автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка алгоритмического обеспечения информационно-измерительной системы обнаружения критических режимов функционирования модульной котельной установки

На правах рукописи

КОТОК Юрий Иванович

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МОДУЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Специальность 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 НОЯ 2012

Тамбов 2012

005055715

005055715

Работа выполнена на кафедре «Конструирование радиоэлектронных и микропроцессорных систем» (КРЭМС) в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»).

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Павлов Владимир Иванович,

доктор технических наук, профессор кафедры КРЭМС ФГБОУ ВПО «ТГТУ»

Кудинов Юрий Иванович,

доктор технических наук, ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», заведующий кафедрой информатики

Дмитриев Олег Сергеевич, доктор технических наук, ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», профессор кафедры «Физика»

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», г. Пенза

Защита диссертации состоится 20 декабря 2012 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.05 в ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», Большой актовый зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», ученому секретарю диссертационного совета З.М. Селивановой.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Автореферат разослан 19 ноября 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

З.М. Селиванова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Увеличение количества модульных котельных установок (МКУ) для различных вариантов теплоснабжения жилых и производственных зданий является устойчивой тенденцией на протяжении последних 20 лет, как за рубежом, так и в России. МКУ оборудуются системой удаленной диспетчеризации, которая обеспечивает вывод всех технологических параметров котельной на удаленный диспетчерский пульт и позволяет удаленно управлять режимами работы котельной. Система автоматики совместно с системой удаленной диспетчеризации, реализованной на базе ПЭВМ, образуют информационно-измерительную и управляющую систему (ИИУС) МКУ.

Частью ИИУС является информационно-измерительная система (ИИС) МКУ, предназначенная для автоматического получения количественной информации непосредственно от элементов МКУ путем процедур измерения и контроля, обработки этой информации и выдачи ее в виде совокупности чисел, выражений, графиков, отражающих состояние МКУ. Информация, полученная на выходе ИИС, используется для выработки решения либо оператором, либо системой автоматического управления.

Воздействие неблагоприятных факторов (высокие давления и температуры рабочей среды, износ, старение элементов и др.) как отдельно, так и в совокупности приводит к возникновению аварий и инцидентов при эксплуатации МКУ. Аварии и инциденты, как правило, происходят внезапно, а их возникновение обусловливает скачкообразный характер изменения соответствующих контролируемых параметров. Для предотвращения возможных аварий и инцидентов в МКУ предусматривается ряд мер, часть из которых, относящаяся к ИИС, заключается в назначении диапазонов изменения контролируемых фазовых координат и их производных. Воздействие неблагоприятных факторов также приводит к появлению постепенных отказов элементов МКУ. Остановка МКУ также может быть вызвана отказом в ИИС. Под отказом в ИИС понимаются возможные скачкообразные или плавные изменения характеристик измерителей, которые вызывают несанкционированные изменения структуры как измерителей, так и ИИС. Состояние, когда возможен выход контролируемого параметра за пределы установленного диапазона в результате постепенного отказа, называется критическим режимом функционирования МКУ.

В настоящее время задача обнаружения постепенных отказов элементов МКУ и измерителей из состава ИИС не имеет удовлетворительного для практики решения.

Своевременное обнаружение постепенных отказов является актуальной практической задачей во многих предметных областях. В теоретическом плане данная практическая задача решается методами анализа временных рядов. А.Н. Колмогоровым была осуществлена строгая постановка, а А.Н. Ширяевым был разработан оригинальный метод определения моментов изменения свойств винеровского случайного процесса. Само изменение свойств случайных процессов было названо «разладкой». При функционировании МКУ и ее ИИС в условиях воздействия совокупности неблагоприятных факторов необ-

ходимо не только инциденты и аварии, но и предпосылки к ним обнаруживать с минимально возможной задержкой. Поэтому обнаружение моментов изменения свойств случайных процессов необходимо осуществлять методами последовательного статистического анализа, при которых интервал наблюдений (длина выборки) заранее не устанавливается.

Для всех последовательных методов обнаружения «разладки» характерно определенное запаздывание, среднее время которого характеризует качество алгоритма. Применяемые при этом методы кумулятивных сумм, скользящего среднего, экспоненциального взвешивания и их многочисленные вариации практически достигли своих потенциальных характеристик. Данные характеристики являются неудовлетворительными при эксплуатации МКУ. Поэтому сокращение времени обнаружения постепенной «разладки» математического ожидания или дисперсии случайного процесса является актуальной научной задачей.

Объект исследования - информационно-измерительная система модульной котельной установки.

Предмет исследования — алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы МКУ.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности информационно-измерительной системы модульной котельной установки за счет сокращения промежутка времени, требуемого для обнаружения критического режима функционирования МКУ, путем совершенствования ее алгоритмического обеспечения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— выявить основные факторы, влияющие на надежность МКУ;

— обосновать применяемый научно-методический аппарат (НМА), осуществить постановку задачи исследования;

— разработать модели процессов в МКУ при обнаружении постепенных негативных изменений фазовых координат;

— выявить признаки, сопутствующие постепенному негативному изменению характеристик фазовых координат МКУ;

— разработать модели индикаторов сопутствующих признаков;

— разработать метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ;

— разработать алгоритмическое обеспечение ИИС МКУ;

— оценить эффективность информационно-измерительной системы МКУ.

Методы исследования: системный анализ; полунатурное, математическое и компьютерное моделирование; теория последовательного анализа; технологии проектирования информационно-измерительных систем.

Научная новизна:

— на основе байесовского подхода разработан метод ускоренного обнаружения начала постепенного негативного изменения характеристик фазовых координат МКУ, базирующийся на совместном использовании измерителей

фазовых координат МКУ и индикаторов сопутствующих признаков, отличающийся оперативно изменяемым порогом обнаружения в зависимости от функции потерь при принятии неправильных решений;

— разработано алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы МКУ, реализующее метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ;

— разработана информационно-измерительная система МКУ, отличающаяся наличием индикаторов сопутствующих признаков и дополнительным алгоритмическим обеспечением, реализующим метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ.

На защиту выносятся:

— метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ;

— алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы МКУ, реализующее метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ;

— информационно-измерительная система МКУ.

Практическая значимость и результаты внедрения. Разработанное алгоритмическое обеспечение позволяет сократить до 40% длительность задержки при обнаружении негативных постепенных изменений фазовых координат, что существенно сокращает затраты на эксплуатацию МКУ. Результаты диссертационной работы приняты к внедрению в ФГБУ «Тамбовмелиоводхоз», ОАО «Модульные котельные», на кафедре КРЭМС ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Апробация результатов исследования. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на 3-й Международной научно-практической конференции «Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В.И. Вернадского» (Тамбов, 2008), IV Международной конференции-выставке (Москва, 2008), Всероссийской научной школе «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники» (Тамбов, 2011), 23-й Всероссийской НТК школы-семинара «Передача, прием, обработка и отображение информации о быстропротекающих процессах» (Сочи, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, трех приложений, изложена на 120 страницах и содержит 12 рисунков, 3 таблицы, список литературы включает 125 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована практическая и научная актуальность темы диссертации, определены объект и предмет исследования, сформулированы цель и задачи работы, раскрыты научная новизна и практическая значимость проводимых исследований.

В первой главе дана характеристика МКУ и проблем их эксплуатации, проведен анализ надежности МКУ на множестве состояний функционирования. Введено понятие «критический режим функционирования» применительно к МКУ. Под критическим режимом функционирования понимается состояние МКУ, в котором хотя бы один из контролируемых параметров находится в «зоне непосредственной близости» от границы допустимого диапазона изменения и с заранее назначенной вероятностью достигнет этой границы. В качестве «зоны непосредственной близости» в диссертации выбрано ±25% диапазона изменения контролируемого параметра соответственно от нижней и верхней границ диапазона.

Конкретизировано понятие «информационно-измерительная система» применительно к МКУ, проведен обзор существующих ИИ С, применяемых в МКУ, и средств их разработки. Проведен анализ инструментальных проблемно-ориентированных средств, используемых при разработке алгоритмического обеспечения ИИС. Сделан вывод о том, что в настоящее время средства разработки ИИС МКУ в составе ИИУС получили удовлетворительное для практики развитие.

В соответствии с системным подходом определен состав ИИС МКУ и приведены модели процессов в ИИС в различных условиях эксплуатации. Показано, что при построении моделей процессов в ИИС в различных условиях эксплуатации МКУ могут быть использованы программы для создания всережимных математических моделей теплоэнергетических объектов, например программа Boiler Designer российской компании «OptSim-K».

Приведены и проанализированы модели измерений в ИИС МКУ. Показана целесообразность описания функционирования измерителя как технического устройства в соответствии с режимами: нормальной работы; аномальных измерений при наличии отказов; неинформативных измерений. В качестве основных проанализированы модели: неравноточных измерений; случайных пропаданий сигнала; ложных измерений. Показано, что аномальные измерения, заключающиеся в скачкообразном изменении параметров измерителя или его выходного сигнала и производных, превышающих ограничения, могут быть обнаружены с помощью данных измерителей. Однако постепенные изменения внутренних характеристик измерителей из-за износа, агрессивного влияния окружающей среды, скрытых внутренних дефектов или развития процессов по ложным траекториям в критических режимах функционирования МКУ с помощью измерителей, как правило, не обнаруживаются.

Проведен анализ методов обнаружения отказов при функционировании МКУ. Обоснован применяемый научно-методический аппарат, ядром которого является последовательный анализ Вальда. Показан вклад зарубежных (А. Вальд, Е. Пейдж, Д. Хинкли и др.) и отечественных (А.Н. Колмогоров, А.Н. Ширяев, Ю.Г. Сосулин, A.A. Мальцев, И.В. Никифоров и др.) ученых в развитие методов обнаружения постепенных изменений свойств случайных процессов - «разладки». Для всех последовательных методов обнаружения «разладки» характерно определенное запаздывание, среднее время которого характеризует качество алгоритма. Сделан вывод о том, что существующие методы обнаружения «разладки» практически достигли своих потенциальных

характеристик, причем эти характеристики являются неудовлетворительными с точки зрения эксплуатации МКУ.

В завершение главы осуществлена постановка общей научной и частных задач исследования. Сущность научной задачи, решаемой в диссертации, заключается в разработке метода ускоренного обнаружения начала постепенного изменения вероятностных характеристик фазовых координат МКУ, соответствующего алгоритмического обеспечения и структурной схемы ИИС.

Вторая глава посвящена разработке метода ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ и соответствующего алгоритмического обеспечения ИИС МКУ. Разработаны модели процессов в МКУ при обнаружении изменений фазовых координат. Для идентификации состояния МКУ с учетом возможных изменений вероятностных характеристик (в данном случае - математического ожидания) фазовых координат модель состояния представлена в виде

V* =АНУН +ВМ14_„ (1)

где У - вектор фазовых координат МКУ; и - вектор управлений; 4 - вектор случайных возмущений; А, В, Б - известные матрицы; к - текущий момент

времени; - смещения в векторе фазовых координат МКУ, вызванные

воздействием одного или совокупности неблагоприятных факторов.

Модель измерений в ИИС представлена в виде

^к=Ск(цк,ук)Ук+^к+гпЛ,к = КК, (2)

где Z - вектор выходных сигналов измерителей; С - матрица дискриминационных характеристик; ц, у - характеристики состояния измерителей; N - вектор шумов измерений; Ъп - смещения, вызванные аномалиями в измерениях; к, К- текущий и конечный моменты измерений.

Выделение смещений к_х и Хпк в виде отдельных компонент позволяет определить характерные особенности в изменении вектора фазовых координат МКУ, возникающие при наступлении постепенной «разладки». Знание закона изменения фазовых координат позволяет не только повысить вероятность правильной идентификации постепенной «разладки», но и выдвинуть предположение относительно характера дефекта.

В качестве дополнительного источника информации о начале постепенной «разладки» в диссертации были использованы так называемые индикаторы сопутствующих признаков. В качестве индикаторов сопутствующих признаков могут выступать как штатные измерители МКУ, так и специально разработанные устройства по типу манометров, термометров, показателей уровня жидкости, регистраторов напряжения в металлоконструкциях, электрических и магнитных приборов и пр. Очевидно, что регистрация признака долж-

на предшествовать началу постепенного изменения фазовой координаты в такой степени, чтобы индикатор мог считаться безынерционным.

Независимо от типа индикатора его функционирование можно описать условной вероятностью перехода из гк в гк+! состояние

Т1{гм,к + рк,Рг,гк,к), (3)

где 3 - индикаторная функция, соответствующая у'-й фазовой координате; Рг - регистрируемый признак, Рг = 0,1 ; гк , гк+ , - выходные сигналы индикатора в к-й и (к+ 1)-й моменты соответственно, гк,гк+1 = 0,1. Детализация (3):

Рик)Р(Рг=Х)Р(гм\гк)\

> при г, +1 = гк Рик)Р(Рг=ЩР{гк+1\гк)\

(4)

РШР(РГ =1)Р(5*+,К)1

^ при гк+1 Ф гк

Р(Л)Р(Рг=0)Р(5*+1к)(

и(гм,к + рк,Рг,гк,к) =

где Р(/к), Р(РГ) — вероятности наличия индикаторной функции и регистрируемого признака соответственно; Р(гк+ гк), Р(Зк ь | - условные вероятности изменения выходного сигнала индикатора сопутствующего признака.

Сущность метода ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ заключается в следующем. При наблюдении последовательности Ък могут иметь место две ситуации: <2 = 0 и <2 = 1, причем событие {6=1} означает «разладку» последовательности, которая происходит в случайный момент времени к, 1 < к < оо, с вероятностью Р < 1. «Разладка» заключается в постепенном изменении математического ожидания последовательности. Задана априорная вероятность наличия «разладки» Рк_ ,(£> =1) = Ри ь и условные плотности распределений вероятностей наблюденийр„(7,к) = р(Хк|£> =0), Р\(Тк) = р(7.к\<2 = 1, X = Хо) при отсутствии «разладки» и ее возникновении в момент Хо соответственно.

Отличительная особенность разрабатываемого метода заключается в том, что информация от индикатора сопутствующего признака используется для управления величиной порога, с которьм сравнивается апостериорная вероятность «разладки», вычисляемая на основании выходного сигнала измерителя.

Оптимальное байесовское последовательное правило обнаружения «разладки» последовательности Ък, минимизирующее средний риск гк(ик) = = ик, X, к~)\, может быть найдено на основе минимизации апостериор-

ного риска Як(2к, ик_,) = Кк(7.к) выбором;'е 0, 1:

ик> , ик ], м м[як , ик , ик ]

икеиз "к^п

где и, и ип - области решений, связанные с завершением и продолжением измерений соответственно.

Индикаторы сопутствующих признаков используются для изменения соотношения потерь от правильности принимаемых решений:

ик, к) =

ёоу(к) при 2 = 0,к<К, 81;(к) + С(к-Х) при 2-1 ,к<К, 80]-(К) при <2 = 0, к = К, §у(К) при £> = 1,к=К,

(6)

где К - момент изменения выходного сигнала любого из индикаторов сопутствующих признаков. Потери от принятия решений изменяются таким образом, чтобы понизить порог сравнения для решающей статистики:

8оо(к) « < 8ю(к)', ,(к) + С(к - X) « дт(к) < gw(к);

(7)

С помощью формулы полного математического ожидания, а также функции потерь (6) и ее свойств (7) можно определить, что

1^10(к)Р\,к +Яоо(£) при = 0, {8тШ\-Р11) + 8оо(к) при ик =

(8)

где Рик — Р{<2 = 1|7(.) - апостериорная вероятность «разладки». Решение с!к(£к) = ик е и„ при котором данная статистика принимает наименьшее значение, имеет вид

<4(2,) =

у = 0 при ё10(к)Рик <8т(к)(1-РКк), У = 1 При ЯюСОДд

(9)

Оптимальное правило обнаружения постепенной «разладки» может быть представлено в виде

ип при кА( < 1к, ] = Опри Ш = 1к\ Рик < с3, у' = 1при Ш = (к; Р1К>съ,

(10)

где значение порога с3 в момент прекращения наблюдений определяется как

С, =£1о(*)/к>(*)+ &»(*)]. (11)

Апостериорная вероятность Рик «разладки» последовательности Zk на к-м шаге определяется на основании формулы Байеса

к = Гк, Ъ(к = 1) = Ри, (12)

где Ак = plik{zk\zk_x)lрол{хк\1к^).

Если индикатор сопутствующего признака безынерционный, то можно считать, что в момент К изменения сигнала на выходе индикатора «разладка» происходит с вероятностью P{Q = 1) = 1, и произвести усечение правила обнаружения. Апостериорную вероятность «разладки» необходимо сравнивать с новым значением порога

при этом правило обнаружения «разладки» будет иметь вид

Гу=0 приР,д <с к, dk = { (14)

[7=1 при Phk >с%к.

Таким образом, ключевыми моментами разрабатываемого метода (2 — 14) являются: вычисление апостериорной вероятности «разладки» (12) на основе последовательно поступающих измерений; определение на основании функции потерь (6) порога (11), с которым сравнивается апостериорная вероятность «разладки» при отсутствии сигналов индикаторов сопутствующих признаков; усечение правила обнаружения по сигналу любого индикатора сопутствующего признака, использование при этом нового порога сравнения (13), вычисляемого на основании (7).

Модернизированный метод обнаружения постепенной «разладки» фазовых координат МКУ позволяет сократить задержку в обнаружении за счет использования дополнительной информации от индикатора сопутствующего признака. Величина задержки зависит как от назначаемых в соответствии с предполагаемой тяжестью потерь от неправильных решений, так и от статической характеристики индикатора. Необходимо отметить, что наличие сопутствующего признака в контролируемых данных не обязательно приводит к «разладке» фазовых координат и, наоборот, «разладка» может произойти и при незарегистрированном признаке. Определенный выигрыш следует ожидать при использовании нескольких индикаторов, располагаемых в различных местах МКУ, для обнаружения одного признака.

Для повышения эффективности функционирования МКУ в состав алгоритмического обеспечения ИИС целесообразно ввести алгоритм обнаружения «разладки». Источниками информации при этом являются выходные сигналы измерителей контролируемых параметров и индикаторов сопутствующих признаков, входящих в состав ИИС. Алгоритм обнаружения «разладки» в МКУ показан на рис. 1.

Начало

/Назначение измерителя. Выбор обнаружителей СП. Задание исходных данных:

Pu;po{Z);pi(Z);K\ goo; got; gn; gio; goi(K); gw(K)

На рисунке 2 показана разработанная схема ИИС МКУ, в состав источников информации которой дополнительно введены индикаторы сопутствующих признаков. В состав алгоритмического обеспечения информационно-вычислительного комплекса (ИВК) ИИС дополнительно введен разработанный алгоритм обнаружения постепенной «разладки» фазовых координат МКУ.

Рис. 2. Схема разработанной ИИС МКУ

При реализации алгоритма обнаружения «разладки» в МКУ измерители ИИС должны быть исправны. В диссертации разработан алгоритм контроля

технического состояния ИИС МКУ. На рисунке 3 показан граф возможных переходов между состояниями ИИС.

Первое - полностью исправное состояние ИИС: выходной сигнал измерителя находится в диапазоне допустимых значений измеряемой фазовой координаты; отношение сигнал/шум = 10. Во втором состоянии: выходной сигнал измерителя находится в диапазоне допустимых значений измеряемой фазовой координаты; отношение сигнал/шум = 2. В третьем состоянии: выходной сигнал измерителя находится вне диапазона допустимых значений измеряемой фазовой координаты; отношение сигнал/шум » 10. В четвертом присутствует только шум измерителя. Алгоритм расчета вероятности и-го состояния ИИС МКУ имеет вид

Рис. 3. Граф возможных переходов между состояниями ИИС

Г

РІп) =

з(п)

(х)ехр{- 0,5А/Я("

¿/^Мехр^оз^Чг)}

Р(п)+А/

п,1= 1 п*1

п*1

(15)

к-1

;=1

12

Л»)

где Р(п) - прогнозируемое на один шаг счета значение вероятности и-го состояния ИИС, вычисляемое на основании апостериорной вероятности и-го

состояния на предыдущем (к - 1)-м шаге и априорной информации о л/(/") -интенсивностях переходов между состояниями; У- "^ — тестовое значение г-го контролируемого параметра в и-м состоянии системы; а,- — дисперсия шума /-го измерителя; Д/ = 1к - 4_ ,. Вывод о текущем состоянии системы делается по критерию максимума апостериорной вероятности

щ =аг§шах[Д(")], п = 1~4, к = \^К. (16)

N

Очевидно, что применение метода обнаружения «разладки» в разработанном варианте правомерно при пк-1.

При функционировании МКУ осуществляется накапливание информации об интенсивностях переходов между состояниями ИИС, а также о характерных для каждой МКУ особенностях смещений gм к_х в векторе фазовых

координат МКУ (1) и Znkь измерениях (2), вызванных аномалиями.

Определение законов распределений и Хпк осуществляется по

известным процедурам и отображается в модуле имитационного моделирования функционирования МКУ. Схема информационно-вычислительного комплекса в составе ИИС МКУ показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема ИВК в составе ИИС МКУ

В третьей главе представлены результаты исследования эффективности ИИС с разработанным алгоритмическим обеспечением. Исследование заключалось в: а) определении технического состояния ИИС; б) определении способности ИИС к обнаружению критических режимов функционирования МКУ.

При исследовании были использованы: исходные данные, полученные при эксплуатации МКУ, расположенных в Тамбовской области; известные теоретические положения последовательного анализа. Исследования проводились методом математического моделирования.

Основной характеристикой алгоритма последовательного анализа является среднее число шагов к до вынесения окончательного решения о нали-

чии или отсутствии изменения свойств измерений типа (2). При наличии «разладки» средняя длительность последовательного анализа меньше, чем при ее отсутствии. Для сокращения длительности введена процедура усечения с принятием решения по превышению фиксированного порога с3. При этом вероятность Рошу принятия ошибочных решений будет

Рошу = Рош (к <к^) + Рош(с3)[1 -рвт(к < к2)], (17)

где Рош(к < к3) - вероятность принятия ошибочного решения при анализе до усечения; Аг3 — момент усечения; Рош(с3) - вероятность принятия ошибочного решения при сравнении решающей статистики с порогом.

Задачами моделирования являются: определение длительности (количества измерений) серии измерений контролируемых параметров в штатном режиме функционирования МКУ с целью обнаружения возможной «разладки» фазовых координат; исследование алгоритма контроля технического состояния ИИС; определение длительности задержки в вынесении решения о «разладке» после момента ее фактического начала.

Определение длительности серии измерений осуществлялось путем анализа известных графиков (рис. 5) совместно с зависимостью (17). Это позволило в первом приближении определить к, удовлетворительное для МКУ с эксплуатационной точки зрения. Так, для МКУ, удаленных от места расположения обслуживающего персонала не более 10 км, для обеспечения вероятности правильного обнаружения «разладки» Ра = 0,9 при уровне ложного обнаружения Рл 0 = 10~3 рекомендуемая длительность серии измерений к = 12 при интервале между измерениями Д/и =120 с. При тех же параметрах для МКУ, удаленных от 10 до 50 км, длительность серии измерений к =26, а для МКУ, удаленных от 50 до 100 км, - к = 40.

/с Л,о=Ю"9

_\____-

о СП

о О)

о />л.о=Ю-3

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Р0

Рис. 5. Зависимость средней длительности последовательного анализа от вероятности правильного обнаружения Р0 для различных значений вероятности ложного обнаружения Рл о

Исследование алгоритма контроля технического состояния ИИС проводилось путем моделирования случайных переходов между четырьмя состояниями в соответствии с графом на рис. 3. Моделировался алгоритм (15), (16).

12

Оценивалась задержка в принятии решения о смене состояния в зависимости от интенсивности шума измерителя; интенсивностей отказов.

Длительность задержки т принятия решения о смене состояний в зависимости от интенсивности шума измерителя показана на рис. 6. Априорная интенсивность переходов ИИС в состояния с большим номером совпадала с фактической интенсивностью, определяемой по результатам эксплуатации МКУ и задаваемой ключом смены состояний: v"'" = Уф""', где - фактическая интенсивность смены состояний ИИС. Изменение интенсивности шума измерителя моделировалось как изменение отношения сигнал/шум в диапазоне 2 < Z/а <10.

Рис. 6. Длительность задержки принятия решения о смене ситуации состояния ИИС в зависимости от интенсивности шума измерителя

Длительность задержки Т принятия решения о смене ситуации в зависимости от априорной информации об интенсивностях отказов показана на рис. 7. Отношение сигнал/шум г/о = 10.

В процессе исследования было рассмотрено два случая. В первом случае априорно оцениваемые интенсивности переходов У<1п>, входящие в (15), соответствовали фактическим Уф17"'. Время, затрачиваемое алгоритмом на принятие правильного решения, было х = 0,1 с. При описанных выше условиях алгоритм (15) по своим динамическим характеристикам близок к ключевой схеме, что полностью подтверждает его работоспособность.

Во втором случае использовалась ложная априорная информация о переходах из 1-й в 4-ю ситуацию. На рисунке 7 показана зависимость х для всех состояний (помечены цифрами) от с1А, где с14 = У(м>/Уф(м> - отношение априорно оцениваемой интенсивности перехода в 4-ю ситуацию V174' к фактической интенсивности уф(/4).

Таким образом, даже при относительно небольших отношениях сигнал/шум Х/о = 2 - 4 и некотором несоответствии (не более чем на порядок) априорных и фактических интенсивностей отказов измерителей ИИС МКУ алгоритм (15) позволяет в реальном для МКУ времени оценить пригодность ИИС для обнаружения постепенных «разладок» фазовых координат.

т,с

ш о"

4-1

о

° о 0,1 1,0 а

Рис. 7. Длительность задержки принятия решения о смене состояния ИИС в зависимости от априорной информации об интенсивностях отказов

Определение длительности задержки Дт в вынесении решения о «разладке» после момента ее фактического начала осуществлялось путем исследования алгоритма обнаружения постепенной «разладки» в МКУ (см. рис. 1). Величина Дт зависит как от степени нарастания (крутизны) апостериорной вероятности Рх< к «разладки» последовательности Ък, так и от значений уровней порогов «с» и «с3» существующей и разработанной процедур обнаружения «разладки» (рис. 8).

Рк

с

Съ

0,5

Рис. 8. Обобщенная зависимость апостериорной вероятности «разладки» от времени в пределах одной серии измерений

Исследования показали, что для длительных к = 40 серий измерений Дт = 600... 1800 с, для коротких к = Юсерий Дт= 120...180 с.

Полученные результаты показывают, что применение разработанного метода сокращает задержку в обнаружения «разладки» в некоторых случаях до 40% по сравнению с существующими процедурами последовательного анализа и существенно превосходит по данному показателю применяемый в настоящее время в МКУ допусковый контроль.

В заключении приведены основные выводы по работе, результаты решения научной задачи и достижение основной цели работы.

В приложениях размещены: акты внедрения; скриншоты с диспетчерского экрана системы мониторинга состояний МКУ; листинги компьютерных программ математического моделирования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Анализ показал, что причинами остановок, инцидентов, аварий при функционировании МКУ могут быть как внешние факторы, так и нарушения внутреннего технического состояния элементов МКУ. Предпосылками к возникновению инцидентов и аварий в МКУ являются внезапные и постепенные отказы оборудования МКУ, сбои и отказы ИИС МКУ, аномальные измерения.

2. Скачкообразные изменения контролируемых параметров являются быстро обнаруживаемыми. Существенным резервом повышения надежности МКУ является своевременное обнаружение постепенных негативных изменений контролируемых параметров, когда они находятся в пределах допустимого диапазона.

3. Наиболее развитым научно-методическим аппаратом применительно к обнаружению аномальных измерений («разладки») является теория последовательных решений. Для всех последовательных методов обнаружения «разладки» характерно определенное запаздывание, среднее время которого характеризует качество алгоритма обнаружения. Существующие методы не обеспечивают требуемых при эксплуатации МКУ значений задержек при обнаружении «разладок».

4. В настоящее время остается нерешенной задача своевременного обнаружения потенциально опасных постепенных изменений контролируемых параметров при нахождении хотя бы одной фазовой координаты МКУ в критической зоне.

5. Для сокращения времени, затрачиваемого на обнаружение «разладки» фазовых координат МКУ, целесообразно использовать дополнительную информацию от индикаторов сопутствующих «разладке» признаков.

6. Разработаны метод и реализующий его алгоритм обнаружения постепенной «разладки» фазовых координат МКУ, которые позволяют сократить задержку в обнаружении за счет использования дополнительной информации от индикатора сопутствующего признака. Использование информации от индикатора приводит к сокращению задержки в определении «разладки» из-за снижения уровня порога.

7. В существующую структурную схему ИИС МКУ для реализации метода ускоренного обнаружения «разладки» необходимо дополнительно ввести индикаторы сопутствующих признаков, а ИВК дополнить алгоритмами обнаружения «разладки» и контроля состояния ИИС.

8. Результаты моделирования подтвердили реализуемость и эффективность разработанных алгоритмов. Сокращение длительности задержки в обнаружении «разладки» в фазовых координатах МКУ в некоторых случаях достигает 40% по сравнению с существующими процедурами последовательного анализа, что существенно снижает затраты при эксплуатации МКУ.

В результате выполнения диссертационной работы решена задача повышения эффективности ИИС МКУ за счет уменьшения задержки в обнаружении начала негативного постепенного изменения фазовых координат МКУ путем разработки метода и реализующего его алгоритма последовательного анализа временных рядов с использованием дополнительной информации от индикатора сопутствующего признака.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

1. Коток, Ю.И. Способы автоматического слежения за одним параметром объекта управления / Ю.И. Коток // Антенны. Научно-технический и теоретический журнал. - М.: Радиотехника, 2010. - № 11. - С. 50 - 52.

2. Коток, Ю.И. Способы автоматического слежения за несколькими параметрами объекта управления / Ю.И. Коток // Антенны. Научно-технический и теоретический журнал. - М. : Радиотехника, 2010. - № 11. - С. 53 - 56.

3. Павлов, В.И. Модели процессов в информационно-измерительной системе модульной котельной установки / В.И. Павлов, Ю.И. Коток // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2011. Спецвыпуск. - С. 58 - 62.

Статьи и материалы конференций

4. Коток, Ю.И. Управление автоматизированными модульными котельными / Ю.И. Коток // Информационные системы и процессы : сб. науч. тр. / под ред. проф. В.М. Тютюнника. - Тамбов; М.; СПб.; Баку; Вена : Изд-во «Нобелистика», 2007. - Вып. 6. - С. 54 - 56.

5. Муромцев, Д.Ю. Программные модули экспертной системы синтеза энергосберегающего управления для промышленных контроллеров / Д.Ю. Муромцев, В.А. Погонин, Ю.И. Коток // Промышленные контроллеры 2008: от А до Я : тез. докл. IV Междунар. конференции-выставки. - М., 2008. -С. 32-33.

6. Особенности применения когнитивной графики в микропроцессорных системах энергосберегающего управления / Д.Ю. Муромцев, Н.Г. Чер-нышов, Ю.И. Коток, В.В. Аксенов // 3-я Междунар. науч.-практ. конф. «Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В.И. Вернадского», 25-26 сентября 2008 г. - Тамбов : Изд-во ТАМБОВПРИНТ, 2008. - С. 415-416.

7. Коток, Ю.И. Модели процессов в информационно-измерительной системе модульной котельной установки / Ю.И. Коток // Тез. докл. Всерос. науч. шк., 7-8 июля 2011 г. - Тамбов : Изд-во: Першина Р.В. - С. 203 - 205.

8. Коток, Ю.И. Модель состояния модульной котельной установки // Тез. докл. Всерос. науч. шк., 7-8 июля 2011 г. - Тамбов: Изд-во: Першина Р.В. -С. 201 -203.

9. Коток, Ю.И. Информационно-измерительная система модульной котельной установки / Ю.И. Коток // Тез. докл. Всерос. науч. шк., 7-8 июля 2011 г. - Тамбов : Изд-во: Першина Р.В. - С. 199 - 201.

10. Коток, Ю.И. Обнаружение скачков фазовых координат объектов по информации от измерителя и индикатора / Ю.И. Коток // Передача, прием, обработка и отображение информации о быстропротекающих процессах : сб. ст. 23-й Всерос. НТК школы-семинара. - Сочи, 2012 г. - С. 256 - 259.

Подписано в печать 15.11.2012. Формат 60x84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 576

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННО

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МОДУЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

1.1. Характеристика модульных котельных установок.

1.2. Надежность модульных котельных установок на множестве состояний функционирования.

1.3. Обзор существующих информационно-измерительных систем, применяемых в модульных котельных, и средств их разработки.

1.4. Модели процессов в информационно-измерительной системе в различных условиях эксплуатации модульной котельной установки.

1.5. Модели измерений в информационно-измерительной системе модульной котельной установки.

1.6. Анализ критических режимов функционирования модульных котельных установок.

1.7. Анализ методов обнаружения отказов при функционировании модульных котельных. Обоснование применяемого научно-методического аппарата.

1.8. Выводы по главе. Постановка общей научной и частных задач исследования.

Глава 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МОДУЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

2.1. Модели процессов в модульной котельной установке при обнаружении изменений фазовых координат.

2.2. Обнаружение изменений характеристик фазовых координат модульной котельной установки.

2.3. Модели индикаторов признаков, сопутствующих изменению характеристик фазовых координат МКУ.

2.4. Метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ.

2.5. Алгоритм обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ.

2.6. Алгоритм контроля технического состояния ИИС МКУ.

2.7. Разработка структурной схемы ИИС МКУ.

2.8. Выводы по второй главе.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДУЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С РАЗРАБОТАННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ.

3.1. Анализ алгоритмов последовательного обнаружения.

Задачи моделирования.

3.2. Исследование алгоритма контроля технического состояния ИИС.

3.3. Исследование способности ИИС к обнаружению предпосылок к инцидентам и авариям в МКУ.

3.4. Выводы по третьей главе.

Увеличение количества модульных котельных установок (МКУ) для различных вариантов теплоснабжения потребителей является устойчивой тенденцией на протяжении последних 20 лет, как за рубежом, так и в России. МКУ является сложной технической системой, управляемой дистанционно. В систему управления МКУ входит информационно-измерительная система (ИИС), предназначенная для автоматического получения количественной информации непосредственно от элементов МКУ путем процедур измерения и контроля, обработки этой информации и выдачи ее в виде совокупности чисел, высказываний, графиков, отражающих состояние МКУ.

Воздействие неблагоприятных факторов (высокие давления и температуры рабочей среды, износ, старение элементов и др.) как отдельно, так и в совокупности приводит к возникновению аварий и инцидентов при эксплуатации МКУ. Наиболее сложными для обнаружения являются постепенные отказы элементов. В настоящее время задача обнаружения постепенных отказов элементов МКУ и измерителей из состава ИИС не имеет удовлетворительного для практики решения.

При функционировании МКУ и ее ИИС в условиях воздействия совокупности неблагоприятных факторов необходимо не только инциденты и аварии, но и предпосылки к ним обнаруживать с минимально возможной задержкой.

Объект исследования - информационно-измерительная система модульной котельной установки.

Предмет исследования - алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы МКУ.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности информационно-измерительной системы модульной котельной установки за счет сокращения промежутка времени, требуемого для обнаружения критического режима функционирования МКУ, путем совершенствования ее алгоритмического обеспечения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выявить основные факторы, влияющие на надежность МКУ;

- обосновать применяемый научно-методический аппарат (НМА), осуществить постановку задачи исследования;

- разработать модели процессов в МКУ при обнаружении постепенных негативных изменений фазовых координат;

- выявить признаки, сопутствующие постепенному негативному изменению характеристик фазовых координат МКУ;

- разработать модели индикаторов сопутствующих признаков;

- разработать метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ;

- разработать алгоритмическое обеспечение ИИС МКУ;

- оценить эффективность информационно-измерительной системы МКУ.

Методы исследования: системный анализ; полунатурное, математическое и компьютерное моделирование; теория последовательного анализа; технологии проектирования информационно-измерительных систем.

Научная новизна:

- на основе байесовского подхода разработан метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ, базирующийся на совместном использовании измерителей фазовых координат МКУ и индикаторов сопутствующих признаков, отличающийся оперативно изменяемым порогом обнаружения;

- разработано алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы МКУ, реализующее метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ;

- разработана информационно-измерительная система МКУ, отличающаяся наличием индикаторов сопутствующих признаков и дополнительным алгоритмическим обеспечением, реализующим метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ.

На защиту выносятся:

- метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ;

- алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы МКУ, реализующее метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ;

- информационно-измерительная система МКУ. 5

Практическая значимость и результаты внедрения. Разработанное алгоритмическое обеспечение позволяет сократить до 40% длительность задержки при обнаружении негативных постепенных изменений фазовых координат, что существенно сокращает затраты на эксплуатацию МКУ. Результаты диссертационной работы приняты к внедрению в ФГБУ «Тамбовмелиоводхоз», ОАО «Модульные котельные», на кафёдрё"КРЭМС ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Апробация результатов исследования. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на 3-й Международной научно-практической конференции «Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В.И. Вернадского» (Тамбов, 2008), IV Международной конференции-выставке (Москва, 2008), Всероссийской научной школе «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники» (Тамбов, 2011), 23-й Всероссийской НТК школы-семинара «Передача, прием, обработка и отображение информации о быстропроте-кающих процессах» (Сочи, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, двух приложений.

3.4. Выводы по третьей главе

1. Исследование эффективности разработанной ИИС МКУ должно включать в себя: обоснование длительности серии измерений при обнаружении «разладки»; определение технического состояния ИИС; определение длительности задержки в обнаружении «разладки» по отношению к моменту ее фактического возникновения.

2. Произвольный выбор длительности серии измерений недопустим, так как при укороченной или удлиненной серии из-за случайного момента начала постепенного изменения характеристик фазовых координат часть информации при формировании решающей статистики всегда будет теряться.

3. Для МКУ, удаленных от места расположения обслуживающего персонала не более 10 км, рекомендуемая длительность серии измерений к = 12 при интервале между измерениями А?и =120 с; для МКУ, удаленных от 10 до 50 км, длительность серии измерений к = 26, а для МКУ, удаленных от 50 до 100 км, - к = 40.

4. Для своевременного обнаружения постепенной «разладки» диапазон значений сигнал/шум должен быть 2 / о < 10, а несоответствие априорных данных об исправности измерителей не должно превышать одного порядка.

5. Применение разработанного метода сокращает задержку в обнаружении «разладки» в некоторых случаях до 40% по сравнению с существующими процедурами последовательного анализа и существенно превосходит по данному показателю применяемый в настоящее время в МКУ «допусковый» контроль.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эффективность эксплуатации МКУ как сложной технической системы зависит от большого количества факторов. Одним из существенных факторов, влияющих на эффективность, является своевременное обнаружение постепенных отказов. Сокращение промежутка времени между началом постепенного отказа и моментом его обнаружения будет актуальной задачей для большого количества типов технических систем.

В процессе работы над диссертацией получены новые научные результаты и выводы, которые можно обобщить в следующем виде:

1. На основе байесовского подхода разработан метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ, базирующийся на совместном использовании измерителей фазовых координат МКУ и индикаторов сопутствующих признаков, отличающийся оперативно изменяемым порогом обнаружения.

2. Разработано алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной системы МКУ, реализующее метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ.

3. Разработана информационно-измерительная система МКУ, отличающаяся наличием индикаторов сопутствующих признаков и дополнительным алгоритмическим обеспечением, реализующим метод ускоренного обнаружения начала постепенного изменения характеристик фазовых координат МКУ.

4. Причинами сбоев, остановок, инцидентов, аварий при функционировании МКУ могут быть как внешние факторы, так и нарушения внутреннего технического состояния МКУ. Предпосылками к возникновению инцидентов и аварий в МКУ являются отказы оборудования МКУ, сбои и отказы ИИС МКУ, аномальные измерения.

5. Существенным резервом повышения надежности МКУ является своевременное обнаружение постепенных изменений контролируемых параметров, когда они находятся в пределах допустимого диапазона.

6. Для обеспечения «информационной надежности» ИИС по выявлению критических ситуаций в МКУ важным является знание динамики изменения фазовых координат МКУ в переходных режимах.

7. При контроле состояния и управлении МКУ в качестве первичных датчиков целесообразно использовать линейные измерители, которые должны быть безынерционными по отношению к протекающим в МКУ процессам.

8. Постепенные изменения внутренних характеристик измерителей из-за износа, агрессивного влияния окружающей среды, скрытых внутренних дефектов или развития процессов по ложным траекториям в критических режимах функционирования МКУ с помощью измерителей, как правило, не обнаруживаются.

9. Наиболее развитым научно-методическим аппаратом применительно к обнаружению аномальных измерений («разладки») является теория последовательных решений.

10. В моделях, описывающих динамику изменения фазовых координат МКУ, а также производимые измерения, необходимо учитывать возможные постепенные изменения, не соответствующие штатному режиму функционирования.

11. При применении существующей и широко используемой последовательной процедуры обнаружения «разладки» при воздействии таких неблагоприятных факторов, как износ оборудования или старение материалов, время, затрачиваемое на принятие правильного решения о «разладке» при заданной вероятности ложной тревоги, не может считаться удовлетворительным.

12. Для сокращения времени, затрачиваемого на обнаружение «разладки» фазовых координат МКУ, целесообразно использовать дополнительную информацию от индикаторов сопутствующих «разладке» признаков.

13. Определенный выигрыш следует ожидать при использовании нескольких индикаторов, располагаемых в различных местах МКУ, для обнаружения одного сопутствующего «разладке» признака.

14. Для повышения надежности и эффективности функционирования МКУ в состав алгоритмического обеспечения ИИС целесообразно ввести алгоритм обнаружения начала потенциально опасного постепенного изменения характеристик фазовых координат («разладки»). Источниками информации при этом являются выходные сигналы измерителей контролируемых параметров и индикаторов сопутствующих признаков, входящих в состав ИИС.

15. В связи с тем, что о начале «разладки» можно судить только по данным ИИС, важным при эксплуатации является знание того, в каком техническом состоянии находится ИИС, каков ее остаточный ресурс, а также прогнозирование ее состояния, а именно - прогнозирование возможных отказов.

16. В существующую структурную схему ИИС МКУ для реализации метода ускоренного обнаружения «разладки» необходимо дополнительно ввести индикаторы сопутствующих признаков, а ИВК дополнить алгоритмами обнаружения «разладки» и контроля состояния ИИС.

17. Исследование эффективности разработанной ИИС МКУ должно включать в себя: обоснование длительности серии измерений при обнаружении «разладки»; определение технического состояния ИИС; определение длительности задержки в обнаружении «разладки» по отношению к моменту ее фактического возникновения.

18. Для МКУ, удаленных от места расположения обслуживающего персонала не более 10 км, рекомендуемая длительность серии измерений к = 12 при интервале между измерениями А?и =120 с; для МКУ, удаленных от 10 до 50 км, длительность серии измерений к = 26, а для МКУ, удаленных от 50 до 100 км, - к = 40.

19. Применение разработанного метода сокращает задержку в обнаружении «разладки» в некоторых случаях до 40% по сравнению с существующими процедурами последовательного анализа и существенно превосходит по данному показателю применяемый в настоящее время в МКУ «допусковый» контроль.

Основная цель диссертационной работы, указанная во введении, достигнута. Решена задача повышения эффективности ИИС МКУ за счет уменьшения задержки в обнаружении начала негативного постепенного изменения фазовых координат МКУ путем разработки метода и реализующего его алгоритма последовательного анализа временных рядов с использованием дополнительной информации от индикатора сопутствующего признака.

Дальнейшие исследования целесообразно направить на поиск и повышение достоверности признаков, сопутствующих возникновению негативных постепенных изменений характеристик случайных процессов, происходящих в различных технических системах.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АдК - расход воды на выходе из экономайзера

Х{ - расход рабочей среды на выходе из циркуляционного контура

ФР1 - давление в конце циркуляционного контура

Фа уровень воды в барабане фе - температура рабочей среды циркуляционного контура iB - расход топлива в топке котла h - высота слоя воды

1. Акимов, П.С. Теория обнаружения сигналов / П.С. Акимов ; под ред. П.А. Бакута. М. : Радио и связь, 1984. - 480 с.

2. Андреев, Е. SCADA-системы: взгляд изнутри / Е. Андреев, Н. Куцевич, О. Синенко. М.: Москва, 2004. - 176 с.

3. Беднаржевский, B.C. Автоматический тепловой расчет котлоагрегата на ЭВМ / B.C. Беднаржевский // Изв. вузов. Энергетика. 1995. - № 1-2. - С. 54 - 57.

4. Беднаржевский, B.C. Автоматизированное проектирование паровых котлов / B.C. Беднаржевский, Н.М. Оскорбин // Изв. вузов. Проблемы энергетики. -2002. № 1-2. - С. 3 - 9.

5. Беднаржевский, B.C. Основные положения теплового расчета котлов на ЭВМ / B.C. Беднаржевский, Н.М. Оскорбин // Теплоэнергетика. 2002. - № 7. -С. 10-14.

6. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бе-секерский, Е.П. Попов. СПб. : Профессия, 2004. - 689 с.

7. Бессонов, А.Н. Методы и средства идентификации динамических объектов / А.Н. Бессонов, Ю.В. Загашвили, A.C. Маркелов. Л. : Энергоатомиздат, 1989. -300 с.

8. Благовещенская, М.М. Информационные технологии систем управления технологическими процессами / М.М. Благовещенская, Л.А. Злобин. М. : Высшая школа, 2005. - 349 с.

9. Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства / В.И. Бойко, А.Н. Гуржий, В .Я. Жуйков и др. СПб. : БХВ-Петербург, 2004. -372 с.

10. Бойко, Е.А. Котельные установки и парогенераторы / Е.А. Бойко. Красноярск, 2005. - 248 с.

11. Боровков, A.A. Математическая статистика / A.A. Боровков Новосибирск : Наука ; Изд-во Института математики, 1997.

12. Инвариантные измерительные системы на основе комбинированных тестов / Э.М. Бромберг, K.M. Мамедов, A.A. Шахмурадов и др. // Приборы и системы управления. 1990. - № 3. - С. 15 - 17.

13. Вальд, А. Последовательный анализ : пер. с англ. / А. Вальд ; под ред. Б.А. Севастьянова. М. : Физматгиз, 1960.

14. Васильков, Ю.В. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании / Ю.В. Васильков, H.H. Василькова. М. : ФиС, 2004. - 297 с.

15. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей : учебник для вузов / Е.С. Вентцель. -5-е изд. М. : Высшая школа, 1998. - 576 с.

16. Вишняков, А.Н. Обнаружение нарушений закономерностей по наблюдениям данных при наличии помех / А.Н. Вишняков, Я.З. Цыпкин // Автоматика и телемеханика. 1991. - № 13. - С. 128 - 137.

17. Ганэ, В.А. Системы управления при скачкообразных воздействиях / В.А. Ганэ, Е.А. Куклев, В.А. Степанов. Минск : Наука и техника, 1985. - 216 с.

18. Гаскаров, Д.В. Интеллектуальные информационные системы : учебник для вузов / Д.В. Гаскаров. М. : Высшая школа, 2003. - 431 с.

19. Глущенко, П.В. Техническая диагностика. Моделирование в диагностировании и прогнозировании состояния технических объектов / П.В. Глущенко. М. : Вузовская книга, 2004. - 368 с.

20. ГОСТ 27.001-95. Система стандартов «Надежность в технике». Основные положения. Электронный ресурс. Режим доступа: http://progost.ru/gost/ 001.021.020/gost-27.001 -95/.

21. ГОСТР ИСО 5725-1-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Ч. 1 6. Электронный ресурс. - Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/29/2995.shtml.

22. Государственные стандарты // Ком. РФ по стандартизации метрологии и сертификации. М., 2001. - В 4-х т.

23. Грибков, А.Н. Информационно-управляющая система динамическими режимами в многосекционных сушильных установках : дис. . канд. техн. наук. 05.11.16 / А.Н. Грибков. Тамбов, 2006. - 142 с.

24. Гришин, Ю.П. Динамические системы, устойчивые к отказам / Ю.П. Гришин, Ю.М. Казаринов. М. : Радио и связь, 1985. - 176 с.

25. Гультяев, А. Визуальное моделирование в среде MATLAB : учебный курс /

26. A. Гультяев. СПб. : Питер, 2001. - 432 с.

27. Демин, Н.С. Оценивание и классификация случайных процессов по совокупности непрерывных и дискретных наблюдений / Н.С. Демин // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1979. - № 1. - С. 153 - 160.

28. Дубейковский, В.И. Практика функционального моделирования с AllFusion Process Modeler / В.И. Дубейковский. М. : Диалог-МИФИ, 2004. - 464 с.

29. Дульнев, Г.И. Методы расчета теплового режима приборов / Г.И. Дуль-нев, В.Г. Парфенов, A.B. Сшанов. М. : Радио и связь, 1990. - 312 с.

30. Дьяконов, В. MATLAB : учебный курс / В. Дьяконов. СПб. : Питер, 2001.-560 с.

31. Жандаров, A.M. Идентификация и фильтрация измерений состояния стохастических систем / A.M. Жандаров. М. : Наука, 1979. - 112 с.

32. Казаков, И.Е. Оптимизация динамических систем случайной структуры / И.Е. Казаков, В.М. Артемьев. М. : Наука, 1980. - 331 с.

33. Карпова, Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация / Т.С. Карпова. СПб. : Питер, 2002. - 304 с.

34. Кафаров, В.В. Оптимизация теплообменных процессов и систем /

35. B.В. Кафаров, В.П. Мешалкин, JI.B. Гурьева. М. : Энергоатомиздат, 1988. - 192 с.

36. Кватрани, Т. Визуальное моделирование с помощью Rational Rose 2002 и UML / Т. Кватрани. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 192 с.

37. Кендалл, М. Многомерный статистический анализ и временные ряды / М. Кендалл, А. Стьюарт. М. : Наука, 1976. - 736 с.

38. Клигене, Н. Методы обнаружения моментов изменения свойств случайных процессов (обзор) / Н. Клигене, JI. Телькснис // Автоматика и телемеханика. -1983.-№ 10.-С. 73-97.

39. Комплекс ОКО Электронный ресурс. Режим доступа: http://www. ezan.ac.ru/ products/promavtomatiz/progavto/Oko/.

40. Коротков, Э.М. Исследование систем управления / Э.М. Коротков. М. : ИНФРА-М, 2003. - 272 с.

41. Коток, Ю.И. Информационно-измерительная система модульной котельной установки / Ю.И. Коток // Тез. докл. Всерос. науч. шк., 7-8 июля 2011 г. Тамбов : Изд-во: Першина Р.В. - С. 199 - 201.

42. Коток, Ю.И. Модели процессов в информационно-измерительной системе модульной котельной установки / Ю.И. Коток // Тез. докл. Всерос. науч. шк., 7-8 июля 2011 г. Тамбов : Изд-во: Першина Р.В. - С. 203 - 205.

43. Коток, Ю.И. Модель состояния модульной котельной установки / Ю.И. Коток // Тез. докл. Всерос. науч. шк., 7-8 июля 2011 г. Тамбов : Изд-во: Першина Р.В. - С. 201 - 203.

44. Коток, Ю.И. Способы автоматического слежения за несколькими параметрами объекта управления / Ю.И. Коток // Антенны. Научно-технический и теоретический журнал. М. : Радиотехника, 2010. - № 11. - С. 53 - 56.

45. Коток, Ю.И. Способы автоматического слежения за одним параметром объекта управления / Ю.И. Коток // Антенны. Научно-технический и теоретический журнал. М. : Радиотехника, 2010. - № 11. - С. 50 - 52.

46. Коток, Ю.И. Управление автоматизированными модульными котельными / Ю.И. Коток ; под ред. проф. В.М. Тютюнника // Информационные системы и процессы : сб. науч. тр. Тамбов; М.; СПб.; Баку; Вена : Изд-во «Нобелистика», 2007. -Вып. 6. - С. 54 - 56.

47. Крашенинников, В.В. Вскипание воды при разгерметизации сосуда низкого давления /В.В. Крашенинников, Г.И. Ефимочкин, B.JI. Вербицкий // Динамика тепловых процессов. Киев : Наукова думка, 1980. - 77 с.

48. Культин, H. Delphi 4. Программирование на object Pascal / H. Культин. -СПб. : БХВ Санкт-Петербург, 1999. - 480 с.

49. Куржанский, А.Б. Управление и наблюдение в условиях неопределенности / А.Б. Куржанский. М. : Наука, 1977.

50. Куцевич, H.A. SCADA-системы. Взгляд со стороны / H.A. Куцевич // PCWeek. 1999. - № 33. - С. 11 - 17.

51. Кэнту, М. Delphi 4 для профессионалов / М. Кэнту. СПб. : Питер, 1999. -1120 с.

52. Липов, Ю.М. Котельные установки и парогенераторы / Ю.М. Липов, Ю.М. Третьяков. М. : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2000. - 246 с.

53. Маклаков, C.B. BPwin и Erwin. CASE-средства разработки информационных систем / C.B. Маклаков. М. : Диалог-МИФИ, 2001. - 304 с.

54. Маклаков, C.B. Моделирование бизнес-процессов с BPwin 4.0 / C.B. Маклаков. М. : Диалог-МИФИ, 2002. - 224 с.

55. Мальцев, A.A. Оптимальное оценивание момента изменения характеристик случайной марковской последовательности / A.A. Мальцев, A.M. Силаев // Автоматика и телемеханика. 1992. - № 1. - С. 63 - 71.

56. Малютов, М.Б. Асимптотически последовательная проверка гипотез / М.Б. Малютов, И.И. Цитович // Проблемы передачи информации. 2000. - Т. 36. -Вып. 4.-С. 98-112.

57. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы : учебное пособие / под ред. В.В. Солодовникова. М. : Высшая школа, 1991. - 255 с.

58. Интегрированная информационная технология обновления процессов / Ю.Л. Муромцев, Л.П. Орлова, Д.Ю. Муромцев, А.Н. Грибков // Математические методы в технике и технологиях. Тамбов : Изд-во ТГТУ, 2002. - Т. 5. - С. 230 - 232.

59. Муромцев, Ю.Л. Моделирование и оптимизация сложных систем при изменениях состояния функционирования / Ю.Л. Муромцев, Л.Н. Ляпин, О.В. Попова. Воронеж : Изд-во ВГУ, 1992. - 164 с.

60. Теоретические основы исследования сложных систем с учетом надежности : учеб. пособие / Ю.Л. Муромцев, Л.Н. Ляпин, В.Н. Грошев, В.Н. Шамкин. М. : Московский институт химического машиностроения, 1987. - 116 с.

61. Нейбург, Э.Д. Проектирование баз данных с помощью UML / Э.Д. Ней-бург, P.A. Максимчук. М. : Диалектика, 2002. - 288 с.

62. Никифоров, И.В. Последовательное обнаружение изменения свойств временных рядов / И.В. Никифоров. М. : Наука, 1983. - 200 с.

63. Николаев, М.Л. Оптимальные правила многократной остановки / М.Л. Николаев // Обоз, прикл. и пром. лштем. 1998. - Т. 5. - Вып. 2. - С. 309 - 348.

64. Новопашенный, Т.Н. Измерительные информационные системы / Г.Н. Новопашенный. М. : Высшая школа, 1977. - 240 с.

65. Новоселов, О.Н. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем / О.Н. Новоселов, А.Ф. Фомин. М.: Машиностроение, 1980. - 280 с.

66. Овсеевич, А.И. Уравнение непрерывного гарантированного оценивания состояния динамических систем / А.И. Овсеевич, В.Л. Трущенков, Ф.Л. Черноусько // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1984. - № 4. - С. 94 - 101.

67. Отнес, Р. Прикладной анализ временных рядов. Основные методы / Р. Отнес. М.: Мир, 1982. - 428 с.

68. Павлов, В.И. Математическая модель процесса индикации / В.И. Павлов // Материалы V Всерос. конф. «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического и машинного моделирования», г. Тамбов, 1997. -С. 114-115.

69. Павлов, В.И. Минимизация задержки в обнаружении изменения свойств случайных последовательностей / В.И. Павлов // Радиотехника. 1997. - № 8. -С. 24 - 28.

70. Павлов, В.И. Обнаружение момента начала постепенного изменения вероятностных свойств случайных последовательностей / В.И. Павлов // Радио и волоконно-оптическая связь, локация, навигация : докл. на Всерос. НТК, г. Воронеж, 1997.

71. Павлов, В.И. Оптимальное обнаружение изменения свойств последовательностей по информации измерителя и индикатора / В.И. Павлов // Автоматика и телемеханика. 1998. - № 1. - С. 79 - 87.

72. Павлов, И.В. Оптимальные последовательные решающие правила / И.В. Павлов // Препр. ВЦ АН СССР. М., 1985. - 64 с.

73. Павлов, В.И. Модели процессов в информационно-измерительной системе модульной котельной установки / В.И. Павлов, Ю.И. Коток // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2011. Спецвыпуск. -С. 58-62.

74. Петров, Ю.А. Комплексная автоматизация управления предприятием: Информационные технологии, теория и практика / Ю.А. Петров, Ю.В. Ирюпин,

75. Е.Л. Шлимович. М. : ФиС, 2001. - 256 с.116

76. Поландов, Ю.Х. Модель выброса воды через предохранительный клапан в паровых котлах малого давления / Ю.Х. Поландов, С.А. Власенко // Теплоэнергетика. 2003. - № 3. - С. 52 - 58.

77. Пупков, К.А. Интеллектуальные системы / К.А. Пупков. М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 348 с.

78. Рабинович, С.Г. Погрешности измерений / С.Г. Рабинович. JI. : Энергия, 1978. - 262 с.

79. Радкевич, В.В. Опыт проектирования и внедрения систем управления / В.В. Радкевич // Промышленные АСУ и контроллеры. 2006. - № 2. - С. 10 - 16.

80. Раннев, Г.Г. Методы и средства измерений : учебник для вузов / Г.Г. Ран-нев. М. : Академия, 2006. - 336 с.

81. РД 10-385-00. Методические рекомендации по классификации аварий и инцидентов на подъемных сооружениях, паровых и водогрейных котлах, сосудах, работающих под давлением, трубопроводах пара и горячей воды.

82. Роддатис, К.Ф. Котельные установки / К.Ф. Роддатис. М. : Энергия, 1977.-432 с.

83. РТМ 108.031.101-84. Котлы барабанные. Расчет динамических характеристик. Л. : НПО ЦКТИ, 1986. - 80 с.

84. Руководство пользователя TRACE MODE / AdAstra Research Group, Ltd.,2000.

85. Савельев, A.B. Онтологическое расширение теории функциональных систем / A.B. Савельев // Журнал проблем эволюции открытых систем. Казахстан : Алматы, 2005. - № 1(7). - С. 86 - 94.

86. Саридис, Дж. Самоорганизующиеся стохастические системы управления / Дж. Саридис. М. : Наука, 1980. - 226 с.

87. Сидельковский, Л.Н. Котельные установки промышленных предприятий / Л.Н. Сидельковский, В.Н. Юренев. М. : Энергоатомиздат, 1988. - 528 с.

88. Система удаленного мониторинга промышленных объектов. Отчет о научно-исследовательской работе / Д.Ю. Муромцев и др. Тамбов : ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2011.-312 с.

89. Соколов, Б.А. Котельные установки и их эксплуатация / Б.А. Соколов. -М. : Академия, 2010. 178 с.

90. Сосулин, Ю.Г. Теория последовательных решений и ее применение / Ю.Г. Сосулин, М.М. Фишман. М. : Радио и связь, 1985. - 272 с.

91. Структура и основные функции TRACE MODE 6 и T-FACTORY 6. Электронный ресурс. Режим доступа: www.tracemode.ru.

92. Тейксейра, С. Delphi 4. Руководство разработчика : пер. с англ./ С. Тейк-сейра, К. Пачеко. К.; М.; СПб. : Издательский дом «Вильяме», 1999. - 912 с.

93. Телькснис, JI. Определение наиболее вероятного момента изменения характера одного класса случайных процессов при неполных априорных данных / J1. Телькснис, В. Черняускас // Материалы конф. молодых ученых Лит ССР. Вильнюс, 1967.

94. Теория обнаружения сигналов / под ред. П.А. Бакута. М. : Радио и связь, 1984.-440 с.

95. Торговицкий, И.Ш. Методы определения момента изменения вероятностных характеристик случайных величин / И.Ш. Торговицкий // Зарубежная радиоэлектроника. 1976. - № 1.

96. Трояновский, В.М. Информационно-управляющие системы и прикладная теория случайных процессов / В.М. Трояновский. М. : Гелиос АРВ, 2004. - 372 с.

97. Фокин, В.М. Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения / В.М. Фокин. М. : Машиностроение, 2006. - 240 с.

98. Фрайден, Дж. Современные датчики : справочник / Дж. Фрайден. М. : Техносфера, 2006. - 592 с.

99. Цапенко, М.П. Измерительные информационные системы / М.П. Цапенко. М. : Энергоатомиздат, 1985. - 439 с.118

100. Цитович, Ф.И. Субоптимальные последовательные правила проверки непараметрических гипотез о распределениях с экспоненциально убывающими хвостами / Ф.И. Цитович // Обозрение прикладной и промышленной математики. -2010.-Т. 17, №2.-С. 315-316.

101. Черкесов, Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов / Г.Н. Черкесов. СПб. : Питер, 2005.

102. Ширяев, А.Н. К обнаружению разладки производственного процесса / А.Н. Ширяев // Теория вероятностей и ее применения. 1963. - Вып. 1. - № 8.

103. Ширяев, А.Н. Статистический последовательный анализ / А.Н. Ширяев. -М. : Наука, 1961.-272 с.

104. Щеголев, М.М. Топливо, топки и котельные установки / М.М. Щеголев. -М. : Госстройиздат, 1953. 545 с.

105. Щедровицкий, Г.П. Принципы и общая схема методологической организации системно-структурных исследований и разработок / Г.П. Щедровицкий. М. : Наука, 1981, С. 193-227.

106. Юркевич, Е.В. Введение в теорию информационных систем / Е.В. Юрке-вич. М. : ИД-Технологии, 2004. - 320 с.

107. Ashish, Sen, Muni, S. Srivastava. Some van-sided test for change in level. Technometrics, 1975. V. 17, № 1.

108. Cary, N.C. Programming Techniques for Object-Based Statistical Analysis with SAS Software: SAS Institute Inc., 1998. 152 p.

109. Cary, N.C. Table-Driven Strategies for Rapid SAS Applications Development: SAS Institute Inc., 1995. 259 p.

110. Hincly, D.V. Infcrens about the change point in a sequence of binomial va-riablts / D.V. Hincly, E.A. Hincly // Biometrika. 1970. - V. 57, № 3.

111. Kent, S. On the trial of intrusions into information systems, IEEE Spectrum, December 2000. P. 52 - 56.

112. Lehmann, E.L. Testing Statistical Hypotheses / E.L. Lehmann. New-York : Springer, 1986.

113. Malyutov, M.B. Second order optimal sequential tests / M.B. Malyutov, I.I. Tsitovich // Proc. Intern. Workshop Optimum Design 2000, Cardiff, UK, April 2000. -Kluwer, Netherlands, 2000. P. 67 - 78.

114. Optimization Simulation Электронный ресурс. Режим доступа: http:// optsim-k. com/index .htm.

115. Page, E.S. Continuos inspection sckemes / E.S. Page // Biometrica. 1954. -V. 41, № 2.

116. Page, E.S. Control charts with warning lines / E.S. Page // Biometrica. 1955. -V. 42, № 2.

117. Siegmund, D. Sequental analysis: Test and Confidence Intervals, SpringerVerlag / D. Siegmund. New York, 1985.

118. Tartakovsky, A.G. Asymtotic perfomence of a multichart CUSUM test ander false alarm probability constraint / A.G. Tartakovsky // Proc. 44th IEEE Conf. on Decision and control and ECC'05, 2005.

119. Tsitovich, F. Supoptimal Multistage Nonparametric Hypotheses Test / F. Tsitovich // Pliska. Studia mathematica Bulgaria, 2009. V. 19. - P. 269 - 282.