WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Арутюнян Тигран Мгерович

Разработка методов оптимизации измерений в АСУ ТП
электростанций по критериям надежности и экономичности

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в энергетике)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва, 2009 г.

Работа выполнена на кафедре Автоматизированных систем управления тепловыми процессами (АСУ ТП) Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Панько Марк Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Солдатов Виктор Владимирович

кандидат технических наук,

Тарасов Дмитрий Викторович

Ведущая организация: ОАО «НИИТеплоприбор»

Защита диссертации состоится “23” апреля 2009 г. в 1530 в аудитории Б-205 на заседании диссертационного совета Д 212.157.14 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250,
г. Москва, Красноказарменная ул., дом 17.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул.,
дом 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан « » марта 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.14

к.т.н., доцент Зверьков В.П.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Информационное обеспечение систем управления является одной из основных функций АСУТП и базируется на измерении большого количества различных технологических параметров. Требования к качеству этих систем формируется под влиянием современного уровня развития энергетических установок, характеризуемых интенсификацией технологических процессов и использованием высокоэкономичных энергетических агрегатов большой единичной мощности.

Достоверность измеряемой информации и надежность ее доставки потребителям – необходимые факторы, обеспечивающие качество управления объектом, расчета и анализа ТЭП, диагностики текущего состояния оборудования и т.д.

Анализ методов контроля и проверки достоверности информации показывает, что в современных АСУ ТП в основном применяются давно опробованные стандартные алгоритмы контроля достоверности, без использования расширенных возможностей программно-технических комплексов (ПТК). Недостаточное внимание уделяется не менее актуальной проблеме замещения не измеряемых по причине отказа измерительных устройств или каналов передачи информации параметров в периоды их восстановления.

В настоящее время в связи с широким внедрением ПТК при проектировании новых и модернизации старых АСУ ТП ТЭС и АЭС заказчиков систем управления все больше интересуют информационные системы с повышенной надежностью, или другими словами, отказоустойчивые измерительные системы (ИС). Отказоустойчивые ИС должны гарантировать исполнение функций системы за определенный, желательно как можно длительный промежуток времени даже при наличии неисправностей. Это означает не только применение высоконадежных элементов ИС, но и применение проектных решений, при которых отдельные неисправности не влияют на ее работу в целом. Как правило, отказоустойчивые технологии основываются на некоторой избыточности, как информационного характера, так и физического типа (аппаратное резервирование). Оба варианта связаны с удорожанием ИС и при их проектировании возникает проблема выбора оптимальной структуры ИС с целью обеспечения требуемых (или максимальных) показателей надежности с минимальными затратами.

Сказанное выше подтверждает необходимость проведения дальнейших исследований, направленных на усовершенствование систем контроля достоверности и повышения надежности работы измерительных систем с использованием программных возможностей ПТК и разработки методических положений по выбору оптимальной структуры измерительных систем на базе многокритериального подхода.

Цель и основные задачи. Целью диссертационной работы является разработка и исследование мероприятий по усовершенствованию систем контроля достоверности информации и по повышению надежности и экономичности работы измерительных систем АСУТП на базе ПТК энергоблоков ТЭС и АЭС.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

  1. Анализ систем контроля достоверности информации в АСУ ТП без ПТК и их усовершенствование с использованием возможностей ПТК.
  2. Усовершенствование алгоритмов замещения не измеряемых параметров при метрологических и параметрических отказах в измерительных системах.
  3. Усовершенствование методических положений для расчета показателей надежности измерительных систем АСУ ТП на базе ПТК.
  4. Разработка рекомендаций по повышению надежности работы измерительных систем АСУ ТП.
  5. Разработка методических положений для выбора оптимальной структуры измерительных систем на основе многокритериального подхода по надежностному и стоимостному критериям.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Разработаны методические положения и алгоритмы:
    • по оценке значения не измеряемого по причине отказа измерительной системы параметра по значению функционально связанного с ним измеряемого параметра в период восстановления отказавшего элемента ИС;
    • по оценке значений параметра измеряемого одним датчиком и функционально не связанного с другими измеряемыми параметрами в период восстановления отказавшего элемента ИС на основе использования автокорреляционных функций;
    • корректировки измеренных значений измеряемого одним датчиком параметра на основе предложенного принципа равного деления случайных погрешностей между измеренными за определенный период значениями данного параметра.
  2. Для восстанавливаемых измерительных систем без резервирования, а так же для ИС с постоянным резервированием измерительных устройств и со скользящим резервированием линий связи получены обобщенные выражения для оценки основных показателей надежности элементов измерительной системы и измерительных систем различной структуры.
  3. Для ИС повышенной надежности предложено применить рабочее резервирование линии связи, и показано, что такая структура ИС совместно с постоянным резервированием элементов ИС периферийного и верхнего уровней позволяет многократно увеличить среднее время наработки на отказ ИС в целом.
  4. Разработана методика выбора оптимальной структуры ИС на базе двухкритериального подхода с учетом факторов надежности и экономичности. В качестве критерия по надежности предложено использовать среднее время наработки на отказ, а в качестве критерия по экономичности предложено использовать дисконтированные затраты с учетом дополнительных «штрафных» затрат на ремонтное обслуживание при отказах элементов ИС и ИС в целом за период жизненного цикла АСУ ТП.

Конкретное личное участие автора в полученных результатах заключается в разработке методических положений и алгоритмов усовершенствования систем контроля достоверности и повышения надежности работы измерительных систем с использованием программных возможностей современных ПТК и разработки методических положений по выбору оптимальной структуры измерительных систем на базе многокритериального подхода.

Автор также провел расчеты на основе вышеуказанных методических положений, проводил анализ полученных результатов, определил условия и ограничения для реализации разработанных алгоритмов

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных методов математического моделирования и математических методов оптимизации, сравнением полученных результатов с аналогичными данными, полученными другими авторами.

Практическая ценность выполненной работы заключается в том, что разработанные методические подходы и их реализация в рамках конкретных алгоритмов позволяют усовершенствовать системы контроля достоверности информационного обеспечения АСУ ТП на базе ПТК, повысить надежность работы как отдельных элементов измерительных систем, так и системы в целом. Алгоритм выбора оптимальной структуры измерительных систем на базе двухкритериального подхода с учетом факторов экономичности и надежности может быть использован на этапе проектирования ИС АСУ ТП. Методические положения и алгоритмы, разработанные автором, используются в учебном процессе на кафедре АСУ ТП МЭИ (ТУ).

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных
семинарах, на заседании кафедры АСУ ТП МЭИ (ТУ), на XIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”, 1-2 марта 2007г. и на XIV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”, 28-29 февраля 2008г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано три печатные работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 115 наименований. Основная часть работы изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка и 17 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описаны состав и структура, а также краткое содержание глав диссертационной работы, обосновывается актуальность и практическая значимость темы исследования.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы контроля и повышения достоверности информационного обеспечения АСУ ТП ТЭС и АЭС, как для АСУ ТП без ПТК, так и на базе современных ПТК, проанализированы показатели надежности измерительных систем и существующие методы их расчета. Проведен обзор технической литературы по методам контроля и диагностики каналов измерений АСУТП энергоблоков ТЭС и АЭС, а так же по способам повышения достоверности и надежности ИС АСУ ТП. Проведенный анализ литературных источников показал, что при проектировании современных АСУ ТП в основном применяются стандартные алгоритмы контроля достоверности, без использования расширенных возможностей ПТК. Недостаточное внимание уделяется не менее актуальной проблеме замещения не измеряемых параметров в периоды восстановления отказавших измерительных устройств или каналов передачи информации. Отсутствуют методические положения по выбору оптимальной структуры измерительных систем с учетом стоимостных и надежностных показателей.

Обобщая краткий обзор технической литературы по методам контроля и повышения достоверности и надежности информационного обеспечения АСУ ТП, можно констатировать следующее:

  1. Недостаток применяемых в практике алгоритмов контроля и повышения достоверности заключается в том, что недостоверной информации нет альтернативы, и это во многих случаях может привести к сбоям, и как показывает практика эксплуатации, действительно приводит к сбоям в системе информационного обеспечения АСУ ТП.
  2. В технической литературе отсутствуют методические положения по расчету показателей надежности ИС с учетом особенностей ПТК, отсутствуют также количественные оценки показателей надежности ИС в целом, что затрудняет поиск „критических” элементов (с точки зрения надежности) с целью разработки мероприятий по их устранению.
  3. Нет методических положений по выбору оптимальной структуры элементов ИС и ИС в целом с учетом их стоимостных и надежностных характеристик.

Проведенный анализ литературных источников показал необходимость проведения дальнейших исследований, направленных на усовершенствование систем контроля достоверности и повышения надежности работы измерительных систем с использованием программных возможностей ПТК и разработки методических положений по выбору оптимальной структуры измерительных систем на базе многокритериального подхода с учетом их стоимостных и надежностных характеристик. Конкретизированы цель диссертационной работы и задачи, решаемые в пределах поставленной цели.

Вторая глава посвящена усовершенствованию существующих и разработке новых алгоритмов, применение которых позволит повысить достоверность замещающего параметра при аппаратных и метрологических отказах измерительной системы в АСУ ТП на базе ПТК.

Анализ алгоритмов контроля и повышения достоверности исходной информации, применяемых в практике проектирования информационного обеспечения АСУ ТП как для АСУ ТП без ПТК, так и на базе ПТК выявил их общий недостаток – отсутствие эффективных алгоритмов замещения не измеряемого по причине отказа ИС параметров, особенно в случаях их измерения одним измерительным устройством. Применяемые при этом алгоритмы замещения – по последнему перед отказом ИС достоверному значению и по предельному допусковому значению могут привести к неправильному представлению о технологическом процессе, а в случае отказа от их применения – к потере контроля управления процессом. Предлагаемые в этой главе усовершенствованные и новые алгоритмы совместно с применяемыми на практике алгоритмами замещения (при наличии информационной избыточности) с использованием расширенных возможностей ПТК позволят повысить достоверность измеряемых и замещаемых параметров.

В случае частичного или полного отказа ИС при одинарном измерении параметра X одним из возможных способов его замещения является его оценка по значению другого функционально связанного с ним измеряемого параметра Z.

При этом возникает вопрос, с какой точностью можно оценить X при известной погрешности измерения Z, или каким условиям должно соответствовать измерение параметра Z для обеспечения оценки X с заданной погрешностью.

Данная проблема рассматривается в следующих условиях:

  • предполагается, что зависимость линейна или линеаризуема в определенном диапазоне измерений Z и X, то связь между показателями точности X и Z можно выразить в известных соотношениях:

и, (1)

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»