автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Единая автоматизированная система учета дизельного топлива в ОАО "РЖД"

На правах рукописи

ТИМЧЕНКО Александр Юрьевич

ЕДИНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УЧЕТА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА В ОАО «РЖД»

Специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в науке и промышленности) 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени .кандидата технических тук

2 2 ид? 20-2

Серпухов-2012

005013398

Работа выполнена в Межрегиональном общественном учреждении «Институт инженерной физики» (МОУ «ИИФ»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

БЕЗРОДНЫЙ Борис Федорович

Научный консультант: кандидат технических наук ДЯ Андрей Эльбрусович

Официальные оппоненты: ДАНИЛЮК Сергей Григорьевич

доктор технических наук, профессор

старший научный сотрудник отдела разработки

аппаратно-программных комплексов МОУ «ИИФ»

МАКАРОВ Руслан Ильич

доктор технических наук, профессор профессор кафедры «Информационные системы и информационный менеджмент» Владимирского государственного университета, им. А.Г и Н.Г. Столетовых

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (ОАО «НИИАС»), г. Москва

Защита состоится «4» апреля 2012 г. в 14.30 ч. на заседании диссертационного совета Д 520.033.01 в Межрегиональном общественном учреждении «Институт инженерной физики» (МОУ «ИИФ») по адресу: 142210, г. Серпухов, Б. Ударный пер., д. 1 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Межрегионального общественного учреждения «Институт инженерной физики».

Автореферат разослан «3» марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент

Коровин О.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Анализ потерь топлива в ОАО «РЖД» показывает, что значительная их часть происходит в технологических процессах из-за несовершенства измерительных приборов и системы количественного учета. При этом вместо требуемой величины погрешности измерений в 0,5-0,8% её фактическая величина составляет более 3%, что способствует необоснованному применению предприятиями норм естественной убыли и списанию на издержки недостачи дизельного топлива. Причинами потерь остаются существенное влияние субъективного фактора на этапах получения, использования дизельного топлива, измерения и регистрации контрольных параметров, а также низкий технический уровень средств измерений (высокая погрешность), низкая информативность методик выполнения измерений уровня, температуры, плотности, объема и массы, несоответствие нормативно-технической документации по метрологическому обеспечению и количественному учету современным требованиям - единству и точности результатов измерений.

При этом нарастает противоречие между практической необходимостью автоматизации процесса учета топлива, обеспечивающей возможность эффективного управления его рисками, и невозможностью ее реализации при существующем информационно-методическом обеспечении данного процесса. Поэтому особую актуальность приобретает разработка научно обоснованного подхода к автоматизированному учету топлива в топливно-складском хозяйстве (ТСкХ) ОАО «РЖД», направленного на создание Единой автоматизированной системы учета дизельного топлиза (ЕАСУ ДТ) в ОАО «РЖД».

Существует ряд работ отечественных (С.Н. Наумеико, А.Г. Годнев, Е.И. Зоря, A.M. Несговоров) и зарубежных (Birgit SlTimitzer-Riedle, Helmut Eichelseden, Gregory H. Henderson) ученых, посвященных учету нефтепродуктов и формированию товарного баланса топливных складов (ТСк) железнодорожного транспорта (ЖТ). Однако указанные способы формирования баланса не предполагают автоматизированный учет нефтепродуктов на всех стадиях технологического процесса. Таким образом, существующие в настоящее время методы и средства измерения и контроля поступления и отпуска дизельного топлива, с учетом объемов и условий его потребления в ОАО «РЖД», не позволяют создать ЕАСУ ДТ. В связи с этим, особую актуальность приобретает научное исследование, направленное на разработку научно-методического обеспечения ЕАСУ ДТ.

С учетом результатов анализа состояния решаемой научной задачи целью диссертационного исследования является повышение точности и оперативности мониторинга движения дизельного топлива при реализации его автоматизированного учета в ТСкХ ОАО»РЖД».

Объектом диссертационного исследования является процесс поступления и отпуска дизельного топлива, а также система его контроля и учета в ТСкХ ОАО «РЖД», а предметом - методы контроля массы принимаемого, отпускаемого и хранимого в резервуарах дизельного топлива и способы автоматизации измерений его массы при реализации технологических процессов на ЖТ.

Научная задача - разработка научно-методического обеспечения функционирования и принципов построения ЕАСУ ДТ в ТСкХОАО «РЖД».

Для ее решения необходимо провести исследование по следующим направлениям:

1) разработка методики оценки статистически обоснованного отклонения массы при сведении баланса, дизельного топлива;

2) разработка комплекса методик контроля массы дизельного топлива для его автоматизированного учета;

3) разработка функциональной модели ЕАСУ ДТ и определение требований к ее аппаратному и информационному обеспечению.

Основными результатами диссертационного исследования, выносимыми на защиту, являются:

1. Методика оценки статистически обоснованного отклонения массы при сведении баланса ДТ.

2. Комплекс методик контроля массы дизельного топлива для его автоматизированного учета, включающий 1) методику контроля массы принимаемого ДТ, 2) методику текущего контроля массы ДТ в резервуарах; 3) методику контроля ДТ, отпущенного в бак локомотива; 4) методику оценки остатков ДТ в резервуаре.

3. Функциональная модель ЕАСУ ДТ.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе основывается на корректном анализе состояния и путей решения поставленной научной задачи, обусловленной необходимостью снижения потерь топлива при реализации технологических процессов в ТСкХ ОАО «РЖД»; обоснованностью ограничений и корректной постановкой математической задачи исследования; использованием при ее решении методологических принципов, разработанных в трудах известных ученых в области обеспечения измерений, контроля использования дизельного топлива на предприятиях транспорта; подтверждением научных результатов результатами натурных исследований на объектах ТСкХ ОАО «РЖД» (подтверждается актами внедрения и прилагаемыми к ним результатами независимой экспертизы).

Научная новизна и теоретическая значимость диссертационной работы состоит в том, что в ней получены новые научные результаты:

1) разработанная методика оценки статистически обоснованного отклонения массы при сведении баланса ДТ, в которой учтена специфика функционирования измерительного оборудования при реализации технологического процесса контроля и учета ДТ на тошшвно-складских объектах железнодорожного транспорта. Это позволило уменьшить рассогласование расчетного и измеренного значений массы топлива и создать условия для мониторинга отказов измерительного оборудования и фактов нерегламеитированного использования ДТ;

2) разработанный комплекс методик контроля массы ДТ для его автоматизированного учета позволяет автоматизировать и организовать в режиме реального времени процесс оперативного учета и контроля движения ДТ с момента поступления на склад до расхода на эксплуатацию и технологические нужды;

3) разработанная функциональная модель ЕАСУ ДТ в отличие существующих в настоящее время систем учета дополнительно включает систему автоматического измерения параметров и количества топлива в резервуарах, сопряженную с помощью программно-аппаратных средств с единой системой обработки информации, обеспечивающую оперативный мониторинг ДТ в ТСкХ ОАО «РЖД»,

Практическая значимость диссертационной работы обусловлена тем, что разработанные в ходе проведения исследований модель и методики является научно-методической основой для реализации ЕАСУ ДТ в ТСкХ ОАО «РЖД» и реализованы в виде алгоритмов и программ при разработке алгоритмического и программного обеспечения ЕАСУ ДТ ОАО «РЖД», которая внедрена на ряде объектов ТСкХ ОАО «РЖД». Расчетный годовой экономический эффект от внедрения ЕАСУ ДТ на один склад составляет 8,6 млн. рублей. Проект внедрения ЕАСУ ДТ является экономически эффективным, устойчивым и имеющим минимальный риск. При наиболее вероятном сценарии реализации Проекта внедрения ЕАСУ ДТ обеспечивается ежегодно 32 млн. рублей чистого дохода и 15 млн. рублей чистого дисконтированного дохода при сроке окупаемости 4 года, а с учетом дисконтирования — 5 лет.

Результаты работы прошли апробацию на: НТС кафедры «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь» МИИТ и ПКТБ ЦШ - ОАО «РЖД» (г. Москва) [1, 2]; Международной НТК «Информационные технологии на ЖТ Инфотранс-2001» (г. Москва) [12]; Международной НТК «ОАО «Российские железные дороги» на рынке транспортных услуг: взаимодействие и партнерство» (г. Москва) [16]; Международной НПК «Ресурсосберегающие технологии на ж.д. транспорте» (г. Москва) [11, 13, 15], Международной НПК по безопасности движения поездов (г.Москва) [14].

Результаты диссертационного исследования исчерпывающе освещены в публикациях. По теме диссертации имеются 25 публикаций, из которых 3 публикации в изданиях, входящих в перечень ВАК («Известия Института инженерной физики» [3], «Автоматика, связь, информатика» [4], «Железнодорожный транспорт» [5]); монография и учебное пособие, используемые в учебном процессе МИИТ [1, 2]; 8 свидетельств о государственной регистрации программ и баз данных, а также патент на полезную модель [17 - 25].

Результаты диссертационного исследования реалнзоваим: в виде алгоритмов и прснрамм при разработке алгоритмического и программного обеспечения ЕАСУ ДТ ОАО «РЖД», которая внедрена на ряде объектов ТСкХ ОАО «РЖД».

Основное содержание диссертации

Диссертация имеет объем 156 страниц (23 рисунка, 10 таблиц) и состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений.

Во введении дается анализ состояния предметной области исследований, обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется противоречие, составляющее существо проблемной ситуации, исходя из которого, затем определяется цель исследований и научная задача. Здесь же сформулированы основные научные результаты и приводятся данные, подтверждающие их новизну, достоверность и

практическую значимость, а также сведения об их реализации, апробации и публикациях.

В первом разделе показано, что ЖТ России является одним из крупнейших и стабильных транспортных потребителей энергоресурсов, структура затрат на энергоресурсы для нужд ОАО «РЖД» характеризуется рисунком 1 и составляет более 3 млн. тонн ДТ. Прогноз роста цен на ДТ отражен рисунком 2.

Рисунок 1 - Структура затрат на Рисунок 2 - Прогноз роста цен на ДТ

энергоресурсы для нужд ОАО «РЖД»

В настоящее время в системе ОАО «РЖД» эксплуатируется 351 склад жидкого топлива. При этом большинство складов характеризуется несовершенной технологией контроля наличия ДТ, физическим и моральным износом используемых для этого средств (в среднем 95%). Вся первичная учетная информация о движении нефтепродуктов в ТСкХ формируется вручную. Аналогично осуществляется и большинство технологических операций по проведению измерений. Это создает предпосылки как для ошибок, так и для несанкционированного вмешательства в процесс формирования отчетной информации об обороте нефтепродуктов. Анализ потерь ДТ показывает, что 62% от их объема происходит из-за перерасхода нефтепродуктов сверх установленных норм в технологических процессах, около 30% составляют потери из-за несовершенства измерительных приборов и системы количественного учета. Причинами потерь является низкий технический уровень средств измерений (высокая погрешность), низкая информативность методик выполнения измерений уровня, температуры, плотности, объема и массы, а также несоответствие нормативно-технической документации по метрологическому обеспечению и количественному учету современным требованиям - единству и точности результатов измерений. Метрологические исследования измерений массы с помощью ручных средств показали, что вместо нормативной величины погрешности измерений в соответствии с ГОСТ Р 8.595 - 0,50,8% её фактическая величина при учете в стационарных резервуарах составляет более 3%.

Показано, что для устранения отмеченных выше недостатков необходимо создание ЕАСУ ДТ, которая должка интегрировать в единый комплекс разрозненные программно-аппаратные решения, применяемые для автоматизации контроля поста-

вок, хранения, отпуска и использования дизельного топлива Основным назначением данной системы является оперативный автоматизированный учет и контроль движения дизельного топлива с момента поступления на склад топлива до расхода на эксплуатацию и технологические нужды в структурных подразделениях ОАО «РЖД». Обосновано, что при создании ЕАСУ ДТ должны быть реализованы: 1) единая технология сбора, обработки и анализа движения дизельного топлива, основанная на автоматизированном съеме информации; 2) интеграция локальных устройств измерения в единую систему; 3) двухуровневая архитектура, охватывающая линейный (технические средства измерения и учета) и сетевой уровни (информационно-аналитическая система); 4) интеграция с действующими в настоящее время информационными системами.

В завершении первого раздела была обоснована и сформулирована математическая задача исследования. Ее основными допущениями и ограничениями являются конечность 1) числа объектов п ТСкХ; 2) числа резервуаров ш,- на 1-м складе; 3) числа технологических операций при реализации перемещения топлива из резервуара в резервуар, которая 4) характеризуется некоторой погрешностью; 5) периодичностью контроля количества отпущенного/полученного (хранящегося в резервуаре) топлива 6) замеры плотности которого производятся раз в сутки;

Постановка задачи. Пусть в ТСкХ имеется п объектов, каждый из которых содержит гс^ резервуаров (/=1,...,и). Тогда общее отклонение расчетного и измеренного (реального) количества (массы) дизельного топлива в хозяйстве Л представляет сумму отклонений на каждом из объектов ¿¡, каждое из которых само, в свою очередь, представляет сумму отклонений для всех его резервуаров ¿¡¡-,

п п щ

1=1 1=1

Пусть на /-м резервуаре /-го объекта за отчетный период производится l¡j операций слива-налива в моменты времени ... , Су'. Суммарное отклонение на ;'-м объекте составит:

1а т.1 1ц Щ 1Ч

1=1 к=1 у'=1 к=1 к=1

где Му - расчетное, а М,* - реальное измеренное значения массы топлива в /-м резервуаре ¡-то объекта после проведения к-й операции слива-налива. Измерения массы производятся косвенными методами путем пересчета через значения плотности ру и объема V'* топлива в>м резервуаре 1-го объекта после проведения к-й операции слива-налива, а Уу - расчетное значение этого объема. При этом Уу = У(Уу) + АУ^ и Щ = У^у + где АУу - расчетное значение объема принятого или отпущенного топлива в результате проведения к-й операции слива-налива в_/-м резервуаре 1-го объекта, а А Су - ее продолжительность.

В соответствии с действующими методиками контроля количества отпущенного или полученного, а также хранящегося в резервуаре топлива замеры его плотности производятся не при каждой операции слива-налива, а раз в сутки. Поэтому значение плотности дизельного топлива является одинаковым для всех резервуаров объекта и тем более для всех операций слива-налива в них. На практике, как правило, за такое интегральное значение плотности принимают

р, = трр4 (<£). гч

Тогда для отклонения расчетного и измеренного (реального) количества (массы) дизельного топлива на »-м объекте справедливо соотношение

ж; к]

;=1 к=1

которое, при условии отсутствия замеров плотности дизельного топлива при проведении операций слива-налива, может быть представлено в виде

т1 1ц

= + а)

;=1 к=1

При существующей методике учета, согласно (1), величина отклонения накапливается в течение отчетного периода и по его завершении, как правило, превышает размеры нормированной естественной убыли, что приводит к невозможности отделить потери за счет погрешности измерений и естественной убыли топлива от несанкционированного его отпуска или последствий неисправностей сливо-наливного оборудования и измерительных приборов.

Формулировка задачи. Основной задачей учета ДТ в ТСкХ ОАО «РЖД» является минимизация величины общего отклонения 4 за счет минимизации каждой составляющей

Второй раздел посвящен разработке научно-методического обеспечения ЕАСУ ДТ. Основные положения разработанных методик заключаются в следующем.

Методика оценки статистически обоснованного отклонения массы при сведении баланса дизельного топлива. Для оценки статистически обоснованной величины отклонения Дсо. расчетного значения массы топлива в резервуаре (Мрасч) от измеренного значения (Мюм) был применен метод суммирования погрешностей измерения.

Рассмотрим полученные в результате п последовательных учетных операций (измерений) величины Л, (/ = 1....И), при условии равномерного распределения с центром 0. Введем обозначение в = £?=1 Д¡, будем использовать величину 6 в качестве оценки значения Дс „. Для упрощения построения модели будем рассматривать распределение случайных величин Д, на отнормированном интервале [-+ Функции плотности распределения 8 имеет вид:

в эту сумму следует включать только те слагаемые, в которых основание степени в + ^, А + ^ - 1 и т.д. при данном п неотрицательны. Тогда интегральная функция распределения:

Если учесть, что в соответствии с принципом оценивания погрешностей сверху нас интересуют такие границы ±0 для суммы составляющих, при которых вероятность Р{|6| < в} > 0,95. Поэтому рассмотрим функцию распределения Р„(в) на крайних интервалах [ — §> — §+1]и[Ц~ Уравнение (2) для одного участка:

Композиция распределений симметрична, поэтому рассмотрим одну ее ветвь, отвечающую условию -9 < - в. Для доверительной вероятности а получим условие: „ „ 1 / Пчп 1 - а

из которого можно вычислить 0.

Представим найденные по формуле (3) значения в в следующем виде:

в = к

N

п

2У, (4)

£=1

где 8) - граница интервала, в пределах которого изменяется й1 (-01 < < +0|), к -поправочный коэффициент. В рассматриваемом случае в, = - для всех / = 1,....., п:

Результаты исследования зависимости коэффициента к от доверительной вероятности а и количества выполненных учетных операций п представлены в таблице I.

Таблица 1 - Значение коэффициента к. в зависимости от количества учетных операций и доверительной вероятности

Число слагаемых и Значение коэ( >фициенты к при доверительной вероятности а

0,90 0,95 0,99 0,9973

2 0,97 1,10 1,27 1,34

3 0,96 1,12 1,37 1,50

4 0,96 1,12 1,41 1,58

5 41- -II- 1,42 1,61

6 -II- -II- -II- 1,64

оо 0,95 1,13 1,49 1,73

Значение к для и -» да , было найдено исходя из того, что, как было сказано выше, при этом результирующее распределение можно считать нормальным:

Дисперсия 9 равна:

D(d) = D

Но P[A¡] = ф следовательно:

Я(0) =

Граница доверительного интервала для случайной величины с нормальным

!уп Q2

распределением при среднеквадратичном отклонении с = и 1

ожидании М[8] = 0 равна

[ математическом

в = z„a - г„

Сравнивая данное выражение с выражением (4), получаем: — . Обращаясь к полученной таким образом таблице, нужно отметить как примечательное свойство коэффициента к, что при а < 0,99 он мало зависит от числа слагаемых. С учетом этого в таблице 2 для к приведены усредненные значения.

Таблица 2 - Усредненные значения поправочного коэффициента

а 0,90 0,95 0,98 0,99

к 0,95 1,1 1,3 1,4

Погрешность от применения усредненных значений к, как видно из их сравнения с точными значениями, приведенными в таблице 1, не превышает 10%.

Малое влияние числа слагаемых косвенно означает, что предполагавшееся при вычислениях равенство всех 0,- не является обязательным. Так, если уменьшать одно из слагаемых в,, то в пределе вместо п получим я - 1 слагаемых. Значение же коэффициента к при этом практически не изменится. Если, наоборот, одно из слагаемых будем постепенно увеличивать, то коэффициент к при этом будет уменьшаться.

При очень малом числе слагаемых, т. е. когда п = 2 + 3 , может оказаться, что вычисленное по формуле (4) значение в превышает арифметическую сумму вь что невозможно. Например, вг - 0,2%, 02 = 0,1%, по формуле (4) при а = 0,99 получим в - 1,4л/0,04 + 1,0 « 1,4%. Между тем в1 + вг = 1,2%, т.е. в1+в2< В.

Поскольку всегда должно выполняться условие < в , то при очень ма-

лом числе слагаемых следует сравнить значение в, найденное по формуле (4), с

арифметической суммой слагаемых и в качестве оценки границы результирующем неисключенной систематической погрешности принять то из них, которое меньше. Таким образом, можно записать:

<=1

если к

i=i i=i

и

2л

если/с

(6)

i=l ¡=1

При большом числе слагаемых результирующая погрешность имеет практически нормальное распределение. Оценка дисперсии этого распределения равна сумме дисперсий слагаемых:

<г2 --

(7)

Задавшись доверительной вероятностью а, получим 0 как границу доверительного интервала:

8 = (8) где 2а - квантиль нормированного нормального распределения, отвечающая выбранной доверительной вероятности а.

Применение формулы (6) вместо (4) оправдано при большом числе слагаемых, когда это сопровождается повышением точности получаемого результата. Однако, как следует из приведенной выше оценки погрешности расчетов по формуле (4), точность не может быть повышена более чем на 10% (при а = 0,99). Вместе с тем формула (4) пригодна и для суммирования малого числа слагаемых. Поэтому для практической оценки Дс о соотношение (4) представляется предпочтительным.

Входной контроль массы топлива п железнодорожных цистернах выполняется при поступлении топлива на склад. Для этого используются результаты прямого или косвенного метода измерений, в зависимости от технического оснащения склада топлива. На складах топлива, оборудованных железнодорожными весами, входной контроль осуществляется на основе прямого метода с использованием результатов измерений, выполненных при помощи железнодорожных весов для статического взвешивания вагонов или для взвешивания вагонов в движении. На складах топлива, не оборудованных железнодорожными весами, применяется косвенный метод измерений и входной контроль осуществляется с использованием результатов измерений, выполненных при помощи измерителя ИПН-1 (или его аналогов).

Далее осуществляется контроль массы брутто поступившей цистерны и по результатам взвешивания ЕАСУ ДТ проверяет выполнение соотношения:

| Мбрутто.накл Мбрутго^иэм

I £ МнаклДс.

где: М6рутгоизм - измеренная при помощи весов масса брутто цистерны с ДТ; Меру™ накл~ масса брутто, указанная в накладной; - предел допустимой относительной погрешности измерения при отпуске ДТ в процентах; 5г - предел допустимой относительной погрешности измерения при входном контроле ДТ в процентах.

Если соотношение (9) выполняется, принимается решение о сливе ДТ из цистерны в резервуары склада. Если соотношение не выполняется и M6pyTTtUfa!ÜI > Мбругто „зм, должно проверяться выполнение соотношения

I 5 M6pjrmWlДс. о Jst2 + S22¡ 100 % + Ney (10)

где: Ney - норма естественной убыли в пути следования.

В случае невыполнения соотношения (10) слив топлива в резервуары склада не производится, цистерна отставляется для проведения претензионной работы с поставщиком. Случай, когда соотношение (9) не выполняется и Мбрутго_„а1<л < MSpyTro тк, регулируется условиями договорных отношений с поставщиком.

На складах, сливные позиции которых оборудованы потоковыми массомерамн, для контроля массы нефтепродукта, слитого в резервуары склада используются результаты измерений, выполненных при помощи массомера.

При контроле массы слитого ДТ проверяется соотношение:

|2Мнакл - Мирм| < Ас.о7ПМ„аклг,1т/100 %)*, (11)

где: Ммрм - масса нефтепродукта, слитая из цистерн в резервуары склада по данным массового расходомера; £ Мнакл - суммарная масса нефтепродукта в слитых цистернах по данным транспортных накладных; 6Um= Jsi2 + 622 - предел допустимой относительной погрешности измерения в процентах; 8г - предел допустимой относительной погрешности измерения при отпуске топлива в процентах; 62 - предел допустимой относительной погрешности измерения при сливе топлива в процентах.

Если соотношение (П) не выполнено и Ммрм > £ Миак., то надлежит зарегистрировать величину выявленного расхождения.

Если соотношение (И) не выполнено и Ммрм < ЕМяакл, то ЕАСУ ДТ должна автоматически выполнить проверку соотношения:

|Ммрм -£Мнакл| < Дс. о * V2(MHaM * <W100 %)2 + Е(Мнакл * пеу_пр), (12) где: пеу_„р - норма естественной убыли нефтепродукта при приеме в резервуары.

Если (12) не выполнено, то величина расхождения подлежит регистрации и выполняется контроль полноты слива цистерн. При неполном сливе выполняется слив оставшегося в цистернах ДТ с повторной проверкой выполнения (12).

Если цистерны слиты полностью, а условие (12) не выполнено, инициируется процедура внеплановой инвентаризации, выявляются и устраняются причины возникновения расхождения при сливе ДТ.

Установлено, что основными причинами возникновения расхождений являются: 1) недостаточная точность входного контроля (необходим контроль градуировоч-

ной характеристики цистерны, точности средств измерения при входном контроле); 2) неисправность трубопроводов (необходим ремонт трубопровода); 3) неисправность измерительной установки (необходимы внеплановая поверка и юстировка измерительной установки).

В соответствии с методикой текущего контроля массы топлива в резервуарах, контроль массы отпущенного в бак локомотива топлива выполняется автоматически по факту завершения экипировки секции локомотива.

При этом проверяется соотношение:

IMtpk-МЕС|< Д, (13)

где: МТРК - масса ДТ, отпущенного в бак локомотива по данным топливораздаточных колонок; МЕс - масса ДТ, поступившего в бак локомотива по данным бортовой системы регистрации; Д - предел допускаемой погрешности измерения.

МЕС = МБСК — МБСН , (14)

где: Мбс.н ~ масса ДТ, в баке локомотива, зарегистрированная бортовым устройством на момент начала экипировки; МБС к - масса ДТ, в баке локомотива, зарегистрированная бортовым устройством на момент окончания экипировки;

Де. о * + + («всыкЛг 15)

^ \ 100 / \ 1С0 / \ 100 / v '

где: йтрк - предел допускаемой относительной погрешности измерения массы топлива (согласно документации на ТРК) в процентах; 6БС - предел допускаемой относительной погрешности измерения бортовой системой массы топлива в баке тепловоза в процентах.

Если соотношение (13) не выполнено и Мгек < М6С, обнаруженное расхождение регистрируется с целью выполнения поверки бортовой системы тепловоза и, при необходимости, калибровки. Если соотношение (13) не выполнено и МТРк > МБС, то проверяется соотношение:

Мтрк- МЕС< Д + Меу, (16)

где: Меу = МТРК * пеу отп - нормативная масса потерь топлива при отпуске в бак тепловоза; пеу отл - норма естественной убыли топлива при отпуске в бак тепловоза.

Если соотношение (16) не выполняется, то обнаруженное расхождение регистрируется и инициируется процедура снятия остатков в баке тепловоза.

При контроле массы топлива в резервуарах после завершения приема/отпуска проверяется соотношение:

К„- M^ls Д, (17)

где: Мюн - масса топлива в резервуаре по данным средства измерения массы в резервуарах склада на момент стабилизации уровня после завершения операции; Мрасч -расчетная масса топлива в резервуарах на момент завершения слива; Д - предел допускаемой погрешности измерения при приеме, хранении и отпуске топлива; Мрасч = М

инв + Мпр - м ОТП '

(18)

где: Минв - масса топлива в резервуарах по результатам последней инвентаризации; Мпр - масса топлива, принятого на склад с момента последней инвентаризации; Мотп - масса топлива, отпущенного с момента последней инвентаризации.

Д = Дс.о* ДМ^+ДМ^, (19)

где: Д Мпр- абсолютная погрешность измерения массы топлива при приеме; Д Мотп-абсолютная погрешность измерения массы топлива при отпуске; Д Мост- абсолютная погрешность измерения массы остатка топлива в резервуарах.

ЛМ^яЦ^)2, (20)

где: п - количество цистерн, принятых с момента последней инвентаризации; 61 -предельная допустимая относительная погрешность измерения массы топлива при приемке г-й цистерны в процентах; Мпр 1 - масса топлива, принятого из 1-й цистерны.

= ЕГ^р^;"""')2 , (21)

где: и - количество отпусков топлива с момента последней инвентаризации; ¿¡¡трк -предел допускаемой относительной погрешности измерения массы топлива, измеряемой ТРК, при ;'-м отпуске в процентах; Мотп! - масса топлива при /-м отпуске.

(22)

где п - количество резервуаров с топлива; 64 - предельная допустимая относительная погрешность определения массы топлива в /-м резервуаре в процентах; Мост1 - измеренная масса топлива в /'-м в резервуаре.

Если (17) не выполняется и Мнзм > Мрасч, обнаруженное расхождение регистрируется и проводится внеплановая инвентаризации. Если соотношение (17) не выполняется и Мизм < Мрасч проверяется соотношение:

|МИЗЯ - Мрасч| < Д + Меу, (23)

где: Меу - нормативная масса потерь топлива при приеме, отпуске и хранении;

Мсу = Мпр *пеу_пр + Мет *пеу.отп + ТиМ""з0";-Х?'". (24)

где: пеу_пр - норма естественной убыли топлива при приеме в резервуары склада; пеу.отп ~ норма естественной убыли топлива при отпуске; пеу „р — норма естественной убыли топлива при хранении; к - количество суток, прошедшее с момента последней инвентаризации.

Если соотношение (23) не выполняется, регистрирует обнаруженное расхождение и проводится внеплановая инвентаризация.

При проведении оценки топливных остатков формируется ведомость товарного баланса склада по каждому нефтепродукту.

Если расчетный остаток в поле погрешности измерения фактического остатка

ИЭМ I - Мрасч| < Дс.о*

то результатом инвентаризации принимается расчетный.

Если расчетный остаток за пределами погрешности измерения

|Е<Мизм, -Мрасч|>Дс.о< (26)

то выполняются ручные замеры массы топлива в резервуарах склада.

Если расхождения с расчетным остатком превышают погрешность измерения ручного метода, то проводятся мероприятия по выявлению причин образования излишков / недостачи.

В целях контроля системы измерения массы топлива в резервуарах проводится сравнение результатов ручного замера с фактическим остатком по ведомости товарного баланса. Если расхождение между результатами ручного замера и данными устройства измерения в резервуаре превышает предел допустимой погрешности (неравенство 27) проводятся мероприятия по поверке и калибровке.

| Мручн_изм - М„\ >Лс.о* (27)

где: <5ручнпаи _ предел относительной погрешности ручного метода измерения в процентах; 5рт - предел относительной погрешности измерения массы топлива в резервуаре в процентах.

Если расхождение между результатами ручного замера и фактическим остатком превышает точность системы измерения массы топлива в резервуарах, проводятся мероприятия по поверке и калибровке.

Более высокая, по сравнению с известными, точность вышеизложенных методик достигается применением в автоматическом режиме разработанного алгоритма оптимизации дебаланса, который заключается в следующем.

Перед началом отпуска топлива автоматически оценивается величина расхождения между расчетным и измеренным остатком топлива по данным устройства измерения на резервуаре. Если масса топлива по данным устройства измерения в резервуарах меньше расчетной массы Е, Мизм ( < Мрасч на величину, превышающую погрешность измерения, то по факту завершения отпуска уточняется регистрируемая масса отпущенного топлива. При измерении с помощью плотномера и расходомера регистрируемая масса топлива определяется по формуле:

Мотп = Мтрк + тш(^^,|1:(Мшмг — Мрасч!) • (28)

При этом уточняется регистрируемая плотность отпущенного топлива:

РоТа=РТР,с*(1^1п(^.^Х"МР'"1))- (29)

В регистрируемое значение отпущенного объема уточнение не вносится.

При измерении с помощью потокового массомера регистрируемая масса топлива определяется по формуле:

М™ = М-грк + |Е, мизм, • - Мрасч|). (30)

Если масса топлива по данным устройства измерения в резервуарах больше расчетной массы 1,Мюн1 > Мрает на величину превышающую погрешность измерения, то регистрируемая масса топлива при измерении с помощью плотномера и расходомера определяется по формуле:

М0

Мтрк - пип<*«45=-. |Е(Мизн1 - Мра„1).

(31)

(32)

При этом также уточняется регистрируемая плотность отпущенного топлива: Л . |£|Мна«1

Роти = Ртрк*(1-ш.п^,-—--))■

В регистрируемое значение отпущенного объема уточнение не вносится.

При измерении с помощью потокового массомера регистрируемая масса топлива определяется по формуле:

Мотп = МтрК " Мизм , - Мра„|),

(33)

Далее в разделе обоснована функциональная модель ЕАСУ ДТ, структура которой приведена на рисунке 3. ЕАСУ ДТ содержит: устройство автоматического измерения параметров и количества топлива в резервуарах; автоматизированное рабочее место (снабженное программно-аппаратными средствами, связанными с системой обработки информации). Показано, что ЕАСУ ДТ должна представлять собой комплекс аппаратно-программных средств, в полной мере обеспечивающий процесс оперативного учета и контроля движения и расходования дизельного топлива, как в пределах отдельных складов топлива и локомотивных депо, так и ОАО «РЖД» в целом.

Транспортные средств«

Рисунок 3 - Функциональная модель ЕАСУ ДТ

Третий раздел посвящен разработке аппаратного, программного и информационного обеспечений ЕАСУ ДТ. Определены требования к аппаратному обеспечению ЕАСУ ДТ, в соответствии с которыми в состав ЕАСУ ДТ должны входить: 1) переносные устройства автоматизированного измерения параметров и количества топлива в цистернах; 2) устройства автоматического измерения параметров и количества топлива в резервуарах склада; 3) автоматизированные топливораздаточные колонки высокой производительности, измеряющие количество отпущенного топлива в единицах массы; 4) устройства автоматической идентификации объектов и субъектов заправхи; 5) концентратор ТСк (устройство осуществляющее сбор, обработку и хранение данных с измерительной автоматики); 6) устройство визуализации технологического процесса работы ТСк и состояния измерительного и технологического оборудования; 7) устройства сопряжения измерительных приборов, технологического и периферийного оборудования с концентратором ТСк; 8) средства оповещения о нештатных ситуациях.

Обоснованы требования к информационному обеспечению ЕАСУ ДТ и логическая структура ее подсистем и пользовательских интерфейсов (рисунок 4).

Рисунок 4 - Информационно-логическая структура ЕАСУ ДТ

При этом показано, что концентратор топливного склада (КТС) должен обеспечивать в режиме реального времени выполнение следующих функций: 1) получение и обработка данных с устройств измерения параметров топлива в цистерне: 2) получение и обработка данных с автоматических расходомеров измерения количества топлива перекаченного из цистерны в резервуары склада; 3) получение и обработка данных с устройств измерения параметров топлива в резервуарах склада; 4) получение и обработка данных с устройств идентификации подвижного состава, устройств идентификации зкипироащика и машиниста; 5) управление топливными

колонками склада, получение и обработка данных с колонок об отпуске топлива; 6) хранение информации поступающей с устройств измерения и топливораздаточных колонок; 7) обмен данными с КСБ ДТ через сеть СПД; 8) исполнение программного обеспечения ЕАСУ ДТ.

Особое внимание уделено разработке структуры и состава программного обеспечения ЕАСУ ДТ, основными компонентами которого являются: 1) программные компоненты механизма сбора данных и управления периферийными устройствами;

2) программные компоненты автоматизированных рабочих мест работников склада;

3) программные компоненты информационного взаимодействия внутри информационного пространства ЕАСУ ДТ и с внешними автоматизированными системами линейного уровня. При создании программного обеспечения ЕАСУ ДТ разработаны оригинальные базы данных линейного [25] и корпоративного [24] уровней ЕАСУ ДТ, а также программы: автоматизированного измерения параметров топлива в резервуаре и цистерне [20]; идентификации тягово-подвижного состава [17]; интеграции с то-пливораздаточной колонкой [18]; расчета и анализа топливного баланса ТСк [19].

В четвертом разделе изложены принципы интеграции ЕАСУ ДТ в информационное пространство ОАО «РЖД» и приведены результаты ее практической реализации (рисунок 5).

Рисунок 5 - Интеграция ЕАСУ ДТ в информационное пространство ОАО «РЖД»

Описано применение ЕАСУ ДТ при организации процесса оперативного учета и контроля ДТ в ОАО «РЖД».

Проведена оценка эффективности внедрения ЕАСУ ДТ, которая рассматривалась как экономия затрат на ДТ при сохранении объемов эксплуатационной работы (в натуральном эквиваленте составила 1,48 % от годового топливного оборота). Для определения эффективности использования ЕАСУ ДТ была проведена экспертная оценка по семи критериям, которая показала 0,5 % экономии ДТ, что составляет экономию 162 тонны или 2,9 млн. рублей на склад в год.

Эффект от внедрения ЕАСУ ДТ достигнут в следствии повышения точности учета и достоверности измерений топлива на складах; оперативного выявления и последующего устранения потерь топлива из резервуаров и подземных трубопроводов; сокращения количесгва топливораздаточных колонок, увеличения их производительности; непрерывного отслеживания количества топлива в каждом резервуаре; повышения точности учета топлива с помощью бортовых систем регистрации параметров работы тепловоза.

Представлены результаты анализа рисков внедрения ЕАСУ ДТ на всей сети ОАО «РЖД». С этой целью в расчетах эффективности внедрения ЕАСУ Д'Г была учтена возможность возникновения таких условий, которые приведут к изменению значений эффективности. Оценка была проведена для трех варьируемых факторов: 1) годовой объем отпуска ДТ топливным складом; 2) уровень цен промышленной продукции; 3) уровень строительно-монтажных и пуско-наладочных работ к стоимости оборудования и программного обеспечения. Было получено, что проект внедрения ЕАСУ ДТ устойчив при одновременном ухудшении всех трех варьируемых факторов на 8 - 10 %.

Основные результаты исследования

1. Разработана методика оценки статистически обоснованного отклонения массы при сведении баланса дизельного топлива, практическое применение которой на топливном складе пилотного полшона с ноября 2009 года при штатном функционировании измерительного оборудования отклонение расчетного значения массы топлива от измеренной массы топлива по результатам ежемесячного снятия остатков в резервуарах склада находилось в пределах Ас.„ = в, полученной по формуле (4). Во всех случаях выхода фактического отклонения за пределы Дс 0 при выяснении причин возникновения отклонений были выявлены отказы измерительного оборудования, либо факт несвоевременной регистрации учетной операции в ЕАСУ ДТ. Таким образом, выявленные по результатам инвентаризации на складе отклонения в пределах Дсо могут быть списаны (в случае недостачи) или оприходованы (в случае излишков) без проведения следственных мероприятий и установления виновных лиц, как объективно возникающие статистически обоснованные отклонения.

2. Разработанный комплекс методик контроля массы дизельного топлива для его автоматизированного учета, включающий 1) методику контроля массы принимаемого ДТ, 2) методику текущего контроля массы Д'Г в резервуарах; 3) методику контроля ДТ, отпущенного в бак локомотива; 4) методику оценки остатков ДТ в ре-

зервуаре, обеспечивает меньшую, по сравнению с применявшимися ранее, погрешность за счет осуществления контроля плотиости топлива и проведения пересчета параметров с учетом динамики изменений температуры и влажности и позволяет организовать в режиме реального времени автоматизацию учета и контроля движения дизельного топлива с момента поступления иа склад до расхода на эксплуатацию и технологические нужды. Методики являются научно-методической основой для реализации ЕАСУ ДТ в ТСкХ ОАО «РЖД» и внедрены на объектах ТСкХ ОАО «РЖД». Расчетный годовой экономический эффект от их внедрения на один склад составил 8,6 млн. рублей.

3. Разработанная функциональная модель ЕАСУ ДТ обеспечиваег повышение эффективности учета поступления и отпуска топлива и обеспечение регистрации и контроля параметров технологического процесса работы склада топлива, технологического процесса работы склада в автоматическом режиме и в реальном времени. В соответствии с данной моделью ЕАСУ ДТ обеспечивает в автоматическом режиме: регистрацию поступления нефтепродукта на склад; непрерывный контроль величины отклонения расчетного остатка топлива от измеренного количества; контроль дислокации подвижного состава на территории склада; идентификацию подвижного состава на экипировочной позиции; регистрацию отпуска топлива со склада; формирование учетно-отчетных и аналитических форм; передачу учетных данных по приему, отпуску и наличному запасу топлива в вышестоящие и сопредельные АСУ.

Публикации по теме исследования

Учебные пособия и монографии

1. Автомашзированная система управления локомотивным хозяйством. АСУТ: монография / И.К. Лакин, Ю.В. Смирнов, А.Ю. Тимченко и др. - М.: Отрасл. Центр внедрения новой техники и технологий, 2002. - 514 с. (соиск. - 25%)

2. Тимченко А.Ю., Лакин И.К., Воробьев A.A., Горский A.B., Феоктистов В.П., Смирнов Ю.В. Автоматизированная система управления локомотивным хозяйством (АСУТ). Учебное пособие. -М.: МИИ'Г, 2001. - 42 с. (соиск. - 25%)

В журналах ВАК

3. Тимченко А.Ю., Безродный Б.Ф. Повышение эффективности деятельности тонливно-складского комплекса железнодорожного транспорта // Известия Института инженерной физики. - Серпухов: МОУ «ИИФ». - 2012. - № 1 (23). - 84 с. - С. 20 -23. (соиск. - 65%)

4. Тимченко А.Ю., Кирпичев Д.А., Буйнак В.В., Стеганцев С.М. Корпоративная шина автоматического сбора информации // Автоматика, связь, информатика -2009. - ЛЬ 5. - С. 27 - 28. (соиск. - 45%)

5. Тимченко А.Ю., Кирпичев Д.А., Сгбганцев С.М. Организация единой технологии сбора первичной информации о перевозочном процессе: [ШАСИ] // Железнодорожный транспорт. - 2009. - № 10. - С. 50 - 53. (соиск. - 35%)

В других изданиях

6. Тимченко А.Ю. Информатизация ОАО «РЖД»: анализ возможностей И РЖД-Партнер. - 2005. - № 10. - С. 94 - 96.

7. Тимченко А.Ю., Троицкий A.A. Подходы к созданию единой автоматизированной системы учета дизельного топлива в ОАО «РЖД» // Локомотив-информ. -2008. - № 6. - С. 26 - 28. (соиск. - 60%)

8. Тимченко А.Ю. Репутация надежного партнера - сертификация производства // Локомотив. - 2009. - № 2. - С. 5 - 6.

9. Тимченко А.Ю. О создании единой автоматизированной системы учета дизельного топлива в ОАО «РЖД» //ИнфоТЭК. - 2011. - № 1. - C.16 - 21.

10. Тимченко А.Ю. Единая автоматизированная система учета дизельного топлива // Локомотив. - 2011. - № 2. - С. 33 - 35.

11. Тимченко А.Ю. Методологический подход к созданию модели базы данных автоматизированной системы управления локомотивным хозяйством (Тезисы к докладу) / 4-я научно-техническая конференция по ресурсосберегающим технологиям на ЖДТ. -М., 2001.

12. Тимченко А.Ю. Информационная модель локомотивного хозяйства / Сборник докладов международной конференции «Информационные технологии на железнодорожном транспорте Инфотранс-2001». РГУПС. - 2001. - С. 314-318.

13. Тимченко А.Ю., Лаюга И.К., Феоктистов В.П., Смирнов Ю.В. Справочно-информационная и управляющая система локомотивного хозяйства / 3-я научно-практическая конференция по ресурсосберегающим технологиям на ЖДТ - М.: МИИТ. - 2000. - С. 4 - 46. (соиск. - 30%)

14. Тимченко А.Ю. Многоуровневая информационно-справочная система локомотивного хозяйства на основе Интранет МПС и КИВС // Сб. трудов к III НПК по безопасности движения поездов. М., 2002. - С. И - 30.

15. Тимченко А.Ю. Разработка микропроцессорной системы технической диагностики систем управления локомотивов // Ресурсосберегающие технологии на ж. д. транспорте. Труды второй научно-практической конференции в 2-х книгах. Кн. 1. -2002.-С. 4-26.

16. Тимченко А.Ю. Инновации и новые решения в информатизации на железнодорожном транспорте / Круглый стол «Развитие единой инфокоммуникационной инфраструктуры транспортной системы России: современные подходы» // Сб. докладов III Международной конференции «ОАО «Российские железные дороги» на рынке транспортных услуг: взаимодействие и партнерство» (2-3 ноября 2005 г.), - М., 2005. -С. ПО.

Патенты и свидетельства о государственной регистрации

17. Патент на полезную модель № 91436. Система дистанционной идентификации и контроля технологического процесса топливной заправки железнодорожных транспортных средств, устройство автоматизированного сбора, обработки, учета и контроля идентификационной информации, горловина топливного бака и кран-пистолет тошшвораздаточной колонки. Патентообладатель: ООО «ЦТТ». Авторы: Малышева Н.И., Троицкий A.A., Тимченко А.Ю. РОСПАТЕНТ. 2009 г.

18. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Ks 2009616876. Интеграция с топливораздагочноЯ колонкой. Правообладатель: ЗАО

«Инфоком». Авторы: Тимченко А.Ю., Синицына Е.А., Шатерников А.Н., Грицаев A.A. РОСПАТЕНТ. 2009 г.

19. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009616874. Расчет и анализ топливного баланса топливного склада. Правообладатель: ЗАО «Инфоком». Авторы: Тимченко А.Ю., Синицына Е.А., Шатерников А.Н., Грицаев A.A. РОСПАТЕНТ. 2009 г.

20. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009616686. Автоматизированное измерение параметров топлива в цистерне. Правообладатель: ЗАО «Инфоком». Авторы: Тимченко А.Ю., Синицына Е.А., Шатерников А.Н., Грицаев A.A. РОСПАТЕНТ. 2009 г.

21. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617539. Расчет и анализ корпоративного топливного баланса по объектам топливной инфраструктуры железных дорог. Правообладатель: ЗАО «Инфоком». Авторы: Тимченко А.Ю., Синицына Е.А., Шатерников А.Н., Грицаев A.A. РОСПАТЕНТ. 2010 г.

22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617540. Интеграция с системой автоматизированного учета дизельного топлива на складе топлива (Интеграция с САУ ДТ). Правообладатель: ЗАО «Инфоком». Авторы: Тимченко А.Ю., Синицына Е.А., Шатерников А.Н., Грицаев A.A. РОСПАТЕНТ. 2010 г.

23. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617541. Портал учета и контроля оборота дизельного топлива по объектам топливной инфраструктуры железных дорог. Правообладатель: ЗАО «Инфоком». Авторы: Тимченко А.Ю., Синицына Е.А., Шатерников А.Н., Грицаев A.A. РОСПАТЕНТ. 2010 г.

24. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2011620008. База данных корпоративного уровня единой автоматизированной системы дизельного топлива (База данных корпоративного уровня ЕАСУ ДТ). Правообладатель: ЗАО «Инфоком». Авторы: Тимченко А.Ю., Синицына Е.А., Шатерников А.Н., Грицаев A.A. РОСПАТЕНТ. 2011г.

25. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2011620007. База данных линейного уровня единой автоматизированной системы дизельного топлива (База данных линейного уровня ЕАСУ ДТ). Правообладатель: ЗАО «Инфоком». Авторы: Тимченко А.Ю., Синицына Е.А., Шатерников А.Н., Грицаев A.A. РОСПАТЕНТ. 2011г.

Подписано в печать 1.03.2012 г. Печ.л. 1,25. Зак. 14. Тираж 100 Издательство Военной академии РВСН имени Петра Великого (филиал в г. Серпухове Московской области)

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

61 12-5/2087

Тимченко Александр Юрьевич

ЕДИНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УЧЕТА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА В ОАО «РЖД»

Специальности

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в науке и промышленности)

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и

производствами (в промышленности)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ доктор технических наук, профессор

Безродный Б. Ф.

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ кандидат технических наук

Дя А. Э.

На правах рукописи

Серпухов - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ...............................................................................4

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА НАУЧНОЙ ЗАДАЧИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.................................................................10

1.1 Анализ потерь топливно-складском хозяйстве ОАО «РЖД».......10

1.2 Недостатки существующих систем учета дизельного топлива 15

1.3 Постановка задачи исследования.....................................................19

Выводы.........................................................................................................27

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕАСУ ДТ...........30

2.1 Методика оценки статистически обоснованного отклонения массы при сведении баланса дизельного топлива.........................30

2.2 Комплекс методик контроля массы дизельного топлива для его автоматизированного учета..........................................................35

2.3 Методика оценки остатков дизельного топлива в резервуаре.. 45

2.4 Функциональная модель ЕАСУ ДТ.....................................................54

Выводы.........................................................................................................63

3 РАЗРАБОТКА АППАРАТНОГО, ПРОГРАММНОГО И ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЙ ЕАСУ ДТ.............................65

3.1 Требования к аппаратному обеспечению ЕАСУ ДТ........................65

3.2 Требования к информационному обеспечению ЕАСУ ДТ................74

3.3 Структура и состав программного обеспечения ЕАСУ ДТ..........80

3.4 Принципы и методы диагностики и мониторинга аппаратных и программных средств ЕАСУ ДТ.......................................................86

Выводы.......................................................................................................101

4 РЕАЛИЗАЦИЯ ЕАСУ ДТ.....................................................................105

4.1 Принципы интеграции ЕАСУ ДТ в информационное пространство ОАО «РЖД»........................................................................................Ю5

4.2 Применение ЕАСУ ДТ для организации процесса оперативного

контроля и учета дизельного топлива в ОАО «РЖД».................109

4.3 Анализ эффективности внедрения САУДТ.................................114

4.4 Анализ рисков внедрения ЕАСУДТ.................................................122

Выводы.......................................................................................................127

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...........................................................................129

ЛИТЕРАТУРА ...........................................................................133

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Осуществляя основные для государства объёмы перевозок, железнодорожный транспорт России является одним из крупнейших и стабильных транспортных потребителей энергоресурсов. Ежегодный расход на железнодорожный транспорт составляет более 3 млн. тонн дизельного топлива. Планом Энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года намечено усиление оснащения железных дорог техническими средствами и автоматизированными системами, обеспечивающими наиболее эффективное использование топливно-энергетических ресурсов и действенный контроль их сохранности. Одной из главных целей Энергетической стратегии железнодорожного транспорта на ближайшую и отдалённую перспективу является кардинальное изменение структуры управления энергетическим комплексом отрасли на основе современных автоматизированных информационных технологий, систем учета и мониторинга расходования энергоресурсов, взаимовыгодных систем взаимодействия производителей и потребителей энергоресурсов отрасли.

Сложившиеся на сети железных дорог система выдачи дизельного топлива и порядок учета его расходования имеют ряд недостатков в зонах передачи ответственности (на складах топлива, при экипировке тепловозов, при списании расхода на тягу поездов и нетяговые нужды). Первичная учетная информация о движении нефтепродуктов в топливно-складском хозяйстве формируется вручную. Аналогично осуществляется и большинство технологических операций по проведению измерений. Ручная система проведения измерений и учета нефтепродуктов напрямую зависит от «человеческого фактора» и создает предпосылки, как для ошибок, так и для несанкционированного вмешательства в процесс формирования отчетной информации об обороте нефтепродуктов.

Современный этап структурных преобразований отрасли характеризуется интенсивным повышением требований к измерениям и особенно в топливно-энергетическом комплексе. Исключительно важная роль в этом процессе принадлежит измерениям (учету), которые проводятся при приемке, хранении и отпуске, при передаче прав собственности на многочисленных узлах учета (в том числе складах топлива, топливозаправочных объектах, локомотивах), количества и каче-

ства нефтепродуктов. Измерение является процессом получения объективной информации, отражающей действительный, а не предполагаемый ресурс (потенциал). На информации, получаемой путем измерений, основываются решения органов

управления на всех уровнях.

В настоящее время в системе ОАО «РЖД» эксплуатируется 351 склад жидкого топлива. Наибольшее количество складов топлива характеризуется устаревшей технологией, моральным и физическим износом оборудования (в среднем 95%). Первичная учетная информация о движении нефтепродуктов в топливно-складском хозяйстве формируется вручную. Аналогично осуществляется и большинство технологических операций по проведению измерений. Поэтому наиболее сложной технической и технологической проблемой в отрасли, решение которой крайне необходимо в настоящее время, является автоматизация учета в области хранения и расходования нефтепродуктов, и, прежде всего - дизельного топлива.

Анализ потерь нефтепродуктов показывает, что 62% от объема этих потерь происходит из-за перерасхода нефтепродуктов сверх установленных норм в технологических процессах, около 30% составляют потери из-за несовершенства измерительных приборов и системы количественного учета [41]. Причинами потерь является низкий технический уровень средств измерений (высокая погрешность), низкая информативность методик выполнения измерений уровня, температуры, плотности, объема и массы, а также несоответствие нормативно-технической документации по метрологическому обеспечению и количественному учету современным требованиям - единству и точности результатов измерений.

Высокая погрешность измерений количества дизельного топлива в технологических операциях транспортирования, хранения и заправки обусловлена, прежде всего, наличием дополнительных систематических (при постоянстве значений результатов измерений) и случайных погрешностей (вызванных рядом причин, действия которых неодинаково при каждом измерении и априори не может быть учтено); существом метода измерений (формулой), факторами, не зависящими от качества изготовления или условий применения средств измерения.

Известны методы повышения точности измерения количества топлива, изложенные в работах Кивилиса С.С. [6], Гаузнера С.И. [6], Кудряшова Ж.Ф. [35], Зоря Е.И. [7, 9], Годнева А.Г. [7], Кулакова М.В. [36], Рабиновича Б.Е. [35], Горско-

го А.В. [89], Воробьева А.А. [89], Феоктистова В.П. [89, 90], Шлыкова Г.П. [99], Цейтлина В.Г. [98], Хансуварова К.И. [98], Светозарова В.В. [70, 71]. Практическое применение нашли подходы к обеспечению заданной точности измерения количества дизельного топлива в технологических операциях транспортирования, хранения и заправки, разработанные Лакиным И.К. [89, 90], Смирновым Ю.В. [89, 90], Зоря Е.И. [26], Науменко С.Н. [10], Годневым А.Г. [8, 9, 10, 26, 80].

Однако, реализация отмеченных методов в полном объеме при создании автоматизированной системы учета дизельного топлива в топливно-складском хозяйстве ОАО «РЖД» не представляется возможной в силу специфики системы характеризуемой значительными объемами топлива. Объем резервуарного парка топливных складов составляет 901 тыс. куб. метров. Средний износ резервуаров и технологического оборудования по фактическому сроку полезного использования составляет 94 %. Около 50 % топливных складов являются исключительно малодеятельными: всего 181 топливный склад из 351 (51.6 %) имеет расход дизельного топлива на экипировку более 8 500 кг в сутки (10 тыс. литров). Емкость бака локомотива составляет от 3 400 кг (4 000 литров) до 6 300 (7 300 литров) кг дизельного топлива. Высокая погрешность измерений количества дизельного топлива в технологических операциях транспортирования, хранения и заправки обусловлена, прежде всего, наличием дополнительных систематических (при постоянстве значений результатов измерений) и случайных погрешностей (вызванных рядом причин, действия которых неодинаково при каждом измерении и априори не может быть учтено); существом метода измерений (формулой), факторами, не зависящими от качества изготовления или условий применения средств измерения.

Таким образом, единственным путем решения возникшей проблемы снижения потерь дизельного топлива в ОАО «РЖД» является создание единой автоматизированное системы учета дизельного топлива (ЕАСУ ДТ) в топливно-складском хозяйстве.

Обобщая вышеизложенное следует заключить, что научное исследование, направленное на разработку научно-методического обеспечения ЕАСУ ДТ в топливно-складском хозяйстве ОАО «РЖД», следует признать актуальным.

С учетом изложенного целью диссертационного исследования является повышение точности и оперативности мониторинга движения дизельного

топлива при реализации его автоматизированного учета в топливно-складском хозяйстве ОАО»РЖД».

Научная задача может быть определена как задача разработки научно-методического обеспечения функционирования и принципов построения ЕАСУ ДТ в топливно-складском хозяйстве ОАО «РЖД».

Исходя из вышеизложенного, для решения научной задачи разработки научно-методического обеспечения ЕАСУ ДТ, а также для ее внедрения в ОАО «РЖД» необходимо провести исследование по следующим направлениям:

1) разработка методики оценки статистически обоснованного отклонения массы при сведении баланса дизельного топлива;

2) разработка комплекса методик контроля массы дизельного топлива для его автоматизированного учета;

3) разработка функциональной модели ЕАСУ ДТ и определение требований к ее аппаратному и информационному обеспечению.

Объектом исследования в диссертации является процесс поступления и отпуска дизельного топлива, а также система его контроля и учета в топливно-складском хозяйстве ОАО «РЖД», а предметом - методы контроля массы принимаемого, отпускаемого и хранимого в резервуарах дизельного топлива и способы автоматизации измерений его массы при реализации технологических процессов на железнодорожном транспорте.

Основные результаты исследования, выносимые на защиту:

1. Методика оценки статистически обоснованного отклонения массы при сведении баланса дизельного топлива.

2. Комплекс методик контроля массы дизельного топлива для его автоматизированного учета, включающий 1) методику контроля массы принимаемого дизельного топлива, 2) методику текущего контроля массы дизельного топлива в резервуарах; 3) методику контроля дизельного топлива, отпущенного в бак локомотива; 4) методику оценки остатков дизельного топлива в резервуаре.

3. Функциональная модель ЕАСУ ДТ.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе основывается на корректном анализе состояния и путей решения поставленной научной задачи, обусловленной необходимостью снижения потерь топлива при pea-

лизации технологических процессов в топливно-складском хозяйстве ОАО «РЖД»; обоснованностью ограничений и корректной постановкой математической задачи исследования; использованием при ее решении методологических принципов, разработанных в трудах известных ученых в области обеспечения измерений, контроля использования дизельного топлива на предприятиях транспорта; подтверждением научных результатов результатами натурных исследований на объектах топлив-но-складского хозяйства ОАО «РЖД» (подтверждается актами внедрения и прилагаемыми к ним результатами независимой экспертизы).

Научная новизна и теоретическая значимость диссертационной работы состоит в том, что:

1) в разработанной методике оценки статистически обоснованного отклонения массы при сведении баланса дизельного топлива учтена специфика функционирования измерительного оборудования при реализации технологического процесса контроля и учета дизельного топлива на топливно-складских объектах железнодорожного транспорта, что позволило уменьшить рассогласование расчетного и измеренного значений массы топлива и создать условия для мониторинга отказов измерительного оборудования и фактов нерегламентированного использования дизельного топлива;

2) разработанные методики контроля массы дизельного топлива для его автоматизированного учета, а также оценки топливных остатков позволяют автоматизировать и организовать в режиме реального времени процесс оперативного учета и контроля движения дизельного топлива с момента поступления на склад до расхода на эксплуатацию и технологические нужды;

3) разработанная функциональная модель ЕАСУ ДТ в отличие существующих в настоящее время систем учета дизельного топлива дополнительно включает систему автоматического измерения параметров и количества топлива в резервуарах, сопряженную с помощью программно-аппаратных средств с единой системой обработки информации, обеспечивающую оперативный мониторинг дизельного топлива в топливно-складском хозяйстве ОАО «РЖД».

Практическая значимость диссертационной работы обусловлена тем, что разработанные в ходе проведения исследований модель и методики является научно-методической основой для реализации ЕАСУ ДТ в топливно-

складском хозяйстве ОАО «РЖД». Расчетный годовой экономический эффект от внедрения ЕАСУ ДТ на один склад составляет 8,6 млн. рублей. Проект внедрения ЕАСУ ДТ является экономически эффективным, устойчивым и имеющим минимальный риск. При наиболее вероятном сценарии реализации Проекта внедрения ЕАСУ ДТ обеспечивается ежегодно 32 млн. рублей чистого дохода и 15 млн. рублей чистого дисконтированного дохода при сроке окупаемости 4 года, а с учетом

дисконтирования - 5 лет.

Апробация и публикации по теме работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на НТС кафедры «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь» МИИТ и ПКТБ ЦШ - ОАО «РЖД» (г. Москва) [1, 89]; Международной НТК «Информационные технологии на железнодорожном транспорте Инфотранс-2001» (г. Москва) [84]; Международной НТК «ОАО «Российские железные дороги» на рынке транспортных услуг: взаимодействие и партнерство» (г. Москва) [82]; Международной НПК «Ресурсосберегающие технологии на ж.д. транспорте» (г. Москва) [88], Международной НПК по безопасности движения поездов (г. Москва) [86].

Результаты диссертационного исследования исчерпывающе освещены в публикациях. По теме диссертации имеются 25 публикаций, из которых 3 публикации в изданиях, входящих в перечень ВАК («Известия Института инженерной физики» [93], «Автоматика, связь, информатика» [94], «Железнодорожный транспорт» [95]); монография и учебное пособие, используемые в учебном процессе МИИТ [1, 89]; 8 свидетельств о государственной регистрации программ и баз данных, патент на полезную модель [44, 72 - 79].

Внедрение результатов исследований. Результаты диссертационного исследования реализованы в виде алгоритмов и программ при разработке алгоритмического и программного обеспечения ЕАСУ ДТ ОАО «РЖД», которая внедрена на ряде объектов топливно-складского хозяйства ОАО «РЖД»

Структура работы. Диссертация имеет объем 156 страниц (23 рисунка, 10 таблиц) и состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА НАУЧНОЙ ЗАДАЧИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ потерь топливно-складском хозяйстве ОАО«РЖД»

Основной приоритетной задачей Энергетической стратегии России, поставленной перед потребителями, является энергосбережение топливно-энергетических ресурсов во всех сферах деятельности. Энергосбережение предусматривает реализацию организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов.

Осуществляя основные для государства объёмы перевозок, железнодорожный транспорт России является одним из крупнейших и стабильных транспортных потребителей энергоресурсов. Структура распределения затрат на приобретение энергоресурсов для нужд ОАО «РЖД» изображ�