автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка научно-методических основ модернизации и средств интеграции базового программного обеспечения автоматизированных систем диспетчерского управления транспортом газа

На правах рукописи

4848564 р

ТАМАШАЙТИС Алексей Витальевич

РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ МОДЕРНИЗАЦИИ И СРЕДСТВ ИНТЕГРАЦИИ БАЗОВОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТОМ

ГАЗА

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)(технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

А

2 ИЮН 2011

Москва-2011

4848664

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М.Губкина на кафедре автоматизированных систем обработки информации и управления.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Леонид Иванович Григорьев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Валерий Михайлович Абрамов

кандидат технических наук, доцент Рем Яковлевич Берман

Ведущая организация: ООО «Газпром трансгаз Москва»

Защита диссертации состоится <¿5» иоои^ 2011 г. в Гг часов в аудитории ^рна заседании диссертационного совета Д.212.200.09 при Российском государственном университете нефти и газа имени И.М.Губкина. Ленинский проспект, 65, Москва, ГСП-1, 119991, Россия. Г} Г

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина.

Автореферат разослан « О » 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.200.09, кандидат технических наук

Д.Н. Великанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Управление технологическими процессами трубопроводного транспорта газа осуществляется автоматизированными системами диспетчерского управления (АСДУ), представляющими магистральное направление развития АСУТП.

Формирование АСДУ для региональных газотранспортных обществ (ГТО) было непрерывно связано с историей развития каждого ГТО. В отсутствие единых стандартов каждое ГТО разрабатывало своё решение по АСДУ. Количество контролируемых объектов в АСДУ транспортом газа оценивается сотнями единиц, а количество обрабатываемых параметров - десятками тысяч. Единый подход к созданию АСДУ транспортом газа практически был начат только после выхода в 1998 году документа «Отраслевая система оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) ЕСГ России; общесистемные технические требования».

За последние 20-25 лет появились АСДУ, которые успели не только сформироваться, но и устареть с учетом научно-технического прогресса (НТП), что определило появление новой проблемы - проблемы модернизации АСДУ.

Модернизация АСДУ — процесс совершенствования системы автоматизированного диспетчерского управления для приведения ее с учетом накопленного опыта эксплуатации и развития функционала задач управления в соответствие с новейшими, современными требованиями и нормами.

Решая задачи дальнейшего развития АСДУ, необходимо сформулировать системные проблемы, без решения которых модернизация будет иметь лишь кратковременный успех. Поэтому основным объектом развития (модернизации) должно быть базовое программное обеспечение (ПО) АСДУ транспортом газа.

Базовое ПО АСДУ транспортом газа - совокупность программных средств, необходимых для выполнения АСДУ своих функций. К базовому системному ПО АСДУ относятся: операционная система (включая систему разработки ПО, сервисные средства), БСАБА-система (в частности, система управления базами данных реального времени (СУБД РВ)), драйверы связи с внешними системами, средства интеграции базового ПО (ядро).

Особая роль в базовом ПО АСДУ отводится средствам интеграции ПО,

которые обеспечивают взаимодействие ОС, СУБД РВ и внешних систем, взаимодействие диспетчера и вычислительной среды с помощью интерфейса.

В последние годы были сформулированы основные положения системной интеграции. Однако для развития АСДУ технологическими процессами, и, в частности, транспортом газа, соответствующие научно-методические основы еще не были разработаны. В течение жизненного цикла (ЖЦ) крупных проектов автоматизации, процедуры модернизации ПО происходят несколько раз, в то время как необходимость в обновлении аппаратной платформы возникает реже. Модернизация программно-технических средств становится практической задачей, которая должна периодически решаться с учетом достижений в области информационных технологий, являющихся катализатором НТП.

Возрастающая сложность АСУ определяет необходимость создания научно-методических основ модернизации систем управления. Трудность решения этой проблемы усиливается: ограниченностью теоретических знаний о сути интеграционных процессов, составляющих основу эволюции; и отсутствием теоретических основ построения и развития гетерогенных систем управления, к которым относится АСДУ.

В этих условиях разработка научно-методических основ модернизации базового программного обеспечения АСДУ представляется актуальной, а создание средств интеграции позволит повысить эффективность организации и ведения информационного и программного обеспечения АСДУ (п.9 паспорта специальности 05.13.06).

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка научно-методических основ модернизации базового ПО автоматизированных систем диспетчерского управления транспортом газа и средств интеграции (т.е. разработка новых сервисных функций, программного обеспечения на основе предложенной методики и др.). Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие связанные между собой задачи: анализ проблемы модернизации базового ПО АСДУ; разработка принципов и требований, которым должно удовлетворять проектируемое на этапе модернизации программное обеспечение;

определение и формулировка задач модернизации базового ПО АСДУ транспортом газа, определение очередности их реализации;

разработка (в соответствии с научно-методическими рекомендациями по модернизации базового ПО АСДУ транспортом газа) новых сервисных функций и архитектуры прикладного программного обеспечения;

разработка объектной модели, обеспечивающей переход от сформулированных требований и очередности решения задач к реализации программного обеспечения;

разработка модели оценки уровня организации АСДУ (с учетом нового программного обеспечения).

Методы исследования. В работе были использованы следующие методы исследований: системный анализ, информатика, теория автоматизированного управления, объектно-ориентированное проектирование, методы нечеткого моделирования и др..

Научная новизна. В диссертационной работе показано, что на современном этапе развития производства и достижений НТП для модернизации программно-технических систем автоматизированного управления трубопроводным транспортом газа необходимо создание ее научно методических основ. В работе впервые предложены научно-методические основы модернизации базового ПО АСДУ транспортом газа, обеспечивающие совместимость и интеграцию всех компонентов АСДУ транспортом газа.

Научно-методические основы модернизации базового программного обеспечения АСДУ составляют:

сформулированные принципы и требования, которым должно соответствовать проектируемое ПО, учитывающие модернизацию базового программного обеспечения;

рекомендации по составу задач модернизации базового ПО и очередности их реализации;

объектная модель, обеспечивающая переход от сформулированных принципов и требований к базовому ПО АСДУ к программной реализации совокупности предложенных задач модернизации.

модель оценки уровня организации АСДУ, позволяющая учесть проведенную модернизацию базового ПО.

Также разработаны соответствующие средства интеграции.

Практическая ценность работы. Результаты работы использованы при проектировании и разработке программного обеспечения (ООО «Информтрансгаз», ООО «Газпром трансгаз Москва»).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: IV Международная научно-техническая конференция «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами» (О18СОМ-2009) (апрель 2009 г., г. Москва.), Международная научно-техническая конференция «Автоматический контроль и автоматизация производственных процессов», (октябрь 2009 г., г. Минск).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для защиты докторских и кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и приложения; изложена на 168 страницах, содержит 12 таблиц, 43 рисунка, список литературы из 122 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность проблемы, представлена характеристика объекта, цели, задачи и методы исследования. Определена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту, сведения о структуре и объеме работы. Первая глава посвящена анализу состояния проблемы модернизации систем диспетчерского управления трубопроводным транспортом газа. Рассмотрены особенности Единой Системы газоснабжения как объекта диспетчерского управления, проведен анализ состояния диспетчерского управления в транспорте газа, представлена актуальность разработки системных основ развития АСДУ.

По определению, «АСДУ - это неоднородная (человеко-машинная) система управления технологическим процессом, интегрирующая на АРМе диспетчера профессиональные знания диспетчера с информационно-управляющей системой (ИУС), обеспечивающей автоматический сбор, передачу и отображение информации, а также автоматизирующей все требуемые расчетные процедуры и выполнение управляющих воздействий для достижения поставленной цели в соответствии с заданными критериями».

Как научное направление, АСДУ сформировалось только в последние годы; Были сформулированы первоочередные задачи исследований, организована международная конференция D1SCOM, посвященная проблемам функционирования и перспективам развития АСДУ, которая объединила отечественных и зарубежных ученых и специалистов. В области разработки научно-методического, алгоритмического и программного обеспечения АСДУ стоит отметить вклад ученых и специалистов газовой отрасли (Бермана Р.Я., Брагинского A.A., Галлиулина З.Т., Григорьева Л.И., Дубровского В.В., Карасевича A.M., Митичкина С.К., Панкратова B.C., Рутковского И.П., Сарданашвили С.А., Ставровского Е.Р., Сухарева М.Г., Тевяшева АД., Фридмана В.Е., Цыбульника В.Н. и др.) в разработку методов исследования перспектив развития АСДУ, методов совершенствования эксплуатации программного и информационного обеспечения АСДУ, математических методов, вычислительных алгоритмов моделирования и оптимизации режимов транспорта газа и их программных реализаций.

В начальный период развития АСДУ ведущие газотранспортные предприятия такие как: Мострансгаз, Тюменьтрансгаз, Севергазпром, сформировали свои базовые программные решения. Позже началась унификация и поиски стандартных программных решений АСДУ.

За последние годы в области управления появились типовые решения, основанные на применении различных информационных технологий (ИТ). Одна из важнейших прикладных задач, это задача построения на основе современных ИТ многоуровневой системы управления, в которой уровни управления логически связаны и их взаимодействие по иерархии определяется функционалом задач системы.

В настоящее время большая часть базового программного обеспечения крупных проектов автоматизации устарела, а многие компоненты программных платформ, использовавшихся для построения таких систем, уже не поддерживаются производителями. Устаревшие подходы к разработке и проектированию базового ПО АСДУ усложняют и утяжеляют развитие и модернизацию этих решений, т.к. для внесения изменений требуется перерабатывать значительную часть кода. Возникла необходимость модернизации таких систем. Опыт эксплуатации и появление новых проблем вызвали необходимость в разработке научно-методических основ модернизации базового ПО АСДУ.

С одной стороны, модернизация базового ПО АСДУ осложняется тем, что АСДУ является динамической системой, развитие которой определяется НТП, развитием ИТ, ростом количества обрабатываемой информации, ростом требований безопасности, надежности к системе. С другой стороны, когда наступило время модернизации технических решений, то оказалось, что отсутствует опыт модернизации, так как отсутствуют стандарты на развитие и модернизацию АСДУ.

Анализ современного состояния АСДУ транспортом газа показывает, что практически сформировались различные АСДУ ГТО, имеется документ, определяющий совокупность общих требований, но каждый проект автоматизации развивается своим путем. При модернизации АСДУ, с одной стороны, необходимо опираться на стандарт, с другой стороны, учитывать особенности ГТО и системы управления.

Среди всех проблем, которые возникают при модернизации и развитии АСДУ, наиболее важной является модернизация средств интеграции базового ПО АСДУ, определяющего: преемственность развития базового ПО АСДУ; интеграцию компонентов базового ПО системы; интеграцию диспетчера и ИУС. Во второй главе изложены научно-методические основы модернизации базового ПО АСДУ транспортом газа на примере модернизации базового ПО АСУТП «ГОФО-2».

Одной из первых АСУТП транспорта газа современного уровня был проект «Уренгой-Помары-Ужгород» (ГОФО-1), который заложил основы развития многих проектов автоматизации транспорта газа. Система оказалась настолько успешной, что получила развитие в виде проекта ГОФО-2 (Рис 1).

АСУТП ГОФО-2 является уникальным проектом среди всех себе подобных и отличается от них использованием распределенных систем, высоконадежных программных комплексов, отказоустойчивой техники и оптимизированных протоколов связи. Поэтому, несмотря на то, что проект АСУТП ГОФО-2 является сегодня одним из первых, введенных в строй, его актуальность и перспективы развития не вызывают сомнений.

На основе технических решений и программных приложений АСУТП ГОФО-2 внедрены аналогичные системы управления магистральным газопроводом в пяти газотранспортных предприятиях России и за рубежом.

На уровне ЦЦП АСУТП ГОФО-2 реализуется информационное взаимодействие со всеми филиалами и другими подразделениями, входящими в структуру предприятия.

Для поддержки и развития системы диспетчерского управления организуется платформа разработчика, которая представляет собой отдельный сервер с программными средствами разработки нового и изменения реализованного ПО под нужды эксплуатирующей организации.

ИСУ ГОФО-2 газотранспортного общества (ГТО) осуществляет централизованное удаленное регулирование и управление серверами АСУТП ГОФО-2 УМГ.

ЦПДД

Рис. 1. Многоуровневая система диспетчерского управления на базе АСУТП ГОФО-2. Обозначения: ПДС - производственно-диспетчерская служба, ПТС - программно-технические средства, ЛВС ПХД - локально-вычислительная сеть производственно-хозяйственной деятельности, РСПД - региональная сеть передачи данных, УМГ - управление магистральных газопроводов, ПУ CJ1TM - пульт управления системами линейной телемеханики, САУ КЦ - система автоматизированного управления компрессорным цехом, ПУ ГИС - пульт управления газоизмерительными станциями.

АСУТП ГОФО-2 осуществляет на уровне ПДС прием и отображение более 14500 телеизмерений и 14600 телесигналов контроля состояния основных параметров магистральных газопроводов в режиме реального времени.

Фундаментом проекта АСУТП ГОФО-2 является комплекс серверных технологий на платформе SPARC фирмы SUN Microsystems под управлением операционной системы SUN Solaris. Ядром АСУТП ГОФО-2 служит SCADA-система RTAP Plus производства компании Verano. Это стабильно работающее приложение, обеспечивающее оперативное сохранение, извлечение и обработку больших объемов иерархических данных. Именно иерархическая структура организации данных максимально отвечает задаче представления состояния газотранспортных объектов. Этот продукт давно хорошо зарекомендовал себя на объектах автоматизации нефтегазового сектора.

Для решения проблемы модернизации системы имеются следующие альтернативы:

разработка качественно новой системы («с нуля»), удовлетворяющей современным требованиям безопасности, надежности, быстродействия;

обновление существующей системы с целью доведения ее до уровня соответствия современным требованиям безопасности, надежности, быстродействия.

Сравнительный анализ преимуществ и недостатков указанных альтернатив

представлен в табл. ].

Преимущества Недостатки

Разработка системы «с нуля» - отсутствие необходимости в переработке кода возможность использования любой существующей платформы разработки и технологии проектирования высокие инновационные риски, т.к. разработка крупного проекта вообще может быть не доведена до конца

Обновление существующей системы - сохранение инвестиций предыдущих этапов - этапность выполнения работ без существенного изменения режима работы системы необходимость переработки большого количества программного кода существующей системы существующая архитектура накладывает ограничения на перспективное решение

Табл. 1. Сравнение подходов к модернизации систем Для выбора способа модернизации была проведена оценка экономической

эффективности обоих подходов на основе расчетов следующих показателей: срок

окупаемости (РР - Payback Period), чистая текущая стоимость (NPV - Net Present Value), внутренняя норма доходности (IRR - Internal Rate of Return).

Базой для расчета показателей экономической эффективности являются так называемые чистые денежные потоки (NCF, Net Cash-Flow), включающие в себя выручку от реализации, текущие и инвестиционные затраты, прирост потребности в оборотном капитале и налоговые платежи.

Расчет приведенных показателей (Табл. 2) показывает, что предпочтительной является модернизация текущего проекта:

Срок окупаемости Чистая текущая Внутренняя норма доходности

ЩЛодерни (ацим системы 2014 NPV > 0 17%

Разработка сисге- ■<;•, 2021 NPV < 0 11%

Табл. 2. Расчет основных экономических показателей для оценки экономической эффективности Также были проведены оценки суммарных рисков по известному перечню для

двух альтернативных проектов, которые показали большие суммарные риски для проекта разработки системы с нуля.

Методология проектирования информационных систем описывает процесс создания и сопровождения систем в виде жизненного цикла, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов. Для каждого этапа определяются состав и последовательность выполняемых работ, получаемые результаты, методы и средства, необходимые для выполнения работ, роли и ответственность участников и: т.д. Такое формальное описание жизненного цикла позволяет спланировать и организовать процесс коллективной разработки и обеспечить управление этим процессом. Исходя из целей проекта, были сформулированы следующие основные принципы, которые должны быть выполнены при модернизации базового ПО АСДУ:

принцип развития функционала задач системы;

принцип качественного повышения интегральных показателей системы;

принцип усиления структурной интеграции системы;

принцип обеспечения преемственности с имеющейся системой для

дальнейшего развития проектируемом системы.

На рис. 2 представлены основные цели, принципы модернизации базового ПО АСДУ, основные элементы управления процессом модернизации на базе стандарта 180/1 ЕС 15288. Проектирование новых систем управления это не простая замена устаревших компонент новыми, это использование опыта эксплуатации, формулирование требований и новых задач.

s

К

Разработка НМО модернизации базового ПО АСДУ транспортом газа

Разработка новых сервисных функций

Разработка нового ПО

I

Проектирование

Внедрение

Эксплуатация

Утилизация

Рисунок 2. Цели и принципы модернизации в жизненном цикле и основные элементы управления процессом модернизации на основе стандарта ISO/IEC 15288. Модернизация ядра должна быть выполнена в соответствии с современными

требованиями, которые определены: в известных стандартах открытых систем

(POSIX, IEEE); в требованиях к системам реального времени (POSIX, IEEE,

TCSEC); в требованиях к АСДУ; в решениях сервис-ориентированных технологий

(EJB, DCOM, CORBA, OLAP, XML).

С учетом новых стандартов были сформулированы следующие требования, отражающие объект модернизации, основными среди которых являются:

повышение качества и оперативности принятия решений по управлению

ГТС;

повышение надежности газоснабжения; повышение оперативности управления ресурсами системы; возможность перехода между программно-аппаратными платформами (кроссплатформенность);

модульность и масштабируемость системы, использование независимых компонент архитектуры (открытость);

реализация взаимодействия в режиме реального времени на базе вертикальной интеграции систем ДП КС, ГТО и ЦПДЦ путем передачи набора параметров, характеризующих функционирование ГТС, в течение заданного временного интервала;

соответствие стандартам POSIX, IEEE открытых систем и систем реального времени, использование сервис-ориентированной технологии XML, стандарту ISO/IEC 15288 в части процессов жизненного цикла системы.

Исходя из принципов модернизации АСДУ и основных требований к системе, была предложена следующая совокупность задач модернизации базового ПО АСДУ транспортом газа и очередность их выполнения(Рис. 3):

• анализ и выявление основных недостатков и проблем, появившихся в системе, определение и согласование методов их решения;

• выбор способа модернизации: модернизация текущего проекта или разработка с нуля;

• анализ тенденций и перспективных направлений развития отрасти, ИТ;

• формулирование целей и ограничений проекта;

Анализ и выявление основных недостатков, появившихся в системе в ходе эксплуатации

Оценка экономических показателей и рисков, выбор способа модернизации

1

Разработка новой системы

Модернизация текущей системы

Выявление проектных целей и ограничений

- Определение границ проекта

- Определение критериев результатов

- Установка структуры полномочий и ответственности

■ Определение необходимой инфраструктуры и служб

Анализ тенденций и перспективных направлений развития отрасли, ИТ

Формулирование целей и ограничений проекта

- Анализ текущего состояния отрасли в области управления транспортом газа и общих системных процессов в области программно-аппаратных платформ

- Анализ современных стандартов, технических и потребительских показателей _

Формулирование новых требований

- Выявление новых функциональных возможностей

■ Разработка внутренних технологических форматов, соглашений и протоколов новых сервисных задач_

Выявление новых функциональных возможностей и формулирование новых сервисных задач

- Формулирование требований

- Определение ограничений системных решений

- Определение действий для идентификации всех требуемых функциональных возможностей

- Определение стандартов и инструментария для проектирования и разработки системы

Реализация новых или адаптация существующих элементов системы с использованием соответствующего инструментария

- Ведение фонда алгоритмов и готовых программных решений

Контроль процесса реализации

- Выявление ограничений реализации_

| Разработка архитектуры новой системы ►

—£

I

Реализация кода -1-

]

Оценка проекта -£-

- Определение приемлемых архитектурных проектов

- Распределение новых функций и возможностей по элементам системной архитектуры

- Анализ архитектуры с целью установления проектных ограничений для каждого элемента

- Оценка альтернативных проектных решений -Определение и документирование области взаимодействия между элементами системы_

Использование нечеткой модели оценки уровня^ организации АСДУ на основе алгоритма Мамдани-Заде

Опытная эксплуатация

Контроль работоспособности системы - Отслеживание и предотвращение сбоев и аварийных ситуаций

Учет использования ресурсов Обеспечение информационной безопасности

Рис. 3. Совокупность задач модернизации базового ПО АСДУ

очередность

выполнения.

• формулирование новых требований;

• разработка архитектуры новой системы;

• выявление новых функциональных возможностей и формулирование новых сервисных задач;

• реализация кода;

• опытная эксплуатация базового ПО АСДУ транспортом газа.

Оценка качества организации АСДУ представляет собой сложную задачу, трудность решения которой в первую очередь определяется наличием человеческого фактора и большим числом плохо формализуемых показателей, характеризующих гетерогенную систему управления. Поэтому для оценки уровня организации АСДУ

Рис. 4. Система факторов, характеризующих уровень организации АСДУ как человеко-машинной системы управления.

предложено использовать нечеткую модель на основе алгоритма Мамдани-Заде. В качестве исходных независимых переменных, определяющих уровень организации

8

АСДУ транспортом газа, была предложена совокупность факторов X = {х^ _ ^ (рис. 4), которые могут быть классифицированы в три группы, отражающие

основные составные части АСДУ. Перечисленные факторы представляют собой имена нечетких лингвистических переменных, образуя вектор нечетких переменных В качестве градации лингвистических переменных определены следующие значения (по шкале от 1 до 10): низкий уровень, средний уровень, высокий уровень.

В качестве функции принадлежности (ввиду ограниченной информации о нечетких переменных) выбрана трапецеидальная функция (рис. 5), задаваемая аналитически выражением:

Кх) = •

г о. х < а

X - а

Ь- а <х < Ь

-а'

< 1, Ь < х < с

й — X с<х<й

а -с'

< 0, А<х

Для агрегирования подусловий в нечетких правилах продукций используется функция «И». Пример правила из базы правил (общим объемом в 6561) модели имеет следующий вид:

Й1: ЕСЛИ (х/^низкий) И (х2~срсдиий) И (х ¡-такий) И (х4=низкий) И (х5=низкий) И (хб=средний) И (х7-низкий) И (х$=средний), ТО (у=низкий).

И(х) 1

Градация «Низкое значение»

Градация «Среднее значение»

Градация «Высокое значение»

Рис. 5. Трапецеидальные функции принадлежности с учетом градации нечетких переменных Дефаззификация выходных переменных рассчитывается по методу центра

тяжести:

Для выходной величины, отражающей интегральную оценку уровня

организации АСДУ были приняты следующие градации: низкий уровень, средний уровень, высокий уровень.

Для проверки работоспособности модели были проведены 2 группы расчетов. Первая группа расчетов была проведена на основе экспертных оценок, представленных диспетчерским персоналом различных газотранспортных компаний, оценивавших организацию диспетчерской службы на своих предприятиях. Расчеты показали (рис. 6), что организация АСДУ на предприятиях I и 2 была оценена как низкая, на предприятиях 3-9 как средняя, а на предприятиях 10 - 12 как высокая. Реальная ситуация с состоянием уровня организация АСДУ на различных предприятиях известна. Получившиеся результаты согласуются с субъективными оценками диспетчерского персонала.

5 X

К ш

О ш

и о

_£> О.

СО >-

з: I

х а>

<5 со

О) О

о. о.

и >-

>з: £

5 си | §

Оценка уровня организации

Предприятия | ■ ........

12 3456789 101112

Рис. 6. Распределение оценок уровней организации АСДУ газотранспортных предприятий, полученных на основе расчета по экспертным данным. Числами от 1 до 12 кодированы

предприятия, участвовавшие в опросе. Вторая проверка работоспособности модели была связана с анализом

изменений интегральной оценки в ходе проведения модернизации базового ПО. При

этом, проведение модернизации привело к повышению оценок по факторам

.-^(уровень используемых базовых программно-технических средств,), ^¡(надежность

функционирования^, .^(полнота и качество прикладного программного обеспечения

для решения задач ДУ), л:/уровень организации взаимодействия диспетчеров и

ИУС), что привело к росту интегральной оценки с низкого уровня до высокого. Расчеты проводились на основе Fuzzy Logic Toolbox ПО Matlab R2008b компании The Mathworks.

В третьей главе отражены практические результаты исследования, рассмотрены преимущества объектно-ориентированного подхода (ООП) к разработке программного обеспечения, представлены структурные решения и архитектура базового ПО АСДУ транспортом газа.

Комплекс содержит исполнительные модули для работы в режиме реального времени, средства связи и инструментальные средства. Предложенная структурная схема базового ПО реализует сформулированные требования к системе, представленные во второй главе.

Исходная структура ПО модифицируемой системы (рис. 7) включает в себя 4 среды БДРВ Rtap, разработанных на основе структурной парадигмы, что затрудняет развитие и сопровождение системы. Такая структура не позволяет реализовать функцию интеграции, что приводит к снижению управляемости.

Рис. 7. Исходная структура ПО модифицируемой системы. Согласно сформулированным требованиям, в частности, по кросс -

платформенности, в качестве инструментов разработки используется набор

библиотек (Х обеспечивающий гибкое развитие и сопровождение

кроссплатформенного кода.

Предложена новая структура системы, включающая ядро и функциональные

модули, как общего назначения, так и специфические для приложения «ГОФО-2»

(Рис. 8). Система еще не реализована полностью.

Исполнительные модули

Компоненты диалоговой среды

Компоненты визуализации и анимации

Компоненты связи с внешними системами

Средства конфигурирования

Средства построения отчетов

Архив

Рис. 8. Структурная схема модернизированного ПО. Компоненты связи с внешними системами предназначены для получения данных от систем сбора. Они обеспечивают выполнение требований к ПО АСДУ по иерархической схеме управления, усилению вертикальной интеграция систем ДП КС, ГТО и ЦПДД.

Средства конфигурирования предназначены для изменения структуры БД в соответствии с новыми потребностями и требованиями к технологическому процессу.

Средства построения отчетов предлагают гибкий и функциональный инструментарий для генерации и публикации отчетов на основе оперативных, архивных и расчетных данных.

Модуль « Архив» позволил объединить в информационном пространстве большое количество сервисных задач, существующих обособленно.

Качественно новым подходом в моделировании ПО является использование ООП, позволяющего наиболее эффективно обеспечивать актуальность базового ПО АСДУ транспортом газа согласно современным требованиям. Так как для проектирования используется объектный подход, в качестве стандарта для проектирования системы используется UML (Unified Modeling Language) (Рис. 9). Была разработана объектная модель классов новой системы с учетом структуры

21

31а11сЕ1етеп15

ОупатюЕ1етеп15

БсИетеОга\л/ / \

V

StelLoader

11гиРПеир1оас1ег

SVGView

□¡зракИегТаэкБ

"ТТ'

хмит

егТасе

/Г

ИарА!

агт

ИарРерог1

\ / V/ СМег8уз{етАс1ар(ег1

-;-——_ ■ '_

РКарАгсЬме \ -,-^----_-

Ои{ег$у5!етАЗар{егМ

ГОарАзупсАссеБ

эк

/ / /

/

/

/

TaskAdapter

рТоо1з

гаарКеас!

БПгоас!

ГОарЭупсАссез

Получение | Соппесйоп! О ...

РВСопАдигайоп \ V, . __________ Ч/ 1'

/ /

OuterSystemXMLAdapter

/

ИарСоппесйоп

гаар^пЬ

|

ХМШг аррег

Рис. 9. Объектная диаграмма классов иМЬ новой системы, позволяющая перейти от структурных схем к непосредственной

реализации кода модернизируемого ПО.

системы и стандарта UML.

Модернизация системы должна привести к появлению следующих преимуществ:

возможность добавлять новые компоненты системы, масштабировать и расширять ее структуру за счет использования ООП, что обеспечивает запас функциональности на перспективу и возможность полноценного использования современных технических средств аппаратного обеспечения;

улучшить управляемость системы за счет применения интегрирующего модуля интеграционная составляющая структуры ПО;

обеспечить пользователя современным многооконным, хорошо структурированным интерфейсом в рамках привычной среды за счет использования кросс-платформенности, значительно расширяющей возможности приложений в проектах ГОФО/ЯМАЛ;

обеспечить быстрый доступ к необходимой информации за счет использования многооконной организации интерфейса пользователя, повысить удобство работы, уменьшить время реакции и снизить утомляемость диспетчеров за счет улучшенной эргономики приложения диспетчера;

улучшить организацию отображения мнемосхем за счет использования графических библиотек стандарта SVG, позволяющего реализовать преимущества технологии XML.

Также, в третьей главе рассмотрены отдельные фрагменты компонент базового ПО АСДУ транспортом газа, реализованные в рамках работы над компонентом «Архив» с использованием предложенных научно-методических основ модернизации.

В рамках работы над компонентом «Архив» был разработан модуль «Унифицированный файл ГОФО» для получения текстового представления аналоговых и дискретных параметров БД Rtap. В настоящее время данные «Унифицированного файла ГОФО» используются для: передачи данных в ЦПДД; расчета режимов трубопроводов; занесения в Журнал диспетчера.

Модуль «ГОФО-Стел» разработан также в рамках работы над компонентом «Архив» для почасовой выгрузки параметров из БД «Стел». Представляет собой приложение, реализованное при помощи средств библиотеки ADO для доступа к базе данных и выгрузки параметров в MS Excel. Приложение работает двух режимах: в режиме настройки, в котором происходит выбор базы данных, выбор перечня таблиц для выгрузки, выбор режима передачи и в режиме выполнения, когда утилита запускается каждый час, выгружает параметры в файлы формата MS Excel.

В приложении диссертации приводятся фрагменты исходных тестов разработанного ПО.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Для эффективного развития АСДУ транспортом газа были разработаны

научно-методические основы модернизации базового ПО и созданы

фрагменты программного обеспечения.

По результатам исследования можно сделать следующие выводы.

1. Анализ проблемы модернизации АСДУ показал необходимость качественно нового научно-аргументированного подхода к модернизации базового ПО активно развивающихся АСДУ и отсутствие соответствующих научно-методических основ.

2. Разработаны научно-методические основы модернизации базового ПО АСДУ транспортом газа, которые составляют:

- основные принципы, которым должно соответствовать проектируемое при модернизации ПО, учитывающие цели модернизации, качественное повышение интегральных показателей системы, развитие функционала задач системы, усиление структурной интеграции и обеспечение преемственности с имеющейся системой;

- требования к новой организации системного ПО и средств интеграции базового ПО, сформулированные с учетом новых стандартов и отражающие объект модернизации;

- рекомендации по составу совокупности задач, необходимых для модернизации базового ПО АСДУ транспортом газа и очередности их реализации.

3. В соответствии с предложенными научно-методическими основами модернизации базового ПО АСДУ транспортом газа разработана новая структура ПО, ориентированная на модульность, требуемую для развития функционала задач системы и на интеграцию компонентов, повышающую управляемость системы.

4. На основе структуры нового базового ПО разработана объектная модель, позволяющая перейти к процессу реализации кода. В соответствии с объектной моделью разработаны отдельные программные модули,

обеспечивающие интеграцию базового ПО АСДУ транспортом газа с другими системами.

5. Разработана математическая модель для оценки уровня организации АСДУ в транспорте газа. Предложенная на основе алгоритма Мамдани-Заде модель учитывает неоднородный характер АСДУ и плохую формализуемость исходных факторов и итоговой оценки. Были проведены расчеты, которые показали работоспособность модели.

6. Разработанные научно-методические основы модернизации базового программного обеспечения, а также модернизированное программное обеспечение были рекомендованы в ГТО для проведения модернизации базового программного обеспечения.

Проблема модернизации АСДУ как в транспорте газа, так и в других областях управления непрерывными технологическими процессами будет становиться все более острой с каждым годом. Поэтому разработанные научно-методические основы модернизации являются актуальными не только для объектов АСДУ транспортом газа, но и для других АСУТП.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Труды, опубликованные в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемых ВАК РФ.

1. Тамашайтис A.B. Проблемы и решения модернизации автоматизированных систем диспетчерского управления в транспорте газа // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2010, №6, С.28-31.

2. Григорьев Л.И., Тамашайтис A.B. Проблемы модернизации структурных решений автоматизированных систем диспетчерского управления в транспорте газа // Нефть, газ и бизнес. М.: «Нефть и газ», 2010, №9, С.73-77.

3. Тамашайтис A.B. Модернизация АСДУ в транспорте газа (на примере программного комплекса) // Нефть, газ и бизнес. М.: «Нефть и газ», 2010, №10, С.83-87.

Материалы научно-технических конференций.

4. Легеня П.Б., Тамашайтис A.B. Принципы построения программного комплекса «РеалГаз» // Сборник докладов IV Международной научно-технической конференции DISCOM-2009. М.:ВНИИГАЗ, 2009, С.169-173.

5. Степанян A.A., Тамашайтис A.B. Проблема модернизации систем диспетчерского управления в газовой отрасли // Материалы Международной научно-технической конференции «Автоматический контроль и автоматизация производственных процессов». Минск, 2009, С.220-222.

Подписано в печать 19 мая 2011 г. Формат 60x90/16 Тираж 100 экз. Заказ №200511361

Оттиражировано на ризографе в ООО «УниверПринт»

ИНН/КПП 7728572912X772801001

Адрес: г. Москва, улица Ивана Бабушкина, д. 19/1.

Тел. 740-76-47, 989-15-83.

http://www.univerprint.ru