Grigorev_L.I._Avtomatizirovannoe_dispetcherskoe_upravlenie_tehnologicheskimi_processami

ловек-машина» стала объектом пристального изучения с сере­

дины ХХ века, в период интенсивного развития авиации, атом­

ной энергетики; активно развивается инженерная психология, идет становление эргономики. Но только сейчас начинают со­

здаваться основы теории диспетчерского управления. Только сей­

часпотому что этому <<Сейчас» предшествовало бурное разви­ тие кибернетики (начиная с основополагающей работы Н. Ви­

нера «Кибернетика или управление и связь в животном и маши­

не>>, 1948 г.) и информатики (с последней четверти прошлого

века).

За годы эволюции человекомашинных систем управления про­

изошла интеграция кибернетических и информационных про­

цессов. Практическим результатом этой интеграции является по­

явление концепции SСАDА-систем. SCADA - аббревиатура

Supervisory Control And Data Acquisition, т.е. система диспетчерско­

го управления и автоматического сбора данных. Это система ав­

томатизированного управления сложными динамическими

объектами, системами (процессами) в жизненно важных и кри­

тичных, с точки зрения безопасности и надежности, областях. Благодаря SСАDА-системе осуществляется процесс сбора ин­ формации реального времени с контролируемых параметром (объектов) для обработки, анализа и возможного управления

удаленными объектами. Вся информация, т.е. необходимые со­ общения и данные, поставляется на центральный интерфейс

диспетчера. Поэтому, исходя из задачи интеграции данных и цен­ трализации управления, структура SСАDА-системы включает такие базовые компоненты, как:

удаленный терминал, осуществляющий обработку задачи

(управление) в режиме реального времени (Remote Terminal

Unit- RТU);

-диспетчерский пункт управления (Master Terminal UnitMTU либо Master Station - MS), т.е. главный терминал, на котором осуществляется обработка данных и управление

высокого уровня, как правило, в режиме квазиреального

вре'-iени; одна из основных функций - обеспечение ин­ терфейса (ММ!) между человеком-оператором и систе­

мой, т.е. получение данных о состоянии удаленных техно­

логических абонентов и обеспечение диспетчера полным графическим контролем работы технических средств сис­

темы;

10

- коммутационная система, или каналы связи ( Communication Systems- CS), которая необходима для передачи данных с

удаленных точек (объектов, терминалов) на отдельный ин­

терфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управ­

ления на RTU.

Задачи управления на нижнем уровне: прием и первичная обработка информации от датчиков; формирование и вьщача

управляюшик воздействий на исполнительные механизмы в со­

ответствии с заданным алгоритмом; буферизация контролируе­

мых параметров; диагностика основного и дополнительного обо­

рудования системы; обмен информацией с верхним уровнем си­

стемы.

Задачи управления на верхнем уровне: прием информашш с

нижних уровней; вторичная обработка информапии; сохранение

информашш в архивах:; графическое представлеЮiе принятой и

архивной информации; прием команд оператора и передача на нижние уровни системы; оповещение персонала об авариях; фор­

мирование отчетных документов; обмен информапией с АСУП

предприятия.

В настоящее время имеется большое число самых разнообраз­ ных реализаций систем супервизорнога управления (типа SCADA

или DCS), которые стали неотъемлемой составной частью авто­

матизированных ИУС.

Объект отдалился от диспетчера как лица, принимаюшего ре­ шения (ЛПР). Решение ряд задач, решаемых в этой системе, пере­

шло с уровня автоматизированного управления на уровень авто­

матического управления. Но обшее число задач не уменьшается, так как начинают добавляться новые задачи, в частности, задачи

экологии и др.

Управление технологическими процессами и предприятиями

осуществляется на трех уровнях иерархии (рис. 3):

-управление ПХД;

-автоматизированное диспетчерское управление;

-уровень автоматического (и в том числе) дистанционного

управления.

На уровне диспетчерского управления осушествляются два

важных д:IЯ управления процесса: централизация и интеграция.

Тенденпия к переходу на малолюдные технологии при управле­

нии локальными объектами определяет новые требования и за­ дачи к уровню диспетчерского управления. Эrо создание на уровне

11

организапионно, большое практическое значение приобрета­

ет решение проблем обеспечения этой интеграции информа­

пионными системами и средствами автоматизапии управле-

ния.

Диспетчерское управление занимает промежуточное место в

иерархии управления (рис. 3), что определяет особенности этого

вида управления. Диспетчерские службы, с одной стороны, осу­

шествляют интеграпию информапии и пентрализапию решений

по управлению технологическими пропессами, а с другой,- орга­

низуют взаимодействие со службами, реализуюшими управление

пхд.

Системные аспекты развития АСДУ

Выявление наиболее важных проблем в области автоматиза­

ции и управления технологическими пропессами и производ­

ствами невозможно без системного анализа динамики развития

этих пропессов. Время играет огромную роль в развитии и про­

пессах совершенствования. Проблеме времени посвяшено много

исследований и, конечно, афоризмов: <<Время - движушееся по­ добие вечности» (Платон); <<Время - ткань, из которой состоит

ЖJfЗНЬ» (Бенджамин Фраклин).

<<Проблема времени•>, - такой ответ дал известный ученый, лауреат Нобелевской премии Илья Пригожин на вопрос о том, что является основным объектом исследований в его ЖJfзни. Тол­ кование времени, данное И. Приrожиным, и раскрытие пропессов

формирования новых структур, самоорганизации, эволюпионно­ го развития, фазовых переходов являются наиболее близкими к рассматриваемым проблемам.

В качестве примера эволюции рассмотрим такой объект неф­ тегазовой отрасли, как транспорт газа. Рожцение газопровода Са­ ратов-Москва относится к 1944 г. За прошедuшй период изме­ нился объект управления, изменялась система упрамения. Но если

изменения за последние годы, касаюшиеся объеiсrа управления,

незначительны, то динамика развития автоматизапии и, в частно­

сти, АСДУ весьма сушественна. Это определено как НТП, так и постоянным бизнес-прессингом рыночных отношений.

Объект управления (трубопроводные системы и, в частности, ГТС - газотранспортные системы) достаточно изучен, чего нельзя

сказать о системе управления <•диспетчер-ИУС».

13

Основой оперативного диспетчерского упрамения (ДУ) ре­ жимом ПС является выполнение функций контроля и регулиро­

вания поступления и распределения газа, а также обеспечение

технологического режима транспорта и распределения заданных

количеств газа с минимизацией затрат, энергетических или сто­

имостных, с учетом технологических ограничений и фактора на­

дежности. Выполнение этих функций связано с получением и

обработкой больших объемов информации и решением ряла тех­

нологических задач.

В классическом определении сложных систем как систем, со­

стоящих из большого числа элементов, взаимосвязанных и взаи­

модействующих между собой, на начальном этапе развития сис­

темного анализа акцент делалея на размерность сложных сис­

тем, и мало внимания уделялось взаимодействию и взаимосвязи

элементов, интеграционным проuессам, формированию новых

структур.

По закону Эшби, система управления не может быть проше, чем управляемый объект. В настоящее время оценка, характеризу­

ющая сложность системы управления, существенно выросла, так

как между объектом и диспетчером появилось большое число эле­

меiПов, устройств и систем автоматизации, связи и вычислитель­ ной техники.

Вначале основным объектом управления являлись отдель­ ные газоперекачиваюшие агрегаты (ГПА) и линейные участ­ ки (ЛУ) магистральных газопроводов (МГ) с крановыми пло­

щадками. Со временем объектом управления становятся комп­ рессорные цеха (KU), компрессорные станции, линейные про­ изводственные управления (ЛПУ). В настоящее время в каче­ стве объекта управления рассматриваются МГ, ГТС, отражаю­

щие региональные газотранспортные сети и, наконец, ЕСГ Рос­

сии в целом.

Задачей автоматизации на начальном этапе развитияДУ ямя­ лосъ создание САУ ГПА, управление крановыми площадками на

ЛУ газопровода, т.е. формировалась основа автоматического уп­

рамения базовыми объектами газопровода. Со временем задачи

автоматизации существенно расширились, и поворотным момен­

том в формировании качественно новой технологии ДУ следует считать внедрение SСАDА-систем.

Дальнейшее развитие и автоматизация ДУ транспорта газа

связано с поЯRJiением новых подсистем, т.е. новых структур, по-

14

рожденных действием интеграционных процессов. Толкование

интеграционных процессов уместно проводить на основе синер­

гетическоrо подхода.

Термином «синергетика~ подчеркивается прющипиальная роль

коллективных, кооперативных взаимодействий в возникновении

и поддержании процессов самоорганизации в различных откры­

тых системах.

Основным объектом синергетики являются природные систе­

мы, но ее методы и подходы позволяют выявить на качественном

уровне основные механизмы формирования новых структур в

сложных организационно-экономических, технических и соци­

альных системах.

Иерархическая структура АСДУ определяет базовое положе­

ние самоорганизации в сложных системах, где немногие перс­

менные макроскопического уровня обладают коллективными

свойствами динамики, происходящей на микроскопическом уровне. Алгоритмическое понятие сложности дополняется структурной

сложностью, которая характеризует взаимосвязанность перемен­

ных. Структурная сложность алияет на управляемость системы, и

управляемость вступает в конфликт с устойчивостью. То есть, чем

меньше взаимосвязь элементов, тем система устойчивее, но при

этом снижается управляемость системы. Интеграционные процессы

становятся определяютими в развитии и самоорганизации слож­

НЪIХ систем управления. Приобретает актуальность проблема сис­ темной интеграции.

АСДУ можно классифицировать как организационно-техни­ ческие системы. Эволюционное развитие систем ДУ - это путь от

телефона как основного средства коммуникации до современной дисnетчерской, имеюшей мошныевычислительные средства, объе­

диненные локалъньL\1И вычислительными сетями (ЛВС); программ­

ные системы; СУБД; средства связи и многое другое. Это новые

диспе"Nерские задачи и, соответственно, новые подсистем:ы. Все это

формировалось во времени как результат динамичного развития.

Интеграция - сторона процесса развития, связанная с объе­ динением в целое ранее разнородных частей и элементов. Про­

цессы интеграции динамичны и происходят как в рамках уже

сложившейся системы (в этом случае они ведуr к повышению

уровня ее целостности и организованности), так и при возниюю­

вении новой системы из ранее не связанных элементов. В ходе процессов интеграции в системе увеличивается объем информа-

15

-интеграция в рамках АСУТП (централизация ДУ, т.е. фор­ мирование единой АСУ от решения задач автоматического

упрамения к задачам диспетчерского упрааления с оцен­

ками критериев функционирования АСДУ согласно постав­

ленным целям);

-интеграция АСУТП и АСУ ПХД.

На основе анализа современного состояния системы «диспет­ чер-ИУС>> предложено следующее определение диспетчерского

управления:

«АСДУ - это неоднородная (человекомашинная) система

управления технологическим процессом, интегрирующая на АРМе

диспетчера профессиональные знания диспетчера с информа­

ционно-управляющей системой (ИУС), обеспечивающей автома­

тический сбор, передачу и отображение информации, а таюке ав­ томатизирующей все требуемые расчетные nроцедуры и выnол­

нение управляющих воздействий для достижения поставленной

цели в соответствии с заданными критериями>>.

Развитие интеграционных функций - это неизбежный путь

соверiUенствования средств и систем автоматизации процессов

управления.

В области технического обеспечения появился своего рода стан­

дарт диспетчерской - это ряд вычислительных машин, объеди­ ненных ЛВС, серверы, проекционное устройство, маршругизато­

ры и др.

В области информационного обеспечения интеграция инфор­ мации осуmестмяется с помощью баз данных, SСАDА-систем. Эти два средства объединили всю имеющуюся информацию для хранения и оперативного контроля; SСАDА-система объединила имеющуюся на удаленных объектах информацию в единую сис­

тему и предоставила диспетчеру для текущего контроля.

Проблему качества следует решать, ориентируясъ на систему международных стандартов (lSOj ТЕС), в том числе на стандарт

15288, используя преимущества системной инженерии. В целом,

качество обеспечивается применением информационных техно­ логий как по этапам жизненного цикла, так и по фазам управле­

ния технологическим процессом.

РеiUение nроблемы системной интеграции связано с пре­ емственностью программно-технических и других решений как во времени, так и на всех уровнях иерархической структуры АСДУ. Принuип системной интеграции рекомендуется реа-

17

лизовать, руководствуясь следующими положениями и подхо­

дами.

!> Системный анализ. Это методологическая основа прини­

маемых решений; отражает комплексный и динамический харак­ тер рассмотрения объектов управления.

!> Интегрированные показатели. К наиболее важным интег­

рированным криrериям ДУ следует отнести критерии экономи­

ческого и экологического характера, а также nоказатель надеж­

ности автоматизированного ДУ. Каждый из этих критериев дол­

жен иметь на любом уровне иерархии соответствующий число­

вой показатель и агреrироваться от уровня к уровню.

!> Объектно-ориентированное проектирование (ООП). Осо­

бенность ООП состою, с одной стороны, в индустриализации раз­ работки прикладною программнаго обеспечения, а с другой, - в

объединении этапов разработки математического и программ­

наго обеспечения.

!> Информационные технологии. Эrо базовые средства; раз­ нообразие ИТ (СУБД, локальные и глобальные сети, пакеты при­ кладных программ, электронные таблицы, САSЕ-технологии, SСАDА-системы и др.) позволяет практически автоматизиро­ вать все этапы работы с информацией: сбор, передача, обработка,

представление и др.

[> Принцип открытости. Отражает индустриальный характер современного этапа развиrия информатики и базируется на двух

моделях:

-семиуровневая модель протоколов передачи данных (OSI)

между системами с различным вычислительным оборудо­

ванием и различными станцартами протоколов;

-модель открытых компьютерных систем (OCS), использую­

щих общие или совместимые компоненты и обеспечиваю­ l.ЩD{ свойства совместимости, масштабируемости, переноси­

мости и взаимодействия.

Практически речь идет о стыковке с ломашью интерфейсов и протоколов всех компонентов в сетевой архитектуре многоуров­

невой системы управления. Это информационная сеть Ethernet с протоколом ТСР/JP; промьшиенные сети (управляющие и поле­

вые) с протоколами Modbus, Genius, Projibus, Hart и др.; зто стан­

дарт ОРС, обеспечивающий обменснезависимыми приложени­ ями. Для обмена меж,цу диспетчерскими пентрами принят еди­ ньiЙ стандарт EDIGAS.

18