автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка методики параметрической диагностики газоперекачивающих агрегатов на основе анализа технологической информации

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственного образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный технический университет-УПИ»

На правах рукописи

Степаненко Вадим Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

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

Автореферат кандидатской диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 2006

Работа выполнена в ООО «Тгаменгрансгаз» и на кафедре автоматики и информационных технологий ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ»

Научный руководитель- доктор технических наук,

профессор Поршнев С.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Сыромятников В.Н.

кандидат технических наук, доцент Иваницкий С.В.

Ведущая организация: Научно-производственное объединение автоматики (НПО Автоматики) (г. Екатеринбург)

Защита состоится «19» мая 2006 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.285.11 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ» по адресу: 620002, ул. Мира, 19, ауд. 217

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО УГТУ УПИ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.285.1 1 Важе-нину В.Г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ. Автореферат разослан « 2^» и^аругь 2ооб г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.285.11 Г /\

к.т.н., доцент В.Г. Важенин

7374

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. Актуальность темы исследования. Теория управления, а также практический опыт эксплуатации различных технологических систем показывают, что с ростом их сложности и масштабов существенно возрастают роль и значение автоматизированных систем управления (АСУ) данными системами, а также систем контроля технического состояния (диагностики) составляющих их объектов. Это связано со значительным, а в целом ряде случаев решающим влиянием управляющих систем и систем диагностики на качество и объем решаемых технологическим объектом задач и эффективность его функционирования в целом.

Работа современных АСУ и систем диагностики связана с получением и обработкой большого объема различного рода информации. Общепризнано, что информация превратилась сегодня в ключевой ресурс повышения эффективности деятельности предприятия. Инвестиции в системы обработки информации не только приносят прибыль, но и напрямую способствуют увеличению капитализации самих предприятий.

Осуществление оперативного контроля над производственной деятельностью, текущим техническим состоянием отдельных технологических объектов, анализ текущей производственной ситуации и принятие на их основе адекватных управленческих решений - все эти функции сводятся, в конечном итоге, к работе с информацией. В этих условиях от того, насколько эта информация своевременна, достоверна, полна и насколько эффективны алгоритмы, используемые для ее обработки и визуализации, зависит конечный успех деятельности всего предприятия.

В настоящее время в ОАО «Газпром» одним из наиболее приоритетных направлений развития является создание и развитие Отраслевой системы оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) Единой системы газоснабжения (ЕСГ) России на базе взаимосвязанного иерархического комплекса АСУ, охватывающего все уровни управления ЕСГ и образующего отраслевую интегрированную информационно-управляющую систему (ОИИУС). Основой построения такой системы является принцип единства и совместимости математического, информационного и технического обеспечения АСУ всех уровней управления

Современная АСУ представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание автоматизированных систем управления сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются, по мере эволюции технических средств и программного обеспечения.

В рамках решаемой общеотраслевой задачи в отдельных газотранспортных предприятиях осуществляется создание, и внедрение в систему диспетчерского управления информационно-управляющих систем (ИУС) объектов транспорта газа (OTT). Такая система создана в ООО «Тюментрансгаз». Масштаб решенной задачи иллюстрирует рис. 1, на котором представлена общая схема магист-

ЕСГ.

Рис 1 Общая схема магистральных трубопроводов ООО «Тюментрансгаз»

4

ральных газопроводов, обслуживаемых ООО «Тюментрансгаз», по длине эксплуатируемых газопроводов являющейся крупнейшим в мире (их общая длина составляет 26 тыс. км). Данная система интегрирует информационные и автоматизированные системы и обеспечивает прием, передачу информации о текущем состоянии OTT в реальном масштабе времени.

Анализ опыта эксплуатации ИУС ОТГ в ООО «Тюментрансгаз» позволил выявить проблему, актуальную не только для обсуждаемого газотранспортного предприятия, газодобывающей отрасли в целом, но также и других отраслей промышленности - проблему эффективности использования собираемой системой управленческой и производственной информации в принимаемых управленческих решениях. Действительно, в современных условиях совершенно изменился подход к созданию сложных информационно-управляющих систем, в том числе, в газовой отрасли. В настоящее время разработана общая теория и накоплен опыт технического проектирования сложных иерархических систем, существуют технические решения и программные продукты, позволяющие автоматизировать процесс разработки информационных и автоматизированных управляющих систем, поэтому разработка подобных систем не вызывает принципиальных трудностей. Однако далее возникает необходимость использования адекватных методов обработки и визуализации собираемой информации, ее ранжирования в соответствие с потребностями существующих уровней управления предприятием и принимаемым на них управленческих решениях. Необходимо отметить, что подробная проработка и детализация данных задач на этапе проектирования и разработки подобных систем, как правило, не проводится, поэтому после внедрения в эксплуатацию совершенно закономерно становится очевидной актуальность задач обработки ранжирования и визуализации информации, решение которых «оставленных на потом».

Как показывает анализ опыта эксплуатации ИУС ОТГ в ООО «Тюментрансгаз», информация, собираемая с систем автоматики уровня компрессорного цеха (КЦ) и передаваемая затем в базу данных реального времени (БДРВ), оказывается востребованной в основном на уровне диспетчера компрессорной станции (КС), и используется, в первую очередь, для оценки работоспособности собственно систем цеховой автоматики, но не всей технологической системы транспорта газа уровня КС. Таким образом, коэффициент использования информации, собираемой ИУС ОТГ, оказывается невысоким.

Отмеченные обстоятельства определяют актуальность создания методов обработки и визуализации информации, которые позволили бы более полно её-использовать. Принимая во внимание разнородность информации, собираемой интегрированными в ИУС ОТГ информационными подсистемами и многообразие задач, решаемых в процессе управления газотранспортным предприятием, становится очевидным, что в рамках одного исследования охватить сразу все задачи невозможно.

В настоящей работе проводится исследование возможности использования информации, собираемой ИУС ОТГ для технической диагностики газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Актуальность темы диссертационного исследования обусловлена тем, что ГПА, наряду с трубопроводной системой, являются теми составляющими системы транспорта газа, состояние которых определяет

ее работоспособность. (Например, только в ООО «Тюментрансгаз» сегодня в эксплуатации находятся более 1100 газоперекачивающих агрегатов различного типа).

2. Объект исследования: методы обработки информации, собираемой информационно-управляющей системой газотранспортного предприятия.

3. Предмет исследования: алгоритмы технической диагностики ГПА.

4. Цель и задачи диссертационной работы: разработать методику обработки технологической информации для оценки изменения технического состояния ГПА.

Поставленная цель предполагает решение следующих основных задач:

- провести анализ современного состояния информационно-управляющей системы объектов транспорта газа ООО «Тюментрансгаз», ее структуры и соответствующих информационных потоков;

- определить источники информации, которую можно использовать в задаче технической диагностики ГПА;

- исследовать структуру информации, используемой для оценки текущего технического состояния ГПА;

- получить оценки адекватности методик параметрической диагностики ГПА по экспериментальным результатам;

- выбрать адекватные математические методы и на их основе разработать методику обработки технологической информации, позволяющую оценивать изменение технического состояния ГПА.

5. Методы исследований. В работе были использованы методы общей теории систем, методов структурного анализа, теории моделирования, методы теории вероятностей, нелинейной хаотической динамики и фрактальной геометрии.

6. Научная новизна полученных результатов. К основным новым результатам, полученным в диссертации, можно отнести следующие:

- результаты оценки адекватности известных методик технической диагностики, использующих коэффициент технического состояния (КТС) по мощности;

- результаты статистического, корреляционного и спектрального анализов временных рядов, содержащих зависимости от времени мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности ГПА;

- доказательство возможности описания временных рядов, содержащих зависимости от времени мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности ГПА, как некоторых реализаций обобщенного броуновского движения;

- результаты исследования фрактальных свойств временных рядов, содержащих зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности ГПА от времени, методами показателя Херста и накопленной дисперсии;

- результаты исследования фрактальных характеристики траекторий, задаваемых временными рядами, содержащими зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности ГПА от времени, на фазовой плоскости.

7. Практическая значимость работы. Разработанный алгоритм оценки технического состояния прошел апробацию на ГПА, установленных на компрессорной станции «Комсомольская» ООО «Тюментрансгаз», и подтвердил свою работоспособность.

В настоящее время осуществляется разработка программной реализации предложенной автором методики, ее внедрение в систему оперативного диспетчерского управления включено в план развития ИУС ОТГ ООО «Тюментрансгаз» в 2006 г.

8. На защиту выносятся:

1) Результаты оценки адекватности известных методик технической диагностики, использующих КТС по мощности.

2) Результаты частотного, корреляционного и спектрального анализа статистических свойств временных рядов, содержащих зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности от времени.

3) Результаты исследования фрактальных свойств временных рядов, содержащих зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности от времени, методами показателя Херста и накопленной дисперсии.

4) Результаты исследования фрактальных характеристики фазовых траекторий, задаваемых временными рядами, содержащими зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности от времени.

5) Методика оценки технического состояния ГПА, основанная на анализе фрактальной размерности фазовой траектории, задаваемой временным рядом, содержащим зависимость мгновенных значений КТС по мощности.

9. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации представлялись на Международной научно-практической конференции «Связь ПРОМ 2004», проводимой в рамках Евро-Азиатского международного форума «Связь-ПромЭКСПО 2004» (Екатеринбург, 2004); Межрегиональном форуме «Приборостроение-2004» (Верхняя Пышма, 2004); Международной научно-практической конференции «Связь ПРОМ 2005», проводимой в рамках ЕвроАзиатского международного форума «Связь-ПромЭКСПО 2005» (Екатеринбург, 2005); Международной научно-практической конференции «Связь ПРОМ 2006», проводимой в рамках Евро-Азиатского международного форума «Связь-ПромЭКСПО 2006» (Екатеринбург, 2006), научных семинарах УГТУ-УПИ, технических совещаниях ООО «Тюментрансгаз» (г. Югорск).

10. Публикации. По результатам исследований опубликовано и находятся в печати 11 работ.

11. Структура диссертационной работы. Текст диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, формулируются ее цели и задачи, определена научная новизна полученных результатов и их практическая значимость, сформулированы положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе проведен анализ общесистемных технических требований,

предъявляемых к ОСОДУ, включая анализ целей создания ОСОДУ, методов их достижения и решаемых задач, рассмотрены функции, которые выполняются на каждом из иерархических уровней ОСОДУ. Описаны структура и состав информационно-управляющей системы объектов транспорта газа ООО «Тюмен-трансгаз», разработанной в соответствие с общесистемными техническими требования к ОСОДУ, включая интегрируемые системы уровней компрессорного цеха, линейного производственного управления, центрального диспетчерского пункта, а также решаемые ею задачи. В связи с тем, что система, интегрированная в ИУС ОТГ на уровне компрессорного цеха (система ССС), помимо решения прямой задачи - антипомпажного регулирования - предоставляет информацию о мгновенных значениях параметров характеризующих режимы работы ГПА, ставится задача: 1) оценить по экспериментальным данным работоспособность известных методов технической диагностики ГПА, основанные на этой инфомации; 2) выбрать в качестве объекта дальнейших исследований алгоритмы обработки информации, получаемой системой антипомпажного регулирования.

Во второй главе, посвященной оценке адекватности известной методики параметрической диагностики по экспериментальным данным, проведен анализ постановки задач технической диагностики, который позволил сделать вывод о том, что в условиях длительных сроков эксплуатации и непрерывной работы (до 10000 час), большой удаленности компрессорных станций друг от друга, значительных наработок между капитальными ремонтами, большим количеством модификаций используемых агрегатов с различной мощностью, высокой амплитудой колебаний температур атмосферного воздуха, отсутствием необходимых для полного диагностирования ГПА измерений параметров рабочего тела, наиболее перспективным направлением является параметрическая диагностика, позволяющая оценивать техническое состояние агрегата непосредственно во время работы и давать прогноз на период его безаварийной работы.

Описана методика оценки технического состояния ГПА с помощью коэффициента технического состояния (КТС) по мощности К\е, вычисляемый в предположении, что эффективная мощность агрегата является функцией, зависящей только от одной переменной - избыточного давления за осевым компрессором ра.

Проведен анализ структуры имеющихся в наличии данных, сбор и архивирование которых осуществлен системой антипомпажного регулирования ССС в период с 25 мая по 11 июня 2004 г. и со 2 ноября 2004 г. по 10 января 2005 гг., соответственно, показавший, что:

- число измеряемых термогазодинамических параметров по каждому ГПА оказывается достаточным (19 параметров) для проведения параметрической диагностики;

- длительности периодов наблюдения за работой ГПА, равные 464 и 1656 часов в весенне-летний и осенне-зимний период, соответственно, оказываются достаточными, для того чтобы обнаружить изменения технического состояния ГПА;

- общее количество измерений в каждый из рассматриваемых периодов, длительностью составило 45137 и 344252 измерения, что обеспечивает статистическую значимость получаемых результатов.

«I

Рис. 1. Зависимость мгновенных значений Рис. 2. Зависимость мгновенных значений коэффициента технического состояния по коэффициента технического состояния по мощности от времени в период с 25 мая по 12 мощности от времени в период со 2 ноября июня 2004 г. 2004 г. по 10 января 2005 г.

Проведена оценка адекватности методики оперативной параметрической диагностики по экспериментальным данным, результаты которой показали, что КТС по мощности не является монотонно убывающей функцией времени, но представляет собой некоторую комбинацию более сложных зависимостей (рис. 1, 2). В частности, оказывается, что зависит от температуры окружающего воздуха Тв (рис. 3, 4)- коэффициенты корреляции между случайными последовательностями, содержащими мгновенные значения зависимостей К1е(() и Тв{г), равны -0,957±0,001 и -0,896±0,001 в весенне-летний и осенне-зимний период, соответственно. Проведенный спектральный анализ позволил обнаружить, что коэффициенты корреляции между данными спектрами в весенне-летний и осенне-зимний периоды составляют0,993 ± 0,001 и 0,913 ±0,001, соответственно.

т,;г,----,-г---—г--.— ---—

Рис. 3. Зависимость мгновенных значений Рис. 4. Зависимость мгновенных значений температуры окружающего воздуха от вре- температуры окружающего воздуха от времени в период с 25 мая по 12 июня 2004 г. мени в период со 2 ноября 2004 г. по 10 января 2005 г.

На основании полученных результатов сделан вывод о целесообразности разработки методики обработки последовательностей, содержащих мгновенные

значения КТС по мощности К1е, позволяющих выделить информативную составляющую, описывающую изменение технического состояния ГПА.

В третьей главе проведен анализ статистических свойств временного ряда \ТВ\, полученного в результате измерения мгновенных значений температуры

окружающего воздуха, и соответствующего временного ряда [-К^,] > содержащего мгновенные значения коэффициента технического состояния по мощности, показывающий, что данные ряды имеют законы распределения отличные от нормального, поэтому для их описания не может быть использована модель марковского процесса.

Проведён анализ статистических свойств временных рядов [ЛЛГ^.] ,

[АГД, содержащих соответствующие значения разностей последовательных членов временных рядов , > который показал, что они имеют нор-

мальный закон распределения. Это позволяет использовать для описания временных рядов [7В], модель обобщенного броуновского движения и, соответственно, использовать фрактальные методы анализа временных рядов.

В результате проведенного анализа временных рядов и [7*Д, свой-

ства которых при использовании Фурье-анализа и классической статистики оказываются весьма близкими, методом накопленной дисперсии, установлено, что они имеют существенно отличные Я-траектории (рис. 5-8) вне зависимости от периода наблюдения.

Данный факт позволяет предположить, что КТС по мощности ] содержит информационную составляющую, контролируя которую можно определять факт возникновения аномального режима работы ГПА и изменения его технического состояния.

В результате сравнительного анализа //-траекторий временных рядов [Л^Х] > полученных в весенне-летний и осенне-зимний периоды установлено,

что, несмотря на существенные различия изучаемых рядов во временной области (рис. 1,2), их фрактальные свойства оказываются одинаковыми. Факт близости соответствующих фрактальных свойств временных рядов и [7"д ] в

весенне-летний и осенне-зимний период также подтвержден с помощью Я/8-анализа (табл. 1).

Таблица 1

Опенки параметров а, Н, полученные по временному ряду

в период со 2 ноября 2004 г. по 10 янва ря 2005 г.

№ Период анализа Показатель Н Параметр а

1. С 25 мая по 10 июня 2004 г. 0,81+0,02 -0,24±0,11

2 Со 2 ноября 2004 г. по 10 января 2005 г. 0,93±0,01 ~0,57±0,05

о зо гае '»

ХО ХО 4ВО «00 300

'I /

300 я>

Рис 5. Я-траектория временного ряда [а-^ ] , зарегистрированного в период с 25 мая по 12 июня 2004 г.

Рис. 6 //-траектория временного ряда ] , зарегистрированного в период со 2 ноября 2004 г. по 10 января 2005 г

190 200 26«

К к» 1«е

Рис 7 Я-траектория временного ряда [Г8] Рис. 8. Я-траектория временного ряда [Гй] зарегистрированного в период с 25 мая по 12 зарегистрированного в период со 2 ноября

июня 2004

2004 г.по 10 января 2005 г.

Четвертая глава посвящена разработке методики оценки технического состояния ГПА на основе методов фрактальной геометрии. Для этого описаны алгоритмы вычисления фрактальных размерностей, в том числе: емкостной размерности, поточечной размерности, корреляционной размерности, информационной размерности. Для этих алгоритмов разработаны соответствующие программные реализации в виде ш-функций пакета МАТЬАВ. Получены оценки числа арифметических и логических операций описанных алгоритмов вычисления фрактальной размерности, показывающие, что для двумерных фракталов алгоритмы вычисления емкостной и поточечной размерностей оказываются более предпочтительными, как требующие меньшего объема вычислений.

Проведено исследование траекторий на фазовой плоскости, задаваемых временными рядами [^Х] , [ГД, позволившее установить:

1) сходство свойств фазовых траектории, задаваемых временными рядами [Кде] , [Тв\, состоящее в том, что большая часть точек фазовой траектории

оказывается сосредоточенной внутри эллипса вытянутого вдоль оси абсцисс, а их меньшая часть - вне данного эллипса;

2) изменение с течением времени геометрических свойств фазовых траекторий, в частности, их фрактальной размерности;

3) необходимость использования при нахождении оценки емкостной и поточечной размерностей десяти и более прямоугольников, покрывающих фазовую траекторию;

4) различия в законах, описывающих изменения во времени фрактальной размерности фазовых траекторий (рис. 9-12), задаваемых временными рядами

' iTel> проявляющееся в том, что, во-первых, угловые коэффициенты соответствующих прямых, аппроксимирующих зависимости d{t) имеют разные знаки: для ряда - в весеннее-летний период Д. = 1,3 • 10 3, в осенне-

зимний период Рс = 1,5 1(Г3; соответственно, для ряда [ГД - Д. = -3,2 1(Г3, Рр =-5.8КГ4. Во-вторых, абсолютные значения коэффициентов у временного ряда оказываются почти на порядок больше соответствующих коэффи-

циентов у временного ряда что позволяет считать последнюю зависимость постоянной во времени.

Рис. 9. Зависимость фрактальной размерности Рис. 10. Зависимость фрактальной размерности суточных фазовых траекторий ряда [7Д от суточных фазовых траекторий ряда [Гя] от времени в период с 25 мая по 12 июня 2004 г времени в период с 25 мая по 12 июня 2004 г.

Рис. 11. Зависимость фрактальной размерности Рис. 12. Зависимость фрактальной размерности суточных фазовых траектории ряда [^у,] от сточных фазовых траектории ряда ^ от

времени в период с 25 мая по 12 июня 2004 г. времени в период со 2 ноября 2004 г по 10 января 2005 г.

Данные коэффициенты, как показала соответствующая проверка, являются статистически значимыми на уровне 0,02.

Высказана гипотеза о связи значения фрактальной размерности суточной фазовой траектории и текущего технического состояния, подтвержденная:

1) сравнением длительностей прогнозируемого периода безаварийной работы ГПА с соответствующими значениями, известными из многолетнего опыта эксплуатации ША;

2) результатами вычисления параметров линейных функций, аппроксимирующих зависимости фрактальных размерностей от времени, которые были получены по данным, собранны системой ССС с других ГПА, установленных в данном цехе, при этом по косвенным признаком технические состояния каждого из них оценивались как примерно одинаковые;

3) результатами наблюдений за состоянием ГПА в течение 2005 г., свидетельствующими о том, что выданный прогноз о безаварийной работе в рассматриваемый период в полной мере подтвердился.

На основании полученных результатов предложена следующая методика оценки изменения текущего состояния ГПА и выдачи прогноза о дальнейшем периоде безаварийной работы:

1) по данным, сохраняемым на диске системой антипомпажного регулирования ССС в течение временного интервала длительностью не менее трех месяцев (90 дней), предшествующим дню выдачи прогноза, и соответствующим значениям атмосферного давления, вычислить мгновенные значения коэффициента технического состояния ГПА по мощности КтЫе по формулам:

(1),

где А, Ь — известные коэффициенты, зависящие от типа ГПА,

р4 - избыточное давление за осевым компрессором;

1Г°

к

К р.

+ К,2(т2°-т2пр), (2)

а У

где

К:

Лр,.у - эффективная мощность, вычисляемая в соответствие с (2.1);

р\, Т2 , Т° - номинальные параметры, приведенные в табл. 2.4;

Г2пр - приведенная температура после турбиной низкого давления (ТНД),

№

К-п - коэффициент, учитывающий отклонение приведенной температуры от номинальной, кВт/К:

КГ2=[0'ЬТ^-, (4)

ра - атмосферное давление;

Т3 - абсолютная температура воздуха перед ОК, К;

Т2 - абсолютная температура продуктов сгорания за ТНД, К;

I - коэффициент, значения которого известны для различных типов ГПА;

"о

где

Л^ - номинальная мощность ГПА, кВт;

Км ~ поправочный коэффициент, приводящий в соответствие описываемую методику с паспортными данными ГПА.

2) Привести вычисленные мгновенные значения КТС по мощности с помощью линейной интерполяции к равномерной временной сетке, получив

радВД,-

3) Вычислить временной ряд :

4) Построить, используя временные ряды » [ЛЯ^ ]( суточные траектории на фазовой плоскости (зависимость [ДАГ^ =

5) Вычислить для каждой суточной траектории на фазовой плоскости емкостную размерность, получив табличную зависимость время - фрактальная размерность.

6) Вычислить, используя метод наименьших квадратов, коэффициенты прямой аппроксимирующей табличную зависимость время - фрактальная размерность.

7) Вычислить прогнозируемое значение времени безаварийной работы по формуле:

где

^-конечное значение фрактальной размерности;

<1„ - начальное значение фрактальной размерности;

р,. - угловой коэффициент прямой, аппроксимирующей зависимость фрактальной размерности от времени.

8) Осуществлять в течение следующих суток с помощью системы анти-помпажного регулирования ССС регистрацию технологических данных.

9) Повторить последовательность действий, описанных в пп. 1-8.

Из описания алгоритма видно, что используя в качестве исходных данные собранные системой антипомпажного регулирования ССС, в течение трех предыдущих месяцев можно осуществлять текущий прогноз периода безаварийной работы т. Для повышения достоверности прогноза представляется целесообразным использовать в качестве прогнозного значение т, усредненное по нескольким соседним дням.

Работоспособность описанного выше алгоритма была проверена на других семи ГПА, установленных в цехе КС «Комсомольская», технические состояние

которых по мнению экспертов оценивались, как достаточно близкие. Полученные при этом начальные значения фрактальной размерности фазовой траектории временного ряда[-^Х], ~ , углового коэффициента прямой, аппроксимирующей зависимость фрактальной размерности от времени, - р, и оценка соответствующего времени достижения аварийного состояния представлены в табл. 2.

Таблица 2

Оценки параметров фазовой траектории и прогнозируемые значения длительности

периода безаварийной работы

№ агрегата Рс, сутки"' т, сутки

2 1,39 Д. = 1,4-1 О*3 438

3 1,35 Д = 1,6-10-3 406

4 1,36 Д=1,610-3 400

5 1,38 Д =1,5 Ю-3 413

6 1,34 Д =1,3-10"3 507

7 1,37 Д=1,6-10-3 394

8 1,39 Д=1,5 10-3 407

Наблюдения, проведенные в течение 2005 г. за состоянием ГПА, показал, достоверность периодов безаварийной работы, представленных в табл. 2 -серьезных аварий на изучаемых агрегатах в рассматриваемый период не произошло.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проанализирована структура информации, собираемой различными информационно-управляющими системами уровня компрессорного цеха, результаты которого показали, что система антипомпажного регулирования ССС, помимо решения прямой задачи, предоставляет информацию о мгновенных значениях технологических параметров, характеризующих режимы работы ГПА, которые можно использовать для оценки текущего технического состояния ГПА.

2. Подробно рассмотрены различные постановки задач технической диагностики ГПА, и выявлены её характерные особенности и сделан вывод о том, что наиболее перспективной является параметрическая диагностика, которая даёт возможность оценивать техническое состояние агрегата непосредственно во время работы и давать прогноз на период его безаварийной работы.

3. Проведен анализ структуры имеющихся в наличии данных, сбор и архивирование которых осуществлен системой антипомпажного регулирования ССС в период с 25 мая по 11 июня 2004 г. и со 2 ноября 2004 г. по 10 января 2005 гг., соответственно, показавший, что:

- число измеряемых термогазодинамических параметров по каждому ГПА оказывается достаточным для проведения параметрической диагностики;

- длительности периодов наблюдения за работой ГПА достаточны для того чтобы обнаружить изменения технического состояния ГПА;

- общее количество измерений в каждый из рассматриваемых периодов обеспечивает статистическую значимость получаемых результатов.

4. Подробно рассмотрена методика оценки технического состояния ГПА с помощью коэффициента технического состояния по мощности KTNt, вычисляемого в предположении, что эффективная мощность ai-регата является функцией, зависящей только от одной переменной - избыточного давления за осевым компрессором ра, и по экспериментальным результатам получена оценка адекватности данной методики. Оказалось, что коэффициент технического состояния по мощности, вопреки устоявшимся представлениям, является не монотонно убывающей функцией времени, но некоторой комбинацией более сложных зависимостей. Уставлена высокая корреляция значений коэффициента технического состояния по мощности и температуры атмосферы.

5. Для временных рядов [ГД и [к^, ] установлено, что они имеют законы

распределения, отличные от нормального, поэтому для их описания не может быть использована модель марковского процесса. Для временных рядов [А/С«] - [ДТД > содержащих соответствующие значения разностей последовательных членов временных рядов [K.1t J , [Тв ](, показано, что они имеют нормальный закон распределения, что позволяет использовать модель обобщенного броуновского движения и, соответственно, методы анализа фрактальных временных рядов. Это позволило выделить информационную составляющую-фрактальную размерность суточной фазовой троектории.

контролируя которую можно определять факт возникновения аномального режима работы ГПА, а также изменения его технического состояния.

6. Предложена методика оценки изменения текущего состояния ГПА и выдачи прогноза о дальнейшем периоде безаварийной работы, подтверждаемая

1) сравнением длительностей прогнозируемого периода безаварийной работы ГПА с соответствующими значениями, известными из многолетнего опыта эксплуатации ГПА;

2) результатами вычисления параметров линейных функций, аппроксимирующих зависимости фрактальных размерностей от времени, которые были получены по данным, собранны системой ССС с других ГПА.

Результаты наблюдений за состоянием ГПА в течение 2005 г., полностью подтвердили выданный прогноз о безаварийной работе в рассматриваемый период.

Публикации. По результатам исследований опубликовано и находятся в печати 11 работ, в том числе:

1. Степаненко В.А. Комплексная модернизация устройства логической обработки и устройства представления информации установки автоматизации газоперекачивающих агрегатов/ [A.A. Басавин, и др.] //Международная научно-практическая конференция «Связь ПРОМ 2004» в рамках Азиатского международного форума «Связь-ПромЭКСПО 2004», Екатеринбург. 5-6 мая 2004 г.: Сборник научных трудов. Екатеринбург, 2004. С. 352-363.

2. Степаненко В.А. Информационные технологии для задач управления газотранспортным предприятием/ [А.А.Басавин и др.] // Мир компьютерной информатизации, 2004. № ]. С. 52-58.

3. Степаненко В.А. Комплекс технических средств систем автоматизации газоперекачивающих агрегатов нового поколения/ [A.A. Басавин др.] // Практика приборостроения, 2004. № 2(7). С. 26-32.

4. Басавин A.A., Калмыков A.A., Поршнев C.B., Степаненко В.А. Методика оценки эффективности информационно-управляющей системы объектов транспорта газа// Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2005» в рамках 2-го Евро-Азиатского международного форума «СВЯЗЬ-ПРОМ ЭКСПО 2005». Екатеринбург ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2005. С. 60-64.

5. Калмыков A.A., Поршнев C.B., Степаненко В.А. Информационные технологии в задаче оценки технического состояния промышленного оборудования// Межрегиональный форум «Приборостроение-2004». Верхняя Пышма, Свердловская обл. 16-19 октября, 2004 г. Программа научно-технической конференции. С. 46.

6. Калмыков A.A., Поршнев C.B., Степаненко В.А. Разработка алгоритма построения и реализации экспертной системы для параметрической диагностики технического состояния газоперекачивающих arpe г акт// Межрегиональный форум «Приборостроение-2004». Верхняя Пышма, Свердловская обл. 16-19 октября, 2004 г. Программа научно-технической конференции. С. 57-58.

7. Басавин A.A., Калмыков A.A., Поршнев С.В , Степаненко В.А. Методика оценки эффективности информационно-управляющей системы объектов транспорта газа// Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2005» в рамках 2-го Евро-Азиатского международно! о форума «СВЯЗЬ-ПРОМ ЭКСПО 2005». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2005. С. 60-64.

8. Дядъков С.Н., Калмыков A.A., Поршнев C.B., Степаненко В.А Использование факторного анализа для построения статистических моделей газоперекачивающих агрегатов// Научные груды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2005» в рамках 2-го Евро-Азиатского международного форума «СВЯЗЬ-ПРОМ ЭКСПО 2005». Екатеринбург. ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2005. С. 300-305.

9. Дядьков С.Н., Калмыков A.A., Поршнев C.B., Степаненко В А. Оценка адекватности методики параметрической диагностики по экспериментальным результатам// Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2006» в рамках 2-го Евро-Азиатского международного форума «СВЯЗЬ-ПРОМ ЭКСПО 2006». Екатеринбург ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2006. В печати.

10. Поршнев C.B., Степаненко В.А. Статистические характеристки временных рядов, используемых в задаче параметрической диагностики технического состояния газоперекачивающих агрегатов// Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2006» в рамках 2-го

Евро-Азиатского международного форума «СВЯЗЬ-ПРОМ ЭКСПО 2006». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2006. В печати.

11. Поршнев C.B., Степаненко В.А. Фрактальные характеристики временных рядов, используемых в задаче параметрической диагностики технического состояния газоперекачивающих агрегатов// Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2006» в рамках 2-го ЕвроАзиатского международного форума «СВЯЗЬ-ПРОМ ЭКСПО 2006». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2006. В печати.

Подписано в печать « » ^а^'ии 2006 г. Тираж 100 экз. Заказ

Ризография НИЧ УГТУ-УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

18

щ

i

í I

í 1

7¿74

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Общие требования к отраслевой системе оперативного диспетчерского управления транспортом газа.

1.2. Информационно-управляющая система объектов транспорта газа ООО «Тюментрансгаз».

1.2.1. Иерархическая схема ИУС ОТГ. Решаемые задачи.

1.2.2. Структура данных информационно-управляющей системы объектов транспорта газа.

1.3. Система антипомпажного регулирования ССС.

ВЫВОДЫ.

Глава 2. ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ МЕТОДИКИ ОПЕРАТИВНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ГПА ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ РЕЗУЛЬТАТАМ.

2.1. Методика оперативной параметрической диагностики технического состояния ГПА в условиях эксплуатации.

2.2. Структура экспериментальных данных.

2.3. Оценка адекватности методики оперативной параметрической. диагностики по экспериментальным результатам.

ВЫВОДЫ.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ МЕТОДАМИ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ.

3.1. Статистические свойства временных рядов \ТВ\.

3.2. Избранные понятия фрактальной геометрии и. хаотической динамики.

3.3. Доказательство применимости модели обобщенного броуновского движения к временным рядам [Жуе].> 17в\.*

3.4. Оценка показателя Херста временных рядов [KTNe J , [Тв]/ методом. накопленной дисперсии обобщенного броуновского движения.

3.5. R/S-анализ временных рядов [^Х],' \Тв\.

ВЫВОДЫ.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФРАКТАЛЬНОЙ РАЗМЕРНОСТИ.

ФАЗОВЫХ ТРАЕКТОРИЙ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ , [Тв\.

4.1. Алгоритмы оценки фрактальной размерности временных рядов.

4.2. Исследование траекторий,-задаваемых временными рядами \Тв\ на фазовой плоскости.

4.3 J Методика оценки изменения технического состояния ГПА.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы исследования. Теория управления, а также практический опыт эксплуатации различных технологических систем показывают, что с ростом их сложности и масштабов существенно возрастают роль и значение автоматизированных систем управления (АСУ) данными системами, а также систем контроля технического состояния (диагностики) составляющих их объектов. Это связано со значительным, а в целом ряде случаев решающим влиянием управляющих систем и систем диагностики на качество и объем решаемых технологическим объектом задач и эффективность его функционирования в целом.

Работа современных АСУ и систем диагностики связана с получением и обработкой большого объема различного рода информации. Общепризнано, что информация превратилась сегодня в ключевой ресурс повышения эффективности деятельности предприятия. Инвестиции в системы обработки информации не только приносят прибыль, но и напрямую способствуют увеличению капитализации самих предприятий.

Осуществление оперативного контроля над производственной деятельно-сью, текущим техническим состоянием отдельных технологических объектов, анализ текущей производственной ситуации и принятие на их основе адекватных управленческих решений - все эти функции сводятся, в конечном итоге, к работе с информацией. В этих условиях от того, насколько эта информация своевременна, достоверна, полна и насколько эффективны алгоритмы, используемые для ее обработки и визуализации, зависит конечный успех деятельности всего предприятия.

Таким образом, основной задачей информационных управляющих систем является обеспечение учета и управления производственно-хозяйственными процессами на основе сбора, обработки и представления информации о фактическом состоянии производственной и финансовой деятельности предприятия. При этом главной целью информатизации является повышение эффективности основных производственно-хозяйственных процессов.

В настоящее время в ОАО «Газпром» одним из наиболее приоритетных направлений развития является создание и развитие Отраслевой системы оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) Единой системы газоснабжения (ЕСГ) России на базе взаимосвязанного иерархического комплекса АСУ, охватывающего все уровни управления ЕСГ и образующего отраслевую интегрированную информационно-управляющую систему (ОИИУС). Основой построения такой системы является принцип единства и совместимости математического, информационного и технического обеспечения АСУ всех уровней управления ЕСГ.

Современная АСУ представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание автоматизированных систем управления сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются по мере эволюции технических средств и программного обеспечения.

О Ямбу|

Ныдимская

Н.Уренгойская

Надыме ка!

ЛонНО ганская

Пунгинская о

1брьская

Пелымская ЧаНг И идольская ЮГОРСК

Карпинская

•О Краснотурьинская

Ляли некая

Нижнетурьинская Ш

Харп

Приполярная

СосьБ v Верхнеказымская О Бобровская

УзюмЮганская НИадельская Н.Палымская «^э

Условные обозначения

Расположение ЦДС ООО «Тюментрансгаз» Системы ЛТ в работе Системы ЛТ в стадии СМР и ПНР Системы ЛТ в стадии проектирования Устаревшие системы ЛТ или их отсутствие

Рис. 1. Общая схема магистральных трубопроводов ООО «Тюментрансгаз»

В рамках решаемой общеотраслевой задачи в отдельных газотранспортных предприятиях осуществляется создание и внедрение в систему диспетчерского управления информационно-управляющих систем (ИУС) объектов транспорта газа (ОТГ), например, такая система уже создана в ООО «Тюментрансгаз» [1-9]. Масштаб решенной задачи иллюстрирует рис. 1, на котором представлена общая схема магистральных газопроводов, обслуживаемых ООО «Тюментрансгаз», которое по длине эксплуатируемых газопроводов является крупнейшим в мире (их общая длина составляет 26 тыс. км).

Данные системы собирают, обрабатывают и хранят большие объемы информации, размещаемой в нескольких базах данных различного назначения. В то же время системы автоматизации, начиная с уровня автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и заканчивая системами планирования ресурсов предприятия, строились в разные периоды времени. Как следствие, они основывались на разных аппаратно-программных платформах, с использованием различных прикладных программ (коммерческих и разработанных непосредственно на предприятии) и разнородных баз данных. Оказалось, что из внедренных в ООО «Тюментрансгаз» систем агрегатной автоматики лишь около десяти процентов являются цифровыми и могут быть подключены к ИУС с помощью стандартных протоколов обмена данными. Остальные системы в настоящее время работают в аналоговом режиме. Как следствие, существовавшие на момент начала разработки ИУС ОТГ системы агрегатной автоматики не обеспечивали возможности приема и передачи данных в реальном масштабе времени, формирования единого информационного пространства и архива данных с санкционированным доступом для работников ООО «Тюментрансгаз». Это не позволяло службам и производственным отделам предприятия качественно осуществлять свои функции и организовать эффективное взаимодействие с системами, обеспечивающими его административно-хозяйственную деятельность. Данное обстоятельство потребовало внедрение дополнительных систем, например, системы Инфо-КС [10,11], осуществляющей перевод аналоговых сигналов в цифровые.

Несмотря на отмеченные трудности, сегодня можно констатировать, что в ООО «Тюментрансгаз» создана и находится в эксплуатации информационно-управляющая система объектов транспорта газа, которая интегрирует информационные и автоматизированные системы и обеспечивает прием, передачу информации в реальном масштабе времени.

Анализ опыта эксплуатации ИУС ОТГ в ООО «Тюментрансгаз» позволил выявить проблему, актуальную не только для обсуждаемого газотранспортного предприятия, газодобывающей отрасли в целом, но также и других отраслей промышленности - проблему эффективности использования собираемой системой управленческой и производственной информации в принимаемых управленческих решениях. Действительно, в современных условиях совершенно изменился подход к созданию сложных информационно-управляющих систем, в том числе, в газовой отрасли. В настоящее время разработана общая теория и накоплен опыт технического проектирования сложных иерархических систем, существуют технические решения и программные продукты, позволяющие автоматизировать процесс разработки информационных и автоматизированных управляющих систем, поэтому разработка подобных систем не вызывает принципиальных трудностей. Однако далее возникает необходимость использования адекватных методов обработки и визуализации собираемой информации, ее ранжирования в соответствие с потребностями существующих уровней управления предприятием и принимаемым на них управленческих решениях. Необходимо отметить, что подробная проработка и детализация данных задач на этапе проектирования и разработки подобных систем, как правило, не проводится, поэтому после внедрения в эксплуатацию совершенно закономерно становится очевидной актуальность задач обработки ранжирования и визуализации информации, решение которых «оставленных на потом».

Как показывает анализ опыта эксплуатации ИУС ОТГ ООО «Тюментранс-газ», информация, собираемая с систем автоматики уровня компрессорного цеха (КЦ) и передаваемая затем в базу данных реального времени (БДРВ), оказывается востребованной в основном на уровне диспетчера компрессорной станции (КС) и используется, в первую очередь, для оценки работоспособности собственно систем цеховой автоматики, но не для всей технологической системы транспорта газа уровня КС. Кроме того, собранная в БДРВ информация далее оказывается практически неиспользованной. Таким образом, коэффициент использования информации, собираемой ИУС ОТГ, оказывается невысоким. Отмеченные обстоятельства определяют актуальность разработки соответствующих методов обработки и визуализации информации, которые позволят более полно использовать данную информацию.

Принимая во внимание разнородность собираемой интегрированными в ИУС ОТГ информационными подсистемами информации и многообразие задач, решаемых в процессе управления газотранспортным предприятием, становится очевидно, что в рамках одного исследования охватить сразу все задачи невозможно. В настоящей работе проводится исследование возможности использования информации, собираемой ИУС ОТГ для технической диагностики газоперекачивающих агрегатов (ГПА), под которой, согласно определению, данному в «Политехническом словаре» [1997 г.], мы понимаем «установление и изучение признаков, характеризующих состояние технических систем, для предсказания возможных отклонений (в том числе за допустимые пределы, вследствие чего возникают отказы), а также разработка методов и средств экспериментального определения состояния этих систем с целью своевременного предотвращения нарушений нормального режима работы». Актуальность темы диссертационного исследования обусловлена тем, что ГПА, наряду с трубопроводной системой, являются теми составляющими системы транспорта газа, состояние которых определяет ее работоспособность. (Например, только в ООО «Тюментрансгаз» сегодня в эксплуатации находятся более 1100 газоперекачивающих агрегатов различного типа).

Объект исследования: методы обработки информации, собираемой информационно-управляющей системой газотранспортного предприятия.

Предмет исследования: алгоритмы технической диагностики ГПА.

Цель и задачи диссертационной работы: разработать алгоритм обработки технологической информации для оценки изменения технического состояния ГПА.

Поставленная цель предполагает решение следующих основных задач:

- провести анализ современного состояния информационно-управляющей системы объектов транспорта газа ООО «Тюментрансгаз», ее структуры и соответствующих информационных потоков;

- определить источники информации, собираемую информацию с которых можно использовать в задаче технической диагностики ГПА;

- исследовать структуру информации, используемой для оценки текущего технического состояния ГПА;

- получить оценки адекватности методик технической диагностики ГПА по экспериментальным результатам;

- выбрать адекватные математические методы и на их основе разработать алгоритмы обработки технологической информации, позволяющие оценивать техническое состояние ГПА.

Методы исследований. В работе были использованы методы общей теории систем, методов структурного анализа, теории моделирования, методы теории вероятностей, нелинейной хаотической динамики и фрактальной геометрии.

Новизна полученных результатов. К основным новым результатам, полученным в диссертации, можно отнести следующие:

- результаты оценки адекватности известных методик технической диагностики, использующих коэффициент технического состояния (КТС) по мощности;

- результаты статистического, корреляционного и спектрального анализа временных рядов, содержащих зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности ГПА от времени;

- доказательство возможности описания временных рядов, содержащих зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности ГПА от времени, как некоторых реализаций обобщенного броуновского движения;

- результаты исследования фрактальных свойств временных рядов, содержащих зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности ГПА от времени, методами показателя Херста и накопленной дисперсии;

- результаты исследования фрактальных характеристик траекторий, задаваемых временными рядами, содержащими зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности ГПА от времени, на фазовой плоскости.

Практическая значимость работы. Разработанный алгоритм оценки технического состояния прошел апробацию на ГПА, установленных на компрессорной станции «Комсомольская» ООО «Тюментрансгаз», и подтвердил свою работоспособность.

В настоящее время осуществляется разработка программной реализации предложенной автором методики, ее внедрение в систему оперативного диспетчерского управления включено в план развития ИУС ОТГ ООО «Тюментрансгаз» в 2006 г.

На защиту выносятся:

1) Результаты оценки адекватности известных методик технической диагностики ГПА, использующих КТС по мощности.

2) Результаты статистического, корреляционного и спектрального анализа временных рядов, содержащих зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности от времени.

3) Результаты исследования фрактальных свойств временных рядов, содержащих зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности от времени, методами показателя Херста и накопленной дисперсии.

4) Результаты исследования фрактальных характеристики траекторий, задаваемых временными рядами, содержащими зависимости мгновенных значений температуры окружающего воздуха и КТС по мощности от времени, на фазовой плоскости.

5) Алгоритм оценки технического состояния ГПА, основанный на анализе фрактальной размерности фазовой траектории, задаваемой временным рядом, содержащим зависимость мгновенных значений КТС по мощности.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации представлялись на Международной научно-практической конференции «Связь ПРОМ 2004», проводимой в рамках Евро-Азиатского международного форума «Связь-ПромЭКСПО 2004» (Екатеринбург, 2004); Межрегиональном форуме «Приборостроение-2004» (Верхняя Пышма, 2004); Международной научно-практической конференции «Связь ПРОМ 2005», проводимой в рамках ЕвроАзиатского международного форума «Связь-ПромЭКСПО 2005» (Екатеринбург, 2005); Международной научно-практической конференции «Связь ПРОМ 2005», проводимой в рамках Евро-Азиатского международного форума «Связь-ПромЭКСПО 2005» (Екатеринбург, 2005), научных семинарах УГТУ-УПИ, технических совещаниях ООО «Тюментрансгаз» (г. Югорск).

Публикации. По результатам исследований опубликовано и находятся в печати 11 работ.

Структура диссертационной работы. Текст диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

ВЫВОДЫ

1. Описаны алгоритмы вычисления фрактальных размерностей, в том числе: емкостной размерности, поточечной размерности, корреляционной размерности, информационной размерности.

2. Для алгоритмов вычисления емкостной размерности, поточечной размерности, корреляционной размерности разработаны соответствующие программные реализации в идее m-функций пакета MATLAB.

3. Получены оценки числа арифметических и логических операций описанных алгоритмов вычисления фрактальной размерности, показывающие, что для двумерных фракталов алгоритмы вычисления емкостной и поточечной размерностей оказываются более предпочтительными, как требующие меньшего объема вычислений.

4. Проведено исследование траекторий на фазовой плоскости, задаваемых временными рядами [Kle J , [ГД, позволившее установить:

1) сходство свойств фазовых траектории, задаваемых временными рядами [^jve]|ТД > состоящее в том, что большая часть точек фазовой траектории оказывается сосредоточенной внутри соответствующего эллипса вытянутого вдоль оси абсцисс, а их меньшая часть - вне соответствующего эллипса;

2) сходство в изменении с течением времени геометрических свойств фазовых траекторий, в частности, их фрактальной размерности;

3) необходимость использования при нахождении оценки емкостной и поточечной размерностей 10 и более прямоугольников, покрывающих фазовую траекторию;

4) различия в законах, описывающих изменения во времени фрактальной размерности фазовых траекторий, задаваемых временными рядами . >

7Д, проявляющееся в том, что, во-первых, угловые коэффициенты соответствующих прямых, аппроксимирующих зависимости d(t) имеют разные знаки, во-вторых, абсолютные значения данных коэффициентов временного ряда ive], оказываются почти на порядок больше соответствующих коэффициентов временного ряда [Г5]., что позволяет считать последнюю зависимость постоянной во времени.

5. Высказана гипотеза о связи значения фрактальной размерности суточной фазовой траектории и текущего технического состояния, подтвержденная:

1) сравнением длительностей прогнозируемого периода безаварийной работы ГПА с соответствующими значениями, известными из многолетнего опыта эксплуатации ГПА;

2) результатами вычисления параметров линейных функций, аппроксимирующих зависимости фрактальных размерностей от времени, которые были получены по данным, собранны системой ССС с других ГПА, установленных в данном цехе, при этом по косвенным признаком технические состояния каждого из них оценивались как примерно одинаковые;

3) результатами наблюдений за состоянием ГПА в течение 2005 г., свидетельствующими о том, что выданный прогноз о безаварийной работе в рассматриваемый период в полной мере подтвердился.

6. Предложена методикадля оценки изменения текущего состояния ГПА и выдачи прогноза о дальнейшем периоде безаварийной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проанализирована структура информации, собираемой различными информационно-управляющими системами уровня компрессорного цеха, результаты которого показали, что система антипомпажного регулирования ССС, помимо решения прямой задачи, предоставляет информацию о мгновенных значениях технологических параметров, характеризующих режимы работы ГПА, которые можно использовать для оценки текущего технического состояния ГПА.

2. Подробно рассмотрены различные постановки задач технической диагностики ГПА, и выявлены её характерные особенности и сделан вывод о том, что наиболее перспективной является параметрическая диагностика, которая даёт возможность оценивать техническое состояние агрегата непосредственно во время работы и давать прогноз на период его безаварийной работы.

3. Проведен анализ структуры имеющихся в наличии данных, сбор и архивирование которых осуществлен системой антипомпажного регулирования ССС в период с 25 мая по 11 июня 2004 г. и со 2 ноября 2004 г. по 10 января 2005 гг., соответственно, показавший, что:

- число измеряемых термогазодинамических параметров по каждому ГПА оказывается достаточным для проведения параметрической диагностики;

- длительности периодов наблюдения за работой ГПА достаточны для того чтобы обнаружить изменения технического состояния ГПА;

- общее количество измерений в каждый из рассматриваемых периодов обеспечивает статистическую значимость получаемых результатов.

4. Подробно рассмотрена методика оценки технического состояния ГПА с помощью коэффициента технического состояния по мощности , вычисляемого в предположении, что эффективная мощность агрегата является функцией, зависящей только от одной переменной - избыточного давления за осевым компрессором ра, и по экспериментальным результатам получена оценка адекватности данной методики. Оказалось, что коэффициент технического состояния по мощности, вопреки устоявшимся представлениям, является не монотонно убывающей функцией времени, но некоторой комбинацией более сложных зависимостей. Уставлена высокая корреляция значений коэффициента технического состояния по мощности и температуры атмосферы.

5. Для временных рядов [Гд]. и |~JChe установлено, что они имеют законы распределения, отличные от нормального, поэтому для их описания не может быть использована модель марковского процесса. Для временных рядов [ДГД, содержащих соответствующие значения разностей последовательных членов временных рядов .> [Тв\, показано, что они имеют нормальный закон распределения, что позволяет использовать модель обобщенного броуновского движения и, соответственно, методы анализа фрактальных временных рядов. Это позволило выделить информационную составляющую-фрактальную размерность суточной фазовой троектории. контролируя которую можно определять факт возникновения аномального режима работы ГПА, а также изменения его технического состояния.

6. Предложена методика оценки изменения текущего состояния ГПА и выдачи прогноза о дальнейшем периоде безаварийной работы, подтверждаемая

1) сравнением длительностей прогнозируемого периода безаварийной работы ГПА с соответствующими значениями, известными из многолетнего опыта эксплуатации ГПА;

2) результатами вычисления параметров линейных функций, аппроксимирующих зависимости фрактальных размерностей от времени, которые были получены по данным, собранны системой ССС с других ГПА.

Результаты наблюдений за состоянием ГПА в течение 2005 г., полностью подтвердили выданный прогноз о безаварийной работе в рассматриваемый период.

1. Техническое задание на создание ИУС ОТГ ООО «Тюментрансгаз». ООО «Тюментрансгаз», Югорск, 2003. 52 с.

2. Технический проект ИУС ОТГ ООО «Тюментрансгаз», часть 1. ЗАО «РТСофт», 2003. 236 с.

3. Промежуточный технический отчет «Создание ИУС ОТГ ООО «Тю-метрансгаз». М.: «РТСофт», 2000. 71 с.

4. Отчет о НИР «Модель информационно-управляющей системы объектов транпорта газа ООО «Тюментрансгаз». М.: ЗАО «РТСофт», 2003. 813 с.

5. Концепция унифицированной АСУ ТП ЛПУ. М.: Издательство «РТСофт», 2000.

6. Басавин А.А. Информационные технологии для задач управления газотранспортным предприятием/В.А. Степаненко и др.// Мир компьютерной автоматизации, 2004. № 1. С. 52-58.

7. Басавин А.А., Поршнев С.В. Модель информационно-управляющей системы объектов транспорта газа ООО «Тюментрансгаз»// Информационные технологии, 2005. № 4. С. 31-36.

8. Басавин А.А., Куцевич Н.А., Любашин А.Н., Поршнев С.В. Принципы построения информационно-управляющей системы ООО «Тюментрансгаз»// Практика приборостроения, 2004. № 2(7). С. 4-12.

9. Басавин А.А. Комплекс технических средств систем автоматизации газоперекачивающих агрегатов нового поколения/А.А. Степаненко и др.// Практика приборостроения, 2004. № 2(7). С. 26-32.

10. Андреев В.Б., Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-системы: взгляд изнутри. М.: Издательство «РТСофт», 2004. 176 с.

11. Любашин А.Н. Оперативное управление технологическими процессами// Мир компьютерной автоматизации, 2004. С. 37-41.

12. Куцевич Н.А. Реляционные базы данных и IndustrialSQL Server база данных реального времени// Мир компьютерной автоматизации, 1999. № 3. С. 55-61.

13. Багрецов С. А., Везиров В. Н. и др. Технология синтеза организационных структур сложных систем управления. М: ГУП ВИМИ, 1998. 153 с.

14. Муха Ю.П. Структурные методы в проектировании сложных систем. Волгоград, ВПИ, 1993. 110 с.

15. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. Москва, «Мир», 1973. 215 с.

16. Марка Д.А., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. Метотехнология, 1993. 240 с.

17. Мацяшек JI.A. Анализ требований и проектирование систем. М., Изд-во «Вильяме», 2002. 448 с.

18. Цвиркун А.Д. Структура сложных систем. «Советское радио», Москва, 1975. 198 с.

19. Панкратов B.C., Сарданашвили С.А., Николаевская С.А. Развитие АС-ДУ ГТП на базе современных SCADA-систем. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2001. 67 с.

20. Дмитриев А.Р., Мальцев П.А. Основы теории построения и контроля сложных систем. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 391 с.

21. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1990. 540 с.

22. Кузякин В.И. Архитектура и компьютерные технологии систем диагностики и мониторинга состояния оборудования сложных технических объектов. Дисс.док. техн. наук. Екатеринбург, 2002. 280 с

23. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и состояний/ Под ред. Н.С. Райбмана. М.: Мир, 1975. 685 с.

24. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1987. 208 с.

25. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника. М.: Радио и связь, 1985.200 с.

26. Диксон Д. Проектирование систем: изобретательство, анализ, принятие решений. М.: Мир, 1969. 432 с.

27. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. М.: Советское радио, 1973. 440 с.

28. Смольян Р. Теория формальных систем. М.: Наука, 1981. 207 с.

29. Юдин Д.Б. Вычислительные методы теории принятия решений. М.: Наука, 1989.320 с.

30. Зобнин Б.Б. Моделирование систем. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2001. 129 с.

31. Губанов В.А., Захаров В.В., Введение в системный анализ. JL: Изд-во Ленинградского университета, 1988. 232 с.

32. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа, 1989. 367 с.

33. Царегородцев А.В. Теория построения иерархических информационно-управляющих систем. М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 2004.217 с.

34. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981. 208 с.

35. Кини P.JI., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. М.: Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. М.: Радио и связь, 1981. 560 с.

36. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. 399 с.

37. Цвиркун А.Д. Структура сложных систем (Библиотека технической кибернетики). М.: Советское радио, 1975. 200 с.

38. Шаракшанэ А.С. и др. Сложные системы. М.: Высшая школа, 1977. 247с.

39. Вилкас Э.Ш., Майнинас Е.З. Теория информация, моделирование. М.: Радио и связь, 1981. 327 с.

40. Флейшман Б.С. Основы системологии. М.: Радио и связь, 1982. 368 с.

41. Садовский В.Н. Принцип системности, систменый подход и общая теория систем//Системные исследования. Ежегодник, 1974. М.: Наука, 1974. С. 7-25.

42. Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. М.: Мысль, 1978. 271 с.

43. Урманцев Ю.А. Начала общей теории систем// Системный анализ и научное знание. М.: Наука, 1978.

44. Уемов А.И. Основы формального аппарата параметрической общей теории систем// Системные исследования. Ежегодник, 1984. М.: Наука, 1984. С. 152-180.

45. Кузьмин В.П. Различные направления разработки системного подхода и их гносеологические обоснования// Системные исследования. Ежегодник, 1984. М.: Наука, 1984. С. 7-31.

46. Яблонский А.И. Методологические вопросы анализа сложных сис-тем//Системные исследования. Ежегодник, 1984. М.: Наука, 1984. С. 174-195.

47. Цыгичко В.Н. Принципы системности в теории принятии решение/Системные исследования. Ежегодник, 1984. М.: Наука, 1984. С. 368-379.

48. Крейд Э. Анализ сложных систем. М.: Сов. радио, 1969. 519 с.

49. Клиланд Д., Кинг В. Системный анализ и целевое управление. М.: Сов. радио, 1974.

50. Дитрих Я. Проектирование и конструирование: системный подход. М.; Мир, 1981.456 с.

51. Блауберг И.В., Мирский Э.М., Садовский В.Н. Системный подхода/Системные исследования. Ежегодник, 1982. М.: Наука, 1982. С. 47-64.

52. Смирнов Г.А. Основы формальной теории целостности// Ежегодник, 1980. М.: Наука, 1981. С. 255-283.

53. Калман Р., Фалб П., Арбиб М.А. Очерки по математической теории систем. М.: Мир, 1979. С. 7-48.

54. Общая теория систем. М.Мир, 1966. 187 с.

55. Негойцэ К. Применение теории систем к проблемам управления М.:Мир, 1981. 179 с.

56. Смальян Р. Теория формальных систем. М.: Наука, 1981. 207 с.

57. Мачулин В.В., Пятибратов А.П. Эффективность систем обработки информации. М.: Сов. радио, 1972. 280 с.

58. Жеребин В.М., Морозов В.П., Хозин Н.П. Проектирование экономических информационных систем. М.: Наука, 1983. 184 с.

59. Жеребин В.М., Мальцев В.Н., Совалов М.С. Экономические информационные системы. М.: Наука, 1978. 200 с.

60. Саркисян С.А., Ахундов В.М., Минаев Э.С. Анализ и прогноз развития больших технических систем. М.: Наука, 1982. 280 с.

61. Балашов Е.П. Эволюционный синтез систем. М.: Радио и связь, 1985. 328 с.

62. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Проектирование информационно-управляющих систем. М.: Радио и связь, 1987. 256 с.

63. Мартин Дж. Системный анализ передачи данных//Технические программные средства передачи данных. T.l. М.: Мир, 1975. 256 с.

64. Мартин Дж. Системный анализ передачи данных//Технические программные средства передачи данных. Т.2. М.: Мир, 1975. 256 с.

65. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. JL: Энергоатомиздат, 1982. 288 с.

66. Лэсдон J1.C. Оптимизация больших систем. М.: Наука, 1975. 432 с.

67. Кузнецов Н.А., Кульба В.В., Ковалевский С.С., Косяченко С.А. Методы анализа и синтеза модульных информационно-управляющих систем. М.: Физ-матлит, 2002. 800 с.

68. Модин А.А. Исследование и анализ потоков информации на промышленных предприятиях. М.: Наука, 1970. 279 с.

69. Басавин А.А., Поршнев С.В. Система отображения видеоинформации на диспетчерском пункте системы оперативного управления объектами транспорта газа// Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2005. № 4. С. 11-15.

70. Отраслевая система оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) ЕСГ России Общесистемные технические требования. РАО «Газпром» ОАО «Газавтоматика», Москва, 1997. 142 с.

71. ГОСТ 27004-85. Надежность в технике. Термины и определения.

72. ГОСТ 27104-84. Надежность в технике. Состав и общие требования задания требований по надежности.

73. ГОСТ 27301-84. Надежность в технике. Расчет показателей надежности. Общие положения.

74. ГОСТ 27502-84. Надежность в технике. Методы и планы контрольных испытаний на надежность.

75. ГОСТ 27504-84. Надежность в технике. Методы оценки надежности по результатам испытаний.

76. ГОСТ 16463-76. Сбор и обработка информации о надежности изделий.

77. Клайд Пирч (Clyde Pearch), Джилл Китка (Jill Kitka), (Eagle Group USA, Inc.) Стандарт ISO 9001: 2000 новое качество// http://www.asutp.ru/.

78. Басавин А.А. Разработка и реализация информационно-управляющей системы объектов транспорта газа ООО «Тюментрансгаз». Канд.дисс.техн. наук. Екатеринбург, 2005.

79. Панкратов B.C., Герке В.Г., Сарданашвили С.А., Митичкин С.К. Комплекс моделирования и оптимизации режимов работы ГТС. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002. 56 с.

80. Авиационные двигатели в наземных условиях/ Под ред. Шашкина. Д.: Машиностроение, 1984. 228 с.

81. Ахмедзянов A.M., Дубровский П.Г., Тунаков А.П. Диагностика состояния ВГД по термогазодиномическим параметрам. М.: Машиностроение, 1983. 206 с.

82. Гуляев А.В. Чаплыга В.А., Кедровский А.В. Методы и средства обработки диагностической информации в реальном времени. Киев: Наукова Думка, 1986. 224 с.

83. Дорошко С.М. Контроль и диагностирование технического состояния газотурбинных двигателей по вибрационным параметрам. М.: Транспорт, 1984. 264 с.

84. Зарицкий С.П. Диагностика газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. М.: Недра, 1987. 198 с.

85. Карасев В.А., Ройтман А.Б. Доводка эксплуатационных машин. Вибродиагностические методы. М.: Машиностроение, 1986. 192 с.

86. Кеба И.В. Диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Транспорт, 1980. 248 с.

87. Мозгалевский А.В., Калявин В.П. Системы диагностирования судового оборудованияю JI. Судостроение, 1982. 140 с.

88. Мозгалевский А.В., Койда А.Н. Вопросы проектирования систем диагностирования. JL: Энергоатомиздат., 1985. 112 с.

89. Поляков Г.Н., Пиотровский А.Г., Яковлев Е.И. Техническая диагностика трубопроводных систем. СП.: Недра, 1985. 448 с.

90. Практическая диагностика газотурбинных двигателей/ Под ред. В.П. Степаненко М.: Транспорт, 1985. 102 с.

91. Ямпольский В.И., Белоконь Н.И., Пилипосян Б.Н. Контроль и диагностирование гражданской авиационной техники. М.: Транспорт. 1990. 182 с.

92. Попков В.И., Мышинский Э.Л., Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении. Д.: Судостроение. 256 с.

93. Анализ расхода газа собственных нужд предприятия. СТП 0015422330-94. Югорск: ООО «Тюментрансгаз», 1994.

94. Физическая энциклопедия. Т. 4. М.: Научное издательство «Большая российская энциклпедия», 1994. С. 26.

95. Кроновер P.M. Фракталы и хаос в динамических системах. М.: По-стмаркет, 2000. 350 с.

96. Леви П. Стохастические процессы и броуновское движение. М. Наука, 1972.376 с.

97. Поршнев С.В. Моделирование физических систем в пакете Mathcad. М.: Горячая линия-Телеком, 2004. 319 с.

98. Поршнев С.В. Моделирование физических систем в пакете MATLAB. М.: Горячая линия-Телеком, Радио и связь, 2003. 592 с.

99. Beniot В. Mandelbrot & J. W. Van Ness, Fractional Brownian Motions, Fractional Noises and Applications, SIAM Review Vol. 10, № 4, 1968, pp. 422-437.

100. Федер E. Фракталы. M.: Мир, 1991. 261 с.

101. Анищенко B.C. Сложные колебания в простых системах. Механизмы возникновения, структура и свойства динамического хаоса в радиофизических системах, Наука, 1990 г. 312 с.

102. Packard N.H., Crutchfield J.P., Farmer J.D., Shaw R.S. Geometry from a time series|| Phys. Rev. Lett. 1980. Vol. 45. P. 712.

103. Takens F. Detecting strange attractors in turbulence|| Warwick. 1980. Vol. 898 of Lecture Notes in Mathematics|Eds D.A. Rang, L.S. Yuong (Springer) Berlin. 1981. P. 366.

104. Мун Ф. Хаотические колебания. M.: Мир, 1990. 312 с.

105. Farmer J., D., Ott, ., and Yorke, J., A. (1983) "The Dimension of Chaotic Attractors", Physica 7D, p. 153-170.