Разработка информационной системы для дизельных электростанций с возможностями прогноза их технического состояния тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Махаммад Мааз Джасем Махаммад

• Махаммад Мааз Джасем Махаммад
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Махаммад Мааз Джасем Махаммад

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ (ДЭС).б

1.1. Основные тенденции производства ДЭС разных фирм.

1.2. Особенности производства ДЭС в России.

1.3. Анализ контроллеров систем управления ДЭС.

1.4. Современная оценка технического состояния дизельных электростанций.

1.5. Постановка научной задачи и частные задачи исследования.

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

2.1. Выбор методики описания предметной области дизельных электростанций.

2.2. Описание предметной области дизельных электростанций, как информационной модели.

2.3. Анализ информационной модели предметной области дизельных электростанций.

2.4. Формирование и анализ графов информационных структур модели системы мониторинга и прогнозирования параметров ДЭС.

2.5. Преобразование канонической структуры БД системы мониторинга и прогнозирования параметров ДЭС к реляционной модели.

2.6. Выводы.1.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОГНОЗИРУЮЩИХ АЛГОРИТМОВ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ.

3.1. Методические основы прогнозирования параметров ДЭС.

3.2. Разработка алгоритма сбора данных системы мониторинга и прогнозирования параметров ДЭС.

3.3. Разработка алгоритмов прогнозирования.

3.4. Расчет точности прогноза и исследование случайной составляющей модели.

3.5. Разработка алгоритма определения параметра с наименьшим значением прогнозного времени.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДИЗЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (ИСМПТСДЭС).

4.1. Структура программного обеспечения ИСМПТСДЭС.

4.2. Пользовательский интерфейс ИСМПТСДЭС.

4.2.1. Назначение основных интерфейсных элементов.

4.2.2. Настройка параметров прогнозирования.

4.3. Оценка экономического эффекта ПО ИСМПТСДЭС.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка информационной системы для дизельных электростанций с возможностями прогноза их технического состояния»

В настоящее время важным структурным элементом систем резервного и гарантированного электроснабжения является дизельная электростанция (ДЭС).

Для гибкого и эффективного управления режимами работы ДЭС, целесообразно использовать контроллерную систему управления их технологическими процессами. Контроллеры ДЭС оснащены широким арсеналом коммуникационных расширений, позволяющих собирать данные датчиков ДЭС, частично обрабатывать результаты измерений, выдавать диагностические сообщения и передавать информацию через порты.

Эксплуатационная надежность работы дизельных электростанций обеспечивается с помощью проведения планового технического обслуживания. Однако, такое обслуживание в конечном итоге - затратное. Поэтому, чтобы уменьшить затраты, можно проводить техническое обслуживание ДЭС по их фактическому техническому состоянию.

Чтобы провести обслуживание или ремонт ДЭС по фактическому техническому состоянию, необходимо прогнозировать техническое состояние электростанции. В связи с этим, разработка информационной системы, которая обеспечит данное прогнозирование, является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является разработка информационной системы для дизельных электростанций с возможностями прогноза их технического состояния.

Поставленная научная задача предполагает решение частных научных задач исследования: задача разработки информационной модели предметной области дизельной электростанции; задача разработки структуры базы данных на основе информационной модели предметной области ДЭС; задача разработки прогнозирующих алгоритмов оценки параметров дизельных электростанций; задача разработки автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования технического состояния дизельной электростанции (ИСМПТСДЭС).

Для решения поставленных задач исследования, были использованы методы системного анализа, математической статистики, регрессионного анализа и прогнозирования, информационная теория, теории реляционных баз данных, графов, объектно-ориентированного проектирования и программирования.

Научная новизна диссертации заключается в предложении подхода для формализации постановки задачи прогнозирования системы по нескольким параметрам. Задача оценки технического состояния ДЭС решается групповым прогнозированием по нескольким параметрам, с определением параметра с наименьшим значением прогнозного времени, при котором произойдет выход за допустимые пределы.

Для решения поставленных задач проведен анализ современных контроллеров ДЭС; исследована предметная область и построена информационная модель ДЭС; разработаны основные прогнозирующие алгоритмы; создано программное обеспечение, реализующее информационную модель ДЭС с возможностью прогнозирования технического состояния.

Практическая значимость работы состоит в том, что применение разработанной системы прогнозирования позволит предупредить отказ оборудования и уменьшить затраты, связанные выполнением операций технического обслуживания оборудования ДЭС.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Махаммад Мааз Джасем Махаммад

Выводы

1. В настоящее время при использовании в ДЭС систем управления на основе панельных компьютеров, существует возможность создавать для них прикладное программное обеспечение (в том числе ПО, реализующее современные технологии математических вычислений и технологии обработки данных).

2. В задачи ИСМПТСДЭС входит: сбор данных по параметрам ДЭС, хранение данных в файле БД, построение функциональных зависимостей параметров во времени, построение прогноза технического состояния ДЭС.

3. Графический интерфейс ПО ИСМПТСДЭС разработан с применением современных средств создания приложений.

4. Структура базы данных ПО ИСМПТСДЭС основана на информационной модели дизельных электростанций, описанной в главе 2.

5. Функции прогнозирования ПО ИСМПТСДЭС реализованы на основе алгоритмов оценки параметров ДЭС, разработка которых описана в главе 3.

6. В ПО ИСМПТСДЭС реализовано два вида прогнозирования: индивидуальное прогнозирование по отдельному параметру ДЭС и прогнозирование по нескольким параметрам (прогнозирование по выделенным параметрам с определением параметра с наименьшим значением прогнозного времени, при котором произойдет выход за допустимые пределы).

7. Показано, что положительный экономический эффект от применения разработанного ПО для дизель-генераторов средней и большой мощности, находится в пределах 30-70% стоимости их технического обслуживания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработана информационная модель дизельной электростанции, являющаяся основой для построения соответствующей реляционной базы данных; прогнозирующие алгоритмы оценки параметров ДЭС; успешно апробированы и внедрены математическое и программное обеспечение системы прогнозирования технического состояния. Получены следующие основные научные и практические результаты.

1. Определена методика исследования и описания предметной области базы данных ДЭС.

2. Предложена информационная модель ДЭС с учетом трех объектной системы, автоматизируемых функций сбора информации и временных задач их обработки с учетом эксплуатации и прогноза её работы.

3. Разработана аналитическая, теоретико-графовая модель предметной области БД системы мониторинга и прогнозирования параметров ДЭС. Выявлены основные этапы создания указанной модели, включая выделение структурных элементов и взаимосвязей между ними; доказана каноническая структуры БД системы мониторинга и прогнозирования параметров ДЭС.

4. Разработаны алгоритм сбора данных, позволяющий формировать одномоментные временные ряды значений параметров ДЭС в виде одномерных числовых массивов, алгоритм прогнозирования значений контролируемого параметра, а также алгоритм прогнозирования технического состояния ДЭС, определяющий параметр с наименьшим значением времени выхода за допустимые пределы.

5. На основе информационной модели и прогнозирующих алгоритмов было создано ПО ИСМПТСДЭС.

6. Показано, что положительный экономический эффект от применения разработанного ПО для дизель-генераторов средней и большой мощности, находится в пределах 30-70% стоимости их технического обслуживания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Махаммад Мааз Джасем Махаммад, 2009 год

1. Агальцов В.П. Базы данных. М.: Мир, 2002 -376 с

2. Анализ существующих микроконтроллерных систем управления технологическими процессами ДЭС. Отчёт о научно-исследовательской работе. Краснодар.: КубГТУ,2006. Атрощенко В.А., Суртаев H.A., Клишин В.Н., Грабский С.С., Махаммад М.Д.

3. Анфилатов B.C., Емельянов A.A., Кукушкин A.A., Системный анализ в управлении. М.: Финансы и статистика, 2003 -368с.

4. Атрощенко В.А., Лысенко М.П., Воеводин Е.М. Обзорная информация о контроллерах систем управления дизель-генераторами, М.:" Промышленная энергетика". 2005. №1. - С.19-22.

5. Атрощенко В.А., Лысенко М.П., Орлов A.B., Петрушкин В.Ф. Резервное и гарантированное электроснабжение (Проблемы, методы и технические средства). Краснодар: Изд-во КубГТУ, 1998.

6. Атрощенко В.А., Махаммад М.Д. К вопросу проектирования баз данных технических систем. Научно-технические ведомости СПбГПУ № 4(62) / 2008. СПб.: Изд-во Политех, ун-та, 2008 С. 60-65.

7. Атрощенко В.А., Махаммад М.Д. Применение ПЛК для систем автоматического управления электрогенераторных установок. Труды междунар. конф. «Современные направления теоретических и прикладных исследований», УКРНИИМФ, Одесса, 2006.-С.4-8.

8. Атрощенко В.А., Махаммад М.Д., Цыгикало Д.В. — К вопросу построения информационной системы управления дизельной электростанции. Труды междунар. конф. Телекоммуникационные и информационные системы. СПб.: Изд-во Политех, ун-та, 2007 С. 359-364.

9. Ю.Афанасьев В.Н., Юзбашев М.М. Анализ временных рядов и прогнозирование: Учебник. — М.: Финансы и статистика, 2001. — 228 е.: ил.

10. П.Бабенко Г.В. Теория систем и системный анализ: Учебное пособие / Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар: Изд. ГОУВПО «КубГТУ», 2004.-197 с.

11. Воеводин Е.М. Разработка методического аппарата построения системы мониторинга резервных и автономных ДЭС. Дис. канд. техн. наук.-Краснодар.: КубГТУ,2006.-169с.

12. Гейн К., Сарсонт Т. Структурный системный анализ: средства и методы. В 2-х частях.ч. / Пер. с англ.; под ред. А. В. Козлинского.-М.: Эйтекс, 1993.-188 с.

13. Гилула М.М. Множественная модель данных в информационных системах. -М.: Наука, 1992, 360 с.

14. Глущенко В.В. Прогнозирования. 4-е изд. - М.: Вузовская книга, 2005. -2005. - 208 с.

15. ГОСТ 14228-80 Дизели и газовые двигатели автоматизированные. Классификация по объему автоматизации

16. ГОСТ 20439-87 Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания. Требования к надежности и методы контроля.

17. ГОСТ 23377-84. Электроагрегаты и электрические станции с двигателями внутреннего сгорания.

18. ГОСТ 28195-89 Оценка качества программных средств. Общие положения.

19. ГОСТ 34.201-89. Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем.

20. ГОСТ Р 50783-95 Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания. Общие технические требования.

21. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристика качества и руководства по их применению.

22. Громов Ю.Ю., Земской H.A., Лагутин A.B., Иванова О.Г., Тютюнник В.М. Системный анализ в информационных технологиях: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос.техн. ун-та, 2004. 176 с.

23. Денисов A.A., Колесниов Д.Н. Теория больших систем управления: Учеб. Пособие для вузов.-Л.: Энергоиздать, Леннигр. Отд-ние, 1982.-288 е., ил.

24. Дуброва Т.А. Статистические методы прогнозирования в экономике. /М. Московский международный институт эконометрики, информатики, финансов и права, 2003. — 50 с.

25. Дуброва Т.А. Статистические методы прогнозирования: Учеб. пособие для вузов. М.: ЮНИТА, 2003. - 206 с.

26. Дьякопов В.П. MATLAB 6.5 SPI/7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. Серия «Библиотека профессионала». М.: СОЛОН-Пресс, 2005, - 576 с.

27. Дьяченко Р. А. Разработка методического аппарата для создания баз данных автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии Дис. канд. техн. наук.- Краснодар.: КубГТУ,2004.-141 с.

28. Дьяченко P.A., Безнос О.С., Махаммад М.Д. К вопросу построения прогнозирующих алгоритмов оценки параметров дизельных электростанций. Научно-технические ведомости СПбГПУ № 2(76) / 2009. СПб.: Изд-во Политех, ун-та, 2009 С. 183-186.

29. Дьяченко P.A., Махаммад М.Д. К вопросу оценки надежности систем управления базами данных. Вестник Иркутского государственного технического университета.

30. Дьяченко P.A., Махаммад М.Д. О структурном подходе к разработке автоматизированной системы сбора и мониторинга данных дизельной электростанции. Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов № 10 / 2008.Курск. С. 223-225.

31. Дьяченко P.A., Махаммад М.Д. Принятие решений при выборе инструментальных средств разработки автоматизированных систем. Научно-технические ведомости СПбГПУ № 1(72) / 2009. СПб.: Изд-во Политех, ун-та, 2009 С. 106-110.

32. ЗЗ.Зенкин А.И. О математических методах прогнозирования М: 1987.90 с.

33. Калянов Г.Н. CASE. Структурный системный анализ (автоматизация и применение). -М.: Лори, 1996, 318 с.

34. Ковшов Е.Е. Вайсберг A.B. Водянников Д.В. Программное и алгоритмическое обеспечение моделирования. М.: 2000.

35. Колтынюк Б.А. Инвестиции. Учебник. СПб.: Изд-во Михайлова В.А. 2003. - 848 с.

36. Коннолли Т. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика М.: Вильяме, 2000.

37. Косолапов В.В. Информационное прогнозирование и обеспечение. К: 1978. 198 с.

38. Кудряшов Г.Ф., Чекменев Е.Е. Автоматизированные дизельные электроагрегаты. М: Машиностроение, 1964.

39. Кульба В.В., Ковалевский С.С., Косяченко С.А., Сиротю В.О. Теоретические основы проектирования оптимальных структур распределенных баз данных : СИНТЕГ Москва, 1999.-660с

40. Мавеев Г., Мезенцев Б., Окунев А. Системы автоматического управления дизель-электрическими агрегатами. «Новости Электротехники» №4(4) 2000, СПб.: Информационно-справочное издание.

41. Мавеев Г., Степанов А. Специализированный контроллер для автоматического управления дизель-электрическими агрегатами. Новости Электротехники» №6(6) 2000, СПб : Информационно-справочное издание.

42. Малыхина М. П. Базы данных. СПб: Питер, 2004.

43. Матвеев Г.В., Системы автоматического управления дизель электрическими агрегатами. «АЭРОПОРТЫ. ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» № 4, 2000 г-С 9-11

44. Махаммад М.Д. Формирование информационной структуры базы данных контроллера дизельной электростанции. Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов № 10 / 2008.Курск. С. 226-227.

45. Мирзоев Р.Г., Харченко А.Ф. Основные процедуры системных исследований: Учеб. Пособие / СПбГУАП. СПб., 2000. 180 е.: ил.

46. Норман Дрейпер, Гарри Смит Прикладной регрессионный анализ. Множественная регрессия = Applied Regression Analysis. — 3-е изд. — М.: «Диалектика», 2007. — С. 912.

47. Оптимизация структур данных в АСУ.// Под. ред. В.В.Воронова. М.: Наука, 1988.49.0птимизация структур распределенных баз данных в АСУ. // Под. ред. А.Г.Мамиконов М.: Наука, 1990.

48. Оценка стоимость предприятия, под издательством Абдуллаева H.A., Колайко H.A. Москва 2000г.

49. Петров В.Н. Информационные системы. СПб.: Питер, 2002.

50. Повышение эффективности работы энергосистем. // Под ред. Шуина В.А., Мисриханова М.Ш. Иваново: 2001.

51. Пономарева K.B. Информационное обеспечение АСУ. //Учеб.для сред.спец.учеб.заведений. 2-е изд.,перераб.и доп.-М.: Высш.шк., 1991.

52. Программное обеспечение Demand Planning на сайте http://www.logiHty.com

53. Программное обеспечение Forecast PRO-Basic на сайте http://forecastpro.ru

54. Программное обеспечение Прогноз-машина на сайтеhttp://www.ceoconsulting.ru

55. Райордан Р. Основы реляционных баз данных.- М.: Рус. Редакция, 2001.

56. Сорокин С., Гарсия В., Панельные персональные компьютеры фирмы Advantech на сайте http://www.cta.ru

57. Спицнадель В.Н. Основы системного анализа. СПб.: Бизнес-пресса, 2000.

58. Станислав Павлов, Статья «Обзор Windows ХР Embedded» на сайте http://www.osp.ru.

59. Статистическое моделирование и прогнозирование: Учеб. пособие / Под ред. А.Г. Гранберга. М.: Финансы и статистика, 1990. - 383 с.

60. Технические данные дизель-генераторов Российского производства на сайте http://www.dizelprom.ru

61. Технические данные дизель-генераторов AKSA на сайте www.aksa.com.tr

62. Технические данные дизель-генераторов CATERPILLAR на сайте http://www.caterpillar.ru6 5. Технические данные дизель-генераторов Cummins на сайте http://www.cumminspower.com6 6. Технические данные дизель-генераторов DEUITZ на сайте http://www.deutz.com

63. Технические данные дизель-генераторов FG WILSON на сайте http://www.fgwilson.com

64. Технические данные дизель-генераторов GE Jenbacher на сайте http://www.gepower.com

65. Технические данные систем управления «Basler Electric» на сайте http://www.basler.com

66. Технические данные систем управления GAC,ComAp, Bernini на сайте http://www.huegli-tech.com

67. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере/Под ред. В.Э. Фигурнова. 3-е изд., перераб. и доб. - М.: ИНФРА-М,2003. - 544 е., ил.

68. Хансен Г. Базы данных, разработка и управление. М.: Бином, 1999

69. Хенли Э., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска: Пер. с англ. B.C. Сыромятникова, Г.С. Деминой. -М.: Машиностроение, 1984. -528с.

70. Хомоненко А.Д., Цыганков В.М., Мальцев М.Г. Базы данных СПб, КОРОНА принт, 2000.

71. Шапарев С.Д. Дискретная математика. Курс лекций и практических занятий.: БХВ- Петербург,2006.-400с

72. Шехурин Д.Е. Научное прогнозирование средствами информации С.-Пт.:1990. 123 с.

73. James R. Iverson, Digital Control Technology Enhances Power System Reliability and Performance, Cummins Power Generation.

74. Peter W. Glynn, Linear Regression with Matlab, Introduction to Stochastic Modeling, January 28, 2007.