^ Наверх
Фото магістра

Дробітько Олександра Вікторівна

Факультет: «Комп'ютерних наук і технологій»

Кафедра: «Штучного інтелекту та системного аналізу»

Спеціальність: «Системний аналіз і управління»

«Розробка системи диспетчеризації
автоматизованої системи управління технологічною
лінією»

Науковий керівник: доц. каф. ШІСА к.т.н. Орлов Ю.К.

Увага!

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: червень 2019 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

З розвитком техніки і технології, особливо цифрових обчислювальних пристроїв на базі мікроелектроніки (мікропроцесорів), все більшу частину інтелектуальних функцій управління технологічними лініями (ТП) виконується автоматичними системами (АС). У мікропроцесорної АС виділяється регулятор, який являє собою динамічну систему автоматичного управління (САУ) зі зворотним зв'язком, здатну функціонувати автономно без безпосередньої участі людини [1].

Останнім часом багато великих підприємств і компаній вводять на свої підприємства системи диспетчеризації автоматизованих систем управління.

Диспетчеризація автоматизованих систем управління технологічними лініями (АСУ ТЛ) - це система централізованого контролю і управління виробничими лініями, що здійснюється з диспетчерського пункту за допомогою технічних засобів зв'язку, сигналізацій, телемеханіки і автоматики [2].

Сьогоднішній розвиток технологій дозволило створити середовище для ефективного впровадження АСУ ТЛ, і подальше її диспетчеризація. Дані системи дають можливість контролювати технологічні процеси централізовано і віддалено, що свого часу значно підвищує якість продукції та продуктивність ліній [3].

1. Актуальність і мотивація теми

В даний час все частіше піднімається проблема енергозбереження і належного виконання технологічних процесів на лінії. Комплексний підхід в оцінки ситуації вимагає ретельний процес збору і обробки даних [4].

Огляд літератури та інтернет джерел з даної тематики показав актуальність даної теми на сьогоднішній день. Введення системи диспетчеризації дозволяє забезпечити не тільки найпростіші функції моніторингу, а й повноцінне загальне управління (отримання реальних даних від датчиків, контроль роботи всієї лінії і її окремих секторів, побудова графіків, відстеження та архівування аварійних сигналів), а також мінімізувати «людський фактор» і вплив факторів і умов на оператора [5-7].

Мотивацією для створення даної магістерської роботи став аналіз ринку проектування систем диспетчеризації АСУ ТЛ. Результат показав, що на більшості підприємств впровадження систем диспетчеризації неможлива з економічних міркувань. В роботі піднімається дана проблема і запропоноване мною рішення.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою магістерської роботи є розробка системи диспетчеризації автоматизованої системи управління технологічної лінії для підприємств з органічним фінансуванням.

Вході науково-дослідницької роботи, на основі теоретико-множинних уявлень були сформульовані наступні завдання:

  • проаналізувати предметну область (принципи системного аналізу та системний підхід);
  • розглянути існуючі методи проектування АСУ;
  • провести огляд існуючих функцій автоматизації;
  • провести огляд проблем диспетчеризації АСУ в технологічних процесах;
  • рассмотреть существующие методы проектирования АСУ;
  • произвести обзор существующих функций автоматизации;
  • произвести обзор проблем диспетчеризации АСУ в технологических процессах;
  • проаналізувати методи і засоби сучасної оцінки стану оператора як динамічної ланки;
  • провести аналітичний огляд апаратно-програмних засобів;
  • спроектувати систему диспетчеризації АСУ.

Предметом дослідження є система диспетчеризації автоматизованої системи управління технологічної лінії.

Об'єкт дослідження - це системний аналіз і системний підхід проектування системи диспетчеризації.

3. Огляд досліджень та розробок

Виходячи з огляду наукових досліджень і розробок можна зробити висновок, що в сучасній дійсності системи диспетчеризації АСУ є чи не єдиними методами управління і контролю різних технологічних процесів. Саме тому їм приділяють пильну увагу не тільки в зарубіжних, але і в національних наукових спільнотах.

3.1 Огляд міжнародних джерел

У зарубіжних наукових спільнотах існує величезна кількість праць. За останню декаду в міжнародному науковому світі різко зріс інтерес до проблеми високоефективних систем диспетчеризації АСУ. Все це прямий результат прогресу в області обчислювально-програмного забезпечення. Більшість наукових робіт направлено на розробку і вдосконалення систем диспетчеризації [9-11]. За останні п'ять років в США припав пік досліджень даної області в контексті «людського фактора» і моделі «людина-оператор» [12]. Також вважаю важливим відзначити численні публікації російських і українських авторів в збірниках міжнародних наукових конференціях Інституту інженерів електротехніки та електроніки (IEEE) [13-15].

3.2 Огляд національних джерел

Виходячи з аналізу наукових публікацій в країнах СНД ведеться масштабне дослідження способів економії всіляких ресурсів. Постійне зростання цін веде до пошуку ефективних методів економії ресурсів [16].

У книзі «Системи диспетчеризації і управління» [17] проведено дослідження, яке визначило, що після впровадження систем диспетчеризації економія підприємства на постійні виробничі витрати може досягати 30%. Витрати на будівництво в цьому випадку набагато вище, однак окупність капітальних вкладень відбувається набагато швидше.

3.3 Огляд локальних джерел

ДонНТУ має велику електронну базу, яка містить численні наукові публікації пов'язані з проектуванням АСУ та впровадженням систем диспетчеризації. З них можна виділити наступні статті:

  • Маргієв Г.Е., Краснокутський В.А. «Підключення нестандартних пристроїв до системи Master SCADA». У роботі розглядаються питання підключення до системи автоматичного управління і диспетчеризації Master SCADA пристроїв з інтерфейсами, які їм не підтримуються [18];
  • Бондар С.В., Мальчева Р.В., Баркалов А.А. Спеціалізована система диспетчеризації гірничо-транспортного обладнання. В роботі розглянута система диспетчеризації гірничо-транспортного обладнання. Коротко описана розроблена система, її структура, можливості та приклади використання [19];
  • Жук Н.М., Звягінцева А.В. Проектування і моделювання автоматизованої системи аналізу метеопоказників. Виконано огляд основних метеорологічних показників, проведений аналіз клімату міста Донецька, описаний етап проектування імітаційної моделі метеопроцесси. Наведено характеристику середовища розробки автоматизованої системи, обгрунтований вибір програмного забезпечення, необхідного для розробки системи [20];

4. Принципи системного аналізу та системний підхід

У даній роботі нами буде розглядається автоматизована система управління технологічною лінією. З метою досягнення успіху були розглянуті теоретичні основи побудови автоматизованої системи управління [21].

Основи побудови АСУ ТЛ базуються на таких основних принципах системного аналізу.

1. Принцип поділ цілого на частини.

Будь-яку складну систему простіше проектувати по частинах. Те, що неможливо зробити відразу для всієї системи, можна зробити для окремих її частин.

2. Принцип ієрархії.

Забезпечує реалізацію стратегії цілеспрямованого поведінки системи в часі і просторі. Верхні рівні реалізують стратегію поведінки системи на перспективу. Нижні рівні реалізують і визначають поточне поведінку системи.

3. Принцип необхідного і достатнього різноманітності.

Різноманітність управління проявляється у використанні різних методів управління і варіантів організаційних структур.

4. Принцип зворотного зв'язку.

Сутність цього принципу полягає в постійному отриманні відомостей про результати дій, що управляють. На основі цієї інформації керуюча система прогнозує стан об'єкта управління, порівнює його із заданим і в разі відхилень переводить об'єкт в необхідний режим. Цим забезпечується синхронність між видаються плановими завданнями і отриманою інформацією про їх виконання, облік виникаючих відхилень від плану [22].

Стосовно до складних АСУ виділяють три рівня.

Рівень 1. Інформаційне опис. Відповідає погляду на систему в цілому і на її взаємодія з зовнішнім середовищем. При цьому розробників цікавлять всі інформаційні зв'язки системи з зовнішнім середовищем, роль системи як перетворювача інформації.

Рівень 2. Функціональне опис. Виявляє спосіб реалізації закону управління, визначає функціональні елементи АСУ і відносини між ними. В результаті визначається функціональна структура системи, в якій кожна функціональна підсистема виконує певну частину загального алгоритму управління.

Рівень 3. Системотехнічне опис. Виявляє структуру комплексу технічних засобів АСУ, під якою слід розуміти: склад, зв'язку груп обладнання; номенклатура, кількість і розміщення технічних засобів кожної групи. Технічні підсистеми призначені для реалізації окремих самостійних функцій в складі загального процесу перетворення інформації [22].

Відповідно до цих рівнями опису виникають наступні завдання, які вирішуються на етапі проектування АСУ:

  • визначення взаємовідносин системи управління із зовнішнім середовищем і об'єктом управління, формування закону керування;
  • алгоритмізація закону управління, розробка функціональної структури;
  • вибір технічних засобів для реалізації інформаційних процесів, розробка структури комплексу технічних засобів.

5. Системний аналіз системи диспетчеризації АСУ

В результаті аналізу було виявлено, що багатьма дослідниками запропонована модель «Піраміда АСУ промислового підприємства» представлена на малюнку 1.

«Пірамідальна» модель АСУ промислового підприємства

Малюнок 1 - «Пірамідальна» модель АСУ промислового підприємства

У загальному випадку, основним призначенням АСД є забезпечення високої координації дій підрозділів підприємства на оперативному рівні. Однак рішення даної проблеми виявляється пов'язаним з необхідністю інтеграції всіх функцій оперативного управління, і, перш за все, диспетчеризації. В даному випадку оператор виступає як динамічний ланка.

5.1 Декомпозиція функціонування оператора АСУ

Оператор в АСУ виконує множинні функції управління в нестаціонарних умовах (див. мал. 2).

Декомпозиція впливів на оператора

Малюнок 2 - Декомпозиція впливів на оператора

Якщо оцінювати оператора у вигляді деякої еквівалентної інформаційної інтелектуально-фізіологічної системи, то він може бути представлений двома рівнями: сприймає і виконавчої частинами. На вході сприймає частини цієї системи впливають вихідні умови, дефіцит часу, зовнішні і внутрішні обурюють фактори, підвищена ступінь відповідальності за результати дій, самоконтроль і взаємоконтроль (при управлінні у складі екіпажу, команди) за рішеннями, діями та результатами [23].

На виході формує частини утворюється ряд управлінських рішень: по вибору режиму функціонування АСУ, по формуванню дій, спрямованих на управління об'єктом, здійсненності та виконання окремих разових команд верхнього ієрархічного рівня при втручанні в оперативну діяльність оператора.

5.2 Декомпозиція вхідних впливів

Вихідні умови в роботі оператора інтерпретуються як безліч які потребують вирішення умов:

G(t) = Gл(t) ∪ Gф(t) ∪ Gк(t),

де Gл (t) - безліч умов (завдань), що вимагають логічного рішення, Gф (t)-безліч формальних функціональних завдань, що вимагають застосування відомого рішень, Gк (t) - безліч надходять пріоритетних і безприорітетних разових команд.

Чим більше функцій управління в АСУ передається оператору, тим більше розмірність логіко-функціонального безлічі B (t):

B(t) = Gл(t) ∪ Gф(t); B(t) ⊂ G(t),

т. б. безлічі завдань, які вимагають одночасно і логічного, і формального рішення.

Особливу роль відіграють команди верхнього ієрархічного рівня управління, об'єднані в безліч Gк (t). Якщо команди передаються оператору в реальному масштабі часу і з більш глибоким аналізом обстановки, ніж це може виконати оператор, їх безумовне виконання має позитивний результат. В іншому випадку може бути завдано шкоди. Аналіз команд для оператора в багатьох випадках складніше, ніж аналіз реальної обстановки з управління об'єктом. Так що команди можуть бути в деяких випадках віднесені до збурень [24].

До вихідних умов прийняття рішення відноситься безліч параметрів Yоу, що характеризують рух ОУ, що надходить на що сприймає частину в формі векторів:

  • Yоп.ос (Yоу), утвореного за результатами вимірювань датчиками зворотного зв'язку;
  • Yінт (Yоу), утвореного за відчуттями і інтуїтивним висновків самого оператора.

Дефіцит часу обумовлений допустимими часовими інтервалами, які повинні бути дотримані при обробці умов управління, прийняття та виконання рішень. Оцінка дефіциту часу - результат порівняння векторів:

ΔDτ (t) = Dр(t) – Dж(t),

де D р (t) і Dж (t) - відповідно вектори наявних і бажаних інтервалів на обробку вихідних умов, на прийняття і виконання управлінських рішень.

Обурюють фактори. Можливості людини з обробки інформації та прийняття рішення не безмежні, для цього й існують датчики. Наприклад, він нездатний тривалий час безпомилково виконувати монотонні дії. А в умовах стомлення вони не піддаються достовірного прогнозу. У великій мірі поведінку людини - наслідок його суб'єктивних психофізіологічних особливостей. Обурення в загальному випадку нестаціонарні і являють собою об'єднання множин:

F(t) = Fоп вш(t) Υ Fоп вн(t),

де Fоп ВШ (t) і Fоп вн (t) відповідно безліч зовнішніх і внутрішніх факторів.

5.3 Декомпозиція прийняття рішення

Мета функціонування оператора в АСУ - прийняття управлінських рішень. Відповідно, глибина декомпозиції обмежується виходом за межі мети дослідження великої системи, а саме системи функціонування оператора в АСУ.

Вибір режиму функціонування АСУ є наслідком обробки оператором інформації про стан об'єкта управління, системи автоматичного управління і самоконтролю організму. Вирішенню супроводжують відомості про необхідність його прийняття. Тому це теж безліч функцій управління режимами (Uреж (t), яке включає всю цю інформацію у вигляді його елементів.

Формування дій, спрямованих на управління об'єктом, оцінюється в залежності від обраного режиму. Це відповідно безлічі управління технічними об'єктами (Uа (t), Uдір (t), Uруч (t) при автоматичному, діректорной і ручному управлінні [24].

Здійснимість і виконання окремих разових команд верхнього ієрархічного рівня при втручанні в оперативну діяльність оператора оцінюється безліччю I (t).

Розглянуті особливості функціонування оператора АСУ показують, що на функціонування оператора впливає безліч дестабілізуючих випадкових і детермінованих факторів [25].

Висновки

У даній роботі були розглянуті теоретичні основи побудови АСУ. На основі цього були сформульовані основні завдання, які необхідно виконати при подальшому проектуванні автоматизованої системи управління технологічними лініями.

В результаті системного аналізу системи диспетчеризації АСУ була сформульована «пірамідальна» модель АСУ, проведені декомпозиція функціонування оператора, вхідних впливів і прийняття рішень оператора. В рамках магістерської роботи на основі цих даних буде проведена розробка системи диспетчеризації автоматизованої системи управління технологічною лінією.

Література

  1. Воронов, А.А. Основы теории автоматического управления. Часть 2 / А.А. Воронов. – М.: Энергия, 2014. – 372 c.
  2. Нестеров, А.Л. Проектирование АСУТП. Книга 1 / А.Л. Нестеров – М.: ИРПО; Изд. центр «Академия»,2014–289с.
  3. Воронов, А.В. Элементы теории автоматического регулирования / А.В. Воронов. – М.: Воениздат, 2015. – 472 c.
  4. Ниязов, А. Р. Системы автоматизации зданий, диспетчеризация инженерных систем и их эксплуатация и перспективы их развития / А.Р. Ниязов, Д.О. Чиркин // Молодой ученый. – 2016. – №7. – С. 136-138.
  5. Кокорев, П. В. Системы диспетчеризации: решения без проблем / П.В. Кокорев // Автоматизация в промышленности. – 2007. – № 10. С. 37-39.
  6. Клюев, А. С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский. – М.: Энергия, 2015. – 512 c.
  7. Майоров, А. В. Безопасность функционирования автоматизированных объектов / А.В. Майоров, Г.Н. Москатов, Г.П. Шибанов. – М.: Машиностроение, 2014. – 264 c.
  8. Бусленко, Н.П. Моделирование сложных систем / Н.П. Бусленко. – М.: Наука, 1978. – 400 с.
  9. Multi-criteria Intelligent Dispatching Control of Automated Guided Vehicles in FMS // IEEE Xplore. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org/document/4017851
  10. Fundamentals of intelligent public transportation dispatching systems planning // IEEE Xplore. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org/document/5267818
  11. The advanced automated hardware-software complex of control and management of functioning of the megapolises complicated heat-supplying systems // IEEE Xplore. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org/document/7911692
  12. Impact analysis of human factors on power system operation reliability // SpringerLink. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://link.springer.com/article/10.1007/s40565-016-0231-6
  13. Development of simulator automated dispatch control system for implementation in learning process // IEEE Xplore. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org/document/8095078
  14. The flexible algorithm for identifying a disturbance and transient duration in power systems // IEEE Xplore. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org/document/7797787
  15. Informational analytical system of control of master schedules of sewer pump station // IEEE Xplore. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org/document/1365998
  16. Клюева, А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ. пособие / А.С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.
  17. Матвейкин, В.Г. Системы диспетчеризации и управления Учебное пособие / В.Г. Матвейкин, Б.С. Дмитриевский, И.С. Панченко. – Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО "ТГТУ", 2013. – 96 с.
  18. Маргиев, Г.Э. Подключение нестандартных устройств к системе Master SCADA / Г.Э. Маргиев, В.А. Краснокутский // Информационные управляющие системы и компьютерный мониторинг. – Донецк: ДонНТУ, 2014. – С. 206 - 209.
  19. Бондарь, С.В. Специализированная система диспетчеризации горно-транспортного оборудования / С.В. Бондарь, Р.В. Мальчева, А.А. Баркалов // Информатика и компьютерные технологии. – Донецк: ДонНТУ, 2012. – С. 100 - 104.
  20. Жук, Н.М. Проектирование и моделирование автоматизированной системы анализа метеопоказателей / Н.М. Жук, Звягинцева А.В. // Информационные управляющие системы и компьютерный мониторинг. – Донецк: ДонНТУ, 2014. - С. 117 - 122.
  21. Глушков, В.М. Основные принципы построения автоматизированных систем управления /В.М. Глушков. – Киев: НТЛ, 1969, – 274 с.
  22. Нечипоренко, В.И. Структурный анализ систем / В.И. Нечипоренко. – М.: "Советское радио", 1977. – 185.
  23. 23. «Человеческий фактор»: критерии оценки профдеятельности в культуре безопасности // ПРоАтом. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.proatom.ru/modules.php?name=News &file=article&sid=700
  24. Стрелков, Ю.К. Инженерная и профессиональная психология: материалы к курсу лекций на психологическом факультете МГУ / Ю.К. Стрелков. – М.: Академия, 2001. – 360 с.
  25. Анохин, П.К. Очерки по физиологии функциональных систем / П.К. Анохин. – М.: Медицина, 1975. – 402 с.

Контакты: alexandra.drobitko
alexandra.drobitko@yandex.ua

2019 © Drobitko Alexandra | Дизайн і розробка: Дробітько О.В.