Методы и модели контроля работоспособности распределенных автоматизированных систем управления производством

На правах рукописи 
 

ПОГОМИЙ АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ 
 
 
 

МЕТОДЫ  И МОДЕЛИ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

 РАСПРЕДЕЛЁННЫХ  АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

 УПРАВЛЕНИЯ  ПРОИЗВОДСТВОМ 
 
 

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление

 технологическими процессами и производствами (промышленность) 
 
 
 

Автореферат

 диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук 
 
 
 
 
 

МОСКВА 2011

     Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) 

Научный руководитель:       кандидат технических наук, профессор

Александриди  Тамара Миновна 

Официальные оппоненты:       доктор технических наук, доцент

  Максимычев Олег Игоревич  

кандидат технических наук, доцент

Матюхина  Екатерина Николаевна

     Ведущая организация: Московский энергетический институт (технический университет), г. Москва. 

    Защита  состоится «17» мая 2011 года в 10 час. на заседании диссертационного Совета Д.212.126.05 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность) при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу: Москва, Ленинградский пр., 64, аудитория № 42.

    С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ. 

    Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 125319, ГСП-47, Москва, Ленинградский  пр., 64, ученому секретарю.

    Автореферат разослан «15» апреля 2011 г.

Ученый  секретарь диссертационного совета:

канд. техн. наук, доцент

                          Н.В. Михайлова 

    1.Общая  характеристика работы

1. Актуальность работы

     Современные крупные системы промышленного, в том числе строительного, назначения, представляют собой сложные территориально-распределенные комплексы зданий и промышленных сооружений. В настоящее время при разработке автоматизированных систем управления производством (АСУП), кроме традиционных задач эксплуатации промышленных и строительных объектов, актуальной является проблема автоматизации процессов контроля работоспособности и диагностики различных систем жизнеобеспечения. Именно отсутствие контроля за функционированием систем жизнеобеспечения привело к известным в последнее время крупным экологическим катастрофам. В современных условиях повсеместной компьютеризации задачи организации связей в системе информационного обеспечения и управления в распределенных АСУП должны решаться с помощью использования как стандартных, так и специализированных вычислительных и технологических сетей. Технологические сети распределенной АСУП реализуют различные методы мониторинга, управления технологическими процессами, передачи разнообразной технической информации, задание значений регулируемых параметров, цифровое регулирование, изменение режимов работы промышленных установок и т.д. К сожалению, в настоящее время в число объектов мониторинга не включаются системы жизнеобеспечения зданий, промышленных и производственных сооружений. Поиск неисправностей в них осуществляется вручную, либо с помощью локальных автоматических средств.

     Большинство перечисленных функций, независимо от их целевого назначения, реализуются на основе стандартных средств вычислительной техники, вследствие чего причинами неисправностей в АСУП могут являться отказы аппаратуры и ошибки в программном обеспечении сетей передачи информации между техническими средствами и объектами АСУП и устройствами систем жизнеобеспечения. Поэтому очевидно, что для оптимизации управления крупными промышленными объектами и повышения безопасности их эксплуатации необходимо использование АСУП с распределенной структурой, решающих наряду с производственными задачами вопросы диагностирования ошибок в производственных и технологических процессах, в системах жизнеобеспечения и при передаче технологической информации между объектами системы.

     1.2. Цель и основные задачи исследования

    Целью работы является повышение эффективности автоматизированных систем управления производством с распределенной структурой, включая устройства жизнеобеспечения, на основе разработки методов, моделей и алгоритмов контроля работоспособности и поиска неисправностей и создания автоматизированной системы тестирования и контроля.

    В соответствии с поставленной целью  решаются следующие задачи исследования:

1. Анализ и разработка структуры распределенной АСУП с включением в ее состав систем жизнеобеспечения через единые сети связи.
2. Организация сетей связи в распределенных АСУП предлагаемой  структуры.
3. Исследование методов контроля работоспособности и  поиска  неисправностей в АСУП и устройствах жизнеобеспечения.
4. Исследование и построение математических моделей объектов  диагностирования.
5. Исследование моделей и алгоритмов тестирования и оценка корректности  тестов методами имитационного моделирования.
6. Разработка для  распределенной АСУП с предлагаемой структурой автоматизированной системы контроля работоспособности, методов и алгоритмов тестового программного обеспечения.

    1.3. Методы исследования.

    Исследования  выполнены с использованием методов  теории автоматического управления и регулирования, алгоритмизации, имитационного моделирования, теории оптимизации, эквивалентных преобразований и верификации.

    1.4. Научная новизна.

    Предложена новая структура распределенных АСУП с включением в ее состав через общие сети связи устройств жизнеобеспечения и построения единой АСУ контроля и диагностики.

    Предложены методы и алгоритмы контроля работоспособности и поиска неисправностей в таких системах.

    Разработаны соответствующие математические модели, алгоритмы и программы.

    1.5. Достоверность научных положений,  рекомендаций и выводов.

    Обоснованность  научных положений, рекомендаций и  выводов определяется корректным использованием метода эквивалентных преобразований в процессе анализа, согласованностью результатов функциональных и имитационных моделей процессов работы системы, верификацией программного обеспечения. Достоверность рекомендаций и выводов диссертации подтверждена полученными актами о положительных результатах внедрения.

    1.6. Практическая ценность и реализация  результатов работы.

    Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до создания программного комплекса, который может быть  использован на реальных АСУП.

     Решение поставленных задач осуществлялось на кафедре автоматизированных систем управления (заведующий кафедрой - доктор технических наук, профессор А.Б.Николаев) Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) (ректор – член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор В.М. Приходько).

    1.7. Апробация работы.

    Содержание  разделов диссертации было доложено и получило одобрение

• на семинарах кафедры АСУ в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете);
• на международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, технике и образовании» Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета) - 2009 г.

    1.8. Публикации.

    По  результатам диссертационной работы опубликовано 4 статьи.

    1.9. Структура и объем

    Диссертационная работа состоит из введения, четырех  глав основного материала, заключения, списка литературы, включающего в себя 56 источников. Она содержит 100 страницы текста, в том числе 45 рисунка и таблицы.

     2. Содержание работы.

     Структура работы соответствует списку перечисленных  задач, содержит описание разработанных методов, моделей, алгоритмов и структур.

    Во  введении обосновывается актуальность работы. Определяются основные цели и задачи системы, в которой будут проводиться исследования.

    В первой главе диссертации проводится системный анализ предметной области.

    Рассматривается проблема построения автоматизированных систем управления производством с распределенной структурой в соответствии с поставленными выше задачами исследования.

    На  рис. 1 изображен пример используемой в настоящее время структуры распределенной АСУП, которая в общем случае характеризуется несколькими сетевыми уровнями.

    Организационно-управленческие задачи решаются средствами корпоративной сети, а задачи контроля и управления технологическими процессами объединены в технологическую сеть. Устройства жизнеобеспечения децентрализованы и обслуживаются в основном вручную.

    Как правило, на предприятиях мониторинг исправности  объектов жизнеобеспечения представлен несвязанными системами, включающими различные приборы, табло, которые отражают текущее состояние контролируемых компонентов подсистем.

    Контроль  показаний измерительных приборов, оценка и поиск неисправностей проводятся, как правило, только частично автоматически или полностью вручную.

    В настоящее время в таких системах отсутствует централизованный контроль систем жизнеобеспечения зданий и сооружений, а также промышленных и производственных объектов нижнего уровня АСУП и АСУТП (рис 1). 

    

    Рис 1. Существующая структура распределенной АСУП 

    Как правило, мониторинг исправности объектов жизнеобеспечения представлен несвязанными системами, включающими различные приборы, табло, которые отражают текущее состояние контролируемых компонентов подсистем.

    Контроль  показаний измерительных приборов, оценка и поиск неисправностей проводятся, как правило, только частично автоматически или полностью вручную.  

    

    Рис. 2. Типовая структура системы жизнеобеспечения и охраны здания 

    Однако  актуальность проблем энергосбережения, контроля и управления системами жизнедеятельности зданий, а также стремление расширить возможности традиционных электромонтажных систем привели к развитию систем автоматизации зданий. Кроме того, такую систему можно подключить к внешним линиям телефонной, телевизионной, факсимильной и, в случае необходимости, контролировать и управлять отдельными подключенными установками.

    Решение задач организации централизованного  контроля наиболее целесообразно и рентабельно реализовывать на базе специальных технологических сетей (как правило, частично или полностью существующих). Что, в свою очередь, потребует подключения к устройствам жизнеобеспечения специальных технических средств: измерительных приборов, датчиков, управленческих контролеров, исполнительных механизмов, а также определения алгоритмов их взаимодействия, и разработки соответствующего программного обеспечения.