Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ средств информационной поддержки диспетчера газотранспортной системы 14
1.1. Особенности организации мониторинга процесса управления транспортировкой газа 14
Система мониторинга газотранспортной системы 21
1.2. Место ЛПУ в отраслевой системе оперативно-диспетчерского управления 23
1.3. Аппаратно-программный комплекс диспетчерского пункта линейного производственного управленияі 30
1.4. Анализ средств автоматизации работы диспетчера по управлению процессом транспортировки газа 34
1.5. Место СППР в автоматизированном диспетчерском управлении 41
Глава 2. Моделии метод обнаружения нештатных ситуаций на линейной части магистрального газопровода 47
2.1. Основные нештатные ситуации на линейной части магистрального газопровода 47
2.2. Причинно-следственные модели НС и метод распознавания их типа 50
2.3. Теоретико-множественная модель линейной части магистрального газопровода 57
Глава 3. Информационно-алгоритмическое обеспечение поддержки принятия решений диспетчером лпу магистрального газопровода 66
3.1. Использование тренажера диспетчера для построения прототипа информационной системы поддержки диспетчера ЛПУ МГ 66
3.2. Продукционная модель знаний как основа системы поддержки принятия решений диспетчером в нештатных ситуациях 71
3.3. Метод обнаружения места возникновения нештатной ситуации на линейном участке многониточного магистрального газопровода 75
3.4. Формирование сценария выхода из нештатной ситуации 84
3.5. Применение предложенных алгоритмов для решения задачи поиска места возникновения разрыва с реальными исходными данными 88
Глава 4. Практическая реализация алгоритмических средств обнаружения нештатной ситуации 91
4.1. Программная реализация модуля обнаружения места возникновения нештатной ситуации на линейном участке МГ 91
4.2. Подход к представлению информации в процессе мониторинга транспорта газа 99
4.4. Планирование машинного эксперимента с использованием программного модуля интеллектуальной поддержки диспетчера 103
4.5. Применение разработанного метода и инструментальных средств в учебном процессе 114
Заключение 116
Список используемой литературы 118
Приложение 135
- Место ЛПУ в отраслевой системе оперативно-диспетчерского управления
- Причинно-следственные модели НС и метод распознавания их типа
- Продукционная модель знаний как основа системы поддержки принятия решений диспетчером в нештатных ситуациях
- Подход к представлению информации в процессе мониторинга транспорта газа
Введение к работе
Россия — крупнейший поставщик природного газа. ОАО «Газпром» добывает больше всех в мире природного газа, являясь третьей по размерам корпорацией на планете. «Газпром» — единственный поставщик газа в три страны Балтии, а также в Боснию и Герцеговину, Финляндию, Молдавию и Словакию. Это самый крупный поставщик газа в Турцию, удовлетворяющий 65 % потребностей этой страны в газовом топливе. Он продает около четверти всего объема газа, потребляемого Европейским Союзом.
Весь газ Россия поставляет через сеть газопроводов. Альтернатива транспорту газа по магистральным газопроводам (МГ) - это экспорт газа в сжиженном виде, но в силу природных условий данный вариант не приемлем. С одной стороны, в России острый дефицит заводов для производства сжиженного газа. С другой стороны, вблизи месторождений газа нет крупных портов, поэтому нельзя использовать танкеры для транспортировки сжиженного газа. Северный ледовитый океан, условия многолетнемерзлых грунтов и экстремального климата делают эксплуатацию трубопроводной сети сложной задачей.
Газотранспортная система (ГТС) России является крупнейшей в мире и не имеет аналогов. Общая протяженность только магистральных газопроводов составляет более 154 тыс. км. Основной целью транспорта газа является его доставка потребителям внутри России, в странах СНГ и Западной Евро- пы. Объем газа, добываемого ОАО «Газпром», составляет не менее 570 млрд. куб. м. в год. По прогнозам в 2015 г. объем добычи газа «Газпромом» достигнет 610 - 615 млрд. куб. м, в 2020 году - 650 - 670 млрд. куб. м, что потребует развития газотранспортной системы. Однако в настоящий момент изношенность российской газотранспортной системы составляет примерно 56 %, доля магистральных газопроводов старше 33 лет (нормативный срок службы трубопроводов) составляет более 21 % от общего объема; в общем объеме магистральных газопроводов доля-газопроводов со сроком эксплуатации более 10 лет составляет свыше 60 %, а 32,7 тыс. км МГ выработали установленный срок службы.
Учет реальных возможностей газотранспортной системы при формировании управления является первой важной задачей обеспечения эффективности транспортировки газа. Установлено, что наиболее частые аварии приходятся на трубопроводы, находящиеся в зонах геодинамической активности, участках напряженного состояния недр, зоны разломов и активной эманации агрессивных глубинных газов. Большое влияние на формирование стресс-коррозии и разрушение трубопроводов оказывают магнитные, электрические и тепловые аномалии1, а также уровень подготовки газа к транспорту. При этом на отдельных участках линейных частей (ЛЧ) трубопроводов^ аварии происходят каждые 3-4 года, на других участках - один раз в 10 — 12 лет, на третьих - раз в 15-20 лет [52]. Поэтому второй основной задачей управления транспортом газа является минимизация его потерь в случае возникновения аварийных ситуаций в газотранспортной системе, а также минимизация возможности возникновения, аварий на газопроводах, что связано с первой" выше обозначенной задачей.
Для решения этих задач используют современные технологии реконструкции и ремонта, а также проводят тщательный антикоррозионный мониторинг магистральных газопроводов аппаратно-программными средствами. Несмотря на эти мероприятия по выполнению плана поставок газа потребителям и минимизации потерь при его транспортировке в транспорт газа за- частую вмешивается человеческий фактор. Наличие на диспетчерском пункте систем автоматизации и управления может привести как к положительным, так и к отрицательным результатам. Любое неверное движение диспетчера по управлению системами автоматики может привести к значительным финансовым потерям, экологическим катастрофам и человеческим жертвам даже в нормальных условиях транспортировки. Особенно критичным человеческий фактор становится в условиях аварийной ситуации, в которой кроме психологической составляющей действует и временная. Поскольку аварийные ситуации на магистральном газопроводе возникают очень редко, а последствия их могут быть катастрофическими, возникает острая необходимость в^ информационной, поддержке диспетчерского персонала в, распознавании аварийной ситуации, принятии срочных и адекватных мер по ее локализации.
Характер диспетчерского управления технологическими процессами динамически меняется. Причины - повышение сложности объекта управления, усиление требований к надежности газоснабжения, к безопасности транспортировки газа, внедрение новых информационно-вычислительных и программных систем. В диспетчерской деятельности, наряду с базовой функцией контроля технологического процесса, значительное место начинает занимать функция принятия-решений.
Таким образом, необходимость развития диспетчерских комплексов управления газотранспортными системами продиктована временем [47, ПО, 71]. В связи с этим в диссертации ставятся задачи разработки и совершенствования информационно-алгоритмического обеспечения процесса мониторинга газотранспортной системы в реальном масштабе времени, а также локализации обнаруженных в результате мониторинга нештатных ситуаций (НС) при транспортировке газа по линейной части трубопроводов.
В настоящее время» выполнены достаточно многочисленные исследования в области развития методов совершенствования информационно-управляющих систем (ИУС). Среди авторов основополагающих работ отече- ственные ученые В.В. Алешин, ЮЙГЕ Арзуманов, ВШ. Елушков, БЕ. Ильясову Ю:А. Кафтанюк, А.В;: Костров, Е.Е. Куликов; ОгВ: Логинов-скищ Р.И. Макаров, А.Е. Мамиконов, 0;Б. Низамутдинов, Д:А. Поспелов, С.А. Редкозубов, С.А. Сарданашвили, В.Е.Селезнев, Б .-Я! Советов, Э.А. Трахтенгерц, Е.М. Халатов, А.Н. Швецов, И.Ю. Юсупов, С.А. Яковлев и др.; их работы составляют теоретическую основу повышения эффективности/ управления сложными'техническими объектами, в том числе за счет автоматизации процессов поддержки принятия решений. Однако при; автоматизации диспетчерских служб ГТП эти работы требуют учета специфики реальных объектов.
Объектом; исследования является/ процесс мониторинга1, транспортирования газа що-ЛНїМїї. Предмет исследования — модели и. методы поддержки; принятия решений (ПНР), а именно обнаружения и локализации: НС на* ЛЧ-ME.
ЦЕЛ№ИчЗАДАН№ИССЛЕДОВАН№
Целью диссертации, является: повышение эффективности і оперативного обнаружениями поиска мест возникновения нештатных ситуаций на МГ*.
Для: достижения поставленною цели в* диссертации решены^ следующие научно-технические.задачи::
Г. проведен анализ средств информационной поддержки диспетчера: газотранспортной системы с целью определения их возможностей в.части локализации нештатных ситуаций на MF;; исследован алгоритм/ транспортам газа вг целях совершенствования математической модели» ME посредством учета/ временной составляющей; разработан алгоритм и метод поиска места разрыва по показаниям» датчиков давления^ установленных на ME; . созданы алгоритм и метод формирования- приемлемого, сценария для локализации нештатных ситуаций двух типов — утечки газа из- за разрыва трубопровода и несанкционированной перестановки запорной арматуры; 5. реализован и интегрирован в подсистему мониторинга линейного производственного управления (ЛПУ) газотранспортного предприятия (ГТП) модуль информационной поддержки принятия решений диспетчером при обнаружении и локализации нештатных ситуаций, работающий в реальном масштабе времени.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении поставленных задач использовались методы математического моделирования, теории множеств, численные методы приближенного решения уравнений, системного анализа, теории проектирования систем, объектно-ориентированного проектирования.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: созданы теоретико-множественная модель линейной части многониточного магистрального газопровода и основанный на ней алгоритм моделирования процесса транспорта газа с учетом изменения состояния МГ во времени; предложен алгоритм обнаружения разрыва на МГ и поиска нитки с источником утечки газа по показаниям датчиков давления, а также оценки времени гарантированного обнаружения наличия НС; разработан алгоритм поиска места утечки газа на нитке МГ с разрывом по показаниям датчиков давления; предложен способ представления диспетчеру информации о состоянии МГ в процессе мониторинга транспорта газа для оперативного обнаружения НС.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ диссертации заключается в следующем: реализован программный модуль обнаруженияшитки. ЛН! МЕ заданг ной=структуры с источником возникновенияНС, связанной^ разрывом, по данным мониторинга процесса транспортировки газа; создан программный модуль информационной поддержки диспетчера ЛПУ МГ в части формирования сценария перехода.из нештатного в штатный режим работы ЛЇмногониточного магистрального трубопровода после обнаружения на нем места разрыва; реализован программный* модуль визуализации состояния; ME bs процессе: мониторинга- транспорта газа в целях оперативного обнат
, руженияНС по показаниям датчиковдавленияподсистемы монито-рингаТТС;;
4. подтверждена' эффективность, предложенных методов; с помощью? машинных экспериментов; в. том числе на примере: реального? час тичного разрыва на участке Иангодинского ЛПУ MF «Уренгой — Грязовец» ООО* «Тюментрансгаз» в> 17 км после компрессорной; станции (КЄ)Шангодинскаяі(?1Г.02:2004):
Результаты научных исследований можно; использовать прш создании ивнедрении на предприятиях- нефтегазовойшромышленности реально действующей системы.мониторинга.и ИПР диспетчера: ЛПУ многониточным МК в-НС, адаптированношпод конкретный применяемый к на каждом из этих предприятий комплекс телемеханики; (ТМ), а также дляфеализации-дополнительного? программного модуля; тренажера; диспетчера ЛПУ многониточным MF для» подготовки, диспетчерского персонала, к работе в нештатных режимах. Автор участвовал, в совместной с Владимирским^тосударственным университетом? научно-исследовательской работе по*договору №-3411706> «Теоретическое обоснование матричного метода моделирования магистральных газо-проводов^для тренажера диспетчера; КС ООО «Тюментрансгаз» по заказу Научно-исследовательского института измерительных систем им. Ю.Е. Седако-ва Росатома (г. Нижний Новгород).
Кроме того, полученные научные результаты использованы в инновационной компании ООО «БизнесРФ» (г. Владимир) в рамках выполнения;
НИОКР №01200959379 «Разработка моделей и алгоритмов мониторинга линейной части магистрального газопровода на предмет обнаружения нештатных ситуаций, определения места разрыва и формирования сценариев?локализации нештатной ситуации» по государственному контракту № 7029р/9332 от 25.06.2009 г. при создании информационной системы мониторинга ГТС, позволяющей в случае возникновения разрывов газопровода обнаруживать место аварии и предлагать сценарий устранения НС.
Разработанные в диссертации модели и алгоритмы применены в учебном процессе кафедры Информационных систем и информационного менеджмента Владимирского государственного университета, а также кафедры Прикладной информатики и математики Покровского филиала Московского государственного гуманитарного университета (МГГУ) им. М.А. Шолохова:
По результатам исследований, проведенных автором в .рамках диссертации, получены два свидетельства об официальной регистрации' на разработанные с его участием программные продукты.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: XX международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Ярославль, 2007);
III международной,- научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (г. Вологда, 2007); XXI международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Саратов, 2008); всероссийской научно-практической конференции «Системы промышленного и информационного сервиса (инфраструктура, объекты, процессы)» (г. Кострома, 2008); юбилейной выставке научных достижений Владимирского государственного университета (г. Владимир, 2008, экспонат «Прото- тип системы мониторинга и поддержки принятия решений диспетчером газотранспортной системы в нештатных ситуациях»);
IV международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (г. Вологда, 2008); XI всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи — регионам» (г. Вологда, 2009); научно-практической конференции «Формирование социально-ориентированной экономики» (г. Владимир, 2009);
IV международной научно-технической конференции «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами (DISCOM-2009)» (г. Москва: ВНИИГАЗ, 2009);
III международной' научно-технической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее (GTS-2009)» (г. Москва: ВНИИГАЗ, 2009); V международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов w оборудования» (г. Вологда, 2009).
ПУБЛИКАЦИИ
Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 22 работах, среди них 3 статьи в изданиях из перечня ВАК.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 134 страницах; включает 41 рисунок, 5 таблиц, список использованных литературных источников (114 наименований) и приложение.
Место ЛПУ в отраслевой системе оперативно-диспетчерского управления
В газовой промышленности поставлена и поэтапно реализуется задача создания многоуровневой отраслевой системы оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ), основные цели создания которой: 1) Повышение качества и оперативности принятия решений по управлению ЕСГ РФ: непрерывный диспетчерский контроль за технологическими процессами газоснабжения; представление технологической информации в реальном масштабе времени; представление коммерческой информации о показателях количества и качества газа (в реальном масштабе времени); дистанционное управление объектами ЕСГ РФ. 2) Повышение надежности газоснабжения потребителей: оперативное обнаружение и предотвращение аварийных ситуаций; локализация нештатных ситуаций; обнаружение утечек газа в реальном масштабе времени. 3) Повышение оперативности маневрирования потоками и ресурсами ЕСГ РФ: информационное обеспечение маневрирования потоками и ресурса-миЕСГ РФ; оптимизация потоков газа в ЕСГ РФ по основным направлениям технологических коридоров и отдельным магистральным газопроводам; оперативное планирование режимов работы магистральных газопроводов ЕСГ РФ; оперативное управление потоками газа по данным реального времени; моделирование системы газоснабжения в реальном масштабе времени; непрерывный контроль за реализацией газа:, формирование баланса газа; по ЕЄГ РФ в реальном масштабе времени. 4) Основным критерием оптимизацию потоков газа в. EGF РФ в штатных ситуациях является получение максимальной прибыли за счет рациональной, загрузки основных газопроводов по удельным технико экономическим показателям с. учетом обеспечения контрактных ш договорных условий . поставки газа зарубежным и российским потребителям; 5) Основными критериями оптимизации потоков газа в EGF РФ в нештатных и напряженных ситуациях являются: обеспечение контрактных и договорных условий поставки газа; зарубежным и российским потребителям или минимизация, ущерба от недопоставки-газа (с приоритетным ограничением потребителей); минимизация времени стабилизации значений потоков газа и выхода на штатные их значения; обеспечивающие выполнение контрактных и договорных условий на поставки газа. Оперативно-диспетчерское управление ЕСГ РФ осуществляется по иерархической схеме: 1. Центральное производственно-диспетчерское управление (ЦПДУ) ОАО «Газпром», обеспечивающее контроль и управление потоками газа, выдачу оперативных режимно-технологических заданий предприятиям по добыче и транспорту газа; 2. Центральный диспетчерский пункт (ТГДП) предприятия, обеспечивающий контроль и оптимизацию диспетчерских графиков по заданию ЦПДУ; 3. Диспетчерский пункт (ДП) производственного подразделения, в частности, для транспорта газа - ДП ЛПУ МГ; 4. Посты управления операторов локальных технологических объектов; 5. Локальные системы автоматического управления (САУ), средства автоматизации и телемеханизации. На рисунке 1.4 представлена иерархическая структура диспетчерского управления отрасли. Уровень ДП ЛПУ является основным уровнем, обеспечивающим автоматизированный контроль,, дистанционное управление и регулирование режимов работы объектов магистральных газопроводов. На этом уровне непосредственно осуществляется управление в режиме реального времени. компрессорными станциями, линейной частью, газораспределительными станциями (ГРС) и подземными хранилищами газа (ПХГ). Таким образом, программно-технический комплекс ДП" ЛПУ МГ является ключевым звеном для обеспечения функционирования ОЄОДУ в части функций автоматизированного управления в режиме реального времени, связи низовых систем автоматизации и телемеханизации с S системами информатизации верхних уровней диспетчерского управления" ЕСГ РФ, а также посредством последних с подсистемами управления производством и производственно-хозяйственной деятельностью (ПХД). Для выполнения- указанных выше функций программно-технический комплекс (ПТК) ДП ЛПУ должен создаваться на базе современных средств SCAD А, оснащаться интерфейсами в открытых международных стандартах для связи со смежными уровнями управления, системами автоматизации и телемеханизации, совмещать средства современных информационных технологий со средствами компьютерной автоматизации.
Причинно-следственные модели НС и метод распознавания их типа
В случае возникновения нештатной ситуации диспетчеру ЛЧ МГ необходимо обнаружить НС, определить ее тип, принять меры по локализации и устранению последствий, т.е. переходу из нештатного в штатный режим. В разделе рассматривается метод распознавания по определенным признакам типа основных нештатных ситуаций: несанкционированной перестановки (открытия / закрытия) запорной арматуры — нештатной ситуации, связанной с закрытием основного крана на нитке МГ или с открытием крана-перемычки между нитками МГ с разным давлением; неправильного показания датчика давления — нештатной ситуации, связанной с выходом из строя датчика; утечки газа из-за одиночного частичного или полного разрыва на линейной части МГ. Обнаружить наличие НС позволяет система телемеханики, установленная на линейной части МГ. На крановых площадках до и после основных кранов устанавливают датчики давления. Для каждого датчика давления задается минимально и максимально допустимые значения для конкретного штатного режима. В данной работе приведены три основных типа НС, которые также рассматриваются при мониторинге МГ (рисунок 2.L). Резкое изменение показаний датчиков давления. Выход из строя датчика связан либо с исчезновением его питания, либо с нарушением целостности измерительных цепей, либо с внешними причинами, приводящими к его неработоспособности. Как правило, это практически мгновенный процесс, при котором значение давления стремится к нулю. Однако первым сигналом диспетчеру может быть и превышение какой-либо уставки, аварийной или предупредительной, получающейся за счет усреднения показания датчика за несколько измерений. Перемерзание или засорение трубок отбора датчиков давления связано с неверной их установкой, при этом могут иметь место два варианта: отсутствует утечка в сечении подсоединения датчика давления; имеется утечка в сечении подсоединения датчика давления. В случае отсутствия утечки газа при перемерзании трубок отбора показания датчика давления остаются неизменными с течением времени даже при изменении режимов работы МГ. Определить, что датчик давления показывает недостоверное значение, возможно только при смене режима работы МГ. В случае наличия утечки газа при перемерзании трубок отбора І датчиков давления их показания меняются со временем в соответствии с законами термодинамики. График изменения показаний датчика давления в этом случае иллюстрирует резкое падение. На рисунке 2.2 представлена схема возникновения и развития НС «Резкое изменение показаний датчиков». Здесь тип нештатной ситуации выделен серым цветом и жирным шрифтом; блоки под им - причины возникновения НС, блоки, над ним - последствия НС. Несанкционированная перестановка запорной арматуры. В случае несанкционированной перестановки происходит размыкание замкнутого концевого переключателя и замыкание разомкнутого, при этом на экране пульта управления СЛТМ появляется сообщение о несанкционированном изменении состояния крана на противоположное. При распознавании данной нештатной ситуации можно также воспользоваться и другими признаками. В частности, если арматура — это кран-перемычка между нитками МГ, который ранее был открыт, то изменения показаний датчиков давления практически не происходит. Если кран является основным на магистральной трубе и нитки соединены между собой перемычками с открытыми кранами, изменения давления на других крановых узлах практически не происходит, кроме крана, на котором произошла данная нештатная ситуация. Если линейный кран относится к однониточному газопроводу, происходит рост давления! до данного крана и резкое понижение давления после него. Если несанкционированная перестановка крана произошла за пределами контроля данной СЛТМ, она проявится только в виде изменения давления на некотором участке МГ. Разрыв газопровода в линейной части. В случае разрыва какой-либо нитки на графике давления газа МГ образуется впадина, которая быстро увеличивается, причем экстремум приходится именно на тот километр трубы, на котором случилась НС. Наиболее тяжелое проявление данной НС, как было отмечено выше, — полный разрыв МГ (рисунок 2.3). На рис. 2.4 представлены причинно-следственные модели НС «Несанкционированная перестановка запорной арматуры» и «Разрыв газопровода в линейной части». Метод распознавания типа нештатной ситуации. Имея в распоряжении показания групп датчиков давления, установленных на линейной части МГ, необходимо определить тип НС. Таким образом, исходными данными для решения задачи распознавания типа НС являются структура трубопровода, отражающая расположение датчиков давления, допустимые уровни давления штатного режима, а также временные ряды измеренных этими датчиками значений давления. На рисунке 2.5 приведена блок-схема разработанного для решения этой задачи алгоритма.
Продукционная модель знаний как основа системы поддержки принятия решений диспетчером в нештатных ситуациях
На линейной части МГ могут иметь место различные типы нештатных ситуаций. Сразу после обнаружения наличия НС необходимо распознать ее тип - неисправность датчика давления, несанкционированная перестановка и др. Утечка газа из МГ при разрыве его ЛЧ, то есть магистральной трубы, как отмечалось выше, является самой опасной НС, наиболее тяжелое ее проявление - полный разрыв МГ, способный как нанести непоправимый ущерб природным ресурсам, так и вызвать человеческие жертвы. В этих условиях особенно важно оптимизировать работу диспетчера ЛПУ за счет использования, им интеллектуальной автоматизированной системы анализа работы МГ, своевременного выявления НС и поддержки принятия его решений. Для этого предназначены система мониторинга (СМ) и система поддержки принятия решений.
В пункте 2.3 представлена математическая модель многониточного МГ, в терминах этой модели разработаны алгоритмы для формирования сценария выхода из нештатной ситуации [14, 15, 38, 41, 47, 50, ПО]. Сценарий, оформленный в виде совета компьютерной системы, может быть принят диспетчером-или не принят им. В любом случае; лицо; принимающее решение (JHTP)j. должно - перевести своими действиями ГТЄ из нештатного режима; в; штатный.режим работы. Помочь ему в этом - главное назначение интеллектуального модуля для анализа информации, необходимой при принятии решений, в том числе системы мониторинга (рисунок 3.5).
Система мониторинга в реальном масштабе времени получает показания давления с датчиков; и сравнивает их с заранее заданными уставками, определяет направления потоков газа для каждого участка.МЕ. В случае отклонения показаний1 от уставок в»ЄШ ІН запускается модуль определения типа, нештатной ситуации: Если для выявленной HG необходимо определить место ее возникновения (например в случае разрыва); то запускается модуль определения места: возникновения НС, а.затем — модуль, формированиягрекомен-даций диспетчеру ЛИУMF по локализации нештатной ситуации і и ее поел едг ствий в части транспорта газа.
В основе:подсистемы, обработки. знаний; СИПР лежит, продукционная? модель. В частишоддержки принятияфешений диспетчером: в условиях обнаруженного источника нештатной: ситуации? предлагается подход к созданию ЄИШР с выводом, основанным-на продукциях. Продукционная- модель,представ ления знаний в. силу своейшростоты получила наиболее широкое распространение [7, 8,. 11, 21,. 22,. 56; 73, 80, 113, 107]t Если в БЗг содержится? небольшое (до нескольких десятков) число правил, то использование продукционной: модели оправдано; так как в этом случае проявляются; в І основном положительные стороны этой, модели, т.е. не: требуются.; значительные вычислительные ресурсы, чтог особенно важно для; систем реального времени
Здесь идея применения продукционной: модели представления знаний заключается в следующем. Линейную часть МГ между смежными компрессорными станциями на входе и выходе трубопроводной системы можно представить в терминах теории множеств,.известны.алгоритмы для;моделирования транспорта газа [27, 35, 38, 42, 44, 63, 83, 87, 90 — 92], разработаны алгоритмы, распознавания типа НС [37, 39 40],. известны» регламенты, дляе диспетчерского персонала FTH; определяющие действия;в;той или;инойшег штатной) ситуации. Эти регламенты служат основой- для формирования рекомендаций диспетчеру. Первостепенной задачей является распознавание по имеющимся фактам (признакам) типа НС. Продукция - это; правило типаї «ЕСЛИ условие , ТО действие ». База фактических данных (рабочая память) - это показания полученные средствами телемеханикшс датчиков? давт ления. Тип продукционной системы - с прямым; выводом. Прямые .выводы, реализуют стратегию «от фактов к. заключению». Фрагмент базы знаний СШШ, состоящешиз наборашравил, имеет вид
Подход к представлению информации в процессе мониторинга транспорта газа
Задача управления транспортом газа решается» диспетчером на основании имеющейся у него информации, которую можно классифицировать, как явную и-как неявную. К явной, относится вся информация, которую можно формально зафиксировать: формализованная и неформализованная; описательная, словесная, передаваемая устно или при помощи бумажных или электронных носителей. К неявной информации отнесем информацию, которую классифицируют как опыт. Это ранее усвоенная информация, приобретенное знание о взаимосвязях объектов реального мира, причинно-следственные отношения между событиями и т.п. [93 — 96]. Информационное поле (ИП) диспетчера представляет собой некоторую обобщенную модель представления данных для диспетчера в процессе управления газотранспортной системой. Опираясь, на эту информацию; диспетчер решает задачу обеспечения процесса транспорта газа. Все ИИ диспетчера умещается в понятии: средства отображения информационной управляющей системы в диспетчерской [93 - 96]. Ключевым показателем эффективности работы диспетчера является исполнение плана транспорта газа при соблюдении правил эксплуатации ГТС.
Для»обеспечения выполнения поставленных руководством ГТП планов. по транспортировке газа диспетчеру ГТС необходимо: 1. Проанализировать всю совокупность представленных в его распоряжение данных. 2. Оценить состояние ГТС. 3. Принять решение об изменении состояния режима функционирования технологических средств. 4. Произвести управляющее воздействие на органы управления ГТС. 5. Провести мониторинг изменения состояния ГТС. 6. Оценить результаты управляющего воздействия. 7. Устранить, или минимизировать последствия управляющего воздействия. При использовании ИУС в режиме реального времени диспетчеру не обходимо принимать решения в темпе поступления новой, критичной для со стояния системы, информации, при-этом неизбежно возникновение эффекта информационной перегрузки [13 - 15, 62, 63, 93-96, 103]. Диспетчеру, как потребителю информации, не следует принимать во внимание отдельно взятые факты (например неверную информацию, поступившую от единичного датчика), а необходимо анализировать ситуацию в целом. Предлагаемый подход к отображению информации по показаниям группы датчиков давления позволяет наглядно отобразить состояние линейной части магистрального газопровода [48, 49]. Его суть состоит в следующем. 1. Штатный режим работы ГТС для отдельной нитки МГ представляется на экране основной жирной горизонтальной линией, не выходящей за границы области допустимых значений, задаваемых тонкими линиями сверху и снизу от основной. 2. Графическое представление состояния ЛЧ МГ в виде графиков отклонения от нормы по каждой нитке формируется в режиме реального времени. 3. По требованию диспетчера картину развития событий на одной или нескольких нитках можно «прокрутить назад» во времени к моменту начала события, требующего анализа. Первый пункт позволяет представить показания датчиков-давления, установленных на ЛЧ МГ, в виде несложной для понимания диаграммы временного среза развития событий (рисунок 4.4). Так как нитки связаны между собой через открытые перемычки, то изменение (рост или падение) давления на одной нитке приводит к изменению на связанных нитках. Следовательно, на одной диаграмме целесообразно представить информацию о состоянии нескольких связанных перемычками ниток.
