Введение к работе
Актуальность темы. Современные информационно-измерительные и управляющие системы территориально удаленными объектами все чаще используют каналы связи на основе GSM. Применение сотовой связи в информационно-измерительных и управляющих системах обуславливается широким охватом территорий, на которых расположены производственные объекты, требующие непрерывного мониторинга и управления. В то же время во многих отраслях промышленности имеется множество объектов, машин, оборудования, территориально распределенного и удаленного на значительные расстояния друг от друга, однако требующего непрерывного мониторинга технологических параметров и управления. Так, в настоящее время свыше 70% территориально распределенных вдоль трубопроводов станций катодной защиты в нефтегазовой промышленности России не имеют средств измерения и управления, работа свыше 80% газораспределительных пунктов среднего и низкого давления не контролируется в реальном масштабе времени. В энергетической отрасли свыше 50% подстанций и распределительных устройств 6-10 кВ не обеспечены средствами непрерывной передачи информации и управления.
Информационно-измерительные и управляющие системы территориально удаленными объектами в процессе функционирования должны обеспечивать высокую надежность работы, своевременное обслуживание возникающих технологических и аварийных запросов, формирование управляющих воздействий, соответствующих возникающим запросам от удаленных объектов.
Проблемы проектирования подобных систем решены далеко не полностью. В частности, не решена задача перераспределения потоков информации, поступающей от территориально удаленных объектов информационно-измерительных систем для обеспечения необходимого быстродействия процесса выработки управляющих воздействий в штатном и аварийном режимах. Указанные обстоятельства определяют актуальность темы диссертации.
Объектом исследования диссертационной работы является информационно-измерительная и управляющая система территориально удаленными объектами, обеспечивающая перераспределение потоков информации, поступающей от территориально удаленных объектов с коррекцией запросов обслуживания в штатном и аварийном режимах.
Предметом исследования являются модели и методы повышения эффективности информационно-измерительных и управляющих систем территориально удаленными объектами.
Методическую и теоретическую базу диссертационной работы составляют подходы и инструментарий теории информационно-измерительных и управляющих систем, теории измерений, методов теории массового обслуживания. Общими вопросами проектирования информационно-измерительных и управляющих систем занимались О.Н. Новоселов, М. Краус, Э. Вошни, развитием систем в газовой отрасли – А.Г. Ананенков, М.А. Балавин, С.В. Емельянов; теорией массового обслуживания - А.К. Эрланг, А.Я. Хинчин, А.А. Марков, Е.С. Вентцель, Дж. Лидбеттер, Г. Крамер, А.В. Скороход, исследованиями и моделированием характеристик GSM - Е.В. Морозов, А.Я. Городецкий, Б.Г. Осипов, М. Кровелл, А. Беставрос, Дж. Парк, С. Маккей, Э. Райт и другие.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы информационно-измерительной и управляющей системы территориально удаленными объектами на основе сети GSM путем перераспределения потоков информации с коррекцией запросов обслуживания территориально удаленных объектов в штатном и аварийном режимах.
Задачи исследований.
1. Разработать математическую модель потоков запросов в информационно-измерительной и управляющей системе и провести моделирование с помощью сетей Петри-Маркова (СПМ).
2. Разработать модель подсистемы сбора измерительной информации с шинной и веерной организацией в виде СПМ и получить соотношения вероятностей пребывания системы в различных возможных состояниях, включая состояние отказа.
3. Разработать обобщенную структуру информационно-измерительной и управляющей системы территориально удаленными объектами на основе сети GSM.
4. Разработать метод установки режимов обслуживания территориально удаленных объектов с коррекцией запросов в штатном и аварийном режимах.
5. Разработать структуры информационно-измерительных и управляющих систем на основе сети GSM и внедрить результаты работы на следующих объектах: станциях катодной защиты газопроводов; газораспределительных пунктах; устройствах учета расхода газа; крановых узлах; устройствах контроля утечек газа; подстанциях 6–10 кВ.
Научная новизна диссертационной работы состоит в разработке модели потоков запросов в информационно-измерительной и управляющей системе территориально удаленными объектами, моделировании с помощью СПМ, состояние которой определяется вектором, случайно блуждающим по дискретному пространству со случайным временем пребывания в каждом из состояний, и разработке метода установки режимов обслуживания территориально удаленных объектов с перераспределением потоков информации и коррекцией запросов в штатном и аварийном режимах, обеспечивающего повышение относительной пропускной способности системы.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные в диссертации метод и модель являются базой для проектирования и модернизации информационно-измерительных и управляющих систем территориально удаленными объектами с использованием сети GSM, что позволит повысить эффективности их работы, сократить время и затраты на проектирование.
Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробации разработанных методов при решении практических задач создания и внедрения информационно-измерительных и управляющих систем территориально удаленными объектами на основе GSM.
Положения, выносимые на защиту.
1. Математическая модель потоков запросов в информационно-измерительной и управляющей системе территориально удаленными объектами на основе сети GSM, модели подсистем сбора измерительной информации с шинной и веерной организацией в виде СПМ.
2. Метод установки режимов обслуживания с перераспределением потоков информации и коррекцией запросов в штатном и аварийном режимах и обобщенная структура информационно-измерительной и управляющей системы территориально удаленными объектами на основе сети GSM.
3. Структуры информационно-измерительных и управляющих систем станций катодной защиты газопроводов, газораспределительных пунктов, крановых узлов, устройств контроля утечек газа, подстанций в сети 6 – 10 кВ.
Реализация и внедрение результатов. Предложенные в диссертации методы реализованы автором в процессе выполнения НИОКР со следующими организациями: ОАО «Ставропольский радиозавод «Сигнал», ЗАО «ОВЛ-Энерго» (г. Москва), ООО «Интлайн» (г. Москва), ОАО «Газпомрегионгаз» (г. Санкт-Петербург), «Московский филиал Газпромрегионгаз», ООО «Тулаоблгаз», ЗАО «Газстрой» (г. Домодедово), ОАО «Рязаньгоргаз», ОАО «Тамбовоблгаз», ЗАО «ОВЛ-Энерго» (г. Москва), «КОНА-Связь» (г. Москва), ОАО «Хабаровсккрайгаз», ООО «Лерикон», ЗАО «Геоток», ОАО «Мособлгаз», ОАО «Тулэнерго». Результаты внедрены в учебный процесс Тульского государственного университета на кафедре «Робототехника и автоматизация производства» в курсе «Основы информационных устройств».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийская научно-технической конференция «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии», г. Москва, 7-9 октября 2006г.; Международный научно-практический симпозиум «Современные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты», Египет, 14-20 апреля 2007 г.; Международный научно-практический симпозиум «Современные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты», Египет, 7-13 ноября 2009 г.; Научно-практические конференции НИИ Наукоемких технологий, г. Тула, 2007—2010 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 работ, в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК, 2 патента РФ на изобретение, патент РФ на полезную модель, 7 статей в сборниках трудов, 11 публикаций в материалах Всероссийских и Международных конференций, 4 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ в Роспатенте РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 147 страницах машинописного текста и включающих 19 рисунков и 3 таблицы, приложений и списка использованной литературы из 157 наименований.
