автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Методы оценки надежности автоматизированных систем управления транспортом газа

Введение

Глава 1. Анализ системы автоматизированного диспетчерского 7 управления (АСДУ) транспортом газа и постановка задачи исследования.

1.1. Цели и задачи автоматизированной системы 8 диспетчерского управления транспортом газа.

1.2. Анализ информационно-программных и аппаратных 15 средств АСДУ (на уровне ЛПУМГ).

1.3. Основные модели и методы оценки надежности.

1.4. Надежность функционирования газотранспортных 30 систем управления; анализ основных тенденций.

1.5. Особенности развития АСДУ и проблема надежности 36 диспетчерского управления транспортом газа.

1.6. Выводы

Глава 2. Оценка надежности автоматизированной системы управления транспортом газа

2.1. Надежность человека, как звена человеко-машинной 44 системы управления.

2.2. Сбор и анализ статистических данных для оценки 50 надежности АСДУ трубопроводным транспортом.

2.3. Оценка надежности АСДУ на основе байесовского 53 подхода.

2.4. Анализ и согласование статистических и динамических 64 характеристик надежности элементов системы диспетчерского управления.

2.5. Алгоритмы решения задач мониторинга системы управления и прогнозирования отказов

2.6. Диалоговый комплекс оценки надежности (ДИКОН)

2.7. Выводы

Глава 3. Исследование характеристик надежности функционирования газотранспортных и газоизмерительных систем

3.1. Оценка надежности системы аварийного останова 88 компрессорного цеха (КЦ).

3.2. Примеры прогнозирования динамических характеристик 99 надежности в диспетчерском управлении транспортом газа на основе системы "ДИКОН"

3.3. Оценка надежности функционирования ГИС

3.4. Выводы

В последние годы в газовой отрасли активно осуществляется автоматизация и информатизация системы управления. Внедрение в практику диспетчерского управления SCADA-систем, средств телемеханики, сетей передачи данных и ряда других систем привело к качественному изменению информационно-программного и аппаратного обеспечения диспетчерских служб. В этих условиях обеспечение надежности отдельных элементов автоматизированной системы диспетчерского управления газоснабжения превратилось из желательного фактора в обязательное требование.

Проблема заключается в необходимости оценки надежности. Для решения этой задачи следует учитывать и надежность технологического оборудования, и надежность измерительных систем, и надежность систем автоматики и телемеханики, и надежность диспетчера как звена человеко-машинной системы управления. Решение этой проблемы практически состоит в создании комплекса методов оценки надежности систем автоматизированного управления транспортом газа.

Актуальность проблемы состоит в получении оценок надежности функционирования автоматизированной системы управления (АСУ) транспортом газа для выявления наиболее уязвимых с точки зрения надежности элементов и в выработки соответствующих рекомендаций для разработки и эксплуатации автоматизированных систем.

Целью диссертационной работы является оценка многокомпонентных и многоуровневых систем управления< обеспечивающих транспорт газа. Достижение этой цели требует решения следующие задачи:

- создание интегрированного показателя оценки надежности АСДУ;

- разработка методов, обеспечивающих динамический контроль надежности АСУ транспортом газа;

- создание соответствующего программного обеспечения.

На основании выполненных в диссертации исследований и разработок были получены следующие научные результаты:

- предложен интегрированный показатель оценки надежности АСДУ, основанный на применении байесовского подхода и учитывающий три уровня рассмотрения (технологическое оборудование, системы автоматики и телемеханики, уровень человеко-машинного управления);

- разработаны методы, реализующие мониторинг надежности системы управления для обеспечения требуемого уровня надежности функционирования АСУ и прогнозирование на основе имитационного моделирования моментов времени отказов элементов системы.

Практическая ценность работы состоит в создании, на основе предложенных методов и интегрированного показателя, программного комплекса (ДИКОН), позволяющего оценить надежность сложных многокомпонентных и многоуровневых систем и предоставить возможность отслеживания во времени надежности элементов системы для планирования и оптимизации моментов замены этих элементов.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения; изложена на 135 страницах, содержит 20 таблиц, 21 рисунков, список литературы из 72 наименований, 2 приложения.

Выводы по третей главе

1. Проведены расчеты по определению надежности системы АО КЦ и представлены необходимые рекомендации.

2. Проведен анализ существующих схем автоматизации на КС и проведены примерные модельные расчеты с помощью программного комплекса ДИКОН по оценке их надежности.

3. Проведен анализ структуры, состава и режимов работы ГИС, показана актуальность оценки надежности функционирования ГИС Болгарии.

4. Проведены модельные расчеты по оценке надежности функционирования конкретной газоизмерительной станции на основе программного комплекса ДИКОН.

Заключение по работе.

1. Показаны актуальность и сложность решения проблемы оценки надежности систем автоматизированного управления транспортом газа.

Актуальность проблемы заключается:

• в необходимости интегрированной оценки надежности диспетчерского управления как единой системы;

• в разработке динамической модели и средств оценки надежности систем автоматики и управления для выявления наиболее слабых по надежности элементов и выработки соответствующих рекомендаций.

Сложность оценки надежности АСДУ транспортом газа состоит в:

• многообразии технологического оборудования, приборов и устройств автоматики, телемеханики, связи и вычислительной техники, обеспечивающих технологический процесс и систему управления им;.

• наличии человека, как звена системы управления.

2. На основе байесовского подхода предложен интегрированный показатель оценки надежности АСДУ транспортом газа, как неоднородной многоуровневой системы, включающей технологическое оборудование, средства телемеханики, автоматического управления и систему человек-машина (диспетчер -ЭВМ и информационно- программное окружение). Разработаны методы динамического контроля надежности и прогнозирования отказов.

3. Учитывая ограниченность статистического материала по отказам и отсутствие данных для расчета условных вероятностей, предложены

127 практические рекомендации по алгоритму оценки интегрированного показателя надежности и разработан соответствующий программный комплекс "ДИКОН".

4. Диалоговый комплекс "ДИКОН" предназначен для мониторинга надежности функционирования фрагментов транспортом газа и позволяет обоснованно планировать сроки замены оборудования. Основу комплекса "ДИКОН" составляют средства построения диаграмм надежности, средства имитационного моделирования, база данных показателей надежности для АСДУ транспортом газа.

5. Комплекс "ДИКОН" был использован для расчета типовых фрагментов системы диспетчерского управления ЛПУ МГ и газоизмерительной станции, что также учитывает специфику ГТС Болгарии.

6. Программный комплекс "ДИКОН" и соответствующие рекомендации по формированию интегрированной оценки надежности АСДУ транспортом газа приняты в эксплуатацию в ОАО "Газавтоматика" и в компании АО "Топэнерджи".

1. Абрамов Г.С., Барычев А.В., Зимин М.И. Практическая расходометрия в промышленности -М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2000. -472с.

2. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Учебное пособие в 3-х книгах. Книга 2. В.А.Котляревский, А.В. Виноградов, С.В. Еремин, В.М. Кожевников, А.А. Костин, А.И.Костин, С.Ю. Ревенко. М., Издательство АСВ / 1996г. 383с.

3. Анкей, Системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA-системы), http://www.ankey.ru, 1999.

4. Анохин А.Н. Острейковский В.А. Атомная станция как эргатическая система. Часть I: Теоретические вопросы. Учебное пособие. Обнинск: ИАТЭ, 1998.-96с.

5. Анохин А.Н. Острейковский В.А. Вопросы эргономики в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 2001г. - 344с.

6. Анохин А.Н. Острейковский В.А. Практические вопросы эргономики в энергетике (на примере атомной станции). Учебное пособие. Обнинск: ИАТЭ, 1999.-208с.

7. Апостолов А.А., Вербило А.С. Панкратов B.C. Автоматизация диспетчерского управления газотранспортным предприятием. Газовая промышленность, серия "Автоматизация, телемеханизация и связь в газовой промышленности ". ИРЦ ОАО "Газпром". М.:1999. -71с.

8. Апостолов А.А., Вербило А.С., Панкратов B.C. Совершенствование диспетчерского управления. Газовая промышленность. № 8, 1999.

9. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность. -М., Наука, 1984.

10. Ю.Безкоровайный М.М., Костогрызов А.И., Львов В.М. Инструментально-моделирующий комплекс для оценки качества функционирования информационных систем "КОК". Руководство системного аналитика.

11. Серия "Потенциал "оборонки" возрождению России" - М.: СИНТЕГ. 2000.-116с.

12. Безопасность резервуаров и трубопроводов. В.А. Котляревский, А.А. Шаталов, Х.М. Ханухов, М., Изд-во "Экономика и информатика". 2000г. 555с.

13. Бессонов А. А. Прогнозирование характеристик надежности автоматических систем. "Энергия". JI. 1971. -152с.

14. З.Бибиков В.В., Мещерин Е.Ф. Системы управления вспомогательным оборудованием компрессорных станций. Нефтегазовые технологии № 2, 1999.

15. Богданофф Дж., Козин Ф. Вероятностные модели накопления повреждений. Пер. с англ. М., Мир, 1989. -344с.

16. Боровков А.А. Теория вероятностей.-М.: Эдиториал УРСС, 1999. -472с.

17. Буков Н.В. Оптимизация человеко-машинных систем на. основе прогнозирования функционального состояния оператора. Автоматика и телемеханика. № 12, 1995.

18. Бусленко Н.П. и др. Метод статистических испытаний (Метод Монте-Карло). Под ред. Ю.А.Шрейдера. Гос.изд. физ,- мат. лит. М.:1962.-330с.

19. Бусленко Н.П., Шрейдер Ю.А. Метод статистических испытаний (Монте-Карло) и его реализация на цифровых вычислительных машинах. М.; Гос. изд. физ.-мат. лит. 1961 - 226с.

20. Гаскаров Д.В., Голинкевич Т.А., Мозгалевский А.В. Прогнозирование технического состояния и надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: " Советское радио". 1974 220с.

21. Гнеденко В.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М., Наука, 1965.

22. Гордюхин А.И., Гордюхин Ю.А. Измерение расхода и количества газа и его учет. Д.: Недра, 1987. - 213с.

23. Григорьев Л.И. Автоматизация процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М: ГАНГ им. И.М.Губкина, 1997.

24. Григорьев Л.И., Гуров И.Ю., Элланский М.М. Методика построения интеллектуальной системы поддержки принятия решений (на примере задач нефтегазовой отрасли). РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. М.; 1999.

25. Григорьев Л.И., Посягин Б.С., Подмарков В.Ю., Сарданашвили С.А. Диспетчерское управление сложными газотранспортными системами. Труды 20-го Мирового Газового Конгресса. Копенгаген, 1997.

26. Григорьев Л.И., Сарданашвили С.А., ДятловВ.А. Компьютеризированная система подготовки диспетчерского персонала в транспорте газа. М., "Нефть и газ". 1996.

27. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике: Учебное пособие для студентов вузов. Изд.5-е стер. М.: Высшая. Школа, 2000. - 400с.

28. Исследование операций: в 2-х томах. Пер.с.англ./ Под. ред. Дж.Моудера, С.Эмалграби . 2-ой том. М.: Мир, 1981. - 677с.

29. Калядин А. Методы повышения надежности систем SCADA, МКА. № 1, 2000, стр. 39-40

30. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном моделировании. Выпуск 1 -М.: Статистика, 1978. -221с.

31. Кязимов К.Г. Справочник газовика: Справочное пособие. 3-е изд. М.: Академия, 2000 - 272с.

32. Липаев В.В. Надежность программных средств. Серия "Информатизация России на пороге XXI века". М.: СИНТЕГ, 1998. -232с.

33. Майоров М.М., Дубровский В.В., Разладов Г.З. Надежность средств и систем автоматизации трубопроводного транспорта. Справочное пособие М.: Недра, 1992. - 160с.

34. Маринов М. Методика оценки динамических характеристик надежности для систем управления и автоматики в нефтегазовой отрасли. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. М.,: ОАО "ВНИИОЭНГ", № 5-6,2001, - с. 5-7.

35. Маринов М., Обзор основных подходов к оценке надежности диспетчерского управления в транспорте газа. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", №4-5,2000.

36. Метакидес Г., Нероуд А. Принципы логики и логическое прокламирование. Пер. С англ. Под ред. к.ф.-м.н. В.А. Захарова и акад. В.А. Садовничего. М.: Изд-во "Факториал", 1998. -288с.

37. Надежность промышленных автоматических систем в условиях эксплуатации.: Потоки отказов и методы их статистической обработки. 2-е изд. -М.: Энергия, 1978. 168с.

38. Надежность систем энергетики и их оборудования: Справочник. В 4 томах. Надежность систем газо- и нефтеснабжения. Т 3. Кн. 1/Под ред. М.Г.Сухарева. М., Недра, 1994. -288с.

39. Нейлор Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями экономических систем. М., Мир, 1975, -500с.

40. Номенклатурный каталог "Средства автоматизации", Концерн Метран, -Челябинск, 1995г.-184с.

41. Орешников Д.И. Диспетчерская станция ЦИТС НГДУ "Лянторнефть. (ПУ "СургутАСУнефть"). Нефтяное хозяйство, 8, 1998- с.68-69.

42. Отраслевая система оперативно диспетчерского управления (ОСОДУ) ЕСГ России. Общесистемные технические требования. Утверждены 1998г. Членом Правления РАО Газпром. В.Г.Подюком.

43. Павленко К.И. Надежность радиоэлектронной аппаратуры при циклическом и непрерывном режимах использования. М.; Советское радио, 1971 -160с.

44. Полляк Ю.Г. Вероятностное моделирование на электронных вычислительных машинах. М.; Изд-во "Советское радио", 1971г. 400с.

45. Посягин B.C., Подмарков В.Ю. Стратегия и тактика диспетчерского управления ЕСГ. Газовая промышленность № 3, 1998.

46. Присняков В.Ф., Приснякова J1.M. Математическое моделирование переработки информации оператором человеко-машинных систем. -М.; Машиностроение, 1990. 248с.

47. Райкин A.JI. Элементы теории надежности для проектирования технических систем. М.; Советское радио, 1967 - 263с.

48. Резуненко В.И. Международные проекты: надежность и гарантия поставок газа на европейский рынок. Газовая промышленность. 8, 1999.

49. Сборник задач по теории надежности. Под ред. A.M. Половко и И.М. Маликова М.: Изд. "Советское радио". 1972 408с.

50. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. 2-е изд., М.: Высшая Школа, 1998. -319с.5 5. Стратегия развития газовой промышленности России М.: Энергоатомиздат, 1997-344с.

51. Сухарев М.Г. Марковские процессы (прикладные аспекты). М.; ГАНГ им.И.М.Губкина, 1994 - 99с.

52. Сухарев М.Г., Карасевич A.M. Технологический расчет и обеспечение надежности газо и нефтепроводов. М.: ГУП Издательство "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2000.- 272с.

53. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р. Резервирование систем магистральных трубопроводов.-М.; Недра. 1987.

54. Тонко Тонков, Теория на вероятностите и математическа статистика-С. Издателска фирма Тонко Тонков, 2000- 134с.

55. Трубицын В.И. Надежность электростанций: Учебник для вузов М.: Энергоатомиздат, 1997.-240с.

56. Трубопроводные системы энергетики: модели, приложения, информационные технологии / Атавин А.А, Карасевич A.M., Сухарев

57. М.Г. и др. М.: ГУП Издательство "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000. - 320с.

58. Ушаков И.У., Вероятностные модели надежности информационно-вычислительных систем. М., Радио и связь, 1991г.

59. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. В 2-х томах. Т.1. и Т.2. Пер. с англ. -М: Мир, 1984. 738 с.

60. Хеерман Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике: М., Наука, 1990г. - 176с.

61. Хоевен, Том ван дер (Голандия), Надежность основанная на планировании газовой системы передачи, Труды 20-го Мирового Газового Конгресса. Копенгаген, 1997.

62. Шаракшанэ А.С. и др. Оценка характеристик сложных автоматизированных систем. М.: Машиностроение, 1993. - 272с.

63. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем,; искусство и наука. -М.: Мир, 1978г.-418с.

64. Шильяк Д.Д. Децентрализованное управление сложными системами. -М., Мир, 1994.-576с.

65. Шкута А.А. Росийский газ в Центральной и Восточной Европе. М.: Издательство "Дело и Сервис", 1999. - 176с.

66. Эксплуатационная надежность магистральных трубопроводов: учебное пособие/ В.И. Зоненко, А.В. Шибнев, Е.И. Яковлев. М.: МИНГ, 1989г. -90с.

67. Элти Дж., Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры. М.: Финансы и статистика, 1987. - 191с.

68. Ястребенецкий М.А., Соляник Б.Л., Надежность промышленных автоматических систем в условиях эксплуатации.: Потоки отказов и методы их статистической обработки. 2-е изд. - М.: Энергия, 1978 -168с.135