WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

Юрченко Дмитрий Борисович РАЗРАБОТКА АППАРАТНЫХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ SCADA СИСТЕМ Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2007 г.

Работа выполнена на кафедре микроэлектронных радиотехнических устройств и систем в Московском Государственном Институте Электронной Техники (Техническом Университете).

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Чистюхин В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Лисов О.И.

кандидат технических наук, доцент Ширяев А.М.

Ведущая организация: УГП НПЦ "Спурт"

Защита состоится «» 2007 г. в _ часов на заседании диссертационного совета Д 212.134.04 в Московском Государственном Институте Электронной Техники (Техническом Университете) по адресу:

124498, Москва, К-498, МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ.

Автореферат разослан «» 2007 г.

Учёный секретарь диссертационного совета: доктор технических наук, профессор Погалов А.И. 3

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Ограниченность природных ресурсов на нашей планете приводит к необходимости их бережного использования и точного учёта на каждом этапе добычи, переработки, хранения и потребления. Для решения этих задач существует множество систем учёта нефти, газа, электроэнергии, тепла и т.д. В нефтяной промышленности и энергетике такие системы называются SCADA системами (Supervisory, Control and Data Acquisition – система сбора данных и оперативного диспетчерского управления).

Современные контроллеры, используемые для сбора и накопления телеметрической информации, выполняют первичную обработку данных, передавая в центр уже консолидированную информацию. Для реализации полного доступа к первичной информации используется локальное управление. Практически каждый производитель контроллеров выпускает свой локальный пульт управления. Если на объекте используются контроллеры разных производителей, то обслуживающему персоналу необходимо с собой возить локальные пульты для каждого типа контроллеров.

Поэтому является актуальным исследование возможности использования карманного персонального компьютера (КПК) со специальным аппаратным и программным обеспечением для целей локального (местного) управления и сбора и обработки информации в SCADA системе. Использование КПК имеет массу преимуществ и позволяет реализовать систему локального управления для любого оборудования, применяемого в нефтяной компании, и систему локального сбора информации со всёх типов счётчиков электроэнергии, применяемых в энергосбытовой компании.

Цель работы - создание и научное обоснование нового технического решения в области управления технологическими процессами нефтедобычи и построения системы локального сбора информации в электроэнергетике с использованием КПК, оснащённого специальным программным и аппаратным обеспечением.

Достижение поставленной цели потребует решения следующих задач:

- разработка алгоритма оптимального распределения объектов автоматизации между обслуживающим персоналом для использования в системе локального сбора информации с использованием КПК;

- исследование применяемого оборудования (контроллеров и счётчиков) для определения перечня необходимых преобразователей аппаратных интерфейсов для связи КПК и оборудования, разработка необходимых преобразователей;

- анализ протоколов обмена и алгоритмов локального управления для разработки структуры базовых классов и компонент, предназначенных для создания специализированного программного обеспечения;

- разработка на основе базовых классов и компонент специализированного программного обеспечения для КПК и рабочей станции, позволяющего реализовать следующие функции:

- тестирование базового оборудования SCADA систем методом эмуляции в КПК контроллера верхнего уровня или сервера сбора и обработки информации;

- управление сложными объектами автоматизации (контроллеры групповых замерных установок и насосов различного типа) процесса нефтедобычи с помощью КПК;

- считывание информации со счётчиков электроэнергии с помощью КПК для последующего экспорта данных в автоматизированную систему коммерческого (технического) учёта электроэнергии;

- организация системы локального сбора информации, включающая в себя автоматизацию планирования распределения заданий и контроля выполнения операторами заданий на локальный съём информации со счётчиков электроэнергии с помощью КПК.

Методы исследования. В работе использовались математические методы теории графов, теории алгоритмов и объектноориентированного программирования.

Научная новизна:

- на основе анализа средств автоматизации технологических процессов и алгоритмов локального управления в нефтяной промышленности и электроэнергетике предложено новое техническое решение, основанное на использовании КПК со специализированным аппаратным и программным обеспечением в качестве универсального средства для локального управления и сбора информации в SCADA системах;

- предложен алгоритм оптимального распределения объектов автоматизации между обслуживающим персоналом для автоматизации организации локального сбора информации с помощью КПК;

- разработана структура базовых классов и компонент для создания специализированного программного обеспечения для локального управления и сбора информации с помощью КПК.

На защиту выносятся:

- алгоритм оптимального распределения объектов автоматизации между обслуживающим персоналом для организации системы локального сбора информации со счётчиков электроэнергии, позволяющей охватить коммерческим учётом абонентов с малым потреблением;

- преобразователи аппаратных интерфейсов для подключения КПК к различному оборудованию, применяемому в SCADA системах;

- разработанный набор базовых классов и компонент для создания программного обеспечения локального управления с помощью КПК;

- программное обеспечение КПК для тестирования базового оборудования (терминальных контроллеров и периферийных интерфейсных контроллеров), позволяющее автоматизировать диагностику оборудования на объекте;

- программное обеспечение КПК для управления специализированными контроллерами (контроллеры групповых замерных установок, глубинных штанговых и центробежных насосов), позволяющее проводить регламентные работы на перечисленном оборудовании;

- программное обеспечение КПК для считывания информации со счётчиков электроэнергии, позволяющее получать подробную информацию о характере потребления электроэнергии абонентом и строить прогнозы потребления;

- система локального сбора информации со счётчиков электроэнергии, включающая в себя автоматизацию планирования, распределения и контроля выполнения заданий на локальный сбор информации.

Практическая ценность. Использование результатов работы в нефтяной промышленности и энергетике позволяет сократить сроки и повысить качество пуско-наладочных и эксплуатационных работ, проводимых на объекте. Оснащение нефтедобывающих установок соответствующими контроллерами с локальным пультом управления на базе КПК позволяет проводить на месте автоматизированную калибровку установки и иные действия, которые приводят к экономии энергопотребления техпроцесса нефтедобычи до 8%. Применение системы локального сбора информации со счётчиков электроэнергии на базе КПК для точек учёта с малым потреблением позволяет увеличить число абонентов, охваченных автоматизированным коммерческим учётом.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы используются для тестирования оборудования в компании «НПФ Прорыв», внедрены на ряде месторождений компании «ЮКОС» и объектах компании «Энергонефть Самара», что подтверждено актами о внедрении.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных всероссийских межвузовских научнотехнических конференциях студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» в 2001, 2002 и 2003 годах в МИЭТ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь работ [1-8] включая пять статей.

Личный вклад соискателя. Все результаты, представленные в диссертации, получены автором лично.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 101 наименования и приложений. Полный объём диссертации составляет 174 стр.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, отражена её практическая значимость, приведены новые результаты и положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В ней рассмотрен состав типовой SCADA системы. Определены цели локального управления и требования к мобильному оборудованию. Показано, что наиболее подходящим является использование КПК, оснащённого специальным аппаратным и программным обеспечением, в качестве локального пульта управления и сбора информации. Приведена история развития и классификация КПК, представленных на рынке, по типу операционной системы. Определён круг наиболее подходящих для локального управления КПК. Приведён обзор средств разработки и литературы, посвящённой разработке программного обеспечения для КПК и настольных компьютеров.

Определены конкретные задачи и подзадачи по созданию аппаратного и программного обеспечения для реализации локального управления и сбора информации с помощью КПК в нефтяной промышленности и энергетике.

Для реализации локального управления в системе SCADA необходимо создание специализированного программного обеспечения для КПК, которое позволяет обмениваться информацией с:

- терминальными контроллерами (ТК), которые выполняют первичную обработку информации с датчиков;

- периферийными интерфейсными контроллерами (ПИК), которые являются расширением терминальных контроллеров;

- специализированными контроллерами, которые обеспечивают реализацию алгоритма какого-либо техпроцесса.

Для построения системы локального сбора информации со счётчиков электроэнергии необходимо создание специализированного программного обеспечения для КПК, реализующего обмен информацией с интеллектуальными счётчиками электроэнергии различных типов, и создания программного обеспечения для настольного компьютера, позволяющего обмениваться информацией между КПК и автоматизированной системой коммерческого учёта электроэнергии.

Для безопасного и удобного подключения КПК к перечисленному оборудованию необходимо создание набора преобразователей интерфейсов.

Для более эффективного создания программного обеспечения необходима разработка набора базовых классов и компонент.

Во второй главе рассмотрены вспомогательные процессы для организации локального управления и системы локального сбора информации.

Система локального сбора информации со счётчиков электроэнергии применяется там, где сооружение и обслуживание стационарных каналов связи и контроллерных средств экономически невыгодно. Более того, потребление энергии такими абонентами незначительно и прогнозируемо. Это позволяет энергоснабжающей организации использовать месячный прогноз потребления таких абонентов в своих расчётах (в том числе на бирже электроэнергии), а фактический расчет проводить по итогам прошедшего месяца.

Для охвата коммерческим учётом малопотребляющих и, как правило, рассредоточенных по местности абонентов разработана система локального сбора на базе КПК.

Важным моментом создания Центр такой системы является выбор 18 7 оптимальных маршрутов 10 Подстанция движения операторов с КПК между абонентами Перекрёсток 35 (подстанциями).

Математическая формулировка задачи состоит в Рис. 1 Транспортная сеть в виде следующем. Имеется графа транспортная сеть, то есть неориентированный граф G с множеством вершин {1, 2, …, n}, рёбра которого имеют заданные веса (Рис. 1). Если вершины i и j соединены ребром, то dij обозначает вес ребра, то есть время перемещения оператора из вершины i в вершину j (или наоборот). В графе G имеется особая вершина, называемая центром сбора - это обычно город, в котором находится база, где операторы получают задание на сбор информации с подстанций и куда в конце рабочего дня привозят результаты. Имеется массив времён обслуживания каждой подстанции.

Пусть T0 - продолжительность рабочего дня оператора. Требуется найти в графе G несколько замкнутых путей, начинающихся и заканчивающихся в центре, так, чтобы продолжительность К ПК КПК RSV.RSПИК V.RSК радиостанции ПИК ТК RSЛ окальный порт RSСчётчик R S IrDA RSIrDA КПК К ПК Рис. 2 Подключение КПК к различным устройствам прохождения каждого пути (включая время обслуживания) Инициализация протокола не превышала T0 и их Готовность суммарная длина была протокола минимальной.

Смена Да Ввиду того, что количество протокола или выход Нет подстанций достаточно велико Отмена Да Очистка передачи очереди для решения задачи полным Нет перебором, автором предложен Поиск нового пакета на отправку или повтор пакета Нет эвристический алгоритм.

Сессия Алгоритм работает достаточно открыта Нет Пакет найден быстро и даёт результат, близкий Да Да Нет Открытие к оптимальному.

Сессия открыта сессии Да Следующим Отправка подготовительным процессом пакета для реализации локального Нет Пакет отправлен управления является разработка Да преобразователей интерфейсов Приём пакета для подключения КПК к Нет Пакет на различному оборудованию. Для Пакет принят повтор Да физического подключения КПК Отправка принятого пакета адресату к оборудованию, а также для реализации бесконтактного Да Удерживаем сессию открытой подключения, созданы Нет Закрытие преобразователи основных сессии интерфейсов: RS-232, RS-485, V.23 и IrDA (Рис. 2).

Pages:     || 2 |






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