Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИНФОРМАЦИОННОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ УЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
РЕСУРСОВ 15
1.1. Анализ существующих распределенных информационных систем в
отраслях управления ресурсами 15
Автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) 16
Система сбора и отображения информации с использованием ОРС и Интернет-технологий в нефтегазовой промышленности 19
Удаленный учет расхода газа в самарском подразделении «Газпрома» 22
Тенденции развития распределенных информационных систем учета ресурсов 22
Анализ существующих методов измерения количества нефтепродуктов 23
Позиционирование РИСУ ТУР среди понятий КИС, АСУТП и АСУП 30
Информационная система учета распределения массы нефтепродукта как пример частного профильного отраслевого решения задачи удаленного мониторинга ресурсов 38
Выводы 40
ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТИ
В ТОНКОСТЕННОЙ ЕМКОСТИ 42
Введение 42
Математическая модель распределения массы жидкости в тонкостенной емкости 43
Определение плотности загруженной жидкости 44
Зависимость площади горизонтального сечения емкости от деформации стенок 47
Расчет деформаций стен вертикальных цилиндрических тонкостенных емкостей 50
Измерение массы жидкости в емкости 53
Оценивание базовых геометрических параметров емкости 58
Выводы 60
ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ
ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УЧЕТА
ТЕРРИТОРИАЛЬНО УДАЛЕННЫХ РЕСУРСОВ 61
Определение задач исследования 61
Основные понятия и определения 62
Web-интеграция как подход к построению распределенных информационных систем 66
Архитектура распределенной информационной системы учета территориально удаленных ресурсов (РИСУТУР) 68
Организация и хранение информации в распределенных информационных системах 72
Требования к распределенной базе данных 72
Модели распределенных баз данных 73
Выбор структуры распределенной базы данных для информационной системы учета территориально удаленных ресурсов75
Обеспечение синхронизации при репликации распределенной базы данных 83
Выбор СУБД и базовых программных продуктов 86
Технология «интеграции» кода 92
Базовая архитектура Web-интерфейса баз данных 92
Синтаксис взаимодействия сценарного механизма 95
Импортная и экспортная схемы сервисов 96
Технические и организационные аспекты внедрения системы.... 99
Базовые этапы проектирования РИСУТУР 100
Выводы 102
ГЛАВА 4. ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА УЧЕТА
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В СЕТИ
РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ 103
Определение основных задач 103
Основные объекты и субъекты 103
Формулировка требований к разрабатываемой системе 105
Схема взаимодействия субъектов с системой 106
Архитектура информационной системы учета распределения нефтепродуктов 109
Описание модулей системы и их функциональное назначение.... 112
Программная архитектура системы учета распределения нефтепродуктов 115
Архитектура программной системы на Центральном сервере и схема взаимодействия с пользователями 115
Архитектура программной системы на сервере Резерву арного парка и схема взаимодействия с пользователем 118
Подсистема градуировки 121
4.8. Алгоритмическое обеспечение системы 125
4.8.1 Алгоритм получения базовой градуировочнои характеристики. 126
4.8.2. Алгоритм измерения массы 132
4.9. Оценивание базовой функции площади сечения 133
4.10. Погрешность оценивания параметров базовой функции площади
сечения 135
4.11. Выводы 136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 140
ПРИЛОЖЕНИЯ 152
Приложение 1 Схема базы данных информационной системы учета
распределения нефтепродуктов 152
Приложение 2 Спецификация таблиц базы данных 153
Приложение 3 Класс с базовыми функциями, используемый в
алгоритмах градуировки и измерения 155
Приложение 4 Документы по внедрению 160
Введение к работе
Актуальность темы
В связи с современным уровнем развития нефтеперерабатывающей промышленности на передний план вышли вопросы измерения количества и оптимизации распределения нефти и нефтепродуктов в региональных и промышленных сетях резервуаров.
При современных объемах торгово-закупочных операций жидких энергоносителей отечественные методики (или предлагаемые нам из-за рубежа аналоги) измерения количества жидкости приводят к неточностям во взаиморасчетах. Источниками неточностей служат заложенные в методиках объективные погрешности и субъективные погрешности, обусловленные участием человека на всех этапах метрологических операций.
Сегодня трудно переоценить роль метрологического обеспечения хранения жидких продуктов. Постепенно становится ясным, что одной из основных причин потерь жидких продуктов является несовершенство технических средств и применяемых способов градуировки тонкостенных емкостей.
Методики выполнения измерений, основанные на трудах Хусаинова Б. Г. [93, 17], Кюрегяна С. Г. [50-56], Губина В. Е., Новоселова В. Ф. и Тугунова П. И. [38], Корниенко В. С. [48], Едигарова С. Г. [41], Стулова Т. Т., Бунчука В. А. [76, 15], Фатхутдинова А. Ш. [89] и др., служат для количественной оценки вместимости и количества продукта в резервуаре. Эти методики содержат присущие и их зарубежным аналогам (например, стандартам США API 2555,2540 [75]) недостатки.
Причиной недостатков является то, что в основе этих разработок лежит упрощенная математическая модель измерения количества жидких продуктов.
В современных условиях инфраструктуры нефтеперерабатывающей промышленности разделились понятия «владелец резервуарного парка» и «владелец нефтепродукта». В настоящий момент для владения жидкими энергоносителями нет необходимости иметь в собственности материально-техническую базу, а именно: резервуары в составе резервуарного парка. Поэтому теперь владелец энергоносителей может хранить нефтепродукты в любых территориально удаленных друг от друга резервуарных парках, отношения с которыми регулируются хозяйственными договорами.
Владелец нефтепродукта, как наиболее заинтересованное лицо в точных взаиморасчетах, сталкивается с рядом общих проблем. Наиболее существенны две из них:
отсутствие методологии точного измерения количества (массы и объема) нефтепродукта;
отсутствие механизмов удаленного мониторинга и контроля за количеством жидкости в региональных промышленных сетях резервуаров.
В пределах территории резервуарного парка существуют разнообразные информационные системы на уровне ЛВС, ведущие постоянный контроль за состоянием резервуаров, за количеством массы и служащие для предотвращения аварийных ситуаций и получения истории движения жидкости для внутреннего использования. Но наличие подобных систем не решает вышеуказанных проблем. Помимо точного расчета массы, владельцу нефтепродукта необходима возможность именно удаленного мониторинга за количеством жидкости.
Модели, алгоритмы, программная система и потоки данных учета территориально распределенных ресурсов образую распределенную информационную систему учета территориально удаленных (распределенных) ресурсов (РИСУТУР).
Распределенная информационная система учета территориально удаленных ресурсов (РИСУТУР) позволяет вести постоянный учет и
контроль за количеством нефтепродукта, что позволяет своевременно реагировать на потребности рынка и его конъюнктуру.
Основное назначение подобных систем - это оперативное предоставление полной, непротиворечивой, достоверной и структурированной информации для принятия управленческих решений в режиме реального времени. Для РИСУТУР первичной, коммерчески ценной и наиболее значимой информацией является количество жидкого продукта на текущий момент времени, находящегося в территориально удаленных резервуарных парках (и резервуарах). Использование распределенной информационной системы позволяет автоматизировать процесс удаленного измерения количества жидкости с применением широких возможностей Интернет.
Таким образом, создание механизма точного удаленного измерения количества нефтепродуктов в условиях современной конъюнктуры рынка жидких энергоносителей оправданно и необходимо, а задача проектирования распределенной информационной системы учета территориально распределенных (удаленных) ресурсов является актуальной и своевременной.
Целью работы является повышение точности удаленного учета количества жидкого продукта в территориально удаленных сетях промышленных резервуаров путем создания модели измерения массы в рамках распределенной информационной системы.
Для достижения цели решаются следующие задачи.
Разработка модели измерения количества жидкости в тонкостенной емкости.
Разработка алгоритмов оценивания базовых характеристик геометрических параметров резервуара и расчета массы.
Разработка архитектуры распределенной информационной системы учета территориально удаленных ресурсов.
4. Разработка технологии программной реализации распределенной
информационной системы.
Методы исследования базируются на положениях классической физики и математической теории систем, математическом аппарате теории линейных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами и их разностных аналогов, линейной алгебры, комплексном использовании теории баз данных, методах структурного и объективно-ориентированного программирования.
Научная новизна
Разработана модель программной системы учета территориально распределенных ресурсов, создающая корпоративную основу взаимодействия предприятий нефтегазовой и смежных отраслей.
Предложена модель измерения количества жидкости, позволяющая повысить точность за счет учета деформации от радиальных усилий.
Разработаны алгоритмы оценивания базовых геометрических параметров резервуаров и измерения массы нефтепродукта, использующие точные расчеты плотности жидкости на базе численных методов интегрирования.
Предложен способ «интеграции» кода, позволяющий разделить логику интерфейса приложения и математическое обеспечение и ускорить технологический процесс разработки Интернет-приложений.
Практическая ценность работы заключается в том, что применение разработанных алгоритмов для измерения параметров состояния промышленных резервуаров и расчета количества жидкого продукта позволяет существенно (не менее, чем в два раза) снизить долю методических погрешностей учета количества нефтепродуктов при товарно-сбытовых операциях без огромных затрат на разработку высокоточных приборов.
Централизованный мониторинг и контроль за количеством нефтепродукта в удаленных сетях резервуаров позволяет точно вести количественный и качественный учет ресурсов, что снижает как временные потери для получения полной информации, так и материальные потери при участии посредников.
Результаты диссертационной работы являются основой для проектирования и создания крупных распределенных информационных систем управления территориально удаленными (распределенными) ресурсами. Предложенные методы проектирования и модели позволяют наиболее эффективно строить подобные системы и могут быть приняты за основу при разработке современных информационных систем подобного класса.
Практическая ценность результатов диссертационной работы подтверждается актами внедрения.
Достоверность и обоснованность научных положений, результатов, выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, обеспечиваются использованием надежных методов исследования и подтверждаются: использованием адекватного математического аппарата; моделированием на ЭВМ; использованием регламентированных стандартами описаний параметров продукта и резервуара; апробацией материалов диссертации.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в деятельность ОАО «Теплоприбор» (г.Рязань), филиала ООО «ТБинформ» (дочерняя структура ТНК-ВР) в г.Рязани; в учебный процесс студентов специальностей 220400, 351400 в Рязанском государственном радиотехническом университете.
Программный продукт имеет два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП) Государственного координационного центра
информационных технологий Минобразования России: свидетельство №50200601675 от 20.09.06 об официальной регистрации программы «Программная система градуировки цилиндрических вертикальных резервуаров» и свидетельство №50200601676 от 20.09.06 об официальной регистрации программного комплекса «Распределенная информационная система учета нефтепродуктов в территориально удаленных сетях резервуарных парков».
Апробация работы.
По теме диссертации сделаны доклады на 8-ой и 10-й всероссийских научно-технических конференциях «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании», Рязань, 2003-2005 гг.; 11-ой, 12-ой, 13-ой и 14-ой международных научно-технических конференциях «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций», Рязань, 2002-2005 г.; межвузовской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Новые информационные технологии в учебном процессе и производстве», Рязань, 2004 г.; а также на научных семинарах кафедры ВПМРГРТУ.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, среди которых 1 статья в центральном издании, включенном в список изданий, рекомендованных ВАК [26], 4 статьи в межвузовском сборнике научных трудов [79, 81, 82, 85], 8 тезисов к докладам на международных и всероссийской научно-технических конференциях [25,27,28, 78,80, 83,86,87].
Получено два свидетельства об официальной регистрации программ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и пяти приложений. Основной текст содержит 161 страницу, 3 таблицы, 24 рисунка. Список
литературы состоит из 95 наименований. Приложения выполнены на 9 страницах.
Во введении дается обоснование актуальности темы работы, формулируются цели и задачи исследования, представляются основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена обоснованию темы диссертации. В главе определяются основные цели и задачи разработки распределенной информационной системы. Рассмотрены примеры реализации распределенных информационных систем мониторинга и учета потребления ресурсов в нефтегазовой промыпшенности и смежных отраслях. Произведен анализ существующих разработок и выявлены общие черты и тенденции современного развития в области проектирования подобных систем. Определено понятие распределенной информационной системы учета территориально удаленных ресурсов (РИСУТУР) среди понятий КИС, АСУТП и АСУП. Определены базовые термины.
Рассмотрены основные принципы измерения параметров состояния резервуаров и определены недостатки существующих методов.
Предложено определение информационной системы учета распределения массы нефтепродукта как пример частного профильного отраслевого решения задачи удаленного мониторинга ресурсов.
Во второй главе рассматривается целостная математическая модель загруженной тонкостенной емкости. Подробно рассматривается модель измерения количества загруженной жидкости, позволяющая измерять массу жидкости с погрешностью, вдвое меньшей требуемой действующими стандартами погрешности. В качестве базовой характеристики вместимости предлагается функция площади горизонтального сечения рабочей области недеформированной емкости. Получены точные формулы учета зависимости реальной вместимости
загруженной емкости от функции площади горизонтального сечения рабочей области недеформированной емкости и деформаций корпуса. Построен алгоритм измерения количества жидкости в емкости и показано не только отсутствие методических погрешностей, но и то, что погрешность измерения по этой модели меньше, чем по известным моделям. Предложены алгоритмы оценивания базовых геометрических параметров емкости и расчета количества жидкости.
В третьей главе рассматривается методика построения распределенной информационной системы учета территориально удаленных ресурсов, а также предлагается использование рассмотренных подходов к архитектуре, структуре базы данных, механизму репликаций, программной реализации для других предметных областей, удовлетворяющих предъявленным требованиям. Сформулированы требования к распределенной базе данных и предложен вариант структуры базы для распределенной информационной системы учета ресурсов. Изложен механизм синхронизации данных при репликации распределенной базы данных. Предложен способ программной реализации распределенной информационной системы при использовании технологии «интеграции» кода. Предложены базовые этапы построения РИСУТУР как метод построения распределенных информационных систем для многих предметных областей.
В четвертой главе предложена архитектура информационной системы учета распределения нефтепродуктов в сети резервуарных парков. Дано подробное описание модулей системы и определено их функциональное назначение. Показаны алгоритмы получения градуировочных характеристик и измерения массы жидкости. Произведена оценка функции площади сечения недеформированной емкости и анализ погрешностей оценивания базовых параметров. Показано, что в погрешность оценивания параметров базовой функции площади сечения
не превышает 0.1%, что удовлетворяет требованиям действующих стандартов. Представлена программная реализация системы, приведена общая структура и предложены интерфейсы пользователя.
В заключении приводится обобщение основных результатов диссертационной работы.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
Модель программной системы учета территориально распределенных ресурсов, создающая корпоративную основу взаимодействия предприятий нефтегазовой и смежных отраслей.
Модель измерения количества жидкости, позволяющая повысить точность за счет учета деформации от радиальных усилий.
Алгоритмы оценивания базовых геометрических параметров резервуаров и измерения массы нефтепродукта, использующие точные расчеты плотности на базе численных методов интегрирования.
Способ «интеграции» кода, позволяющий разделить логику интерфейса приложения и математическое обеспечение и ускорить технологический процесс разработки Интернет-приложений.
