Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
За последние четверть века автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) получили значительное развитие. Произошло расширение возможностей технической и инструментальной базы создания АСУ ТП Человеко-машинные интерфейсы приобрели новые качества в эргономике, скорости обновления информации, интеллектуализации В среде прикладных средств построения АСУ ТП свершилась своего рода интеграция между средствами сбора данных, их обработки и хранения, средствами визуализации и средствами логического управления технологическим процессом Функционал, качество и надежность систем за счет этого повысилось Однако, если раньше доля аварий по причине техники составляла большую часть всех нештатных ситуаций, то в последнее время, в силу повышения надежности и усложнения функциональности технических средств, ситуация поменялась на обратную теперь доля ошибок человека значительно превышает технические сбои Это является следствием перемещения роли слабого звена в схеме управления с техники на человека, поскольку технический прогресс опережает эволюцию биологических способностей человека, то есть надежность принятия решений и профессионализм человека со временем меняется слабо При сохранении в схеме управления доли человеческого участия, мы получим обратно пропорциональную этой доли надежность системы управления, ведь, по-прежнему остается влияющим «человеческий фактор» Если современные системы с легкостью справляются с управлением параметрами процессов, то все еще имеют пробелы в функциях координации нескольких технологических процессов, контроля соблюдения технологии, контроля деятельности персонала на объекте
Вопросы координации технологических процессов и оптимизации взаимодействия с человеком исследованы как в работах отечественных ученых Прангишвили И В, Волика Б Г, Ицковича Э Л , Амбарцумяна А А, Абрамовой Н А, так и зарубежных исследователей Edgar Chacon, Isabel Besembel, Jean Claude Hennet, а также NourelfathM и Niel E Методы событийного моделирования технологических процессов разрабатывались W М Wonham, С G Cassandras, Stewart Robinson В последние годы Амбарцумян А А и его коллеги в своих работах разрабатывают новую методику управления в АСУ ТП основанную на включении событийных моделей в контур управления В диссертации это направление развивается в сторону разработки на основе технологических регламентов моделей активных сценариев для координированного управления событийными моделями
процессов и агрегатов
Цель работы и задачи исследования.
Цель диссертационной работы снизить риски ошибок человека при управлении технологическим процессом для чего исследуются существующие и разрабатываются новые методы автоматизации технологических процессов (ТП), разрабатывается новая схема управления, уровень автоматизации управления в которой повышен за счет включения в схему управления регламентов и ограничения участия оператора в управлении
Для достижения этой цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи
Провести анализ современного состояния автоматизированных систем управления технологическими процессами промышленных предприятий поточного типа с целью оценки уровня автоматизации и роли человека в контуре управления
Исследовать традиционные методы построения АСУ ТП поточных производств, выделить их недостатки
Предложить методы моделирования технологических объектов и построения схемы управления, позволяющие разрабатывать системы автоматизации на более высоком уровне, с более плотным покрытием функций управления объектом
Разработать набор моделей для описания поведения технологического объекта управления (ТОУ) и схему управления на их основе в составе
для описания структуры ТОУ - модель технологической сети,
для моделирования простейшей единицы управления, элемента ТОУ и узла технологической сети - модель агрегата,
модель продуктопровода - для представления средства транспортирования материалов и элементов сети, связующих агрегаты,
модель описания структуры, режимов и жизненного цикла простейших (базовых) технологических процессов на участке сети,
для упрощения моделирования сложных технологических объектов разработать модель сложносоставных (комплексных) процессов, описывающих взаимодействие нескольких базовых процессов,
модель технологического сценария (регламента) - для представления обобщенного алгоритма управления ТОУ на основе
координированного управления процессами согласно требованиям
технологического регламента, - модель диалога автоматизированной системы с оператором,
обеспечивающую человеко-машинный интерфейс с активными
сценариями управления 5 Разработать методику применения моделей для построения системы автоматизации, и определить основные подходы к проектированию системы с использованием новой схемы управления
Объект исследования — АСУ ТП производственных предприятий с
технологическими процессами непрерывного поточного типа
нефтегазодобывающих, водоочистных, водообеспечивающих,
электроэнергетических, хранилищ и переработки сыпучих материалов и т п
Предмет исследований - управление технологическими процессами, организация и методы управления, уровень автоматизации различных контуров управления, роли человека в управлении процессом
Методы исследования базируются на приемах системотехники, теории конечных автоматов, теории графов, прикладном программировании, стандартах проектирования АСУ ТП, опыте проектирования, внедрения и обслуживания автоматизированных систем управления
В ходе проведения исследований использовались труды отечественных и зарубежных ученых в области автоматизированных систем управления В качестве источников были использованы материалы научных трудов, периодики, конференций и семинаров
Научная новизна работы заключается в разработке средства формального представления технологического регламента в схеме управления, в частях оперативного управления ТП и реакции на критические события С помощью предлагаемого средства появляется возможность повысить уровень автоматизации управления ТП, на тех этапах управления, где принимаются решения персонала, базирующиеся на нормативной документации Кроме того, новизна работы в предлагаемом комплексе моделей и схеме управления ориентированных на автоматизированное управление параметрами и структурой технологических процессов поточного типа
На защиту выносятся следующие результаты:
Методы моделирования технологических объектов и построения схемы управления,
Расширенные событийные модели технологического оборудования и производственных участков агрегатов, продуктопроводов, локальных
(базовых) технологических процессов, сложносоставных (комплексных) ТП,
- Разработанные модели технологических сценариев, диалогов
автоматизированной системы с оператором,
Основные результаты исследования, имеющие практическое значение
- методика применения этих моделей для построения АСУ ТП.
Практическая ценность работы заключается в том, что основные
положения, выводы и рекомендации диссертации ориентированы на широкое применение разработанной методики проектирования АСУ ТП на различных производствах поточного типа и создают методологическую базу для модернизации действующих систем Результаты диссертационной работы доведены до конкретных моделей и методов
Апробация и внедрение результатов исследования. Проведенные в диссертации исследования непосредственно связаны с планами научно-исследовательских работ ИЛУ РАН выполняемых по федеральным и региональным программам, соответствуют теме «Разработка моделей, методов логического управления и механизмов взаимодействия специалистов различного профиля в производственных процессах, включая технологию и техническое обеспечение с целью поддержания безопасности и эффективности потенциально-опасных производств поточного типа»
Основные результаты работы были доложены и одобрены на
IV международной конференции "Математическое моделирование в образовании, науке и производстве" (Молдова, Тирасполь, Приднестровский государственный университет, 2005),
II и III международной научно-технической конференции по проблемам управления (Москва, ИЛУ РАН, 2003,2006),
9th IFAC Symposium on Automated Systems Based on Human Skill And Knowledge (Nansy, France, 2006),
Всероссийская молодежная научная конференция по проблемам управления (Москва, ИЛУ РАН, 2008),
различных семинарах ИЛУ РАН,
Основные положения диссертации были использованы в проектах АСУ ТП объектов подготовки нефти Центрального товарного парка (ЦТП), Комплексного сборного пункта №3 (КСП), КСП-5, КСП-9 СНГДУ-1 ОАО «Самотлорнефтегаз» и Дожимной насосной станции №33 (ДНС) СНГДУ-2 ОАО «Самотлорнефтегаз», реализованных компанией Информационные бизнес системы (Москва) Для каждого из проектируемых объектов были разработаны
и включены в раздел математического обеспечения проекта событийные модели агрегатов и технологических процессов, реализующих алгоритмы управления технологическим оборудованием, а также новая схема управления производственным участком на основе технологического сценария С помощью разработанной автором методики был реализован прототип программного обеспечения контроллера и интерфейс оператора
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 2 в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения Общий объем диссертационной работы 120 страниц машинописного текста, включает 37 таблиц и 38 рисунков
Похожие диссертации на Исследование и разработка методов автоматизированного управления технологическими процессами и их конфигурациями в производствах поточного типа
