Автоматизация технологических процессов диспетчерского управления на предприятиях по добыче и транспортировке газа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Хайдер Абдулла Мухаммед

• Хайдер Абдулла Мухаммед
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хайдер Абдулла Мухаммед

1.АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В

ДИСПЕТЧЕРСКИХ ПУНКТАХ АСУТП.

1.1. Анализ нефтегазового комплекса Республики Ирак.

1.2. Анализ газового промысла как объекта управления.

1.3. Анализ проблем и задач интеграции АСУ ТП и построения ИИУС газовых промыслов.

1.4. Организация данных в АСУТП добычей газа.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ ИИУС.

2.1. Анализ информационных потоков ДП АСУТП.

2.2. Анализ методов объектной декомпозиции предметной области.

2.3. Параметрическая и структурная оптимизация ИИУС.

2.4. Объектно-ориентированный подход к проектированию базы данных АСУТП.

3. СИНТЕЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В РАСПРЕДЕЛННЫХ СИСТЕМАХ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ ИИУС

3.1. Исходные данные, постановка и схема решения задачи.

3.2. Оценка интенсивности потоков данных распределенной АСУТП.

3.3. Генерация начальной структуры сети передачи данных.

3.4. Оптимизация структуры сети передачи данных.

4. РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫМИ ПОТОКАМИ ДП АСУТП.

4.1. Описание методов автоматизации проектирования.

4.2. Система сбора, передачи и обработки информации кустов газовых скважин.

4.2.1. Вариант автоматизации КГС на базе контроллеров с малым энергопотреблением и многопараметрических датчиков.

4.2.2. Вариант автоматизации КГС на базе контроллеров с малым энергопотреблением и вычислителей расхода.

4.3. Описание типа автоматизируемого предприятия.

4.4. Методика синтеза структуры БД ДП АСУТП.

4.4.1. Цели и автоматизированные функции.

4.4.2. Характеристика функциональной структуры. Подсистемы АС, функции и задачи, реализуемые в каждой подсистеме.

4.5. Методика объектно-ориентированного описания информационных связей.

Выводы

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Хайдер Абдулла Мухаммед

Выводы

1. При разработке распределенной системы диспетчерского управления ставятся задачи формирования информационных моделей производственных, технологических, иногда хозяйственных процессов в базе данных ДП, с учетом характера основной производственной деятельности автоматизируемого предприятия. Разработана инженерная методика поэтапного проектирования, строительства и реконструкции ИИУС газовых промыслов, которая позволяет оптимально рассчитывать последовательность выполнения модернизации и реконструкции АСУ ТП и ИИУС газового промысла с привязкой к планируемым этапам строительства и реконструкции объекта управления.

2. Разработанные методы, методики, модели и алгоритмы легли в основу проектирования и создания:

1. систем сбора, передачи и обработки информации неэлектрифицированных кустов газовых скважин;

2. систем контроля параметров и режимов работы скважин, кустов скважин и газосборной сети;

3. систем управления подачей и распределением ингибитора гидратообразования.

1. Экспериментальная проверка предложенных методик (и проведение анализа ПрО, по результатам которого была разработана иерархия классов, приведенная в Приложении 1) проведены при создании распределенной системы диспетчерского управления (СДУ) ООО «Волгоградтрансгаз», входящего в структуру ОАО «Газпром» и эксплуатирующего магистральные газопроводы, входящие в единую систему газоснабжения РФ. Указанное обстоятельство позволяет рекомендовать их использование при автоматизации технологических процессов диспетчерского управления на предприятиях по добыче и транспортировке газа в других странах, в том числе, и в Республике Ирак.

2. Разработанные и реализованные в ИИУС ГП методы, математические модели и алгоритмы позволяют повысить:

1. безопасность эксплуатации газовых промыслов за счет более качественного управления, снизить роль «человеческого фактора», зачастую приводящего к опасным ситуациям при управлении сложными распределенными комплексами добычи и подготовки газа (особенно при вахтовом методе работы, который широко практикуется при эксплуатации северных ГП);

2. эффективность работы технологических объектов (установок) и рост экономической выгоды за счет сочетания новых производственных, информационных и управленческих технологий, позволяющих повысить производительность, сократить потери и производственные затраты;

3. обеспечить переход к обслуживанию ограниченным персоналом, что особенно актуально для удаленных регионов Крайнего Севера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен системный анализ предметной области. На примере газодобывающих предприятий выполнен анализ разработки месторождений, особенностей добычи газа в разные периоды обустройства газовых промыслов, технологических процессов и режимов работы оборудования, что позволяет прогнозировать поэтапное расширение и реконструкцию ГП, с целью оптимального проектирования и развития локальных АСУТП и ИИУС ГП, применительно к разным периодам разработки месторождений.

2. Выделен класс объектов управления - газовые промыслы (ГП). Проведено исследование комплексной автоматизации управления ГП и построения ИИУС ГП сложной структуры: скважины - кусты скважин -газосборная сеть - (УППГ) - ДКС - (ДКС) - УКПГ - (ДКС). Выполнен функционально-целевой анализ ГП. Предложены и обоснованы уровни управления газовыми промыслами. Сформулированы основные проблемы, направления и принципы интеграции локальных АСУ ТП отдельных объектов и построения ИИУС ГП сложной структуры.

3. Разработано формализованное описание процессов добычи и подготовки газа, где каждый формальный процесс представляет совокупность взаимосвязанных процессов по предложенной параметрической схеме, что позволяет в рамках единой методики создать аналитико-имитационную модель всего процесса управления газовым промыслом.

4. Разработаны математические модели и алгоритмы моделирования процессов отдельных компонентов газового промысла (скважин, кустов скважин, газосборной сети и др.);

5. Проведена функциональная декомпозиция ИИУС газового промысла на подсистемы, предложена формализованная постановка задачи параметрической оптимизации функциональных подсистем ИИУС в общем виде.

6. Разработаны алгоритмы управления подсистемами газового промысла, проведена практическая реализация ИИУС ГП и экспериментальная проверка разработанных методов и алгоритмов.

7. Разработана инженерная методика поэтапного проектирования, строительства и реконструкции ИИУС газовых промыслов, которая позволяет оптимально рассчитывать последовательность выполнения модернизации и реконструкции АСУ ТП и ИИУС газового промысла с привязкой к планируемым этапам строительства и реконструкции объекта управления.

8. Разработанные методы, методики, модели и алгоритмы легли в основу проектирования и создания: систем сбора, передачи и обработки информации неэлектрифицированных кустов газовых скважин; систем контроля параметров и режимов работы скважин, кустов скважин и газосборной сети; систем управления подачей и распределением ингибитора гидратообразования.

9. Экспериментальная проверка предложенных методик проведены при создании распределенной системы диспетчерского управления (СДУ) в ОАО «АтлантикТрансгазСистема». Указанное обстоятельство позволяет рекомендовать их использование при автоматизации технологических процессов диспетчерского управления на предприятиях по добыче и транспортировке газа в других странах, в том числе, и в Республике Ирак.

10. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в АО «АтлантикТрансгазСистема» при проектировании и производстве систем управления, а также в учебном процессе в МАДИ(ГТУ).

И. Разработанные и реализованные в ИИУС ГП методы, математические модели и алгоритмы позволяют повысить:

• безопасность эксплуатации газовых промыслов за счет более качественного управления, снизить роль «человеческого фактора», зачастую приводящего к опасным ситуациям при управлении сложными распределенными комплексами добычи и подготовки газа (особенно при вахтовом методе работы, который широко практикуется при эксплуатации северных ГП);

• эффективность работы технологических объектов (установок) и рост экономической выгоды за счет сочетания новых производственных, информационных и управленческих технологий, позволяющих повысить производительность, сократить потери и производственные затраты;

• обеспечить переход к обслуживанию ограниченным персоналом, что особенно актуально для республики Ирак.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хайдер Абдулла Мухаммед, 2006 год

1. Андреев A.M., Березкин Д.В., Самарев P.C. Внутренняя организация ОСУБД на примере Versant, Poet, ODB-Jupiter // X1.техническая конференция «Корпоративные базы данных», Президиум РАН, 18-20 апреля, 2001.

2. Апостолов A.A., Вербило A.C., Панкратов B.C. Автоматизация диспетчерского управления газотранспортным предприятием — М.: ИРЦ Газпром, 1999.

3. Аткинсон М., Бансилон Ф., ДеВитт Д. и др. Манифист систем объектно-ориентированных баз данных // СУБД, 1995. — №4.

4. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Структуры данных и алгоритмы: Пер. с англ.: Уч. пос. — М.: Вильяме, 2000. — 384 с.

5. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд.: Пер. с англ. — М.: Бином, 1999. — 434 с.

6. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя: Пер. с англ. — М.: ДМК Пресс, 2000. — 432 с.

7. Гома X. UML. Проектирование систем реального времени, распределенных и параллельных приложений: Пер. с англ. — М.: ДМК Пресс, 2002. — 624 с.

8. Горбунов-Посадов М.М. Безболезненное развитие программы // Открытые системы, 1996. — №4. — С. 65-70.

9. Горбунов-Посадов М.М. Расширяемые программы — М.: Полиптих, 1999.336 с.

10. Домарацкий А.Н., Пономарев В.М., Лескин A.A. и др. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов — Л.: Машиностроение, 1986. — 319 с.

11. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем — М.: Наука, 1986. — 296 с.

12. Егошина Т.В. Формализация описания технологических процессов в АСУ

13. Протвино: Препринт ИФВЭ 1987. —т. 1, С.5-7.

14. Зайченко Ю.П., Гонта Ю.В. Структурная оптимизация сетей ЭВМ — Киев: Техника, 1986. — 169 с.

15. Зиндер Е.З. Проектирование баз данных: новые требования, новые подходы // СУБД, 1996. — №3. — С. 10-22.

16. Ивлев В.А., Попова Т.В., Павлов JI.H. Реорганизация АСУ промышленных предприятий // Компьютер Пресс, 1997. — №6. — С.236-244.

17. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы — М.: Изд-во стандартов, 1992. —164 с.

18. Калянов Г.Н. Методы и средства структурного системного анализа и проектирования — М.: Изд-во МГУ, 1996. — 59 с.

19. Капустин Н.М., Коротаев М.Ю., Цехмейструк В.А. САПР технологических процессов — М.: Изд-во ВЗПИ, 1997. — №6.

20. Коберн А. Современные методы описания функциональных требований к системам: Пер. с англ. — М.: Лори, 2002. — 266 с.

21. Козловский А. Объектные СУБД: ситуация смены парадигмы // BYTE-Россия, 2000.—№8, —С. 16-28.

22. Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2000. — 1111 с.

23. Коржов В. Многоуровневые системы клиент-сервер // Сети, 1997. — №6. — С. 72-78.

24. Коуд П., Норт Д., Мейфилд М. Объектные модели: стратегии, шаблоны и приложения: Пер. с англ. — М.: Лори, 2000. — 320 с.

25. Крачтен Ф. Введение в Rational Unified Process: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. —240 с.

26. Кузнецов С.Д. Введение в СУБД. Часть 4 // СУБД, 1995. — №4.

27. Кузнецов С.Д. Об основаниях ненавигационных языков запросов систем объектно-ориентированных баз данных // Труды Рабочего семинара

28. Перспективы развития систем баз данных и информационных систем» — М., Московская секция ACM SIGMOD, ИЛИ РАН, 1993. — С. 44-51.

29. Ларман К. Применение UML и шаблонов проектирования, 2-е издание: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. — 704 с.

30. Левин М.Ш. Комбинаторное проектирование систем // Автоматизация проектирования, 1997. — №4. — С.14-18.

31. Леффингуэл Д., Уидриг Д. Принципы работы с требованиями к программному обеспечению. Унифицированный подход: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. — 448 с.

32. Липаев В.В. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем — М.: Синтег, 1999. — 256 с.

33. Максимов М.Г., Шипилова В.Л., Тимохин С.А. САПР технологических процессов на базе СМ ЭВМ // Приборы и системы управления, 1991.

34. Марка Д.А., Мак-Гоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования SADT: Пер. с англ. — М.: Метатехнология, 1993. — 240 с.

35. Мацяшек Л. Анализ требований и проектирование систем. Разработка информационных систем с использованием UML: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. —432 с.

36. Методология проектирования программных средств фирмы Microsoft // Решения Microsoft, 1999. — №7.

37. Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов — М.: Радио и связь, 1986. — 408 с.

38. Панкратов B.C., Сарданашвили С.А., Николаевская С.А. Развитие АСДУ ГТП на базе современных SCADA-систем М.: ИРЦ Газпром, 2003. - 67 с.

39. Пономарев В.М., Лескин A.A., Смирнов A.B. Модели автоматизированного синтеза оптимальных технологических комплексов гибких производственных систем // Методы и системы автоматизации в задачах науки и производства. — М.: Наука, 1986. — С.36^19.

40. Прим Р. Кратчайшие связывающие сети и некоторые обобщения // Кибернетический сборник. Вып. 2 — М.: Изд-во иностр. лит., 1961. — С.95-107.

41. Сигал И.Х., Иванова А.П. Введение в дискретное программирование: модели и вычислительные алгоритмы. — М.: Физматлит, 2002. — 240 с.

42. Смирнов A.B. Исследование алгоритмической модели технологического синтеза гибких производственных систем//Проблемы интегральной автоматизации производства. — JL: Наука, 1988. — С.73-85.

43. Смирнов A.B., Шереметов Л.Б. Многоагентная технология проектирования сложных систем//Автоматизация проектирования, 1998. — №3. — С.45-48.

44. Советов Б.Я., Рухман Е.Л., Яковлев С.А. Системы передачи информации от терминалов к ЦВМ. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1978. — 240 с.

45. Стоунбрекер М. и др. Системы баз данных третьего поколения: манифест/СУБД, 1995. —№2. —С.137-158.

46. Фаулер М. Рефакторинг: улучшение существующего кода: Пер. с англ. — СПб.: Символ-Плюс, 2003. — 432 с.

47. Фуксман А.Л. Технологические аспекты создания программных систем. — М.: Статистика, 1979. — 184 с.

48. Харрингтон Д. Проектирование объектно-ориентированных баз данных: Эволюция технологий хранения информации: Пер. с англ. — М.: ДМК Пресс, 2001. —269 с.

49. Хачатуров В.Р. Аппроксимационно-комбинаторный метод декомпозиции и композиции систем и ограниченные топологические пространства, решетки, оптимизация // Ж. вычислительной математики и математической физики, 1985. — т.25. — №12. — С. 1777-1794.

50. Шаллоуей А., Тротт Дж. Шаблоны проектирования. Новый подход к объектно-ориентированному анализу и проектированию: Пер. с англ. — М.: Вильяме, 2002. — 288 с.

51. Шукла Д., Селлз С.Ф.К. АОП: Более эффективная инкапсуляция и повторное использование кода // MSDN Magazine/Русская редакция, 2002. — Спецвыпуск №1.

52. Элджер Дж. С++: библиотека программиста: Пер. с англ. — СПб: Питер, 2000. —320 с.

53. Энсор Д., Стивенсон И. Oracle. Проектирование баз данных: Пер. с англ. — Киев: BHV, 1999. —557 с.

54. Adams, S. MetaMethods: The МУС Paradigm, in HOOPLA: Hooray for Object-Oriented Programming Languages // Object-Oriented Programming for Smalltalk Applications Developers Assosiation, 1986. — Vol. 1, No. 4. — p. 6.

55. Alashqur A.M., Su S.Y.W., Lam H. OQL: A Query Language for Manipulating Object-Oriented Databases // In proc. of 15-th Int. Conf. Very Large Data Bases, 1989. —p. 433-442.

56. Aldawud, O., Elrad, Т., Bader, A. A UML Profile for Aspect-Oriented Modeling // In proc. of Aspect-Oriented Programming Workshop at OOPSLA, 2001.

57. Bachman, C.W. Software for random access processing // Datamation, 1965. — Vol. 11, pp. 36-41.

58. Bass, L., Clements, P., Kazman, R. Software Architecture in Practice. — Reading, MA: Addison-Wesley, 1998.

59. Bogdanov N., Skubaev S. RTAP case studies and experience // In proc. of 10-th RTAP Users' Group Conf., 2001.

60. Booch G. Object Solutions, Managing and Object-Oriented Approach — Addison-Wesley, 1996.

61. Booch, G. Though the Looking Glass // Software Development, 2001. — No. 7.

62. Buschmann, F., Meunier, R., Rohnert, H., Sommerlad, P. Pattern-Oriented Software Architecture: A System of Patterns. — New-York, NY: John Wiley & Sons, 1996.

63. Chen, P. The entity-relationship model toward a unified view of data // ACM Transactions on Database Systems, 1976. — Vol. 1, No. 1.

64. Clarke, S. Composing Design Models: An Extension to the UML // In proc. of International Conference on the UML, 2000. — pp. 338-352.

65. Clarke, S. Extending Standard UML with Model Composition Semantics. //Science of Computer Programming, 2002. — Vol. 44, Issue 1. — pp. 71-100.

66. Clarke, S., Walker, R. Composition Patterns: An Approach to Designing Reusable Aspects // In proc. of ICSE, 2001.

67. Cluet S., Delobel C., Lecluse C., Richard Ph. RELOOP: An Algebra Based Query Language for an Object-Oriented Database System // Data and Knowledge Eng, 1990. — No. 5. — pp. 333-352.

68. Codd, E. F. A relational model for large shared data banks // Communication of the ACM, 1970. — Vol. 13, No. 6. — pp. 377-387.

69. Cook, S., Daniels, J. Designing Object Systems: Object-Oriented Modelling with Syntropy. — Prentice Hall, 1993.

70. D'Souza, D., Wills, A.C. Objects, Components and Frameworks with UML: The Catalysis Approach. —Addison-Wesley, 1998.

71. Fowler, M. Analysis Patterns: Reusable Object Models. — Addison-Wesley, 1996.

72. Fowler, M. Patterns of Enterprise Application Architecture. — Addison-Wesley, 2002.

73. Gamma, E., Helm , R., Johnson, R., Vlissides, J. Design Patterns. Elements of reusable object-oriented software. —Addison-Wesley, 1995.

74. Garvey M.A., Jackson M.S. Introduction to Object-Oriented Databases. // Informational and Software Technologyes, 1989. — Vol. 31, No. 10. — pp. 521-528.

75. Harrison, W., Tarr, P., Ossher, H. A Position On Considerations in UML Design of Aspects //In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

76. Ho, W., Pennaneac'h, F., Jezequel, J., Plouzeau, N. Aspect-Oriented Design with the UML // In proc. of Multi-Dimensional Separation of Concerns Workshop at ICSE, 2000. —pp. 60-64.

77. Jezequel, J., Plouzeau, N., Weis, T., Geihs, K. From Contracts to Aspects in UML Designs // In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

78. Kande, M.M., Kienzle, J., Strohmeier, A. From AOP to UML A Bottom-Up Approach // In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

79. Kiczales, G., Lamping, J., Mendhekar, A., Maeda, C., Lopes, C., Loingtier, J., Irwin, J. Aspect-Oriented Programming // In proc. of ECOOP, 1997. — pp. 220242.

80. Kim W. A Model of Queries for Object-Oriented Databases //In proc. of 15-th Int. Conf. Very Large Data Bases, 1989. — p. 423-432.

81. Levin M. Sh. Hierarchical Morphological Multicriteria Design Of Decomposable Sysems // Journal of Concurrent Engineering: Research and Applications, — 1996. — Vol. 4, No. 2. — pp. 111-118.

82. Meyer, B. Object-Oriented Software Construction. — New-York, NY: Prentice Hall, 1988.

83. OPC Data Access Custom Interface Specification 2.05A, June 28,2002.

84. Ossher, H., Kaplan, M., Katz, A., Harrison, W., Kruskal, V. Specifying Subject-Oriented Composition // Theory and Practice of Object Systems, 1996. — Vol. 2,No.3. —pp. 179-202.

85. Pawlak, R., Duchien, L., Florin, G., Legond-Aubry, F., Seinturier, L., Martelli, L. A UML Notation for Aspect-Oriented Software Design // In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

86. RTAP/Plus Integration. — HP Part No. 72323-92210, Hewlett-Packard (Canada) Ltd., 1995.

87. Senko, M.E., Altman, E.B., Astrahan, M.M., and Fehder, P.L Data structures and accessing in data base systems // IBM Systems Journal, 1973. — Vol. 12, No. 1 — pp. 30-93.

88. Shlaer, S., Mellor, S. Object-Oriented Systems Analysis: Modeling the World in Data —Prentice Hall, 1991.

89. Stein, D., Hanenberg, S., Unland, R. Designing Aspect-Oriented Crosscutting in UML // In proc. of Workshop on Aspect-Oriented Modeling with UML at AOSD, 2002.

90. Suzuki, J., Yamamoto, Y. Extending UML with Aspects: Aspect Support in the Design Phase // In proc. of Aspect-Oriented Programming Workshop at ECOOP, 1999.

91. The Object Database Standard: ODMG 3.0. — San Francisco, California: Morgan Kaufmann Publishers Inc., 2000.

92. Wirfs-Brock, R., Wilkerson, B., Wiener, L. Designing object-oriented software. — Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall, 1991.