Введение к работе
Актуальность проблемы
Целый ряд технологических процессов (электроснабжение, добыча и транспорт нефти и газа, транспорт нефтепродуктов, теплосети) характеризуется непрерывностью, работой как в штатном режиме, так и возможной нештатной ситуацией, необходимостью постоянного контроля и управления процессом, включения в контур управления человека (диспетчера).
Автоматизация этих процессов является жизненно важной задачей. Современный уровень развития систем автоматизированного управления позволяет диспетчерам иметь обширную первичную информацию для решения задач управления, как в штатном, так и в нештатном режимах. Однако это ещё не гарантирует правильность или наибольшую эффективность принимаемых решений. Для максимального исключения возможных ошибок диспетчеру необходимо иметь в структуре АСУТП систему поддержки принятия решений (СППР). В диссертационной работе в качестве примера, для которого создается СППР, взят технологический процесс магистрального транспорта газа, осуществляемый предприятием по транспорту газа.
Основными задачами диспетчерской службы газотранспортных предприятий являются обеспечение безопасности эксплуатации и улучшение управления процессами транспорта газа путем минимизации энергозатрат на транспортировку при безусловном выполнении плана поставок. Для решения этих задач разрабатываются и вводятся в эксплуатацию системы АСУТП, включающие как системы диспетчерского управления, так и системы локальной автоматики и системы телемеханики. Системы телемеханики обеспечивают удаленный контроль за территориально-распределенными объектами, информационную поддержку работы диспетчера, обеспечивают ретрансляцию на исполнительные устройства поданных диспетчером команд телеуправления или телерегулирования. Системы автоматического управления газоперекачивающими агрегатами и компрессорными цехами дают информацию о работе агрегатов и цеховых систем и обеспечивают возможность управления. В штатном режиме работы объектов данные, полученные от этих систем, являются основой для анализа режима работы технологических объектов и принятия решений по его оптимизации. В аварийных ситуациях данные телемеханики позволяют диагностировать разрывы трубопроводов и другие аварийные ситуации, определять место аварии и осуществлять локализацию (отключение) аварийного участка.
При использовании «традиционной» системы управления задачу анализа ситуации и принятия решений решает человек-диспетчер. В условиях необходимости принятия ответственных решений в ограниченное время (особенно при локализации аварий) и на основе анализа многокритериальных данных нагрузка на диспетчера существенно возрастает. Задача принятия решений усложняется при необходимости анализа технологического объекта сложной структуры, например, закольцованной трубопроводной системы с перемычками и различными вариантами потоков газа.
Исходя из вышесказанного, особую роль приобретает автоматизация поддержки принятия решений в задачах управления газопроводами и другими распределенными объектами. Системы, решающие подобные задачи, не должны быть запрограммированы жестко, они должны динамично развиваться, адаптироваться к новым, изменяющимся условиям, гибко и оперативно перестраивать алгоритмы функционирования, при этом возникает противоречие между задачами и средствами, которыми они могут быть решены. Следовательно, необходимо создать научно-методические основы разработки СППР.
Цель и задачи исследования
Целью работы является повышение эффективности управления технологическими процессами магистрального транспорта газа за счет разработки методов и моделей управления ГТС, интегрированных в систему поддержки принятия решений. Для достижения указанной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
системный анализ методов и моделей управления ГТС, специфики непрерывных технологических процессов транспорта газа, диспетчерского управления, проблем выбора структуры АСУТП и т.д.
исследование моделей физических процессов ГТС, формирование расчетных схем, формализованное процессное и операторно-параметрическое представление взаимосвязанных процессов;
формализация гибридно-автоматной дискретно-непрерывной модели управления ГТС с учетом специфики непрерывных технологических процессов транспорта газа и иерархической системы управления ГТС;
разработка многоэтапной схемы решения и алгоритмов выбора структуры иерархической отказоустойчивой АСУТП;
формирование принципов построения решающих правил и моделей принятия решений для выбора управления в нештатных ситуациях с учетом временного фактора;
разработка принципов формирования открытой структуры комплекса программных моделей физических процессов, и моделей иерархического управления;
апробация методов и моделей системы управления ГТС, интегрированных в систему поддержки принятия решений.
Методы исследования
При разработке, адаптации и исследовании моделей описания механизмов управления технологическими процессами транспорта газа в диссертации использовались методы общей теории систем, целочисленного программирования, теории автоматов, теории графов, теоретико-множественный аппарат, теории нейронных сетей, методы темпоральной логики и другие.
Научная новизна
Научную новизну составляют методы и модели управления ГТС, интегрированные в систему поддержки принятия решений по выбору режимов управления непрерывными технологическими процессами. На защиту выносятся:
инвариантная модель процессного описания моделей физических процессов транспорта газа;
формализованные параметрические модели описания отдельных физических процессов ГТС;
операторно-параметрическая схема описания физических процессов транспорта газа;
дискретно-непрерывная модель многоуровневой системы управления ГТС в виде иерархического гибридного автомата;
методы и алгоритмы выбора иерархической распределенной АСУ ТП.
нейросетевые модели в задачах идентификации и классификации состояния ГТС;
модели темпоральной логики в задачах описания правил вывода управляющих воздействий в нештатных ситуациях;
сценарий выбора управляющих воздействий в интегрированной структуре СППР многоуровневой АСУТП.
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов
Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей, согласованностью результатов аналитических и имитационных моделей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения результатов работы в ряде предприятий.
Практическая ценность
Разработана научно-методическая основа интеграции гетерогенных систем, реализующих многоуровневую автоматизацию, обеспечивая поддержку принятия решений в реальном масштабе времени.
Решена важная научно-прикладная проблема, имеющая большое народно-хозяйственное значение.
Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Они представляют непосредственный интерес в области автоматизации управления технологическими процессами магистрального транспорта газа, а так же и для других ТП с непрерывным режимом функционирования.
Апробация основных результатов работы
Основные результаты работы были изложены и получили одобрение в докладах на всесоюзных, всероссийских, международных и межрегиональных научно-технических конференциях и семинарах (1981-2010 гг.), в том числе:
Всесоюзных конференциях «Теоретические и прикладные вопросы разработки, внедрения и эксплуатации систем автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры» (1983, 1984, 1986, 1989 гг.).
II Всесоюзной конференции «Проблемы и методы принятия решений в организационных системах управления» (1984г.).
II и III Всесоюзных семинаров-совещаний «Методы синтеза и планирования развития структур крупномасштабных систем» (1985г., 1986г.).
Всесоюзной конференции «Комплексная автоматизация и создание АСУТП в бурении, добыче, транспорте нефти и газа» (1985г.).
X, XI, XII, XIII Всесоюзных симпозиумах «Логическое управление с использованием ЭВМ» (1987-90 гг.).
Всесоюзной научно-технической конференции «Искусственный интеллект в автоматизированном управлении технологическими процессами» (1989г.).
II Всесоюзной научно-практической конференции «Микропроцессорные комплексы для управления технологическими процессами» (1990г.).
Семинаре – совещании «Состояние и перспективы развития основных направлений автоматизации в газовой промышленности» (1990г.).
Всесоюзном научно-производственном семинаре «Интеллектуальное программное обеспечение ЭВМ» (1990г.).
IX Всесоюзной школе «Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами» (1990г.).
III научно-технической конференции «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами» (1997г.).
Международных конференциях «RTAP users Group» (2004-2010 гг.).
Конференции ««Проблемы развития автоматизации и механизации процессов добычи, переработки и транспорта газа и газового конденсата» (2008г.).
Конференции «Проблемы освоения месторождений Уренгойского комплекса» (2008г.).
Научно-технических конференциях НПО «Промавтоматика» (2007-10 гг.).
Научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (2000-2010гг.).
На заседаниях кафедры АСУ МАДИ (1990-2010 гг.).
Реализация результатов работы
Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде предприятий, а также используются в учебном процессе на кафедре АСУ МАДИ.
Результаты, полученные при выполнении работы, могут найти дальнейшее развитие и применение для анализа и решения широкого класса задач по автоматизации и управлению технологическими процессами магистрального транспорта газа, а также других трубопроводных систем, АСУТП добычи нефти и газа.
Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов и моделей.
