Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общесистемные технические требования к отраслевой системе оперативно-диспетчерского управления. Состояние автоматизации ООО «Тюментрансгаз» 17
1.1. Общесистемные технические требования. Общие положения 17
1.2. Основные цели и задачи создания ОСОДУ 18
1.3. Структураи функции системы 21
1.4. Требования к режимам функционирования системы 25
1.5. Состояние информационно-управляющих систем предприятия «Тюментранстаз» 32
1.6. Вопросы построения структуры и модели сложной иерархической системы управления. Постановка задачи исследований 44
Выводы 55
Глава 2. Построение модели информационно-управляющей системы объектов транспорта газа предприятия 56
2.1. Разработка методики построения модели ИУС ОТГ предприятия ... 56
2.2 Разработка структуры ИУС ОТГ нового поколения 66
2.3 Модель данных. Анализ источников информации и потоков данных в ИУС ОТГ 78
2.4. Техническое и программное обеспечение ИУС 83
Выводы 93
Глава 3. Проект создания ИУС ОТГ предприятия Тюментрансгаз». Планирование работ по реализации Проекта 95
3.1 Проект создания информационно-управляющей системы объектов транспорта газа предприятия «Тюментранстаз». Автоматизированные рабочие места 95
3.2. Принципы построения базы данных реального времени 109
3.3. Принципы построения видеоподсистемы отображения оперативной информации 113
3.4. Планирование, содержание и порядок выполнения работ по реализации Проекта создания ИУС предприятия «Тюментрансгаз» 118
3.5. Методический подход к оценке вклада ИУС и ее элементов в эффективность функционирования ОТХ: 123
3.6. Количественные оценки вклада ИУС ОТГ в эффективность функционирования диспетчерской системы ООО «Тюментрансгаз» 128
Выводы 132
Заключение 135
Список литературы 141
Приложение 151
- Общесистемные технические требования. Общие положения
- Основные цели и задачи создания ОСОДУ
- Разработка методики построения модели ИУС ОТГ предприятия
- Проект создания информационно-управляющей системы объектов транспорта газа предприятия «Тюментранстаз». Автоматизированные рабочие места
Введение к работе
Актуальность темы иследования. Теория управления, а также практический опыт показывают, что с ростом сложности и масштабов технологических объектов существенно возрастают роль и значение автоматизированных систем управления их функционированием. Это связано со значительным, а в целом ряде случаев - решающим влиянием управляющих систем на качество и объем решаемых технологическим объектом задач и эффективность его функционирования в целом.
Работа современных автоматизированных систем управления связана с получением и обработкой большого объема различного рода информации. Информация превратилась сегодня в ключевой ресурс повышения эффективности деятельности предприятия. Инвестиции в системы обработки информации не только приносят прибыль, но и напрямую способствуют увеличению капитализации самих предприятий.
Осуществление оперативного контроля над производственной деятельностью, анализ текущей производственной ситуации, принятие управленческих решений - все эти функции сводятся, в конечном итоге, к работе с информацией. И от того, насколько эта информация своевременна, достоверна и полна, зависит конечный успех деятельности всего предприятия.
Основная задача информационных управляющих систем - обеспечение учета и управления производственно-хозяйственными процессами на основе сбора, обработки и представления информации о фактическом состоянии производственной и финансовой деятельности предприятия. При этом главной целью информатизации является повышение эффективности основных производственно-хозяйственных процессов.
Одной из основных задач развития автоматизированных систем управления (АСУ) в газовой промышленности является задача создания и развития Отраслевой системы оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) Единой системы газоснабжения (ЕСГ) России на базе взаимосвязанного иерархического комплекса АСУ, охватывающего все уровни управления ЕСГ и образующего
отраслевую интегрированную информационно-управляющую систему (ОИИ-УС). Основой построения такой системы является принцип единства и совместимости математического, информационного и технического обеспечения АСУ всех уровней управления ЕСГ.
Современная АСУ представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются, по мере эволюции технических средств и программного обеспечения.
Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии, с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.
Диспетчерское управление имеет динамичный характер, поэтому от работы с информацией, от организации процесса ее сбора, передачи, обработки, отображения, и представления зависит его эффективность. От диспетчера требуется уже не только профессиональное знание технологического процесса, основ управления, но и опыт работы с информационными системами, умение принимать решение (в диалоге с ЭВМ) в нештатных и аварийных ситуациях.
Технологические процессы в нефтегазовой и ряде других отраслей промышленности являются потенциально опасными и при возникновении аварий приводят к человеческим жертвам, а также к значительному материальному и экологическому ущербу. Статистика свидетельствует о том, что за тридцать лет (с начала 60-х до конца 80-х годов XX вв.) число учтенных аварий удваивалось примерно каждые десять лет. В результате анализа большинства аварий и происшествий на всех видах транспорта, в промышленности и энергетике были получены интересные данные. Так, если в 60-х годах ошибка человека была пер-
воначальной причиной аварий лишь в 20% случаев, то к концу 80-х доля «человеческого фактора» стала приближаться к 80% [16].
Одной из причин отмеченной тенденции является старый традиционный подход к построению сложных систем управления, в котором одновременно сочетались ориентация на применение новейших технических и технологических достижений, с одной стороны, и недооценка необходимости построения эффективного человеко-машинного интерфейса, ориентированного на человека (диспетчера), с другой. В современных условиях требование повышения качества и надежности систем диспетчерского управления является одной из наиболее важных предпосылок нового подхода при разработке таких систем. Основой современного подхода является ориентация на оператора/диспетчера и решаемые им задачи.
Применение в АСУ современных средств автоматики и систем типа SCADA [22], дающих возможность получения информации в реальном времени, а также использование программных комплексов моделирования и оптимизации технологических процессов транспортировки газа позволит повысить обоснованность диспетчерских решений по управлению магистральными газопроводами.
Масштаб решаемой задачи иллюстрирует рис. 1.1, на котором представлена общая схема магистральных газопроводов, обслуживаемых ООО «Тюмен-трансгаз», которое по длине эксплуатируемых газопроводов является крупнейшим в мире (их общая длина составляет 26 тыс. км). Сегодня предприятие оснащено значительным количеством различных систем автоматизации. Эти системы собирают, обрабатывают и хранят большие объемы информации, размещаемой в нескольких базах данных различного назначения. В тоже время необходимо отметить, системы автоматизации, начиная с уровня автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и заканчивая системами планирования ресурсов предприятия, строились в разные периоды времени. Как следствие, они основывались на разных аппаратно-программных платформах и с использованием различных прикладных программ
с
Рис. 1.1. Общая схема магистральных трубопроводов ООО «Тюментрансгаз»
(коммерческих и разработанных непосредственно на предприятии) и разнородных баз данных. Из внедренных в ООО «Тюментрансгаз» систем агрегатной автоматики лишь около десяти процентов являются цифровыми и могут быть подключены к ИУС с помощью стандартных протоколов обмена данными. Остальные системы в настоящее время работают в аналоговом режиме. (Отметим, что в настоящее время при осуществляется перевод аналоговых сигналов в цифровые путем внедрения системы Инфо-КС [33]). Как следствие, существующие системы не обеспечивают возможности приема и передачи данных в реальном масштабе времени, отсутствуют единые информационное пространство и резервированный архив данных с санкционированным доступом для работников ООО «Тюментрансгаз». Это не позволяет службам и производственным отделам предприятия качественно осуществлять свои функции и организовать эффективное взаимодействие с системами, обеспечивающими его административно-хозяйственную деятельность.
Создаваемая информационно-управляющая система объектов транспорта газа должна интегрировать информационные и автоматизированные системы, образовать единое информационное пространство предприятия и обеспечить прием и передачу информации в реальном масштабе времени.
Как следует из теории и опыта технического проектирования, первоочередным вопросом при создании сложной иерархической системы является построение её модели, основной составляющей которой является структура системы. [6-9, 11, 12, 30-72, 75-77]. Однако, как показал проведенный анализ литературы, с одной стороны, в настоящее время отсутствуют достаточно простые, пригодные для практического использования методы построения моделей такого рода систем, анализа и синтеза их структуры. С другой стороны, в современных условиях, в связи с появлением новых информационных технологий и формированием новых экономических отношений, совершенно изменился подход к созданию сложных информационно-управляющих систем, в том числе, в газовой отрасли.
При этом необходимо отметить, что в настоящее время на мировом и российском рынках представлены технические средства [16], а также соответствующие программные продукты [14, 108] существенно сокращающие время, затрачиваемое на разработку информационных и автоматизированных управляющих систем. Однако, не смотря на то, что задача разработки отдельных элементов систем с требуемыми характеристиками существенно упростилась, то важность общесистемных решений, принимаемых на этапе разработки модели и определения структуры системы, возросла. В первую очередь это обусловлено тем, что именно правильные общесистемные решения в конечном итоге предопределяют возможности создания дружественного человеко-машинного интерфейса в сложной системе диспетчерского управления и обеспечения требуемой эффективности этой системы. Таким образом, адекватность модели информационно-управляющей системы, создаваемой на начальном этапе ее создания, в значительной степени определяет уровень качества технического проектирования в целом, от которого зависят сроки создания и ввода в эксплуатацию, а также стоимость системы.
Настоящая работа, посвящена вопросам создания информационно-управляющей системы нового поколения, которая реализует основные функции контроля и управления объектами транспорта газа. Вначале на основе методологии структурного анализа и проектирования (SADT-методологии) разрабатывается модель ИУС ОТГ, в которую структура системы входит в качестве основной ее составляющей. Эта модель позволяет дать описание информационно-управляющей системы с требуемой детальностью, границы которой определяются лишь постановкой задачи. При этом SADT-методология, обеспечивая научно обоснованную разработку модели системы, позволяет осуществить на ее базе практическую реализацию самой системы, определяя направление, последовательность, содержание и взаимосвязь этапов ее построения. В диссертации изложены научно обоснованные методические и технические разработки, обеспечивающие проектирование и реализацию ИУС
ОТГ, в том числе принципы построения и базовые технические решения, использующие современные технологии и учитывающие экономические ограничения и реальное состояние автоматизации и информатизации ОТГ ООО «Тюментрансгаз», по основным компонентам системы, отвечающей общесистемным техническим требованиям, предъявляемым к ОСОДУ и ИУС.
Цель и задачи диссертационной работы: осуществить научно-обоснованную разработку и внедрение информационно-управляющей системы объектов транспорта газа ООО «Тюментрансгаз», соответствующую общесистемным техническим требованиям, предъявляемым к ОСОДУ и ИУС.
Поставленная цель предполагает решение следующих основных задач:
- определение функций, реализуемых ИУС ОТГ в соответствии с
общесистемными техническими требованиями к ОСОДУ и ИУС;
разработка методики построения модели ИУС ОТГ с использованием методов структурного анализа и проектирования;
разработка модели ИУС ОТГ с использованием методов структурного анализа и проектирования;
определение функций и основных экранных форм автоматизированных рабочих мест производственно-диспетчерской службы (уровня ЦЦП и ЛПУ) предприятия;
разработка принципов построения базы данных реального времени;
- разработка принципов построения видеоподсистемы отображения
оперативной информации;
- обоснование и разработка системы планирования реализации проекта,
определяющей этапность, содержание и порядок проведения работ по
внедрению ИУС ОТГ;
- разработка методики оценки вклада ИУС и ее элементов в
эффективность функционирования газотранспортного предприятия;
- осуществление практической реализации и внедрение ИУС ОТГ в
технологию диспетчерского управления транспортом газа.
Методы исследований. Выполненные разработки и их научно-техническое обоснование базируются на использовании общей теории систем, теории моделирования, методов моделирования концептуально представленных технических систем, методов анализа и синтеза структуры сложных систем, структурного анализа и проектирования, математического и физического моделирования, методов оценки показателей эффективности.
Новизна полученных результатов. К основным новым результатам, полученным в диссертации, можно отнести следующие:
построение модели ИУС ОТГ с использованием методов структурного анализа и проектирования, состоящей из структуры ИУС и ее подсистем, модели данных (включающей базы данных реального времени и паспортизации технологических объектов и базу данных системы коммерческого учета электроэнергии), технического обеспечения (включающего средства вычислительной техники и средства сопряжения с системами всех уровней); разработанную модель отличают обоснованность, требуемые полнота и детальность описания системы, обеспечивающие высокое качество работ по проектированию и внедрению ИУС ОТГ;
определение перечня функций и основных экранных форм АРМ ПДС предприятия, обеспечивающих повышение эффективности взаимодействия диспетчера с системой и позволяющих свести к минимуму его критические ошибки при управлении;
разработка принципов построения базы данных реального времени с использованием новых технических решений, основным из которых является применение кластеризации, как способа резервирования сервера БДРВ, что позволяет повысить коэффициент ее готовности, своевременно обнаруживать и предотвращать отказы при работе с БДРВ;
- разработка принципов построения видеоподсистемы с использованием в
качестве коллективного средства отображения полиэкрана (видеостены),
обладающего технологическими возможностями по обеспечению оперативного
анализа больших информационных потоков и высокого качества изображения,
а также техническими характеристиками, соответствующими требованиям, предъявляемым к средствам отображения ИУС ОТГ; для решения задач планирования процесса отображения на полиэкране в условиях отсутствия его аппаратной части предложено построить аппаратно-программный комплекс имитации работы полиэкрана на основе двух мониторов, обеспечивающих разрешение, аналогичное разрешению на полиэкране. Практическая значимость работы:
- разработанные модель ИУС ОТГ и принципы построения основных ее
компонентов положены в основу Технического проекта по созданию системы;
разработан план реализации Проекта создания ИУС ОТГ с использованием сетевых графиков и диаграмм Ганта, обеспечивающих эффективную информационную поддержку при осуществлении мероприятий по контролю за качеством, требуемыми объемами и сроками выполнения работ;
ИУС ОТГ реализована и внедрена в систему оперативного диспетчерского управления в ООО «Тюментрансгаз»;
- в рамках проекта создан имитационно-моделирующий программно-
аппаратный комплекс, позволяющий оценить полноту и наглядность
информации, представляемой на полиэкране видеоподсистемы ИУС ОТГ,
который может быть использован при создании информационно-управляющих
систем других предприятий отрасли.
Методические основы их построения могут применяться при создании ИУС предприятий газовой и других отраслей промышленности. На защиту выносятся:
1) Модель ИУС ОТГ, разработанная с использованием методов структурного анализа и проектирования, включающая структуру ИУС и ее подсистем, модели данных, в том числе: базы данных реального времени, базы паспортизации технологических объектов, базы данных системы коммерческого учета электроэнергии, состав технического и программного обеспечения (средства вычислительной техники, средства сопряжения с системами всех уровней и средства программного обеспечения).
Принципы построения основных экранных форм автоматизированных рабочих мест производственно-диспетчерской службы (уровня ОДП и ЛПУ) предприятия, АРМ ПДС предприятия, обеспечивающих повышение эффективности взаимодействия диспетчера с системой и позволяющих свести к минимуму его критические ошибки при управлении.
Принципы построения базы данных реального времени.
4) Принципы построения видеоподсистемы отображения оперативной
информации на ЦЦП.
Система планирования реализации проекта, определяющая этапность, содержание и порядок проведения работ по внедрению ИУС ОТГ, обеспечивающая эффективную информационную поддержку при осуществлении мероприятий по контролю качества, требуемыми объемами и сроками выполнения работ.
Результаты оценки эффективности внедрения ИУС ОТГ в систему оперативного диспетчерского управления транспортом газа.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации представлялись на Международной научно-практической конференции «Связь ПРОМ 2004», проводимой в рамках Евро-Азиатского международного форума «Связь-ПромЭКСПО 2004» (Екатеринбург, 2004); Международной научно-технической конференции ДИСКОМ 2004 (Москва, 2004); Межрегиональном форуме «Приборостроение-2004» (Верхняя Пышма, 2004); Всероссийском научно-техническом форуме «Управление производственными процессами: от концепции к практике реализаций» (Москва, 2004); Международной научно-практической конференции «Связь ПРОМ 2005», проводимой в рамках Евро-Азиатского международного форума «Связь-ПромЭКСПО 2005» (Екатеринбург, 2005), научных семинарах УГТУ-УПИ, научно-технических совещания ЗАО РТ СОФТ (г. Москва), технических совещаниях ООО «Тюментрансгаз» (г. Югорск).
Публикации. По результатам исследований опубликовано и находятся в печати 12 работ.
Структура диссертационной работы. Текст диссертационной работы состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.
Общесистемные технические требования. Общие положения
К настоящему времени разработаны общесистемные технические требования к ОСОДУ, в которых сформулированы цели создания системы, методы их достижения и перечень решаемых задач [4,5]. В них определены функции, которые должны выполняться на каждом из иерархических уровней ОСОДУ, а также сформулированы требования к режимам функционирования на уровнях ЦПДУ, НДС предприятия, ДП ЛПУ(КС), КЦ, а к быстродействию и функциям дистанционного управления и регулирования в АСУ ТП транспорта газа, работающих в режиме реального времени [4,5]. Перечисленные выше общесистемные технические требования, по существу, определяют направления развития и совершенствования, как ОСОДУ, так и ИУС предприятий с входящими в них подсистемами оперативно-диспетчерского управления. Они разработаны с учетом накопленного в последние годы опыта внедрения наиболее прогрессивных технических решений по автоматизации управления объектами и предприятиями отрасли, которые в основном реализованы на газотранспортных предприятиях [5].
Таким образом, конкретные требования к создаваемым информационным и информационно-управляющим системам предприятий, а также к соответствующим системам и средствам автоматизации, телемеханизации, связи, предназначенным для работы в контуре ОСОДУ, должны соответствовать известным общим техническим требованиям. Вместе с тем необходимо отметить, что их основу составляют принципиальные положения, имеющие общий характер для всех типов объектов транспорта, добычи, подземного хранения, переработки газа.
К таким положениям, в частности, относятся: 1) иерархическая структура построения системы; средства и способы ин формационного взаимодействия; взаимосвязи между уровнями управления; 2) режимы функционирования системы; использование типовых проектных решений, комплексирование вновь создаваемых систем с существующими системами; 3) административные решения, связанные с управлением системой на разных уровнях, защите и сохранении информации, синхронизации различных подсистем реального времени и т.д.
Разработанные общие технические требования применимы не только к газотранспортным предприятиям, но и к предприятиям других подотраслей (добычи, переработки газа).
Отраслевая система оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) является подсистемой отраслевой интегрированной информационно-управляющей системы (ОИИУС). Следовательно, требования к инфраструктуре ОСОДУ, то есть единой ведомственной сети передачи данных (ЕВСПД) и распределенному банку данных, должны рассматриваться в рамках всей ОИИУС, так как они создаются для удовлетворения требований сбора и хранения всей отраслевой информации, в том числе производственно-хозяйственной и финансово-экономической [4].
Надежное и эффективное газоснабжение коммунально-бытовых и промышленных потребителей, электростанций, а также поставку газа на экспорт в страны ближнего и дальнего зарубежья обеспечивает Единая система газоснабжения (ЕСГ) России, которая представляет собой сложный производственно-технологический комплекс и включает в себя объекты добычи, переработки, транспорта и подземного хранения газа.
Основными структурными подразделениями РАО «Газпром» являются 7 региональных дочерних предприятий по добыче и 17 региональных, предприятий по транспортировке газа, которые эксплуатируют определенные участки ЕСГ и имеют между собой технологические границы, оборудованные газоизмерительными станциями (ГИС) [4]. Технологически ЕСГ России тесно свя зана с газопроводами государств - бывших республик СССР, а также с газопроводами Польши, Германии, Болгарии и других стран.
Высшим органом оперативно-диспетчерского управления ЕСГ является Центральное производственно-диспетчерское Управление (ЦПДУ) РАО «Газпром», которое осуществляет свою деятельность через диспетчерские службы (ЦЦС) предприятий, а также через ЦЦС газотранспортных фирм других стран.
Отраслевая система оперативно-диспетчерского управления ЕСГ России, дальнего и ближнего зарубежья предназначена для обеспечения централизованного управления объектами и технологическими процессами добычи, транспорта, хранения и переработки газа [4].
Основные цели создания отраслевой системы оперативно-диспетчерского управления ЕСГ, методы их достижения и решаемые задачи могут быть сформулированы следующим образом:
1. Повышение качества и оперативности принятия решений по управлению ЕСГ, достигаемое за счет: осуществления непрерывного диспетчерского контроля за технологическими процессами газоснабжения; представления технологической информации в реальном масштабе времени диспетчерским службам соответствующего уровня; представления коммерческой информации о показателях количества и качества газа (в реальном масштабе времени) менеджерам соответствующего уровня; дистанционного управления объектами ЕСГ.
Основные цели и задачи создания ОСОДУ
К настоящему времени разработаны общесистемные технические требования к ОСОДУ, в которых сформулированы цели создания системы, методы их достижения и перечень решаемых задач [4,5]. В них определены функции, которые должны выполняться на каждом из иерархических уровней ОСОДУ, а также сформулированы требования к режимам функционирования на уровнях ЦПДУ, НДС предприятия, ДП ЛПУ(КС), КЦ, а к быстродействию и функциям дистанционного управления и регулирования в АСУ ТП транспорта газа, работающих в режиме реального времени [4,5]. Перечисленные выше общесистемные технические требования, по существу, определяют направления развития и совершенствования, как ОСОДУ, так и ИУС предприятий с входящими в них подсистемами оперативно-диспетчерского управления. Они разработаны с учетом накопленного в последние годы опыта внедрения наиболее прогрессивных технических решений по автоматизации управления объектами и предприятиями отрасли, которые в основном реализованы на газотранспортных предприятиях [5].
Таким образом, конкретные требования к создаваемым информационным и информационно-управляющим системам предприятий, а также к соответствующим системам и средствам автоматизации, телемеханизации, связи, предназначенным для работы в контуре ОСОДУ, должны соответствовать известным общим техническим требованиям. Вместе с тем необходимо отметить, что их основу составляют принципиальные положения, имеющие общий характер для всех типов объектов транспорта, добычи, подземного хранения, переработки газа.
К таким положениям, в частности, относятся: 1) иерархическая структура построения системы; средства и способы ин формационного взаимодействия; взаимосвязи между уровнями управления; 2) режимы функционирования системы; использование типовых проектных решений, комплексирование вновь создаваемых систем с существующими системами; 3) административные решения, связанные с управлением системой на разных уровнях, защите и сохранении информации, синхронизации различных подсистем реального времени и т.д.
Разработанные общие технические требования применимы не только к газотранспортным предприятиям, но и к предприятиям других подотраслей (добычи, переработки газа).
Отраслевая система оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) является подсистемой отраслевой интегрированной информационно-управляющей системы (ОИИУС). Следовательно, требования к инфраструктуре ОСОДУ, то есть единой ведомственной сети передачи данных (ЕВСПД) и распределенному банку данных, должны рассматриваться в рамках всей ОИИУС, так как они создаются для удовлетворения требований сбора и хранения всей отраслевой информации, в том числе производственно-хозяйственной и финансово-экономической [4].
Надежное и эффективное газоснабжение коммунально-бытовых и промышленных потребителей, электростанций, а также поставку газа на экспорт в страны ближнего и дальнего зарубежья обеспечивает Единая система газоснабжения (ЕСГ) России, которая представляет собой сложный производственно-технологический комплекс и включает в себя объекты добычи, переработки, транспорта и подземного хранения газа.
Основными структурными подразделениями РАО «Газпром» являются 7 региональных дочерних предприятий по добыче и 17 региональных, предприятий по транспортировке газа, которые эксплуатируют определенные участки ЕСГ и имеют между собой технологические границы, оборудованные газоизмерительными станциями (ГИС) [4]. Технологически ЕСГ России тесно свя зана с газопроводами государств - бывших республик СССР, а также с газопроводами Польши, Германии, Болгарии и других стран.
Высшим органом оперативно-диспетчерского управления ЕСГ является Центральное производственно-диспетчерское Управление (ЦПДУ) РАО «Газпром», которое осуществляет свою деятельность через диспетчерские службы (ЦЦС) предприятий, а также через ЦЦС газотранспортных фирм других стран.
Отраслевая система оперативно-диспетчерского управления ЕСГ России, дальнего и ближнего зарубежья предназначена для обеспечения централизованного управления объектами и технологическими процессами добычи, транспорта, хранения и переработки газа [4].
Основные цели создания отраслевой системы оперативно-диспетчерского управления ЕСГ, методы их достижения и решаемые задачи могут быть сформулированы следующим образом:
1. Повышение качества и оперативности принятия решений по управлению ЕСГ, достигаемое за счет: осуществления непрерывного диспетчерского контроля за технологическими процессами газоснабжения; представления технологической информации в реальном масштабе времени диспетчерским службам соответствующего уровня; представления коммерческой информации о показателях количества и качества газа (в реальном масштабе времени) менеджерам соответствующего уровня; дистанционного управления объектами ЕСГ.
2. Повышения надежности газоснабжения потребителей, достигаемого за счет: оперативного обнаружения и предотвращения аварийных ситуаций; локализации нештатных ситуаций; обнаружения утечек газа в реальном масштабе времени.
3. Повышение оперативности маневрирования потоками и ресурсами ЕСГ, достигаемого за счет: оперативного информационного обеспечения осуществляемыми маневрированиями потоками и ресурсами ЕСГ; оптимизации потоков газа в ЕСГ по основным направлениям технологических коридоров и отдельным магистральным газопроводам; оперативного планирования режимов работы магистральных газопроводов ЕСГ; оперативного управления потоками газа по данным реального времени; моделирования системы газоснабжения в реальном масштабе времени; осуществления непрерывного контроля за реализацией газа, формирование баланса газа по ЕСГ в реальном масштабе времени.
При этом в штатных ситуациях основным критерием оптимизации потоков газа в ЕСГ является получение максимальной прибыли за счет рациональной загрузки основных магистральных газопроводов по удельным технико-экономическим показателям с учетом обеспечения контрактных и договорных условий на поставки газа зарубежным и российским потребителям, а в нештатных и напряженных ситуациях: обеспечение контрактных и договорных условий на 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 [4].
Разработка методики построения модели ИУС ОТГ предприятия
Создание ИУС ОТГ предприятия, осуществляющей передачу, распределение, обработку и анализ больших объемов разнородной информации, получаемой от многочисленных пространственно распределенных источников, связано с необходимостью построения модели такой системы, учитывающей всю совокупность, входящих в ИУС ОТГ подсистем, их внутренние и внешние связи. Модель ИУС ОТГ служит научно-технической и методической базой для технического проектирования и внедрения системы на предприятии. Адекватность указанной модели решаемым задачам и осуществляемым функциям ИУС ОТГ напрямую зависит от того, насколько обоснованно выбрана методика ее построения.
В основу разработки методики построения модели ИУС ОТГ предприятия в данном диссертационном исследовании положена технология структурного анализа и проектирования (Structured Analysis and Design Technique — SADT) [11]. SADT-технология (методология) детально проработана и уже более двадцати лет успешно применяется для построения моделей достаточно широкого класса систем, к которому относится и создаваемая ИУС ОТГ. Напомним, что структурный подход в отличие от объектно-ориентированного, является функционально-ориентированным [12,13]. Данный подход предполагает построение относительно полных аналитических моделей, которые фиксируют все функции и информационные потоки на требуемом уровне независимо от особенностей аппаратного и программного обеспечения, что особенно важно при построении модели ИУС ОТГ предприятия
Структурный подход базируется на последовательной декомпозиции решения задачи сверху вниз. При этом реализуется следующий порядок действий.
1. Дается формулировка задачи в терминах «вход-выход» (это означает, что на вход программы подаются некоторые данные, далее программа их обрабатывает и выдает ответ).
2. Осуществляется последовательное разложение задачи на более простые действия до требуемой степени подробности.
Несомненным достоинством SADT является четкость и определенность наименования и назначения функциональных блоков и дуг с верхнего уровня на нижние, наличие словаря наименований и описаний элементов диаграммы.
Опишем, следуя [14], основные понятия методологии SADT, необходимые для дальнейшего понимания предлагаемой в данной работе модели ИУС ОТГ. Отметим, что графический язык и набор процедур анализа SADT поддерживает программный пакет AllFusion process modeler [14, 108].
Для описания системы используются иерархические диаграммы, содержащие функциональные блоки и интерфейсные дуги.
На первой, контекстной диаграмме - самом верхнем уровне иерархии определяются: - назначение (цель) модели; - позиция, с которой наблюдается система и создается ее модель (точка зрения на модель); - название модели, которое отражает поставленную для моделирования задачу.
Пример простейшего блока SADT—диаграммы Данная информация при построении SADT-модели представляется в виде простейшей компоненты - одного блока и дуг, изображающих интерфейсы с функциями системы (рис. 2.1). Название функции (это какая-либо производственная операция или действие) на диаграмме располагаются внутри прямо угольного блока, который имеет «вход», «выход», «управление» и «механизм». Здесь «вход» - это та исходная информация, которую использует «механизм» (в данном случае разработчик системы), руководствуясь некоторыми «управляющими воздействиями» (например, требованиями, предъявляемыми системой диспетчерского управления ОАО «Газпром»), преобразует «выход», то есть получит результат операции, указанной внутри прямоугольного блока.
Эти блоки представляют основные подфункции (подмодули) единого исходного модуля. Процедура декомпозиции выявляет полный набор подмодулей, каждый из которых представлен как блок, границы которого определены интерфейсными дугами. Каждый из этих подмодулей может быть в свою очередь декомпозирован подобным образом для более детального представления. При этом диаграммы всех уровней декомпозиции имеют четкую нумерацию, что позволяет производить пошаговый анализ создаваемой модели специалистами в данной предметной области. Ниже приводится описание методики построения модели ИУС ОТГ, основанной на S ADT-техно л огии.
На первой контекстной диаграмме - самом верхнем уровне иерархии - определяются: 1) назначение модели; 2) позиция с которой наблюдается система и создается ее модель; 3) название модели, которое отображает поставленную для моделирования задачу. Соответствующая контекстная диаграмма, обозначаемая «А-0» (верхний уровень декомпозиции процедуры построения модели ИУС ОТГ), для рассматриваемого случая представлена нарис. 2.3.
LINK4 Проект создания информационно-управляющей системы объектов транспорта газа предприятия «Тюментранстаз». Автоматизированные рабочие места LINK4
Разработка Проекта создания ИУС предприятия «ТТГ» осуществлялась на основе модели ИУС ОТГ [87], рассмотренной в главе 2.
Проект является комплексным описанием технических разработок и решений, которые будут использоваться при реализации ИУС. В частности, в проекте в соответствии с моделью ИУС ОТГ приводится следующая информация: - структура системы; - функциональное описание системы; - описание информационных потоков; - структура баз данных; - описание пользовательских приложений. Проект состоит из четырёх частей.
Часть 1. Общее описание. Подсистема оперативно-диспетчерского управления. Включает описание системы в целом, а также описание компонентов подсистем оперативно-диспетчерского управления, в частности: - базы данных реального времени; - автоматизированных рабочих мест производственно-диспетчерской службы; - АРМ линейных производственных управлений; - средств подсистем производственных отделов/служб (производственных подсистем (ПП)) предприятия «ТТГ» Часть 2. Подсистема паспортизации технологических объектов. Часть 3. Подсистема отображения информации коллективного пользования на базе видеостены в диспетчерском пункте. Часть 4. Схема организации сети передачи данных предприятия «Тюмен-трансгаз» в части поддержки информационного обмена информационно-управляющей системы.
Материалы по определению задач и разработке структуры ИУС ОТГ, а также по определению состава и объемов информационных потоков, состава средств технического обеспечения и разработке модели данных системы приведены в главе 2. Разработки и основные технические решения по созданию базы данных реального времени и видеоподсистемы представлены соответственно в параграфах 3.3 и 3.4.
В настоящем параграфе изложены результаты разработок по определению функций и основных экранных форм автоматизированных рабочих мест производственно-диспетчерской службы (уровня ЦДЛ и ЛПУ) предприятия [18,85]. Для ЛПУ определены основные функции и экранные формы типовых АРМ. При этом на каждом ЛПУ устанавливаются адаптированные к данному ЛПУ варианты АРМ.
АРМ диспетчера ЛПУ осуществляет сбор технологических данных с информационных систем уровня ЛПУ и их представление на экране, ручной ввод значений параметров, для которых невозможен автоматизированный ввод, передачу данных на ПДС, приём информации и команд с ПДС, отображение состояния объектов подведомственного и смежных с ним ЛПУ, расчет и выдачу отчетной информации.
На главной экранной форме в виде технологической схемы отображается текущее состояние ЛПУ, включая цеха, запорно-регулирующую аппаратуру и газоизмерительные станции, а также состояние соседних ЛПУ.
При выборе цеха на схеме ЛПУ появляется технологическая схема цеха с индикацией состояния газоперекачивающих агрегатов (ГПА), цеховых кранов, основных и дополнительных параметров (внизу в виде таблицы). После выбора ГПА на схеме цеха отображается схема ГПА с индикацией основных параметров и отображением дополнительных параметров (внизу в виде таблицы). Справа на экране отображается меню с пунктами, обозначающими разделы параметров, предназначенных для ручного ввода, а также пункт для составления отчетов. Внизу экрана отображается панель с индикацией текущего времени и состоянием аварийных параметров. Списки параметров, регистрируемых и архивируемых в компьютерах АРМ диспетчера ЛПУ, включают следующие группы параметров: - параметры цеха; - параметры турбоагрегатов; - собственные нужды цеха; - расчёт основных параметров КЦ за сутки; - основные направления расхода газа на собственные нужды; - состояние межцеховых перемычек; - параметры пункта редуцирования газа; - параметры ГРС; - состояние запорной арматуры; - параметры работы ЛЭП; - объем израсходованного газа; - состояние ГПА.
Значения параметров должны храниться в компьютерах АРМ ЛПУ в каталогах приложения в течение 3-х месяцев. По истечении этого времени новые данные будут записываться поверх старых (по принципу кольцевого буфера).
