^ Наверх
Фото магистра

Дробитько Александра Викторовна

Факультет: «Компьютерных наук и технологий»

Кафедра: «Искусственного интеллекта и системного анализа»

Специальность: «Системный анализ и управление»

«Разработка системы диспетчеризации
автоматизированной системы управления технологической
линией»

Научный руководитель: доц. каф. ИИСА к.т.н. Орлов Ю.К.

Внимание!

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2019 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

С развитием техники и технологии, особенно цифровых вычислительных устройств на базе микроэлектроники (микропроцессоров), все большую часть интеллектуальных функций управления технологическими линиями (ТП) выполняется автоматическими системами (АС). В микропроцессорной АС выделяется регулятор, который представляет собой динамическую систему автоматического управления (САУ) с обратной связью, способную функционировать автономно без непосредственного участия человека [1].

В последнее время многие крупные предприятия и компании вводят на свои предприятия системы диспетчеризации автоматизированных систем управления.

Диспетчеризация автоматизированных систем управления технологическими линиями (АСУ ТЛ) – это система централизованного контроля и управления производственными линиями, осуществляемая из диспетчерского пункта при помощи технических средств связи, сигнализаций, телемеханики и автоматики [2].

Сегодняшнее развитие технологий позволило создать среду для эффективного внедрения АСУ ТЛ, и дальнейшее её диспетчеризация. Данные системы дают возможность контролировать технологические процессы централизованно и удаленно, что в свое время значительно повышает качество продукции и производительность линий [3].

1. Актуальность и мотивация темы

В данное время все чаще поднимается проблема энергосбережения и надлежащего исполнения технологических процессов на линии. Комплексный подход в оценки ситуации требует тщательный процесс сбора и обработки данных [4].

Обзор литературы и интернет источников по данной тематике показал актуальность данной темы на сегодняшний день. Введение системы диспетчеризации позволяет обеспечить не только простейшие функции мониторинга, но и полноценное общее управление (получение реальных данных от датчиков, контроль работы всей линии и её отдельных секторов, построение графиков, отслеживание и архивация аварийных сигналов), а также минимизировать «человеческий фактор» и влияние факторов и условий на оператора [5-7].

Мотивацией для создания данной магистерской работы стал анализ рынка проектирования систем диспетчеризации АСУ ТЛ. Результат показал, что на большинстве предприятий внедрение систем диспетчеризации невозможна по экономическим соображениям. В работе поднимается данная проблема и предложенное мною решение.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью магистерской работы является разработка системы диспетчеризации автоматизированной системы управления технологической линии для предприятий с органичным финансированием.

Входе научно-исследовательской работы, на основе теоретико-множественных представлений были сформулированы следующие задачи:

  • проанализировать предметную область (принципы системного анализа и системный подход);
  • получение и обработка исходных данных и указаний от верхнего (стратегического)звена управления предприятием;
  • оперативное корректирующее управление материальными и энергетическими потоками в соответствии с изменениями производственной ситуации и указаниями вышестоящего звена управления;
  • оперативное корректирующее управление запасами и производственными ресурсами;
  • рассмотреть существующие методы проектирования АСУ;
  • произвести обзор существующих функций автоматизации;
  • произвести обзор проблем диспетчеризации АСУ в технологических процессах;
  • проанализировать методы и средства современной оценки состояния оператора как динамического звена;
  • провести аналитический обзор аппаратно-программных средств;
  • спроектировать систему диспетчеризации АСУ.

Предметом исследования является система диспетчеризации автоматизированной системы управления технологической линии.

Объект исследования – это системный анализ и системный подход проектирования системы диспетчеризации.

3. Обзор исследований и разработок

Исходя из обзора научных исследований и разработок можно сделать вывод, что в современной действительности системы диспетчеризации АСУ являются едва ли не единственными методами управления и контроля различных технологических процессов. Именно поэтому им уделяют пристальное внимание не только в зарубежных, но и в национальных научных сообществах.

3.1 Обзор международных источников

В зарубежных научных сообществах существует огромное количество трудов. За последнюю декаду в международном научном мире резко возрос интерес к проблеме высокоэффективных систем диспетчеризации АСУ. Все это прямой результат прогресса в области вычислительно-программного обеспечения. Большинство научных работ направлено на разработку и усовершенствование систем диспетчеризации [9-11]. За последние пять лет в США пришелся пик исследований данной области в контексте «человеческого фактора» и модели «человек-оператор» [12]. Также считаю важным отметить многочисленные публикации российских и украинских авторов в сборниках международных научных конференциях Института инженеров электротехники и электроники (IEEE) [13-15].

3.2 Обзор национальных источников

Исходя из анализа научных публикаций в странах СНГ ведется крупномасштабное исследование способов экономии всевозможных ресурсов. Постоянный рост цен ведет к поиску эффективных методов экономии ресурсов [16].

В книге «Системы диспетчеризации и управления» [17] произведено исследование, которое определило, что после внедрения систем диспетчеризации экономия предприятия на постоянные производственные расходы может достигать 30%. Затраты на строительство в этом случае намного выше, однако окупаемость капитальных вложений происходит намного быстрее.

3.3 Обзор локальных источников

ДонНТУ имеет большую электронную базу, которая содержит многочисленные научные публикации связанные с проектированием АСУ и внедрением систем диспетчеризации. Из них можно выделить следующие статьи:

  • Маргиев Г.Э., Краснокутский В.А. «Подключение нестандартных устройств к системе Master SCADA». В работе рассматриваются вопросы подключения к системе автоматического управления и диспетчеризации Master SCADA устройств с интерфейсами, которые им не поддерживаются [18];
  • Бондарь С.В., Мальчева Р.В., Баркалов А.А. Специализированная система диспетчеризации горно-транспортного оборудования. В работе рассмотрена система диспетчеризации горно-транспортного оборудования. Кратко описана разработанная система, ее структура, возможности и примеры использования [19];
  • Жук Н.М., Звягинцева А.В. Проектирование и моделирование автоматизированной системы анализа метеопоказателей. Выполнен обзор основных метеорологических показателей, проведен анализ климата города Донецка, описан этап проектирования имитационной модели метеопроцессов. Приведена характеристика среды разработки автоматизированной системы, обоснован выбор программного обеспечения, необходимого для разработки системы [20];

4. Принципы системного анализа и системный подход

В данной работе нами будет рассматривается автоматизированная система управления технологической линией. С целью достижения успеха были рассмотрены теоретические основы построения автоматизированной системы управления [21].

Основы построения АСУ ТЛ базируются на следующих основных принципах системного анализа.

1. Принцип деление целого на части.

Любую сложную систему проще проектировать по частям. То, что невозможно сделать сразу для всей системы, можно сделать для отдельных ее частей.

2. Принцип иерархии.

Обеспечивает реализацию стратегии целенаправленного поведения системы во времени и пространстве. Верхние уровни реализуют стратегию поведения системы на перспективу. Нижние уровни реализуют и определяют текущее поведение системы.

3. Принцип необходимого и достаточного разнообразия.

Разнообразие управления проявляется в использовании различных методов управления и вариантов организационных структур.

4. Принцип обратной связи.

Сущность этого принципа состоит в постоянном получении сведений о результатах управляющих воздействий. На основе этой информации управляющая система прогнозирует состояние объекта управления, сравнивает его с заданным и в случае отклонений переводит объект в требуемый режим. Этим обеспечивается синхронность между выдаваемыми плановыми заданиями и полученной информацией об их выполнении, учет возникающих отклонений от плана [22].

Применительно к сложным АСУ выделяют три уровня.

Уровень 1. Информационное описание. Соответствует взгляду на систему в целом и на ее взаимодействие с внешней средой. При этом разработчиков интересуют все информационные связи системы с внешней средой, роль системы как преобразователя информации.

Уровень 2. Функциональное описание. Выявляет способ реализации закона управления, определяет функциональные элементы АСУ и отношения между ними. В результате определяется функциональная структура системы, в которой каждая функциональная подсистема выполняет определенную часть общего алгоритма управления.

Уровень 3. Системотехническое описание. Выявляет структуру комплекса технических средств АСУ, под которой понимаются: состав, связи групп оборудования; номенклатура, число и размещение технических средств каждой группы. Технические подсистемы предназначены для реализации отдельных самостоятельных функций в составе общего процесса преобразования информации [22].

В соответствии с этими уровнями описания возникают следующие задачи, решаемые на этапе проектирования АСУ:

  • определение взаимоотношений системы управления с внешней средой и объектом управления, формирование закона управления;
  • алгоритмизация закона управления, разработка функциональной структуры;
  • выбор технических средств для реализации информационных процессов, разработка структуры комплекса технических средств.

5. Системный анализ системы диспетчеризации АСУ

В результате анализа было выявлено, что многими исследователями предложена модель «Пирамида АСУ промышленного предприятия» представленная на рисунке 1.

«Пирамидальная» модель АСУ промышленного предприятия

Рисунок 1 - «Пирамидальная» модель АСУ промышленного предприятия

(Анимация Размер: 150 Кб; Кадров: 5; Повторов: 10; Задержка: 0.8 сек)

В общем случае, основным назначением АСД является обеспечения высокой координации действий подразделений предприятия на оперативном уровне. Однако решение данной проблемы оказывается связанным с необходимостью интеграции всех функций оперативного управления, и, прежде всего, диспетчеризации. В данном случае оператор выступает как динамическое звено.

5.1 Декомпозиция функционирования оператора АСУ

Оператор в АСУ выполняет множественные функции управления в нестационарных условиях (см. рис. 2).

Декомпозиция воздействий на оператора

Рисунок 2 - Декомпозиция воздействий на оператора

Если оценивать оператора в виде некоторой эквивалентной информационной интеллектуально-физиологической системы, то он может быть представлен двумя уровнями: воспринимающей и исполнительной частями. На входе воспринимающей части этой системы воздействуют исходные условия, дефицит времени, внешние и внутренние возмущающие факторы, повышенная степень ответственности за результаты действий, самоконтроль и взаимоконтроль (при управлении в составе экипажа, команды) за решениями, действиями и результатами [23].

На выходе формирующей части образуется ряд управленческих решений: по выбору режима функционирования АСУ, по формированию действий, направленных на управление объектом, выполнимости и исполнению отдельных разовых команд верхнего иерархического уровня при вмешательстве в оперативную деятельность оператора.

5.2 Декомпозиция входных воздействий

Исходные условия в работе оператора интерпретируются как множество требующих решения условий:

G(t) = Gл(t) ∪ Gф(t) ∪ Gк(t),

где Gл(t) – множество условий (задач), требующих логического решения, Gф(t) –множество формальных функциональных задач, требующих применения известного решений, Gк(t) – множество поступающих приоритетных и бесприоритетных разовых команд.

Чем больше функций управления в АСУ передается оператору, тем больше размерность логико-функционального множества B(t):

B(t) = Gл(t) ∪ Gф(t); B(t) ⊂ G(t),

т. е. множества задач, которые требуют одновременно и логического, и формального решения.

Особую роль играют команды верхнего иерархического уровня управления, объединенные в множество Gк(t). Если команды передаются оператору в реальном масштабе времени и с более глубоким анализом обстановки, чем это может выполнить оператор, их безусловное выполнение имеет позитивный результат. В противном случае может быть нанесен ущерб. Анализ команд для оператора во многих случаях сложнее, чем анализ реальной обстановки по управлению объектом. Так что команды могут быть в некоторых случаях отнесены к возмущениям [24].

К исходным условиям принятия решения относится множество параметров Yоу, характеризующих движение ОУ, поступающее на воспринимающую часть в форме векторов:

  • Yоп.ос(Yоу), образованного по результатам измерений датчиками обратной связи;
  • Yинт (Yоу), образованного по ощущениям и интуитивным заключениям самого оператора.

Дефицит времени обусловлен допустимыми временными интервалами, которые должны быть соблюдены при обработке условий управления, принятии и исполнении решений. Оценка дефицита времени – результат сравнения векторов:

ΔDτ (t) = Dр(t) – Dж(t),

где Dр(t) и Dж(t) – соответственно векторы располагаемых и желаемых интервалов на обработку исходных условий, на принятие и исполнение управленческих решений.

Возмущающие факторы. Возможности человека по обработке информации и принятию решения не безграничны, для этого и существуют датчики. Например, он неспособен длительное время безошибочно выполнять монотонные действия. А в условиях утомления они не поддаются достоверному прогнозу. В большой степени поведение человека – следствие его субъективных психофизиологических особенностей. Возмущения в общем случае нестационарные и представляют собой объединение множеств:

F(t) = Fоп вш(t) Υ Fоп вн(t),

где Fоп вш(t) и Fоп вн(t) соответственно множество внешних и внутренних факторов.

5.3 Декомпозиция принятия решения

Цель функционирования оператора в АСУ – принятие управленческих решений. Соответственно, глубина декомпозиции ограничивается выходом за пределы цели исследования большой системы, а именно системы функционирования оператора в АСУ.

Выбор режима функционирования АСУ является следствием обработки оператором информации о состоянии объекта управления, системы автоматического управления и самоконтроля организма. Решению сопутствуют сведения о необходимости его принятия. Поэтому это тоже множество функций управления режимами (Uреж(t), которое включает всю эту информацию в виде его элементов.

Формирование действий, направленных на управление объектом, оценивается в зависимости от выбранного режима. Это соответственно множества управления техническими объектами (Uа(t), Uдир(t), Uруч(t) при автоматическом, директорном и ручном управлении [24].

Выполнимость и исполнение отдельных разовых команд верхнего иерархического уровня при вмешательстве в оперативную деятельность оператора оценивается множеством I(t).

Рассмотренные особенности функционирования оператора АСУ показывают, что на функционирование оператора влияет множество дестабилизирующих случайных и детерминированных факторов [25].

Выводы

В данной работе были рассмотрены теоретические основы построения АСУ. На основе этого были сформулированы основные задачи, которые необходимо выполнить при дальнейшем проектировании автоматизированной системы управления технологическими линиями.

В результате системного анализа системы диспетчеризации АСУ была сформулирована «пирамидальная» модель АСУ, проведены декомпозиция функционирования оператора, входных воздействий и принятия решений оператора. В рамках магистерской работы на основе этих данных будет произведена разработка системы диспетчеризации автоматизированной системы управления технологической линией.

Литература

  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 и разработка: Дробитько А.В.