Введение к работе
Актуальность темы. Современные промышленные объекты оснащаются сложными техническими системами, которые обеспечивают их комплексную безопасность от угроз различного происхождения. Основной особенностью является множество территориально распределенных точек измерения существенно разнотипных параметров, которые необходимо определять, передавать, обрабатывать и хранить.
Каждая техническая система промышленного объекта обладает ненулевой (пусть и весьма малой) вероятностью сбоя в своей работе либо полного выхода из строя. Учитывая то, что все технические системы прямо или косвенно влияют на работоспособность друг друга и всего промышленного объекта в целом, это непременно влечет за собой рост вероятности возникновения нештатной или чрезвычайной ситуации (ЧС) или множества ЧС на объекте в целом.
Все промышленные объекты подвергаются одновременно угрозам террористического, криминалистического, технологического и природного характеров. Защиты от всех типов угроз является задачей обеспечения комплексной безопасности. В настоящее время защита и предотвращение ЧС угроз каждого типа осуществляется различными техническими системами, что зачастую не позволяет оперативно ликвидировать и предотвращать ЧС.
Один из способов борьбы с ЧС – их своевременное предотвращение, для чего в центрах управления и мониторинга должна быть оперативная информация о состоянии объекта, что позволяет ставить задачу мониторинга состояния промышленного объекта.
На сложных производствах объемы передаваемых данных значительны, что предполагает усложнение структуры информационно-измерительной системы. В связи со спецификой работы воздействиям при ЧС могут подвергаться элементы информационно-измерительной системы, что предполагает дублирование как сенсорной подсистемы, так и подсистемы предобработки и передачи данных.
Это обуславливает переход от обычной структуры системы к новой структуре, где наряду с обычными направлениями потоков данных (от низшего информационного звена к более высокому) существуют возможности переадресации потоков данных.
Задачи, связанные с разработкой систем, обеспечивающих достоверность и актуальность измеряемой информации в степени, достаточной для принятия корректных управленческих решений по ликвидации ЧС, решены далеко не полностью. В частности, не решены задачи, связанные с разработкой методик построения информационно-измерительных систем обеспечения комплексной безопасности с резервированием узлов промежуточной обработки и хранения измерительной информации, обладающих свойством адаптивности к возможным изменениям на объекте в условиях воздействия внешних разрушающих факторов (пожар, разрушения и др.), что делает возможным динамическое изменение структуры в процессе эксплуатации.
Указанные обстоятельства определяют актуальность темы диссертации.
Объектом исследования является информационно-измерительная система с резервированием, определяющая состояние объекта на основании показаний территориально-распределенных датчиков для обеспечения комплексной безопасности промышленных объектов.
Вся информация для системы безопасности делится на измерительную и сопутствующую (информация о датчике и точке измерения). Таким образом, предметом исследования диссертационной работы являются методы проектирования и построения информационно-измерительных систем с резервированием, обеспечивающих взаимосвязь измерительной и сопутствующей информации.
Измеряемая и сопутствующая информация должна быть согласована и адекватна реальной ситуации на объекте, что является показателем достоверности информации.
Цель диссертационной работы состоит в повышении оперативности и достоверности оценки состояния промышленного объекта за счет оптимизации структуры информационно-измерительной системы и распределенного хранения сопутствующей информации в точках измерения.
Задачи исследования:
-
Анализ существующих методов получения, передачи и обработки измерительной информации.
-
Анализ существующих способов резервирования трафика.
-
Разработка структуры подсистемы передачи данных устойчивых к отказам элементов подсистемы передачи данных при ЧС.
-
Анализ задач обработки данных при выбранном способе резервирования.
-
Создание методик и алгоритмов предварительной обработки измерительной информации о состоянии промышленного объекта для дальнейшей передачи, с учетом возможностей оборудования информационно-измерительной системы и стоимости передачи информации по каналам связи.
-
Разработка структуры комплекса технических средств и программного обеспечения информационно-измерительной системы обеспечения комплексной безопасности промышленных объектов, повышающей надежность получаемой информации.
Методы исследования. Методическую и теоретическую базу диссертационной работы составляют подходы и инструментарий теории информационно-измерительных систем, теории графов, математического программирования.
Вопросы телеметрии, мониторинга состояния промышленных объектов рассмотрены в работах Балыбердина В.А., Древина А.В., Киселева В.Д., Козырева А.Г., Краскина В.Б., Кудрякова С.Г., Лоскутова А.И., Назарова А.В., Обрученкова В.П., Петрова А.И., Соколова С.М., Шитова И.В., Якимова В.Л., и других ученых.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Иерархическая структура информационно-измерительной системы обеспечения комплексной безопасности промышленных объектов, вытекающая из свойств распределенности объекта измерения и обеспечивающая устойчивость к разрушающим факторам за счет резервирования узлов обработки данных и введения межмодульных связей на уровне предобработки информации.
-
Методика динамического перераспределения потоков измерительной информации, основанная на оптимальном назначении логических блоков физическим узлам подсистемы предобработки при отказе части оборудования.
-
Метод конструирования сенсорной подсистемы, обеспечивающий получение наряду с измерительной информацией сопутствующей информации о состоянии подсистемы предобработки.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработаны информационно-измерительная система, повышающая оперативность оценки состояния промышленного объекта и повышающая актуальность и достоверность получаемой информации, и подходы к конструированию информационно-измерительных систем с заданными свойствами, что позволяет снизить расходы, связанные с их проектированием и эксплуатацией.
Достоверность полученных результатов подтверждается результатами апробации разработанных методов при решении практических задач создания и внедрения информационно-измерительных систем обеспечения комплексной безопасности промышленных объектов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Иерархическая структура информационно-измерительной системы обеспечения комплексной безопасности промышленных объектов с резервированием компонентов подсистемы передачи данных.
-
Методика динамической оптимизации логической взаимосвязи элементов структуры информационно-измерительной системы при отказе части элементов системы под действием внешних разрушающих факторов.
-
Метод конструирования сенсорной подсистемы с резервированием.
Реализация и внедрение результатов. Прикладные результаты работы внедрены в ИЦ ОКСИОН ГУ МЧС РФ, ГУ МЧС РФ по Тульской области, Тульском региональном отделении межрегиональной общественной организации «Академия информатизации образования».
Теоретические результаты работы внедрены в учебный курс «Системы и сети передачи информации» на кафедре ЭВМ, «Информационные системы» на кафедре «Робототехника и автоматизация производства» Тульского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы легли в основу докладов на следующих конференциях: 1. Конференция профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» в 2010, 2011 г.г. 2. VI Международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления» (Томск, ТУСУР, 2010). 3. II Всероссийская научная конференция «Научное творчество XXI века» с международным участием (Красноярск, Научно-инновационный центр, 2010). 4. 5-ая Всероссийская научно-практическая конференция «Системы управления электротехническими объектами» (Тула, ТулГУ, 2010). 5. Всероссийская научно-техническая конференция «Интеллектуальные и информационные системы» (Тула, ТулГУ, 2011). 6. .
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 130 страницах. Состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы. Список цитируемых источников из 152 наименований.
