две опции

### 4.5.1. Логика работы

При обнаружении отклонения:
1. Система фиксирует аномалию и формирует `event_id`.
2. AI-Серік анализирует: причины, связанные параметры, история, последствия.
3. AI-Серік даёт **ровно два варианта** с оценкой риска/стоимости/эффекта.
4. Пользователь выбирает вариант (или игнорирует); AI не выполняет управление автоматически.
5. Результат записывается в audit log.

### 4.5.2. Примеры сценариев

**Сценарий A: вибрация насоса НПС-2 выросла с 2.5 до 4.2 мм/с.**
- Вариант 1: «Снизить частоту насоса на 10% и назначить внеплановое обследование через 24 ч. Риск простоя: 2%, стоимость: 1.2 млн тенге.»
- Вариант 2: «Продолжить работу с усиленным мониторингом, заказать запчасти (подшипник) заранее. Риск отказа в ближайшие 7 дней: 12%, стоимость аварийного ремонта: 18 млн тенге.»

**Сценарий B: уровень в резервуаре R-103 падает ниже 25%.**
- Вариант 1: «Увеличить дебит скважин UZ-101, UZ-102 на 8% и запустить резервный насос ДНС-1. Риск: повышенная нагрузка на оборудование.»
- Вариант 2: «Переключить поток из соседней секции R-104 и перенести плановое ТО. Риск: задержка отгрузки 6 ч.»

**Сценарий C: падение давления в трубопроводе (подозрение на утечку).**
- Вариант 1: «Изолировать секцию, закрыть задвижки КЗ-12/КЗ-13, отправить аварийную бригаду. Потери: до 50 тонн, время реагирования: 1.5 ч.»
- Вариант 2: «Снизить давление на 15%, запустить Pig-диагностику, подготовить бригаду. Риск ложной тревоги: 20%.»

## 4.6. Модель «нет места, где AI не видит состояние»

- Каждый узел сцены имеет `coverage_status`: `monitored` / `partial` / `demo` / `no_sensor`.
- Если `partial` или `no_sensor`, AI-Серík говорит: «Здесь нет реального датчика; параметр рассчитан виртуальной моделью.»
- Цветовая индикация:
  - Зелёный — датчик онлайн, данные fact/operational.
  - Жёлтый — виртуальный датчик / demo.
  - Серый — нет данных, но возможна симуляция.

## 4.7. Переработка на Атырауском НПЗ (демо)

### 4.7.1. Ключевые установки

| Установка | Функция | Вход | Выход | Метрики |
|-----------|---------|------|-------|---------|
| ELOU-AVT-6 (атм./вакуумная) | Первичная перегонка | Сырая нефть | Бензиновая/керосиновая/дизельная/мазутная фракции | Температура, отбор, загрузка |
| Гидроочистка дизеля | Удаление серы | Дизельная фракция | Дизель ЕВРО-5 | Содержание серы, давление H₂ |
| Каталитический риформинг | Повышение октанового числа | Нефтяной нафталин | Бензин АИ-92/95/98 | ОЧ, температура, катализатор |
| ДКС (delayed coking) | Переработка мазута | Мазут | Кокс, дизель, газ | Температура, цикл |
| Сероводородная/серная | Утилизация серы | H₂S | Сера техническая, серная кислота | Выбросы SO₂, выход серы |
| Битумная | Производство битума | Мазут | Битум | Пенетрация, темп. |

### 4.7.2. Товарная номенклатура (демо)

- Автомобильные бензины АИ-92, АИ-95, АИ-98
- Дизельное топливо ЕВРО-5 (зимнее/летнее)
- Топливо ТС-1 для авиации
- Мазут М-100
- Сжиженный газ (СПБТ)
- Битум
- Нефтяной кокс
- Сера техническая

## 4.8. Модель складов и сбыта

- **Складские остатки** по резервуарам НПЗ и нефтебазам обновляются в реальном времени (demo).
- **Продажи:** AI-Жалғас показывает текущие контракты, цены (Brent/Dubai/URals +/- дифференциал), рынки (внутренний, CPC → Новороссийск, Atasu–Alashankou → Китай, Atyrau–Samara → Европа).
- **Вопросы:** Где продают? По чём? Есть ли на складе у этой компании? — ответ из knowledge graph.

## 4.9. Фиксация поломки и истощения

- **Поломка:** AI-Серík фиксирует время, узел, причину (root cause), рекомендованное ТОиР, стоимость, влияние на цепочку.
- **Истощение:** AI-Нұрлан отслеживает динамику запасов, обводнённость, дебит, даёт сценарии заканчивания/замещения/доразведки.
- **Уведомления:** push в панель, email/SMS ответственным, запись в audit log.

## 4.10. Безопасность OT-контура

- **Read-only:** никакие команды управления не передаются из платформы.
- **One-way data diode / OPC-UA HA read-only:** данные из SCADA → DMZ → платформа.
- **Air-gapped demo stand:** демо работает на синтетических данных, физическая связь с OT отсутствует.
- **Аудит команд:** даже симуляционные «варианты» не отправляются в PLC; только визуализация.

## 4.12. Интеграция с HMI/SCADA KUT и Proof of Production

### 4.12.1. HMI/SCADA KUT в пилоте

Демо использует концепцию HMI/SCADA KUT:

| Характеристика | Спецификация |
|----------------|--------------|
| Фронтенд | Angular 16+, HTML Canvas, P&ID-библиотеки |
| Бэкенд | .NET Core / Golang, детерминированный движок тегов |
| Протоколы | OPC-UA, Modbus TCP, Siemens S7 |
| Производительность | <1 мс опрос, 50 000+ тегов |
| Безопасность | ГОСТ-крипто, 100 % локальное размещение, горячее резервирование, сторожевой таймер |
| Аудит | Логируется каждый клик оператора |

В демо SCADA-экран показывается как 2D-оверлей поверх 3D-модели: тренды, аварийная сигнализация, P&ID-схема.

### 4.12.2. Proof of Production (PoP) на скважине

Для каждой партии нефти демо показывает:

| Источник | Погрешность | Роль |
|----------|-------------|------|
| SCADA (Q_SCADA) | ±0,5–2 % | Первичный поток |
| СИКН / массовый расходомер (Q_mass) | ±0,1–0,3 % | Юридический учёт |
| Лабораторный анализ (Q_lab) | ±0,05 % | Качество и плотность |
| Уровнемер резервуара (Q_tank) | ±0,1 % | Массовый баланс |
| Энергопотребление (E_pump) | ±1 % | Косвенная проверка |
| Edge AI (AI_predict) | — | Сравнение факт/модель |

Формула уверенности:

```
C_PoP = Σⱼ wⱼ · cⱼ(Qⱼ, σⱼ)
Accept ⟺ C_PoP ≥ θ  AND  max|Qⱼ − Q̄| ≤ δ
```

Пример для 25 тонн: SCADA=25,1; СИКН=24,9; lab=25,0; tank=25,2; energy=24,7; logistics=24,8. Q̄=25,0; C_PoP=0,96 > θ=0,92 → `Production Accepted`.

## 4.13. Требования к точности демо-моделей

- Геометрия магистралей/объектов — на основе открытых GIS-данных.
- Параметры оборудования — типовые или маркированы как `demo`.
- Реальные CAD/P&ID — требуют NDA и промышленной экспертизы для интеграции.
- Достоверность телеметрии: `confidence` и `data_origin` для каждого сигнала.
- KUT-RGP и PoP — математические модели для демо; промышленная сертификация — отдельный этап.