автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка систем контроля и управления для распределенных химико-технологических объектов(на примере этиленопровода)

На правах рукописи

Захаров Николай Анатольевич

Разработка систем контроля и управления для распределенных химико-технологических объектов (на примере этиленопровода)

05.13.07. - автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в АО Центральный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Софиев А.Э.

Официальные оппоненты:

академик РАДСИ, доктор технических наук, профессор Дорохов И.Н.;

кандидат технических наук, доцент Лабутин А.Н.

Ведущая организация - Государственный инженерный центр комплексной автоматизации.

диссертационного совета Д 053.34.08 в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева (125047, Москва, А-47, Миусская пл., д. 9).

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре университета.

на заседании

1997 г.

Автореферат разослан

1997 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Бобров Д. А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время распределенные системы управления широко применяются в различных отраслях промышленности и на транспорте. Важное место занимают среди них системы контроля и управления (СКУ) для трубопроводов. Современное состояние вычислительной техники, средств связи и измерительных приборов позволяет создавать эффективные системы управления, способные обеспечить функционирование объектов с поддержанием должного уровня безопасности и экологической чистоты.

Эксплуатируемые в настоящее время в Российской Федерации и в странах СНГ нефте- и газопроводы построены десятки лет назад. Сейчас они сильно изношены, поэтому велика вероятность возникновения из них утечек транспортируемых продуктов, что крайне негативно сказывается на состоянии окружающей среды и представляет серьезную опасность для жизни и здоровья людей.

В условиях нынешнего экономического кризиса выполнить полномасштабную реконструкцию трубопровода с заменой изношенных участков трубы, контрольно-измерительных приборов, системы связи и верхнего уровня СКУ невозможно. Повысить безопасность эксплуатации трубопроводов можно путем внедрения сложных систем обработки поступающей от существующих датчиков информации, используемых для прогнозирования изменения технологических параметров, диагностики состояния контрольно-измерительных приборов, обнаружения и локализации утечек. Указанные системы, как правило, реализуются в виде программных комплексов, входящих в состав СКУ. Таким образом, наиболее целесообразной является замена физически изношенных и морально устаревших средств вычислительной техники на современные с разработкой соответствующего программного обеспечения.

Отметим, что и для эксплуатации в соответствии с современными требованиями новых трубопроводов также необходимы высококачественные СКУ.

Одной из особенностей магистральных трубопроводов как технологических объектов управления является большая протяженность (сотни и тысячи километров). Таким объектам требуются распределенные системы управления.

В связи с вышесказанным разработка программно-технических комплексов верхнего уровня для распределенных СКУ, использующих

для повышения эффективности и безопасности функционирования объекта расчет неизмеряемых параметров, является актуальной научной и практической задачей.

В диссертации на примере реконструкции верхнего уровня СКУ этиленопровода предлагается методика прогнозирования изменения параметров, характеризующих состояние трубопровода. В работе сформулирован алгоритм обнаружения и локализации утечек при аварийном разрушении стенки трубопровода, использующий в своей работе показания имеющихся на объекте датчиков давления.

Работа выполнялась в соответствии с договором между Центральным научно-исследовательским институтом комплексной автоматизации (ЦНИИКА) и Управлением этиленопроводов акционерного общества "Нижнекамскнефтехим". .

Цель работы. Создание системы контроля и управления для магистрального этиленопровода. Разработка методики обработки показаний датчиков СКУ газопровода с целью прогнозирования изменения характеризующих его состояние параметров, обнаружения и локализации утечек. В связи с этим в данной работе были поставлены и решались следующие задачи:

- разработка программно-технического комплекса верхнего уровня системы контроля и управления трубопроводом для замены устаревших средств вычислительной техники и повышения безопасности функционирования объекта.

- разработка технических средств двусторонней связи компьютера с телеметрией;

- создание программного обеспечения базового комплекта информационно-вычислительной системы, обеспечивающего сбор и отображение информации о состоянии этиленопровода с передачей данных по локальной вычислительной сети;

- разработка системы динамического моделирования трубопровода с целью прогнозирования его поведения и избежания аварийных ситуаций;

- разработка алгоритма обнаружения и локализации утечек по показаниям существующих контрольно-измерительных приборов;

- разработка программного комплекса дистанционной диагностики контрольно-измерительных приборов;

-выработка предложений по модернизации СКУ с целью повышения эффективности обнаружения и локализации утечек.

Методы исследования основаны на использовании математического моделирования, математической статистики, вычислительной математики, активного эксперимента, компьютерных технологий.

Научная новизна: разработана математическая модель газопровода, описывающая поведение объекта в широком диапазоне параметров, работоспособная как при малых, так и при больших возмущениях. Указанную модель можно использовать для имитации программными средствами утечки газа из трубопровода. На основе проведенного на объекте экспериментального исследования получены новые данные о динамике утечки. На базе этих результатов и расчетов по математической модели предложен метод обнаружения и локализации утечек по показаниям имеющихся на объекте датчиков давления и дано его обоснование.

Практическая ценность. Разработана и передана в промышленную эксплуатацию в Управлении этиленопроводов АО "Нижнекамскнефтехим" информационно-вычислительная система "Кама" - система верхнего уровня СКУ.

Разработан комплекс технических средств, алгоритмов и программ, который используется для целей сбора данных с трубопровода и управления им. Он может использоваться и на иных объектах.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных семинарах в ЦНИИКА, конференции "Математические методы в химии и химической технологии (ММХ-9)", 1995 г., Тверь.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 96 наименований. Общий объем работы 149 страниц, в том числе 29 рисунков, 2 таблицы.

Содержание работы

Глава 1 посвящена анализу существующих распределенных систем управления и средств их реализации. Приведены примеры различных технологических объектов управления, доя которых требуются распределенные АСУТП. Рассмотрены различные топологические структуры распределенных АСУТП. Приведены примеры разных способов организации связи между центральным диспетчерским пунктом

и периферийными станциями. Для объектов с относительно небольшой протяженностью (завод, цех, установка) рассмотрено использование сетей микропроцессорных контроллеров с компьютерами на верхнем уровне. Для случая существенно протяженных объектов (железнодорожный транспорт, метрополитен, газопровод), когда объект может располагаться на достаточно большой территории, при этом сбор данных, как правило, характеризуется значительным количеством точек съема информации и малым объемом информации в отдельных точках, а управляющее воздействие состоит из нескольких дискретных сигналов, рассмотрено применение систем телемеханики. Система телемеханики включает в себя относительно простые устройства, установленные на объекте, и систему связи. Система связи в этом случае характеризуется невысокой скоростью обмена (от 1200 бит/с) и большой помехозащищенностью, что диктуется спецификой передачи небольшого объема данных на значительные расстояния. Рассмотрены наиболее распространенные технические средства реализации АСУТП, в том числе продукция фирм Jokogava, Honeywell, Fisher-Rosemount, Motorola, Allen-Bradley, Siemens. Рассмотрено применение в системах реального времени различных операционных систем. Выполнен анализ области применения в АСУТП операционных систем DOS, Windows, UNIX. Рассмотрено использование для обеспечения функционирования системы в режиме реального времени и организации многозадачности или имитации многозадачности надстроек над MS-DOS типа TC-Task, LUSODRY и т.п., ОЗУ-резидентных программ и встраиваемых в составе единого ехе-модуля обработчиков программных и аппаратных прерываний. Особое внимание уделено многозадачной операционной системе QNX и использующему ее возможности пакету программ RealFlex, предназначенному для разработки программного обеспечения верхнего уровня АСУТП.

Рассмотрены методики расчета используемых в АСУТП неизмеряемых параметров объекта управления. Описано применение математических моделей объекта на верхнем уровне АСУТП в таких целях, как прогнозирование поведения объекта, предсказание его реакции на управляющее воздействие, оценка неизмеряемых параметров объекта, корректировка замеров его состояния, поступающих от датчиков системы управления, оптимизация управления объектом.

В главе 2 рассматриваются задачи математического моделирования переходных процессов в магистральных газопроводах. В области различных трубопроводных систем в части моделирования и оптимального управления ими большой вклад внесли профессора В.В. Грачев, З.Т. Галиуллин, И.Н. Дорохов, В.П. Мешалкин, М.Г. Сухарев, В.Ф. Шириков и др.

В работе сформулированы задачи прогнозирования ситуации, диагностики датчиков, обнаружения утечек, оптимизации режима эксплуатации, оценки времени безопасной работы системы, решаемые при помощи математической модели.

Постановку задачи моделирования динамики можно обобщенно сформулировать следующим образом: зная поступающие из системы сбора информации значения температур, давлений и расходов, получить прогноз профиля давлений в трубопроводе через заданное время при текущих или заданных пользователем расходах газа.

Широко распространенные способы математического моделирования газопроводов,- основанные на численном решении уравнений газовой динамики, являющихся уравнениями гиперболического типа в частных производных, позволяют получить детальное представление распространения волн возмущения давления. Длительность анализируемого процесса при этом относительно невелика - десятки минут. Для эффективного управления газопроводом при изменении режима приема/выдачи газа требуется прогноз динамики его технологических параметров в течение нескольких часов, при этом рассмотрение волновых процессов может быть опущено. Поэтому в работе предлагается математическая модель, использующая представление газопровода в виде набора емкостей.

Рассмотрим задачу вывода системы уравнений, связывающих известные нам (полученные из информационно-вычислительной системы или рассчитанные ранее) параметры трубопровода в момент времени I и эти же параметры в момент времени /+<#. Введем следующие обозначения:

- давление на /-той станции, кг/см^,

Г/- температура на 1-той станции, °К,

М/ - средний массовый поток от станции г к станции ¡+1, кг/ч,

- расстояние от /-той станции до начала координат, км,

Щ - высота станции <, м,

2> - диаметр трубопровода, см.

Ркр ~ ~ - '+1 > 1'icp - т i + 1 5 ii-Si+J-Sj,

Далее для удобства введем следующие величины: Р. + Г =Т; + ГП 2 ' кр 2 zi - коэффициент сжимаемости при TiCp, Piep-Pjf, Mi', zi' - давление, поток и сжимаемость на /-той станции в момент времени t+öt.

Температура газа на каждой станции считается постоянной во времени, но она меняется от станции к станции.

Разобьем трубопровод на участки так, чтобы каждая станция телеметрии, за исключением начальных и конечных, находилась внутри соответствующего ей участка, а границы участков были на равном удалении от двух соседних станций, т.е. начало участка i

S• + S-

находится в точке с координатой —-, а конец i-ro участка

располагается в точке с координатой ' ■ ы .

Для участка трубопровода вблизи станции г можно написать уравнение баланса массы:

т\ - т, = |(А/,Ч + ми - М; - м;) (1),

где /я/, т'{ - масса газа в участке трубопровода » в моменты времени t и соответственно, кг;

М/_/, М'{.] - поток в участок трубопровода I в моменты времени * и t+Si соответственно, кг/ч;

М{, М\ - поток из участка трубопровода I в моменты времени I и соответственно, кг/ч.

Средний поток М\ между периферийными станциями вычисляется из уравнения установившегося режима:

где для этилена К2=10,19, К2=0,0673; С = ^

V Л

Для момента времени (+<5* аналогично (2) имеем:

Если выбрать интервал времени St достаточно малым, чтобы можно было считать

Р/+ Рщ „ + \ /4ч

М\ ~ М( К)'

то уравнение баланса массы приводится к виду: «М-+ «МЧ. Рм = bi (5).

Уравнения для различных участков трубопровода объединяются в следующую систему:

A{P(t), F{t)) ■ К* + <*) = B{P(t), F{t)) (6),

где:

- вектор давлений в момент времени t - известная величина, F(t) - вектор расходов на концах трубопровода, А - матрица коэффициентов ац, рассчитываемых по параметрам трубопровода в момент времени t,

B{t) - вычисляемый по известным значениям вектор правых частей.

Система уравнений (б) представляет собой систему линейных уравнений относительно неизвестной величины Pit + St) . Расчеты по модели выполнялись путем решения полученной системы на каждом шаге по времени методом Гаусса.

Рассмотренная выше математическая модель использовалась также для имитации утечек газа из трубопровода. В диссертации приведено сопоставление результатов численных и изложенного ниже физического экспериментов.

Проведенные численные эксперименты показывают, что динамика изменения давления в точке разрушения стенки трубопровода отличается от динамики изменения давлений в соседних точках в течение ограниченного периода времени с момента возникновения утечки. Отличие заключается в том, что производная давления по времени вблизи утечки имеет минимум. Экспериментально установлено, что указанная неоднородность в динамике давлений существует около 30 минут. Полученный результат подтвержден экспериментом на объекте. Следует особо отметить ограниченность промежутка времени, в течение которого утечка может быть обнаружена. Если утечка не будет обнаружена по показаниям манометров практически сразу после возникновения, позже ее можно будет обнаружить иными средствами, обзор которых приведен в главе 3, но не посредством рассматриваемой в работе

методики обнаружения и локализации утечек по показаниям имеющихся на газопроводе манометров.

Глава 3 посвящена анализу задач обеспечения безопасности при эксплуатации трубопроводов. Приведен ряд профилактических мер, применяемых для предотвращения аварийного разрушения стенок трубопровода и последующих утечек транспортируемой среды. Эта меры зависят от способа прокладки трубы, климатических условий и перекачиваемого продукта. Рассмотрено применение тензометрирова-ния, электромагнитной дефектоскопии, контроля за состоянием антикоррозийной защиты и обследования трубопроводов на предмет коррозии.

Наряду с задачей профилактики разрушения стенок трубопровода имеет место не менее актуальная задача обнаружения и локализации утечек транспортируемого продукта с целью быстрого принятия мер по прекращению подачи нефти/газа в дефектный участок трубы и его ремонта. В работе рассмотрен рад технологий непрерывного и периодического обнаружения и локализации утечек. Приведены примеры использования лазерной аппаратуры, устанавливаемой на воздушном судне, акустических датчиков, реагирующих на шум, возникающий при истечении газа через отверстие, портативных приборов, непосредственно реагирующих на присутствие газа в воздухе.

Указанные методы обнаружения и локализации утечек требуют или периодического патрулирования трассы трубопровода с использованием контрольной аппаратуры, или оснащения его дополнительными датчиками, как в случае применения датчиков шума. Применение для диагностики утечек входящих в состав системы контроля и управления манометров позволяет непрерывно проверять объект и, следовательно, быстрее обнаруживать утечки. При этом удается избежать значительных затрат на технические средства, транспорт и рабочую силу.

В диссертационной работе приведена подробная постановка задачи выбора конфигурации системы контроля и управления, позволяющей реализовать непрерывную круглосуточную диагностику утечек по показаниям датчиков давления. Предложена программа комплекса численных экспериментов на математической модели объекта и натурных экспериментов на физическом объекте, позволяющего решить указанную задачу.

Для разработки системы обнаружения и локализации утечек газа из этиленопровода специалистами АО "Нижнекамскнефтехим" и

АО ЦНИИКА с участием автора был выполнен эксперимент по имитации утечки газа при аварийном разрушении стенки трубопровода. Эксперимент проводился путем стравливания газа на факел через диафрагмы с отверстиями диаметром 5 мм и 10 мм.

Результаты указанного натурного эксперимента соответствуют результатам численных экспериментов на математической модели газопровода, что подгвервдает адекватность модели.

Состояние трубопровода перед началом опытов и во время эксперимента фиксировалось на печатных технологических протоколах ИБС "Кама" каждые 30 минут. Для сбора более подробной информации были разработаны специальные программные средства, с помощью которых на диск ПЭВМ с периодичностью 3 — 5 мин записывались для последующей обработки показания приборов.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при имитировавшихся в опытах утечках давление в трубопроводе реагирует на вносимое в систему возмущение незначительно, поэтому для разработки высококачественного программно-аппаратного комплекса обнаружения и локализации утечек выработаны следующие рекомендации:

- повысить класс точности манометров как минимум до уровня

0,2;

- увеличить разрядность АЦП;

- оснастить периферийные станции датчиками температуры;

-Оборудовать этиленопровод системой тензодатчиков или системой акустических датчиков.

Для обнаружения утечки осуществляется последовательный анализ каждого участка трубопровода от одной станции телеметрии до другой. Система обнаружения и локализации утечек использует несколько последних профилей давления. Обозначим их количество М.

Для каждой станции организуем два целочисленных счетчика с нулевым начальным значением. Сначала дня каждой станции вычислим приращение давления при переходе от первого слоя по времени ко второму. Под приращением понимается разность между последующим и предыдущим давлением в точке, оно может быть и отрицательным. Найдем минимальное значение приращения и назовем его "первым минимумом". Для станций, приращение давления

на которых совпадает с полученным минимумом с точностью до шага дискретизации давления, увеличим на единицу первый счетчик.

Затем исключим из рассмотрения станции с полученным минимальным приращением давления, а для оставшихся повторим операцию поиска минимума приращения. Полученное значение назовем "вторым минимумом". Для станций, имеющих второй минимум, увеличим на единицу второй счетчик.

Повторим приведенные выше действия по обработке приращений для остальных слоев. Для дальнейшего анализа возьмем участки, удовлетворяющие одному из двух условий:

- на концах участка достигли максимального значения счетчики первого минимума;

-на одном конце участка достиг максимума счетчик первого минимума, а на втором - счетчик второго минимума.

Для каждого выбранного участка формируется выборка давлений. В нее включаются станции - концы рассматриваемого участка и по № станций, соседних с концами участка. Длина выборки по времени составляет М отсчетов. Выбор значений ЛЛ и № является ответственной задачей, от правильности решения которой зависит качество работы системы диагностики утечек. Обозначим давления в выборке Ру, где:

|'=0,...,2*№-К? - номер станции в выборке, - номер слоя по времени.

Далее для каждой пары соседних между собой по времени профилей давления в сформированной выборке вычислим среднее значение приращения давления по формуле

^ 0й'£2+ЛЛ+1

Затем подсчитаем, сколько раз выполняется для выборки неравенство

Р^ ~ , + АР«, > А, 0 < у < М -1 (8).

К полученному счетчику прибавим количество выполнений неравенства

0<7<№-1 (9).

Если значение сформированного счетчика превысит пороговую величину N, принимается решение о наличии утечки в подозрительном участке.

Сформулированный выше алгоритм обнаружения и локализации утечек обладает четырьмя параметрами, влияющими на его чувствительность и вероятность ложной тревоги. Это количество отсчетов по времени в выборке Nt, количество соседних с каждым концом подозрительного участка станций Ns, порог сравнения отклонения приращения от среднего А и порог сравнения счетчика отклонений N. Указанные параметры представляют собой настройки алгоритма, и для их выбора следует решить задачу оптимизации.

Задача оптимизации алгоритма диагностики утечек формулируется следующим образом: задав приемлемую вероятность ложной тревоги, выбрать четыре приведенных выше параметра так, чтобы вероятность обнаружения утечки с фиксированным расходом была максимальна. Обозначим допустимую вероятность ложной тревоги Рл. Величину утечки (расход) обозначим у. Тогда вероятность принятия решения о наличии утечки можно записать в виде W{Nt, Ns,A,N\y). В этих обозначениях задача оптимизации алгоритма обнаружения и локализации утечек записывается следующим образом: найти значения Ni*, Ns*,A", TV*, удовлетворяющие условию:

= тах (Ж(№Л5,Л,ДГ|Г)) (10)

при ограничении

w(Nt',Ns\A\Nt\0)<PJ] (11).

Формально строгое решение приведенной выше задачи оптимизации алгоритма диагностики утечек получить достаточно сложно. Можно воспользоваться упрощенной методикой настройки алгоритма непосредственно на объекте. В этом случае параметры алгоритма подбираются так, чтобы частота ложных тревог не превышала приемлемого для оператора уровня.

Глава 4 описывает разработанную с непосредственным участием автора и внедренную на этиленопроводе АО "Нижнекамскнефтехим" информационно-вычислительную систему "Кама". Этот этилено-провод состоит из двух участков Нижнекамск - Казань и Нижнекамск -Салават, обслуживаемых одним центральным и четырьмя местными диспетчерскими пунктами. Протяженность первой системы 271 км, второй системы - 453 км. Трубопровод проложен под землей на глубине 1,2 м. Внутренний диаметр трубы составляет 205 мм. Допустимый диапазон давлений в этиленопроводе во время эксплуатации составляет 55 - 95 атм (5,5-9,5 МПа). Если давление в трубопроводе будет ниже

минимально допустимого, возможно образование в трубе жидкой фазы, приводящее к закупориванию трубопровода с угрозой его разрыва. Верхняя граница давления обусловлена прочностными свойствами трубы. По проекту максимальная производительность этиленопровода составляет 30 т/ч. Всего на этиленопроводе 68 станций телеметрии, из них 6 - местные. Местные станции располагаются в цехах этиленопровода и отличаются от линейных большим объемом собираемой информации.

Система этиленопроводов оснащена телеметрией производства фирмы Serck Controls (Великобритания). В состав телеметрии входят местные и линейные станции, кабель связи и устройства связи. В диспетчерских пунктах к телеметрии подключены компьютеры ИВС "Кама", предназначенные для сбора информации о трубопроводе и оперативного управления им.

Местный диспетчерский пункт располагается в цехе этиленопровода, он содержит в своем составе одну или две местные станции и компьютер, а также узел связи. Он служит для отображения состояния соответствующего ему участка этиленопровода и управления им. На местном диспетчерском пункте работает сменный оператор-технолог.

Центральный диспетчерский пункт предназначен для сбора и отображения информации о состоянии всего этиленопровода и управления клапанами в случае отказа или отключения компьютера местного пункта; он выполняет функции местного диспетчерского пункта для соответствующего ему участка трубопровода. Цикл опроса центральным пунктом информации по всему этиленопроводу составляет около одной минуты. На компьютере оперативной телеметрии центрального диспетчерского пункта работает сменный оператор-технолог. Этот компьютер подключен к локальной сети, по которой данные о состоянии трубопровода передаются административно-управленческому персоналу этиленопровода.

Основными функциями ИВС "Кама" являются:

- сбор информации с трубопровода и контроль полученных данных на достоверность;

- первичная обработка информации;

- обнаружение аварийных ситуаций с выводом сообщений на экран и печать;

- отображение состояния объекта на мониторах сменного оператора-технолога и административно-управленческого персонала;

- расчет неизмеряемых параметров, характеризующих эффективность эксплуатации объекта, телеуправление объектом и прогнозирование поведения объекта для выбора оптимальной стратегии управления.

Основу технической структуры ИВС "Кама" составляет IBM-совместимый персональный компьютер с платой интерфейса РС-теле-метрия. Компьютер диспетчера можно включить в состав локальной сети ARCNET или ETHERNET, в этом случае данные о состоянии трубопровода передаются на другие компьютеры сети, как это реализовано в центральном диспетчерском пункте. На местных диспетчерских пунктах локальные сети не используются.

Программное обеспечение ИВС "Кама" функционирует в среде MS-DOS. На центральном диспетчерском пункте в Нижнекамске используется сетевая надстройка над MS-DOS Nowell Netware Lite. Все процедуры и функции программного обеспечения ИВС реализованы в составе единого ЕХЕ-модуля, что обусловлено однозадачностью операционной системы MS-DOS.

Разработка программного обеспечения ПТК ИВС "КАМА" строилась на принципах оптимальной функциональной декомпозиции, минимизации межфункциональной информационной структуры, адаптации системы на современные ПЭВМ, максимального использования современных программных средств и стандартной ОС ПЭВМ. Задачи были объединены в подсистемы взаимосвязанных процедур следующим образом:

- подсистема ввода/вывода сигналов из/в телеметрии;

- подсистема телеуправления;

- подсистема первичной обработки информации;

- подсистема представления информации оператору;

- подсистема расчета неизмеряемых параметров;

- подсистема протоколирования.

Одной из основных задач при создании систем контроля и управления на объектах является обеспечение связи с объектом управления: ввода информации в компьютер и выдачи из компьютера управляющих сигналов. Для связи компьютера с телеметрией разработана система ввода-вывода, состоящая из специальной интерфейсной платы и входящего в состав программного обеспечения информационно-вычислительной системы драйвера обмена информацией компьютера с телеметрией. С точки зрения компьютера интерфейсная плата

представляет собой три восьмибитовых порта ввода-вывода, обслуживание которых производится по выделенному для платы прерыванию. Со стороны телеметрии плата выглядит как параллельный интерфейс с раздельными линиями ввода и вывода и сложной системой вспомогательных сигналов. Система служебных сигналов легко может быть изменена для подключения к телеметрии, отличающейся от телеметрии, имеющейся на объекте, для которого разработана рассматриваемая ИВС. Эксплуатация системы ввода-вывода информации показала, что она позволяет обеспечить надежную связь сети персональных ЭВМ, используемых в диспетчерской, с телемеханической системой сбора информации. Подробно система ввода-вывода ИВС "Кама" описана в [2].

Для обеспечения безопасного функционирования этиленопровода оперативный доступ к информации о состоянии объекта необходим не только сменному оператору-технологу. В частности, текущими данными ИВС акгавно пользуется главный инженер. Совместный доступ нескольких пользователей к данным СКУ в центральном диспетчерском пункте обеспечивается с помощью локальной вычислительной сети.

Локальная сеть центрального диспетчерского пункта состоит из файл-сервера, рабочих станций, адаптеров ETHERNET и коаксиального кабеля. Сеть имеет обычную для ETHERNET топологию "шина". Компьютер оперативной телеметрии является рабочей станцией указанной сети. В качестве сетевой операционной системы выбрана Novell Netware Lite - надстройка над MS-DOS. Выбор Netware Lite вместо обычной Novell Netware обусловлен требованием заказчика обеспечить возможность использования файл-сервера для резервирования компьютера оперативной телеметрии в случае его отказа.

Локальная сеть позволяет делать практически неограниченные расширения базового комплекса ИВС "Кама". При использовании рассмотренных выше систем моделирования динамики этиленопровода, диагностики манометров, обнаружения и локализации утечек нагрузка на компьютер оперативной телеметрии не увеличивается. Не исключается разработка и интегрирование в систему иных использующих в реальном времени показания КИП объекта программных комплексов любой сложности, которые могут понадобиться при дальнейшей эксплуатации трубопровода. При этом основу подсистемы ввода данных в указанных программных про-

дуктах составит используемая на компьютерах административно-управленческого персонала подпрограмма считывания с диска файл-сервера информации о состоянии трубопровода.

Разработана устойчиво работающая и удовлетворяющая требованиям объекта система контроля за распределенными объектами большой протяженности, в которой взаимодействие между компьютерами осуществляется как в локальной сети, так и по системе связи телеметрии. На базе разработанных в процессе создания ИБС "Кама" программных и технических средств возможна разработка в сжатые сроки современных систем контроля и управления как для сосредоточенных, так и существенно распределенных объектов.

Основные результаты работы

1. Разработана система математического моделирования динамики газопровода. Сформулирована постановка задачи моделирования динамики, выведены уравнения модели, предложена схема их решения. Выполнено моделирование утечек из различных участков этиленопровода на разных режимах его работы.

2. Проведен физический эксперимент на действующем объекте. На основе физического и численных экспериментов сформулирован алгоритм диагностики утечек по показаниям имеющихся на объекте датчиков давления.

3. На примере реконструкции верхнего уровня распределенной системы контроля и управления газопровода рассмотрена организация сбора и обработки данных с объекта на персональных компьютерах.

4. Разработана система ввода информации в компьютер, включающая в себя специализированную интерфейсную плату и драйвер обмена.

5. Разработана система передачи данных от компьютера оперативной телеметрии по локальной сети, что позволяет нескольким пользователям иметь оперативный доступ к информации о текущем состоянии объекта и дает возможность установить на рабочих станциях сети программные комплексы обработки данных для административно-управленческого персонала.

6. Выполненная реконструкция системы контроля и управления позволила повысить безопасность эксплуатации трубопровода, организовать сбор данных для анализа характеристик объекта; в систему заложены возможности ее расширения в будущем.

Разработанная ИБС сдана в промышленную эксплуатацию на этиленопроводе АО "Нижнекамскнефтехим".

Основные результаты диссертации отражены в следующих печатных работах:

1. Винниченко В.Е., Захаров НА., Свиридов В.Н. и др. ИВС "Кама" - система контроля и управления для распределенных объектов. // Приборы и системы управления, 1995, № 10, стр. 9-11.

2. Захаров H.A. Параллельный интерфейс для обмена данными между персональным компьютером и средствами телеметрии. // Приборы и системы управления, 1996, № 3, стр. 9-11.

3. Гончаренко М.В., Захаров H.A., Случ И.И. Программный комплекс для расчета динамики и прогнозирования поведения трубопроводов. // Тез. докл. конференции "Математические методы в химии и химической технологии (ММХ-9)", 1995 г., Тверь. т.З, стр. 115.

4. Захаров H.A., Софиев А.Э. Современные технологии обеспечения безопасности при эксплуатации трубопроводов, (в печати).

5. Гончаренко М.В., Захаров H.A., Случ И.И., Софиев А.Э. Программный комплекс для имитации утечек из магистральных газопроводов. // Приборы и системы управления, 1997, №11 (в печати).