Разработка методики анализа показателей надежности современных АСУ ТП ТЭС и АЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Мезин, Сергей Витальевич

• Мезин, Сергей Витальевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мезин, Сергей Витальевич

Аннотация.

Введение.

Глава 1. Современные концепции исследования структурной и функциональной надежности АСУ ТП и ее компонентов

1.1 Краткий обзор существующих работ по проблемам надежности.

1.2 Характеристики эффективности АСУ ТП ( точность, экономичность, сложность, надежность).

1.3 Методы оценивания структурной надежности АСУ ТП.

1.4 Методы оценивания функциональной надежности АСУ ТП.

1.5 Выводы по главе.

Глава 2. Расчет характеристик надежности АСУ ТП на основе методов и процедур анализа иерархий

2.1 Многоуровневое (стратифицированное) описание процесса функционирования АСУ ТП.

2.2 Относительная важность элементов в формировании характеристик надежности страты.

2.3 Шкала отношений для матриц парных сравнений.

2.4 Оценивание относительной важности компонентов, образующих доминантную иерархию.

2.5 Расчет характеристик надежности страт и системы.

2.6 Выводы по главе.

Глава 3. Процедуры корректировки и оптимизации характеристик надежности АСУ ТП

3.1 Процедура корректировки оценок.

3.2 Процедура оптимизации.

3.3 Выводы по главе.

Глава 4. Программное обеспечение методики и ее практическое применение

4.1 Описание программного продукта Не1рех.

4.2 Расчет характеристик надежности системы ТЕЬЕРЕКМ МЕ

4.2.1 Краткое описание системы ТЕЬЕРЕКМ МЕ.

4.2.2 Распределение элементов системы по уровням.

4.2.3 Исходные данные для матриц суждений.

4.2.4 Результаты обработки матриц суждений.

4.2.5 Расчет характеристик надежности страт и системы.

4.3 Выводы по результатам расчетов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики анализа показателей надежности современных АСУ ТП ТЭС и АЭС»

Общеизвестно, что полезность и эффективность генерирующего оборудования электро- и теплоэнергетических комплексов современных ТЭС и АЭС в значительной степени обусловлены аналогичными характеристиками используемых систем и средств управления различного уровня и назначения, в том числе и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) [14, 18, 19, 26, 36].

К числу важнейших факторов полезности и эффективности самих АСУ ТП можно отнести их точность, экономичность, сложность и надежность. Эти факторы органически связаны друг с другом и определяют главное назначение составляющих систему структурных и функциональных компонентов: комплекса технических средств, программного и информационного обеспечения, обслуживающего персонала. Последние структурно и функционально увязаны с общей системой управления энергетическими объектами, которые обычно имеют многоуровневую иерархическую структуру (уровень индивидуального и группового управления, уровень управления энергоблоками, уровень управления технологическим процессом в целом). Поэтому названные выше структурные и функциональные компоненты АСУ ТП также организованы в многоуровневую иерархическую структуру, обладающую сложным поведением.

Среди важнейших характеристик эффективности функционирования АСУ ТП особое место занимает надежность, определяемая как комплексное свойство системы к сохранению во времени в установленных пределах всех тех параметров, которые отражают способность системы выполнить требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации [46]. Как следует из этого определения, поиск более совершенных и адекватных методов и путей оценивания, анализа и совершенствования характеристик надежности АСУ ТП и их компонентов представляет важную научную и практическую задачу [1, 11, 17, 42, 44, 45].

Как известно, задачи повышения уровня надежности АСУ ТП могут решаться на различных этапах их жизненного цикла, начиная со стадии разработки и проектирования, заканчивая стадией эксплуатации и модернизации. Можно с уверенностью констатировать, что на настоящий момент отсутствуют методики комплексной оценки показателей надежности АСУ ТП, учитывающие надежность как технических средств, так и других составляющих, например, программного обеспечения или оператора. Более того, надежность АСУ ТП ТЭС и АЭС, представляется невозможным рассматривать в отрыве от других важных их характеристик, таких как: эффективность, технологичность, экономичность, экологичность и др.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать цели и задачи диссертационной работы.

Цель работы - создание научно обоснованной методики расчета характеристик надежности АСУ ТП ТЭС и АЭС, учитывающей многоуровневую иерархическую природу системы управления, увязанную с многоуровневой структурой самого генерирующего оборудования.

Методика расчета должна исходить из стратифицированного описания процесса функционирования АСУ ТП и генерирующего оборудования, а также учитывать всю имеющуюся априорную и эксплуатационную информацию относительно поведения и надежности наиболее представительных элементов и подсистем АСУ ТП, формирующих надежность выполнения функций уровней АСУ ТП.

Исходными данными для разработки являются алгоритмы и процедуры анализа иерархий, позволяющие на основе экспертной информации, источником которой служит обслуживающий персонал, установить важность учета и значимость влияния каждого из структурных и функциональных компонентов АСУ ТП и генерирующего оборудования на характеристики надежности уровней функционирования системы.

Конкретные задачи исследований, решаемые в работе, следующие:

- разработка концептуальной модели многоуровневого описания процесса функционирования АСУ ТТ1 на уровнях физических процессов, обработки данных и принятия решений по управлению технологическим комплексом;

- построение аналитической модели для обработки экспертной информации относительно роли и важности компонентов в формировании характеристик надежности уровней, основанной на методах и процедурах анализа иерархий;

- разработка машинной программы, реализующей обработку экспертных данных и системное ее оформление в виде проблемно-ориентированной диалоговой системы для расчета и анализа характеристик надежности АСУ ТП и уровней ее функционирования, обеспечивающей простоту применения и легкость учета технических и психологических особенностей обслуживающего персонала, которая была бы открыта для развития и совершенствования;

- внедрение результатов разработки в энергетику, практическое их применение в расчетах характеристик надежности различных систем (на примере ТЕЬЕРЕКМ МЕ).

Научная новизна работы состоит в:

- разработке концепции стратифицированного описания процесса функционирования систем автоматизации ТЭС и АЭС;

- интегрировании преимущества структурных и функциональных методов анализа и расчета характеристик надежности сложных систем вместе с современными методами анализа иерархий, позволяющими оценить количественно роль каждого из элементов уровней на характеристики надежности системы в целом и ее подсистем.

Практическая значимость работы заключается в:

- создании научно обоснованной методики для оценки и анализа показателей надежности современных АСУ ТП;

- применимости созданной методики для решения актуальной проблемы обоснованного выбора конкретной АСУ ТП при автоматизации различных объектов энергетики с учетом как надежности систем автоматизации, так и других их важнейших характеристик.

Достоверность и обоснованность результатов работы и выводов обеспечивается:

- использованием моделей и методов теории иерархических систем, успешно зарекомендовавших себя в различных областях науки;

- использованием для анализа реальных систем данных из первоисточников и от компетентных специалистов;

- адекватностью получаемых оценочных показателей надежности действительному состоянию надежности систем и ее элементов.

Апробация работы. Основные положения, решения и результаты разработки докладывались на Пятой (1999 г.) и Шестой (2000 г.) Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва), на научно-техническом семинаре "Опыт внедрения и эксплуатации автоматизированных систем управления предприятиями (АСУП) тепловых и атомных электростанций" (г. Москва, 2000 г.), на заседаниях кафедры АСУ ТП МЭИ (ТУ).

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 5 публикаций, перечень которых приведен ниже.

1. Э.К. Аракелян, Р.Е. Саркисян, C.B. Мезин. К оцениванию характеристик надежности АСУ ТП с помощью методов и процедур анализа иерархий, - Изд. МЭИ, "Теория и практика построения и функционирования АСУ ТП: Сб. науч. трудов.", 1998. - С. 16-25

2. C.B. Мезин, Э.К. Аракелян. К оцениванию характеристик надежности АСУ ТП с помощью методов и процедур анализа иерархий, - Изд. МЭИ, "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Пятая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов", 1999. - С. 317-319

3. Э.К. Л ракеля н, P.E. Саркисян, C.B. Мезин. Методика расчета характеристик надежности АСУ ТП на основе концепции анализа иерархий// Вестник МЭИ. 2000. №1. - С. 23-35

4. C.B. Мезин, Э.К. Аракелян. Методика расчета характеристик надежности АСУ ТП на основе концепции анализа иерархий. - Изд. МЭИ, "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Шестая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов", 2000. - С. 195-196

5. C.B. Мезин, Э.К. Аракелян, P.E. Саркисян, М.А. Панько. Оценка характеристик надежности АСУ электростанций. - Изд. ВНИИЭ, Материалы научно-технического семинара "Опыт внедрения и эксплуатации автоматизированных систем управления предприятиями (АСУП) тепловых и атомных электростанций", 2000. - С. 19-21

Личный вклад автора заключается в:

- объединении преимуществ структурных и функциональных подходов к анализу и расчету характеристик надежности АСУ ТП с современными методами и процедурами анализа иерархий, позволяющими оценить количественно роль каждого из элементов системы на ее характеристики надежности, а также характеристики надежности ее подсистем;

- сборе по каталогам и техническим описаниям информации относительно элементного и модульного состава рассматриваемых анализируемых систем и дальнейшей ее обработке с разделением компонентов по стратам описания и организацией процедуры экспертного оценивания степеней важности их учета в формировании характеристик надежности системы;

- разработке и отладке программного обеспечения для построения иерархий и их анализа по методу собственных значений, а также проведении тестовых расчетов с помощью разработанного ПО.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Мезин, Сергей Витальевич

Основные выводы

1. Практическую значимость предлагаемого в диссертационной работе стратифицированного методического подхода к анализу характеристик надежности АСУ ТП составляет информация относительно влияния каждого рассматриваемого элемента системы на ее итоговую надежность, на надежность конкретного уровня или, в рамках задачи сравнения нескольких систем, рейтинг-список рассматриваемых систем по выбранным критериям, что может существенно помочь в решении очень актуальной на сегодня проблемы обоснованного выбора для автоматизации объектов энергетики конкретной АСУ ТП из огромного числа предлагаемых на рынке.

2. При соответствующем агрегировании полученных оценок влияния элементов с учетом реальных характеристик их надежности возможно получение итоговых результатов в виде общепринятых показателей надежности (наработка на отказ, интенсивность отказов и др.), т.е. разработанная методика учитывает тот научный потенциал, который имеется в настоящее время в теории надежности. Научная новизна диссертационной работы, в частности, состоит именно в интегрировании преимуществ структурных и функциональных методов анализа и расчета характеристик надежности сложных систем с современными методами анализа иерархий, позволяющими оценить количественно роль каждого из элементов уровней на характеристики надежности системы в целом и ее подсистем.

3. Предлагаемая методика анализа АСУ ТП не замыкается только лишь на надежностные характеристики этих систем, она легко применима под конкретную задачу. При выборе соответствующего состава экспертов с помощью предлагаемых методов и процедур можно рассматривать, к примеру, экономические, экологические, эргономические и др. характеристики АСУ ТП. Многообразие сфер приложения разработанной

79 методики во многом определяет ее практическую ценность .

4. Методика снабжена программной поддержкой, реализованной на современном программном уровне, что значительно упрощает математические расчеты и позволяет быстро и удобно для пользователя проводить анализ различных иерархических структур.

5. При анализе результатов проведенных в диссертационной работе расчетов показателей надежности АСУ ТП (на примере системы ТЕЬЕРЕЯМ МЕ), становиться очевидным, что наиболее слабое звено в современных системах автоматизации - это средства нижнего уровня, такие как, задвижки, клапана, исполнительные механизмы, первичные датчики, а также человек-оператор. Таким образом, именно эти составляющие АСУ ТП в первую очередь нуждаются в существенном улучшении характеристик надежности.

6. Предлагаемая методика расчета характеристик надежности АСУ ТП, снабженная процедурами коррекции экспертных оценок и оптимизации как на уровне отдельных страт, так и на уровне всей системы, представляет собой цельный и законченный аппарат для формирования эффективного системного подхода к актуальной проблеме оценки уровня надежности систем автоматизации и активного воздействия на них с целью обеспечения достаточной их надежности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мезин, Сергей Витальевич, 2000 год

1. Антонов A.B., Острейковский В.А. Оценивание характеристик надежности элементов и систем ЯЭУ комбинированными методами. М.: Энергоатомиздат, 1993. -251 с.

2. Базара М., Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы. -М.: Мир, 1982.-583 с.

3. Банди Б. Методы оптимизации. М.: Радио и связь, 1988. - 128 с.

4. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. М.: Советское радио, 1969. - 488 с.

5. Биллиг В.А., Мусикаев И.Х. Visual С++ 4. Книга для программистов. М.: Изд. отдел "Русская Редакция" ТОО "Channel Trading Ltd.", 1996. - 352 с.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986. - 544 с.

7. Вилкомир С.А., Виноградская С.В., Ястребенецкий М.А. Комплекс программ для оценки надежности систем автоматизации электростанций. // Приборы и системы управления. 1994.- №7- С.32-36

8. Гадасин В.А., Ушаков И.А. Надежность сложных информационно-управляющих систем. М.: Советское радио, 1975. - 191 с.

9. Галактионов А.И. Представление информации оператору. М.: Энергия, 1969. -136 с.

10. Гаркуша В.В., Зензина A.C., Рубо Ю.В. Расчет показателей надежности технологических защит программно-технического комплекса "ПТК -Новосибирск" для АСУ ТП ТЭС// Промышленная энергетика. 1996.- №3,-С.35-39

11. Генис Я.Г., Ястребенецкий М.А. Надежность автоматизированных систем: прошлое, настоящее, будущее// Приборы и системы управления. 1994.-№4- С.44-46

12. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности, М.: Наука, 1965. - 524 с.

13. ГОСТ 24.701-86 ЕСС АСУ. Надежность АСУ. Основные положения.

14. Дуэль М.А. Автоматизированные системы управления энергоблоками с использованием средств вычислительной техники, М.: Энергоатомиздат,1983.-207 с.

15. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для персональных ЭВМ, М.: Наука, 1989. - 240 с.

16. Искусственный интеллект. В 3-х кн. Справочник/ Под ред. Э. В. Попова -М.: Радио и связь, 1990.

17. Калашников A.A., Ринкус Э.К. и др. Оценка технического уровня ПТК АСУ ТП энергоблоков ТЭС// Теплоэнергетика. 1996,- №10,- С. 16-22

18. Китушин В.Г. Надежность энергетических систем. М.: Высшая школа,1984.-256 с.

19. Клемин А.И. Надежность ядерных энергетических установок: Основы расчета., М.: Энергоатомиздат, 1987. - 342 с.

20. Клер А.И., Деканова Н.П. и др. Методы оптимизации сложных теплоэнергетических установок. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. Фирма, 1993.-113 с.

21. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1990. - 538 с.

22. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М:. Мир, 1973. - 344 с.

23. Методика оценки экономической эффективности отраслевых автоматизированных систем управления (ОАСУ) в промышленных министерствах, всесоюзных и республиканских промышленных объединениях. -М.: Экономика, 1976. 52 с.

24. Мороз Г.Б. Пуассоновские модели роста надежности программного обеспечения и их применение: Аналитический обзор// Управляющие системы и машины. 1996,- №1/2,- С.69-84

25. Надежность автоматизированных систем управления/ под ред. Хетагурова Я.А. М.: Высшая школа, 1979. 287 с.

26. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС под. ред. Андрющенко А.И., М.: Высшая школа, 1991. - 302 с.

27. Надежность технических систем: Справочник под ред. Ушакова И. А. -М.: Радио и связь, 1985. 608 с.

28. Пальчун Б.П., Юсупов P.M. Оценка надежности программного обеспечения. СПб.: Наука, 1994. - 84 с.

29. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. -М.: Наука, 1982. 254 с.

30. Поллак Ю.Г. Вероятностное моделирование на электронно-вычислительных машинах. -М.: Наука, 1971. 580 с.

31. Потапова Т.Б. Методы обеспечения надежности человеко-машинных систем управления технологическими участками в непрерывном производстве// Приборы и системы управления. 1996.- №3.- С.8-9

32. Райншке К., Ушаков И.А. Оценка надежности систем с использованием графов. М.: Радио и связь, 1988. - 208 с.

33. Ринкус Э.К. Нормирование показателей надежности АСУ ТП энергоблоков ТЭС// Теплоэнергетика. 1996.- №1,- С.57-61

34. Ринкус Э.К. Нормирование показателей надежности систем технологических защит энергоблоков ТЭС// Теплоэнергетика. 1996.-№10.- С.54-57

35. РМ 25.850-87 АСУ ТП АЭС. Надежность. Общие требования.

36. Руденко Ю.Н., Ушаков H.A. Надежность систем энергетики, М.: Энергоатомиздат, 1986. -251 с.

37. Саати Т. Взаимодействия в иерархических системах// Техническая кибернетика. -№1.-1979.- С.68-84

38. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993.-320 с.

39. Саркисян P.E. Адаптивные процедуры для диалоговых систем: методы производных по направлению. Докторская диссертация. Ереван, Ереванский государственный инженерный университет, 1992. - 313 с.83

40. Самохвалов Ю.Я. Совершенствование метода анализа иерархий как методологической основы систем поддержки принятия решений// Управляющие системы и машины,- №1/2.- 1996.-С.91-95

41. Справочник "Интеллектуальные программные системы". М.: Типография №12, 1997. - 64 с.

42. Эффективность АСУ теплоэнергетическими процессами/ под ред. A.C. Корецкого и Э.К. Ринкуса. М.: Энергоатомиздат, 1984. 316 с.

43. Янкевич В.Ф., Коцюбинская Г.Ф. Метод анализа иерархий: модификация системы экспертных оценок и их математической обработки// Управляющие системы и машины.- №1/2.- 1996.-С.85-90

44. Ястребенецкий М.А. Надежность технических средств в АСУ технологическими процессами. -М.: Энергоиздат, 1982. 230 с.

45. Ястребенецкий М.А. Проблемы надежности АСУ ТП и пути ее решения. -Проблемы комплексной автоматизации. Сборник научных трудов ЦНИИКА, М.: Энергоатомиздат, 1988. 112 с.

46. Ястребенецкий М.А., Иванова Г.М. Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1989.-263 с.84