автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологических процессов диспетчерского управления на предприятиях по добыче и транспортировке газа

1.АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В

ДИСПЕТЧЕРСКИХ ПУНКТАХ АСУТП.

1.1. Анализ нефтегазового комплекса Республики Ирак.

1.2. Анализ газового промысла как объекта управления.

1.3. Анализ проблем и задач интеграции АСУ ТП и построения ИИУС газовых промыслов.

1.4. Организация данных в АСУТП добычей газа.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ ИИУС.

2.1. Анализ информационных потоков ДП АСУТП.

2.2. Анализ методов объектной декомпозиции предметной области.

2.3. Параметрическая и структурная оптимизация ИИУС.

2.4. Объектно-ориентированный подход к проектированию базы данных АСУТП.

3. СИНТЕЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В РАСПРЕДЕЛННЫХ СИСТЕМАХ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ ИИУС

3.1. Исходные данные, постановка и схема решения задачи.

3.2. Оценка интенсивности потоков данных распределенной АСУТП.

3.3. Генерация начальной структуры сети передачи данных.

3.4. Оптимизация структуры сети передачи данных.

4. РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫМИ ПОТОКАМИ ДП АСУТП.

4.1. Описание методов автоматизации проектирования.

4.2. Система сбора, передачи и обработки информации кустов газовых скважин.

4.2.1. Вариант автоматизации КГС на базе контроллеров с малым энергопотреблением и многопараметрических датчиков.

4.2.2. Вариант автоматизации КГС на базе контроллеров с малым энергопотреблением и вычислителей расхода.

4.3. Описание типа автоматизируемого предприятия.

4.4. Методика синтеза структуры БД ДП АСУТП.

4.4.1. Цели и автоматизированные функции.

4.4.2. Характеристика функциональной структуры. Подсистемы АС, функции и задачи, реализуемые в каждой подсистеме.

4.5. Методика объектно-ориентированного описания информационных связей.

Выводы

Выводы

1. При разработке распределенной системы диспетчерского управления ставятся задачи формирования информационных моделей производственных, технологических, иногда хозяйственных процессов в базе данных ДП, с учетом характера основной производственной деятельности автоматизируемого предприятия. Разработана инженерная методика поэтапного проектирования, строительства и реконструкции ИИУС газовых промыслов, которая позволяет оптимально рассчитывать последовательность выполнения модернизации и реконструкции АСУ ТП и ИИУС газового промысла с привязкой к планируемым этапам строительства и реконструкции объекта управления.

2. Разработанные методы, методики, модели и алгоритмы легли в основу проектирования и создания:

1. систем сбора, передачи и обработки информации неэлектрифицированных кустов газовых скважин;

2. систем контроля параметров и режимов работы скважин, кустов скважин и газосборной сети;

3. систем управления подачей и распределением ингибитора гидратообразования.

1. Экспериментальная проверка предложенных методик (и проведение анализа ПрО, по результатам которого была разработана иерархия классов, приведенная в Приложении 1) проведены при создании распределенной системы диспетчерского управления (СДУ) ООО «Волгоградтрансгаз», входящего в структуру ОАО «Газпром» и эксплуатирующего магистральные газопроводы, входящие в единую систему газоснабжения РФ. Указанное обстоятельство позволяет рекомендовать их использование при автоматизации технологических процессов диспетчерского управления на предприятиях по добыче и транспортировке газа в других странах, в том числе, и в Республике Ирак.

2. Разработанные и реализованные в ИИУС ГП методы, математические модели и алгоритмы позволяют повысить:

1. безопасность эксплуатации газовых промыслов за счет более качественного управления, снизить роль «человеческого фактора», зачастую приводящего к опасным ситуациям при управлении сложными распределенными комплексами добычи и подготовки газа (особенно при вахтовом методе работы, который широко практикуется при эксплуатации северных ГП);

2. эффективность работы технологических объектов (установок) и рост экономической выгоды за счет сочетания новых производственных, информационных и управленческих технологий, позволяющих повысить производительность, сократить потери и производственные затраты;

3. обеспечить переход к обслуживанию ограниченным персоналом, что особенно актуально для удаленных регионов Крайнего Севера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен системный анализ предметной области. На примере газодобывающих предприятий выполнен анализ разработки месторождений, особенностей добычи газа в разные периоды обустройства газовых промыслов, технологических процессов и режимов работы оборудования, что позволяет прогнозировать поэтапное расширение и реконструкцию ГП, с целью оптимального проектирования и развития локальных АСУТП и ИИУС ГП, применительно к разным периодам разработки месторождений.

2. Выделен класс объектов управления - газовые промыслы (ГП). Проведено исследование комплексной автоматизации управления ГП и построения ИИУС ГП сложной структуры: скважины - кусты скважин -газосборная сеть - (УППГ) - ДКС - (ДКС) - УКПГ - (ДКС). Выполнен функционально-целевой анализ ГП. Предложены и обоснованы уровни управления газовыми промыслами. Сформулированы основные проблемы, направления и принципы интеграции локальных АСУ ТП отдельных объектов и построения ИИУС ГП сложной структуры.

3. Разработано формализованное описание процессов добычи и подготовки газа, где каждый формальный процесс представляет совокупность взаимосвязанных процессов по предложенной параметрической схеме, что позволяет в рамках единой методики создать аналитико-имитационную модель всего процесса управления газовым промыслом.

4. Разработаны математические модели и алгоритмы моделирования процессов отдельных компонентов газового промысла (скважин, кустов скважин, газосборной сети и др.);

5. Проведена функциональная декомпозиция ИИУС газового промысла на подсистемы, предложена формализованная постановка задачи параметрической оптимизации функциональных подсистем ИИУС в общем виде.

6. Разработаны алгоритмы управления подсистемами газового промысла, проведена практическая реализация ИИУС ГП и экспериментальная проверка разработанных методов и алгоритмов.

7. Разработана инженерная методика поэтапного проектирования, строительства и реконструкции ИИУС газовых промыслов, которая позволяет оптимально рассчитывать последовательность выполнения модернизации и реконструкции АСУ ТП и ИИУС газового промысла с привязкой к планируемым этапам строительства и реконструкции объекта управления.

8. Разработанные методы, методики, модели и алгоритмы легли в основу проектирования и создания: систем сбора, передачи и обработки информации неэлектрифицированных кустов газовых скважин; систем контроля параметров и режимов работы скважин, кустов скважин и газосборной сети; систем управления подачей и распределением ингибитора гидратообразования.

9. Экспериментальная проверка предложенных методик проведены при создании распределенной системы диспетчерского управления (СДУ) в ОАО «АтлантикТрансгазСистема». Указанное обстоятельство позволяет рекомендовать их использование при автоматизации технологических процессов диспетчерского управления на предприятиях по добыче и транспортировке газа в других странах, в том числе, и в Республике Ирак.

10. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в АО «АтлантикТрансгазСистема» при проектировании и производстве систем управления, а также в учебном процессе в МАДИ(ГТУ).

И. Разработанные и реализованные в ИИУС ГП методы, математические модели и алгоритмы позволяют повысить:

• безопасность эксплуатации газовых промыслов за счет более качественного управления, снизить роль «человеческого фактора», зачастую приводящего к опасным ситуациям при управлении сложными распределенными комплексами добычи и подготовки газа (особенно при вахтовом методе работы, который широко практикуется при эксплуатации северных ГП);

• эффективность работы технологических объектов (установок) и рост экономической выгоды за счет сочетания новых производственных, информационных и управленческих технологий, позволяющих повысить производительность, сократить потери и производственные затраты;

• обеспечить переход к обслуживанию ограниченным персоналом, что особенно актуально для республики Ирак.

1. Андреев A.M., Березкин Д.В., Самарев P.C. Внутренняя организация ОСУБД на примере Versant, Poet, ODB-Jupiter // X1.техническая конференция «Корпоративные базы данных», Президиум РАН, 18-20 апреля, 2001.

2. Апостолов A.A., Вербило A.C., Панкратов B.C. Автоматизация диспетчерского управления газотранспортным предприятием — М.: ИРЦ Газпром, 1999.

3. Аткинсон М., Бансилон Ф., ДеВитт Д. и др. Манифист систем объектно-ориентированных баз данных // СУБД, 1995. — №4.

4. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Структуры данных и алгоритмы: Пер. с англ.: Уч. пос. — М.: Вильяме, 2000. — 384 с.

5. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд.: Пер. с англ. — М.: Бином, 1999. — 434 с.

6. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя: Пер. с англ. — М.: ДМК Пресс, 2000. — 432 с.

7. Гома X. UML. Проектирование систем реального времени, распределенных и параллельных приложений: Пер. с англ. — М.: ДМК Пресс, 2002. — 624 с.

8. Горбунов-Посадов М.М. Безболезненное развитие программы // Открытые системы, 1996. — №4. — С. 65-70.

9. Горбунов-Посадов М.М. Расширяемые программы — М.: Полиптих, 1999.336 с.

10. Домарацкий А.Н., Пономарев В.М., Лескин A.A. и др. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов — Л.: Машиностроение, 1986. — 319 с.

11. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем — М.: Наука, 1986. — 296 с.

12. Егошина Т.В. Формализация описания технологических процессов в АСУ

13. Протвино: Препринт ИФВЭ 1987. —т. 1, С.5-7.

14. Зайченко Ю.П., Гонта Ю.В. Структурная оптимизация сетей ЭВМ — Киев: Техника, 1986. — 169 с.

15. Зиндер Е.З. Проектирование баз данных: новые требования, новые подходы // СУБД, 1996. — №3. — С. 10-22.

16. Ивлев В.А., Попова Т.В., Павлов JI.H. Реорганизация АСУ промышленных предприятий // Компьютер Пресс, 1997. — №6. — С.236-244.

17. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы — М.: Изд-во стандартов, 1992. —164 с.

18. Калянов Г.Н. Методы и средства структурного системного анализа и проектирования — М.: Изд-во МГУ, 1996. — 59 с.

19. Капустин Н.М., Коротаев М.Ю., Цехмейструк В.А. САПР технологических процессов — М.: Изд-во ВЗПИ, 1997. — №6.

20. Коберн А. Современные методы описания функциональных требований к системам: Пер. с англ. — М.: Лори, 2002. — 266 с.

21. Козловский А. Объектные СУБД: ситуация смены парадигмы // BYTE-Россия, 2000.—№8, —С. 16-28.

22. Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2000. — 1111 с.

23. Коржов В. Многоуровневые системы клиент-сервер // Сети, 1997. — №6. — С. 72-78.

24. Коуд П., Норт Д., Мейфилд М. Объектные модели: стратегии, шаблоны и приложения: Пер. с англ. — М.: Лори, 2000. — 320 с.

25. Крачтен Ф. Введение в Rational Unified Process: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. —240 с.

26. Кузнецов С.Д. Введение в СУБД. Часть 4 // СУБД, 1995. — №4.

27. Кузнецов С.Д. Об основаниях ненавигационных языков запросов систем объектно-ориентированных баз данных // Труды Рабочего семинара

28. Перспективы развития систем баз данных и информационных систем» — М., Московская секция ACM SIGMOD, ИЛИ РАН, 1993. — С. 44-51.

29. Ларман К. Применение UML и шаблонов проектирования, 2-е издание: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. — 704 с.

30. Левин М.Ш. Комбинаторное проектирование систем // Автоматизация проектирования, 1997. — №4. — С.14-18.

31. Леффингуэл Д., Уидриг Д. Принципы работы с требованиями к программному обеспечению. Унифицированный подход: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. — 448 с.

32. Липаев В.В. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем — М.: Синтег, 1999. — 256 с.

33. Максимов М.Г., Шипилова В.Л., Тимохин С.А. САПР технологических процессов на базе СМ ЭВМ // Приборы и системы управления, 1991.

34. Марка Д.А., Мак-Гоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования SADT: Пер. с англ. — М.: Метатехнология, 1993. — 240 с.

35. Мацяшек Л. Анализ требований и проектирование систем. Разработка информационных систем с использованием UML: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. —432 с.

36. Методология проектирования программных средств фирмы Microsoft // Решения Microsoft, 1999. — №7.

37. Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов — М.: Радио и связь, 1986. — 408 с.

38. Панкратов B.C., Сарданашвили С.А., Николаевская С.А. Развитие АСДУ ГТП на базе современных SCADA-систем М.: ИРЦ Газпром, 2003. - 67 с.

39. Пономарев В.М., Лескин A.A., Смирнов A.B. Модели автоматизированного синтеза оптимальных технологических комплексов гибких производственных систем // Методы и системы автоматизации в задачах науки и производства. — М.: Наука, 1986. — С.36^19.

40. Прим Р. Кратчайшие связывающие сети и некоторые обобщения // Кибернетический сборник. Вып. 2 — М.: Изд-во иностр. лит., 1961. — С.95-107.

41. Сигал И.Х., Иванова А.П. Введение в дискретное программирование: модели и вычислительные алгоритмы. — М.: Физматлит, 2002. — 240 с.

42. Смирнов A.B. Исследование алгоритмической модели технологического синтеза гибких производственных систем//Проблемы интегральной автоматизации производства. — JL: Наука, 1988. — С.73-85.

43. Смирнов A.B., Шереметов Л.Б. Многоагентная технология проектирования сложных систем//Автоматизация проектирования, 1998. — №3. — С.45-48.

44. Советов Б.Я., Рухман Е.Л., Яковлев С.А. Системы передачи информации от терминалов к ЦВМ. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1978. — 240 с.

45. Стоунбрекер М. и др. Системы баз данных третьего поколения: манифест/СУБД, 1995. —№2. —С.137-158.

46. Фаулер М. Рефакторинг: улучшение существующего кода: Пер. с англ. — СПб.: Символ-Плюс, 2003. — 432 с.

47. Фуксман А.Л. Технологические аспекты создания программных систем. — М.: Статистика, 1979. — 184 с.

48. Харрингтон Д. Проектирование объектно-ориентированных баз данных: Эволюция технологий хранения информации: Пер. с англ. — М.: ДМК Пресс, 2001. —269 с.

49. Хачатуров В.Р. Аппроксимационно-комбинаторный метод декомпозиции и композиции систем и ограниченные топологические пространства, решетки, оптимизация // Ж. вычислительной математики и математической физики, 1985. — т.25. — №12. — С. 1777-1794.

50. Шаллоуей А., Тротт Дж. Шаблоны проектирования. Новый подход к объектно-ориентированному анализу и проектированию: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. — 288 с.

51. Шукла Д., Селлз С.Ф.К. АОП: Более эффективная инкапсуляция и повторное использование кода // MSDN Magazine/Русская редакция, 2002. — Спецвыпуск №1.

52. Элджер Дж. С++: библиотека программиста: Пер. с англ. — СПб: Питер, 2000. —320 с.

53. Энсор Д., Стивенсон И. Oracle. Проектирование баз данных: Пер. с англ. — Киев: BHV, 1999. —557 с.

54. Adams, S. MetaMethods: The МУС Paradigm, in HOOPLA: Hooray for Object-Oriented Programming Languages // Object-Oriented Programming for Smalltalk Applications Developers Assosiation, 1986. — Vol. 1, No. 4. — p. 6.

55. Alashqur A.M., Su S.Y.W., Lam H. OQL: A Query Language for Manipulating Object-Oriented Databases // In proc. of 15-th Int. Conf. Very Large Data Bases, 1989. —p. 433-442.

56. Aldawud, O., Elrad, Т., Bader, A. A UML Profile for Aspect-Oriented Modeling // In proc. of Aspect-Oriented Programming Workshop at OOPSLA, 2001.

57. Bachman, C.W. Software for random access processing // Datamation, 1965. — Vol. 11, pp. 36-41.

58. Bass, L., Clements, P., Kazman, R. Software Architecture in Practice. — Reading, MA: Addison-Wesley, 1998.

59. Bogdanov N., Skubaev S. RTAP case studies and experience // In proc. of 10-th RTAP Users' Group Conf., 2001.

60. Booch G. Object Solutions, Managing and Object-Oriented Approach — Addison-Wesley, 1996.

61. Booch, G. Though the Looking Glass // Software Development, 2001. — No. 7.

62. Buschmann, F., Meunier, R., Rohnert, H., Sommerlad, P. Pattern-Oriented Software Architecture: A System of Patterns. — New-York, NY: John Wiley & Sons, 1996.

63. Chen, P. The entity-relationship model toward a unified view of data // ACM Transactions on Database Systems, 1976. — Vol. 1, No. 1.

64. Clarke, S. Composing Design Models: An Extension to the UML // In proc. of International Conference on the UML, 2000. — pp. 338-352.

65. Clarke, S. Extending Standard UML with Model Composition Semantics. //Science of Computer Programming, 2002. — Vol. 44, Issue 1. — pp. 71-100.

66. Clarke, S., Walker, R. Composition Patterns: An Approach to Designing Reusable Aspects // In proc. of ICSE, 2001.

67. Cluet S., Delobel C., Lecluse C., Richard Ph. RELOOP: An Algebra Based Query Language for an Object-Oriented Database System // Data and Knowledge Eng, 1990. — No. 5. — pp. 333-352.

68. Codd, E. F. A relational model for large shared data banks // Communication of the ACM, 1970. — Vol. 13, No. 6. — pp. 377-387.

69. Cook, S., Daniels, J. Designing Object Systems: Object-Oriented Modelling with Syntropy. — Prentice Hall, 1993.

70. D'Souza, D., Wills, A.C. Objects, Components and Frameworks with UML: The Catalysis Approach. —Addison-Wesley, 1998.

71. Fowler, M. Analysis Patterns: Reusable Object Models. — Addison-Wesley, 1996.

72. Fowler, M. Patterns of Enterprise Application Architecture. — Addison-Wesley, 2002.

73. Gamma, E., Helm , R., Johnson, R., Vlissides, J. Design Patterns. Elements of reusable object-oriented software. —Addison-Wesley, 1995.

74. Garvey M.A., Jackson M.S. Introduction to Object-Oriented Databases. // Informational and Software Technologyes, 1989. — Vol. 31, No. 10. — pp. 521-528.

75. Harrison, W., Tarr, P., Ossher, H. A Position On Considerations in UML Design of Aspects //In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

76. Ho, W., Pennaneac'h, F., Jezequel, J., Plouzeau, N. Aspect-Oriented Design with the UML // In proc. of Multi-Dimensional Separation of Concerns Workshop at ICSE, 2000. —pp. 60-64.

77. Jezequel, J., Plouzeau, N., Weis, T., Geihs, K. From Contracts to Aspects in UML Designs // In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

78. Kande, M.M., Kienzle, J., Strohmeier, A. From AOP to UML A Bottom-Up Approach // In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

79. Kiczales, G., Lamping, J., Mendhekar, A., Maeda, C., Lopes, C., Loingtier, J., Irwin, J. Aspect-Oriented Programming // In proc. of ECOOP, 1997. — pp. 220242.

80. Kim W. A Model of Queries for Object-Oriented Databases //In proc. of 15-th Int. Conf. Very Large Data Bases, 1989. — p. 423-432.

81. Levin M. Sh. Hierarchical Morphological Multicriteria Design Of Decomposable Sysems // Journal of Concurrent Engineering: Research and Applications, — 1996. — Vol. 4, No. 2. — pp. 111-118.

82. Meyer, B. Object-Oriented Software Construction. — New-York, NY: Prentice Hall, 1988.

83. OPC Data Access Custom Interface Specification 2.05A, June 28,2002.

84. Ossher, H., Kaplan, M., Katz, A., Harrison, W., Kruskal, V. Specifying Subject-Oriented Composition // Theory and Practice of Object Systems, 1996. — Vol. 2,No.3. —pp. 179-202.

85. Pawlak, R., Duchien, L., Florin, G., Legond-Aubry, F., Seinturier, L., Martelli, L. A UML Notation for Aspect-Oriented Software Design // In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

86. RTAP/Plus Integration. — HP Part No. 72323-92210, Hewlett-Packard (Canada) Ltd., 1995.

87. Senko, M.E., Altman, E.B., Astrahan, M.M., and Fehder, P.L Data structures and accessing in data base systems // IBM Systems Journal, 1973. — Vol. 12, No. 1 — pp. 30-93.

88. Shlaer, S., Mellor, S. Object-Oriented Systems Analysis: Modeling the World in Data —Prentice Hall, 1991.

89. Stein, D., Hanenberg, S., Unland, R. Designing Aspect-Oriented Crosscutting in UML // In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

90. Suzuki, J., Yamamoto, Y. Extending UML with Aspects: Aspect Support in the Design Phase // In proc. of Aspect-Oriented Programming Workshop at ECOOP, 1999.

91. The Object Database Standard: ODMG 3.0. — San Francisco, California: Morgan Kaufmann Publishers Inc., 2000.

92. Wirfs-Brock, R., Wilkerson, B., Wiener, L. Designing object-oriented software. — Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall, 1991.