Повышение эффективности корпоративной информационно-управляющей системы на основе оптимального выбора программно-технических решений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Большаков, Александр Сергеевич

• Большаков, Александр Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Большаков, Александр Сергеевич

Введение

Глава 1 Особенности эксплуатации и управления большими системами энергетики

1.1 Актуальность проблемы автоматизации объектов ОАО «Газпром»

1.2 Структура ОАО «Газпром»

1.2.1 Принципы производственно - хозяйственного взаимодействия добывающих, транспортирующих и перерабатывающих предприятий ОАО «Газпром»

1.2.2 Программы автоматизации ОАО «Газпром»

1.2.3 Подходы в области создания и внедрения корпоративных ИУС

Цель и задачи исследования

Глава 2 Организационная структура и требования к ИУС газотранспортного предприятия

Характеристика объекта автоматизации

2.2 Основные виды деятельности и типовые экономические процессы

2.3 Средства автоматизации ООО «Сургутгазпром»

2.3.1 Автоматизация технологических процессов

2.3.2 Уровень существующей автоматизации процессов производственно-хозяйственной деятельности

2.4 Состав подсистем ИУС газотранспортного предприятия

2.4.1 Организационная структура управления технологическими процессами ГТП

2.4.2 Общесистемные и технические требования к АСУ ТП

2.4.3 Функции АСУ ТП

2.4.4 Распределение функций по уровням управления

2.4.5 Структурные схемы АСУ ТП и ее составных частей

2.4.5.1 Уровень предприятия, центральный диспетчерский пункт (ЦДП)

2.4.5.2 Обобщенная структурная схема КС

2.4.5.3 Подсистемы цехового уровня управления

2.4.6 Состав и структура АСУ ПХД

2.4.6.1 Автоматизируемые функции объектов внедрения системы АСУ ПХД

2.4.6.2 Структурная схема АСУ ПХД

2.5 Выводы

Глава 3 Система формального описания в р-мерном пространстве аппаратуры автоматизированной системы управления технологическими процессам газотранспортного предприятия

3.1 Формальное описание ИУС с использованием характеристических функций

3.2 Формализация описания СУ КС

3.3 Связь с АСУ ПХД

3.4 Выводы

Глава 4 Экспертная система (ЭС) выбора программнотехнической платформы ИУС ГТП

4.1 Назначение экспертной системы

4.2 Методологические основы и математическая модель работы ЭС при решении оптимизационной ^ ^ задачи выбора аппаратно-программной платформы для системы управления ГТП

4.3 Сравнительная таблица SCADA систем на основе ^ ^ экспертных оценок

4.4 Функциональная и логическая структура ЭС

4.5 Выводы 122 Общие выводы и результаты 124 Список литературы 127 Список сокращений

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности корпоративной информационно-управляющей системы на основе оптимального выбора программно-технических решений»

Топливно-энергетический комплекс большинства стран, включая Россию, является одним из важнейших элементов, определяющих существование государства. Развитие всех секторов экономики и социальной сферы связано с ростом обеспеченности их энергией и в значительной мере экологически чистым энергоносителем - природным газом.

Открытое акционерное общество «Газпром», в основе которого лежит Единая система газоснабжения (ЕСГ) России, а также ближнего и дальнего зарубежья, является уникальным предприятием.

Его уникальность, прежде всего, состоит в том, что, несмотря на масштабы и распределенную структуру, ОАО «Газпром» необходимо рассматривать как единое предприятие, представляющее собой сложный и неразрывный производственно-технологический комплекс, который включает в себя объекты добычи, транспорта, переработки и подземного хранения газа, а также занимается его распределением и реализацией. Он позволяет обеспечить надежное и эффективное газоснабжение коммунально-бытовых и промышленных потребителей, электростанций, а также экспорт в страны ближнего и дальнего зарубежья.

Основными структурными подразделениями ОАО «Газпром» являются 8 региональных дочерних предприятий по добыче и 14 региональных предприятий по транспортировке газа, которые эксплуатируют определенные участки ЕСГ и имеют между собой технологические границы, оборудованные газоизмерительными станциями.

В 2005 году, по данным годового отчета ОАО «Газпром» [11], впервые за время существования акционерного общества прирост объема разведанных запасов газа, составивший 583,4 млрд мЗ, существенно превысил объем его добычи - 547,9 млрд мЗ. Общая протяженность газотранспортной системы составляет более 155 тыс. км. Для сравнения приведу аналогичные данные для некоторых европейских и американских компаний. Так, например, крупная голландская газовая компания Gasunie, обеспечивающая природным газом Нидерланды, Бельгию, Германию, Францию, Италию, л добывает и транспортирует ежегодно около 100 млрд. м , суммарная протяженность ее газопроводных линий составляет около 11,6 тыс. км. По данным Федеральной комиссии США по регулированию в области энергетики (FERC) на первом месте в США по транспортировке газа в последние годы находится компания «Transcontinental Gas Pipe Line Corp» [18]. Ею в 2005 г. транспортировано 120 млрд. м3. А лидером по суммарной протяженности магистральных газопроводов стала корпорация «Colambia Gas Transmission Corp».

Таким образом, ОАО "Газпром" является крупнейшей интегрированной газовой компанией мира, контролирующей 28,9 трлн. м3 запасов газа России. Доля участия ОАО «Газпром» в различных сферах государственной деятельности (валютные поступления от экспорта, налоговые поступления в бюджет и др.) весьма существенна и имеются объективные тенденции к ее росту.

На данном этапе развития эффективное функционирование отрасли в значительной степени зависит от правильной организации управления информацией. Поэтому в целях успешной реализации вопросов управления технологическими процессами, решения финансово-экономических и административно-хозяйственных задач необходимо осуществление комплексного подхода к проблемам информатизации отрасли.

Данной проблеме посвящена настоящая диссертационная работа, направленная на разработку комплексной методики создания и внедрения корпоративных информационно-управляющих систем (ИУС) для крупных предприятий топливно-энергетического комплекса на базе современных информационных технологий, программно-технических средств и систем связи.

Данная методика должна соответствовать требованиям структурного проектирования, не противоречить нормативно-техническим документам Российской федерации и учитывать особенности предметной области [41]. Задача данной методики -установить порядок и правила разработки ИУС на всех стадиях жизненного цикла системы.

Современные подходы к созданию информационных систем ориентированы на обследование и описание деятельности компаний в виде развивающихся моделей, основанных на описании бизнес-функций и бизнес-процессов, а также на применении технологий и средств, удовлетворяющих стандартам открытых систем.

Следовательно, основной предпосылкой для проведения данной работы является исследование и анализ объекта управления для определения объективных исходных требований к создаваемой системе. Эти исследования были проведены на основе разработанных моделей:

• функциональной модели (стратегической модели системы);

• модели требований к ИУС;

• математической модели ИУС;

• модели технологии разработки ИУС.

Эти модели позволяют описать все виды деятельности компании, в том числе, все источники и всех потребителей данных (внутренних и внешних), сетевую архитектуру, регламент доступа к данным и режимы запросов удаленных данных, согласовать информационные ресурсы, описать основные требования к системе сбора и обработки информации, системам передачи данных, определить недостатки и «узкие» места, составить план разработки и наращивания информационной структуры.

Выбранную методологию должен поддерживать информационно-технологический базис, т.е. технология и общепризнанные технические и инструментальные средства. При существующем в СНГ и за рубежом многообразии вариантов программно-технической реализации средств автоматизации возникает проблема рационального выбора оборудования для различных компонентов ИУС. Ведь каждый компонент системы не является чем-то изолированным, он должен «сообщаться» со своим окружением через серию интерфейсов.

К тому же, использование в ИУС новых информационных технологий обходится предприятиям слишком дорого, а процесс его морального устаревания по мере развития научно-технического прогресса ускоряется, т.е. возникает необходимость сокращения цикла проектирования, изготовления и монтажа компонентов управляющей системы, ее запуска в эксплуатацию.

Поэтому необходимость разработки эффективных методов определения структур и компоновок ИУС с учетом технологического назначения системы и ее технико-экономической эффективности, определила еще одну предпосылку работы.

Диссертационная работа представлена в виде теоретического обобщения решения проблемы, имеющей научное и практическое значение.

Научная новизна исследования заключается в разработке методики функционального моделирования работы крупных предприятий газовой отрасли, методики оптимизации структуры сложных корпоративных ИУС и определении совокупности внедряемых программно-технических решений.

Практическая ценность настоящего исследования заключается в следующем:

•разработаны конкретная методика и точный алгоритм выбора элементов ИУС, позволяющие обеспечить единый подход к выбору технических характеристик оборудования, установить связи между конкретными объектами производства и элементами ИУС и оценить техническую совместимость различных компонент (к примеру, изготовленных различными производителями) и иерархических уровней ИУС на этапе проектирования системы;

•разработана экспертная система выбора компонент программно-технической платформы с их одновременной информационной, программной и технической интеграцией в рамках единой системы управления;

•разработан на основе предлагаемой методики и экспертной системы унифицированный комплекс типовых программных и технических решений и рекомендаций на базе СУ газотранспортного предприятия, готовых для внедрения или тиражирования в любых структурных подразделениях компании.

1. Особенности эксплуатации и управления большими системами энергетики, особенности Единой сети газоснабжения России как объекта управления

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Большаков, Александр Сергеевич

Общие выводы и результаты

Ведущая роль в развитии газовой отрасли отводится применению экономико-математических методов, современных средств и систем управления, использующих в своей структуре ИУС, которые позволяют устанавливать и поддерживать в управляемых объектах заданные режимы эксплуатации.

В данной диссертационной работе была решена научная проблема в области автоматизации предприятий газовой отрасли, имеющая важное, актуальное значение. Она заключается в создании совокупности организационных, технико-экономических и математических методов и решений для создания и внедрения сложных корпоративных информационно-управляющих систем и оптимизации их структуры.

В данном исследовании предлагается комплексное решение вопросов проектирования и разработки корпоративной ИУС, включая процедуру моделирования всего производственного процесса, выбор средств автоматизации и обеспечение совместимости компонентов ИУС на информационном, программном и физическом уровне.

Научные результаты работы позволяют сделать следующие выводы:

1. Эффективное функционирование газовой отрасли невозможно без внедрения в его структурных подразделениях комплексных автоматизированных систем на базе современных информационных технологий, программно-технических средств и систем связи. В данной работе рассмотрены различные подходы к разработке корпоративных ИУС, на основе проведенного исследования разработаны функциональная и организационная структура системы управления типового газотранспортного предприятия, ее информационная модель, сформулированы основные требования к элементам системы. Данные требования и функциональные схемы унифицированы по принципам построения и схемным решениям, что дает возможность использовать их для проектирования автоматизированных систем управления различных структурных подразделений ОАО «Газпром»;

2. Комплексная автоматизация предприятий газовой отрасли должна осуществляться на основе разработанной обобщенной методики формализованного описания технических параметров и характеристик элементов ИУС в виде иерархии характеристических функций и формул. Данная методика позволяет учесть все многообразие проектных ситуаций в единой базе данных компоновок программных и технических средств для различных уровней и подсистем, входящих в ИУС.

С помощью предложенной методики на 80% создана база данных технологического оборудования для системы управления компрессорными цехами КС-1 «Вынгапуровская» ООО «Сургутгазпром». Даже в незаконченном виде она использовалась для оценки вариантов компоновок цеховых подсистем и их интеграции с СУ станционного уровня.

3. На основе базы эвристических знаний, устанавливающей связи между конкретными объектами производства и элементами ИУС, разработана алгоритмическая процедура, практической реализацией которой является экспертная система, обобщающей опыт квалифицированных специалистов в области промышленной автоматизации.

Данная ЭС позволяет оптимизировать структуру создаваемой ИУС и обеспечивает оптимальный выбор программных и технических средств для ее элементов, а также их техническую совместимость. Использование ЭС для решения трудноформализуем ых задач проектирования комплексных ИУС приводит к уменьшению временных и материальных затрат на проектирование, а также обеспечивает слаженную работу подсистем и уровней в рамках единой корпоративной системы управления.

4.Результатом применения предложенных методики и ЭС, является создание базовой подсистемы многоуровневой АСУ ТП газотранспортного предприятия - комплекса программно-технических средств для системы управления компрессорной станции «Вынгапуровская», которая успешно прошла межведомственные испытания, находится в стадии внедрения и рекомендуется для тиражирования в других структурных подразделениях предприятия.

В данный момент сложно рассчитать экономический эффект от применения данной системы, поскольку для этого необходимо комплексное внедрение подобных СУ во всех структурных подразделениях предприятия. Однако, уже сейчас можно утверждать, что внедрение на практике предложенных методов приведет к увеличению числа рассматриваемых альтернативных проектных решений и сокращению материальных и временных затрат на проектирование, изготовление и внедрение системы управления, а, значит, как следствие, и к снижению себестоимости продукции, повышению качества и оперативности принимаемых решений и возможности управления многими экономическими факторами производства.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Большаков, Александр Сергеевич, 2007 год

1. Автоматизация сбора, обработки и отображения информации на уровне ЦПДУ ОАО «Газпром» с использованием системы VS-750/ Подмарков В.Ю., Гончаров В.В., Сухов И.Е., Лейн А.С., Сухова В.А., Федоткин А.В., Абрамов А.В. М.: ИРЦ Газпром, 1999. - 43 с.

2. Автоматизированная система управления предприятием. Концепция системы. Сургут, 1997.

3. Александров А.В. Автоматизированное управление Единой системой газоснабжения. М.: Недра, 1980. -351 с.

4. Апостолов А., Панкратов В., Северенков Е. «Оперативно и магистрально». -М.: Нефтегазовая магистраль, №5, 1998. с.51-53.

5. Берман Р.Я., Гимон В.В., Журавлева Н.В., Капшицкий A.M., Кищенкова Л.Л. База технологических данных и оптимизационные задачи АСДУ РСГ. -М.: ИРЦ Газпром, 1993. 40 с. Обз. информ. Сер. Автоматизация, телемеханизация и связь в газовой промышленности.

6. Бойченко А. П., Кальфо В., Овчинников В. В. "Локальные вычислительные сети", М.: Радио и связь. 1985 г.

7. Вальнов В. М., Вершин В. Е., "Автоматизированные системы управления технологическими процессами"., М.: Политехника. 1991 г. - 268 с.

8. Волчевич Л. И. и др. "Комплексная автоматизация производства". М.: Машиностроение, 1983 г. -269 с.

9. Ю.Все необходимое для автоматизации на базе PC. Каталоги продукции

10. Advantech и Octagon Systems. 11 .Годовой отчет РАО «Газпром» за 2005 год.

11. Горев А., Ахаян Р., Макашарипов С. Эффективная работа с СУБД -СПб.: Питер, 1997. 704 е.: ил.

12. ГОСТ29125-91. Программируемые логические контроллеры. Общие технические требования.

13. ГОСТ34.602-89.ЕКС АС. Техническое задание на создание системы.

14. РД50-680-88. Автоматизированные системы. Основные положения.

15. Джефферс Дж. "Введение в системный анализ: применение в экологии". /Пер. с англ./ Под ред. Ю. М. Свирежева. М.: Мир, 1981 г. -256 с.

16. Диспетчерский комплекс реального времени и компьютерная автоматизация КС магистральных газопроводов/Берман Р.Я. Вишнепольский P.JL, Алетин С.В., Журавлева Н.В. -М.:ИРЦ Газпром,1996. -68 с.

17. Интегрированная автоматизированная система управления технологическими процессами предприятия "Сургутгазпром". Технический проект. № 314 09 - 97. - Н. Новгород: НИИИС, 1997. -254 с.

18. Интегрированная АСУ автоматизированным производством./Сборник научных трактатов под редакцией Б. И. Черпакова, М.: Машиностроение. 1992 г. 304 е.

19. Интегрированные пакеты АСУ ТП в ОС QNX/ С.Золотарев. М.: Современные технологии автоматизации № 1, 1996. с.36 - 40.

20. Интерфейсы связи между агрегатным и цеховым уровнем ИАСУ ТП П «Сургутгазпром». Отчет №314-104-98. Н.Новгород: НИИИС, 1999. -23 с.

21. Искусственный интеллект: Применение в интегрированных производственных системах/Под редакцией Э.Кьюсиака; Пер. с англ. А.П.Фомина; Под ред. А.И. Дащенко, Е.В. Левнера. М.: Машиностроение, 1991. - 544 е., ил.

22. Караулов П. К., "Информационное обеспечение АСУ ТП. Система классификации и кодирования: Метод указания", М.: Машиностроение. 1990 г. - 56 е.

23. Клюев А. С., и др., "Метрологическое обеспечение АСУ ТП", М.: Энергосамиздат. 1995 г. - 96 е.

24. Колесников А. А., Гельфгат А. Г., "Проектирование многокритериальных систем управления промышленными объектами", М.: Энергосамиздат. 1993 г. - 303 е.

25. Комплексная целевая программа «Интегрированная автоматизированная система управления технологическими процессами добычи, подготовки, транспорта и переработки газа и конденсата предприятия «Сургутгазпром». М.: РАО «Газпром», 1996. - 40 с.

26. Компьютерные сети/Кулаков Ю.А., Луцкий Г.М. К.: Юниор, 1998. -384 е., ил.

27. Компьютеры SOHO российских производителей/ О.Денисов, С.Назаров. М.: Компьютер пресс №11,1998. с. 136 - 163.

28. Коновал Д. Г., Митрофанов В. Г., Схиртладзе А. Г. "Система формального описания технологического оборудования АСС". М.: МГЦНТИ №420.1992 г. -5 с.

29. Кочуев В. Н., "Оптимизация выбора системы управления автоматизированными станочными комплексами", М.: Машиностроение. 1994 г. - 28 е.

30. Кравец В. «Профиль «Газпрома» станет более четким». М.: Нефть и капитал, №7-8, 1998. с.32 - 34.

31. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход/Пер. с англ. Э.В. Вершакова и И.В. Коновальцева; Под ред. Г.П. Гаврилова. М.: Мир, 1978.-432 с.

32. Кузнецов М. М. и др. "Автоматизация производственных процессов". Под ред Г. А. Шаумяна. -М.: Высшая школа, 1978 г. -431 с.

33. Кучин Б. Л. Оперативная информация в АСУ магистральных газопроводов. М., Недра, 1979, 216 с.

34. Липаев В.В. Переносимость прикладных программ и данных в открытых системах и стандарты POS1X. М.: Открытые системы №3, 1994. с.59-66.

35. Майника Э. "Алгоритмы оптимизации на сетях и графах". /Пер. с англ./ Под ред. канд. тех. наук Е.К. Масловского. -М.: Мир. 1981 г. -323 с.

36. Материалы НТС РАО «Газпром». «Научно-технические решения по отраслевой системе оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ), как подсистемы отраслевой интегрированной информационно-управляющей системы (ОИИУС). М.:ИРЦ Газпром, 1997. - 100 с.

37. Миронов А. Опыт разработки и продвижения комплексных ИС., -М.: Открытые системы, № 2,1998, с. 31-32.

38. Отраслевая интегрированная информационно-управляющая система РАО «Газпром». Программа поэтапного развертывания работ по созданию отраслевой интегрированной информационно-управляющей системы (ОИИУС) РАО «Газпром». М.: РАО «Газпром», - 1997. -19 с.

39. Отраслевая интегрированная информационно-управляющая система РАО «Газпром». Общие технические требования к построению ОИИУС. -М.: РАО «Газпром», 1997. -84 с.

40. Отраслевая интегрированная информационно-управляющая система РАО «Газпром». Структура и стратегия создания ОИИУС РАО «Газпром». -М.: РАО «Газпром», 1997. -57 с.

41. Отраслевая система оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) ЕСГ России. Общесистемные технические требования. -М.: РАО «Газпром», 1997.-127 с.

42. Отчет по проведению выбора программных лицензионных программных средств для разработки SCADA-системы ИАСУ ТП газотранспортного предприятия. №П97210-1092-99. Н. Новгород: НИИИС, 1999.

43. Передовые технологии автоматизации. Краткий каталог продукции ProSoft 3.0.

44. Плотников В.М., Подрешетников В.А., Гончаров В.У. Средства контроля и автоматизации объектов транспорта газа. Д.: Недра, 1985. -216с.

45. Попов Э.В. Экспертные системы реального времени. М.: Открытые системы №2,1995. с. 66-71.

46. Попов Э.В. Экспертные системы: Решение неформализованных задач в диалоге с ЭВМ. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 288 с.

47. Родионов Б. Н., и др., "Проектирование, внедрение и эксплуатация функциональных подсистем управления АСУТП. Алгоритмы решения задач управления"., М.: Машиностроение. 1987 г. - 78 е.

48. Рощин Д.П., Свешников A.M. Концепция создания виртуальных баз данных в газовой промышленности. М.: ИРЦ Газпром, 1996. - 37 с. Обз. информ. Сер. Автоматизация, телемеханизация и связь в газовой промышленности.

49. Синдеров В. JL, Юрченко Т. И., "Автоматизированные системы управления предприятиям". М.: "Всесоюзный заочный политехнический институт". 1990 г. - 68 е.

50. Система R/3. Базисная технология SAP. Germany: SAP AG, 1996.

51. Система R/3. Краткое описание функций. Germany: SAP AG, 1996.

52. Система управления компрессорным цехом. Техническое задание. №314-56-98. Н.Новгород: НИИИС, 1998. - 30 с.

53. Системный А. Мир систем управления, М.: Открытые системы, № 2, 1998,-с. 29-30.

54. Системы реального времени/ С.Сорокин. М.: Современные технологии автоматизации № 2,1997. с.22 - 29.

55. Создание программно-технических средств для системы управления ЦДЛ газотранспортного предприятия ОАО «Газпром». Технический проект. №П97210-1114-99. Н. Новгород: НИИИС, 1999.

56. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р. Оптимизация систем транспорта газа., М.: Недра, 1975,277 с.

57. Танаев В. С., Поварич М. П. "Синтез граф-схем алгоритмов выбора решений. -Минск: Наука и техника, 1974 г. -112 с.

58. Технические требования к интерфейсам сопряжения различных уровней управления компрессорной станции П «Сургутгазпром». Н.Новгород: НИИИС, 1999.

59. Убейко В. М., "Информационное обеспечение АСУП"., М.: Издательство МАИ. 1990 г. - 145 е.

60. Фролов А.В., Фролов Г.В. Локальные сети персональных компьютеров. Монтаж сети, установка программного обеспечения. М.:ДИАЛОГ-МИФИ, 1993.-176 с.

61. Шенброт И. М., Алиев В. М., "Проектирование вычислительных систем распределенных АСУ ТП", М.: Энергоатомиздат. 1989 г. - 88 е.

62. Шеннон Р. "Имитационное моделирование систем искусство и наука". - М.: Мир, 1978 г.-420 с.

63. Эксплуатация газопроводов Западной Сибири/Г.В. Крылов, А.В.Матвеев, О.А. Степанов, Е.И. Яковлев. Л.: Недра, 1985. - 288 с.134