Моделирование оценки надёжности диспетчерского управления газопроводом

Наряду с экономическими и экологическими критериями надежность становится одним из важнейших критериев функционирования систем и процессов, причем интерес представляет надежность не только отдельных элементов, но и всей системы в целом. Роль показателей надежности в стремительно развивающейся теории рисков является еще одним подтверждением необходимости качественно нового взгляда на решение проблемы оценки надежности [1].

Проблемы управления развитием автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) транспортом газа могут решаться только при условии работоспособности их технической части [2]. Следовательно, необходимо производить контроль технического состояния объекта управления и в первую очередь оценивать надежность функционирования газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и трубопроводной системы (ТС).

Оценка надежности в составе АСДУ газотранспортных предприятий носит фрагментарный характер и не позволяет диспетчеру создать целостное представление о надежности выполнения основных диспетчерских функций.

Предлагается создать и внедрить в составе АСДУ транспортом газа подсистему «Оценка и мониторинг надежности АСУТП (АСДУ)», которая должна представлять информационно-аналитическую систему, реализующую текущий контроль надежности выполнения ГТС базовых функциональных задач, обеспечивающую энергетическую безопасность и надежные поставки газа потребителям. Для этого в подсистеме: накапливается и консолидируется информация об отказах; по реальным данным оценивается интенсивность отказов и, в первую очередь, отказов активных технологических элементов, то есть ГПА и САУ ГПА. От оценок интенсивности отказов на базе актуальных статистических данных легко перейти к прогнозированию вероятности безотказной работы и планированию замены оборудования и проведению превентивных мероприятий в рамках управления состоянием технологического оборудования ГТС.

Основные цели создания подсистемы:

• · сбор, ведение и представление характеристик надежности всех элементов, входящих в состав АСУТП (АСДУ) предприятия, включая уровни технологического оборудования, систем автоматики и телемеханики, ЧМИ (SCADA_система, прикладные программные средства и др.);
• · сбор, ведение, архивирование и представление всей оперативной информации по отказам технологического оборудования, средств автоматического и автоматизированного управления;
• · оценка надежности выполнения основных задач функционирования АСДУ ТП;
• · прогнозирование характеристик надежности АСУТП с учетом надежности функционирования как технологического оборудования, так и систем автоматики и телемеханики;
• · анализ и оценка влияния отказов отдельных элементов на надежность выполнения рассматриваемых функций, то есть оценка последствий отказов;
• · статистическая оценка (на основе имитационного моделирования) границ временного интервала, на котором значение надежности рассматриваемых схем и систем, а также их элементов оказывается ниже заданного значения;
• · формирование рекомендаций по замене оборудования, проведению планово-профилактических работ, резервированию отдельных элементов и др.

Для оценки надежности функционирования технологически активных элементов газотранспортных систем в подсистеме применяются классические математические модели.

Показатели надежности ГТС на всех этапах жизненного цикла подчиняются двухпараметрическому распределению Вейбулла Гнеденко.

При исследовании оценок надежности систем автоматики в транспортировании газа широко применяются следующие базовые показатели надежности [3]: вероятность P(t) безотказной работы системы за время t, плотность f(t) распределения времени работы до отказа, а также интенсивность отказов л (t).

В качестве исходного показателя надежности, оценка которого производится на основе обработки собираемых статистических данных, удобней всего принять интенсивность отказов, так как:

• * по известной интенсивности л (t) несложно оценить остальные показатели надежности;
• * функция л (t) наглядно описывает все этапы ЖЦ функционирования объекта;
• * интенсивность отказов л (t) может быть легко определена экспериментальным путем.

Одним из ключевых распределений в теории надежности является распределение Вейбулла Гнеденко, позволяющее охватить весь ЖЦ исследуемых на надежность объектов. По результатам многих экспериментальных исследований кривая интенсивности отказов (согласно распределению Вейбулла Гнеденко) имеет U-образный вид, при этом выделяют три основных периода ЖЦ: приработки, нормальной работы и деградации. автоматизированный программа диспетчерский Если распределение времени до отказа подчиняется двухпараметрическому (с параметрами б > 0, в > 0) распределению Вейбулла Гнеденко с плотностью.

f (t;в, б)=.

0, t?0.

и функцией распределения.

F (t;в, б)=.

0, t?0.

То показатели надежности работы системы — вероятность безотказной работы P(t) и интенсивность отказов л (t) определяются следующими выражениями:

P (t)=, л (t)=.

Распределение Вейбулла Гнеденко позволяет аппроксимировать экспериментальную кривую интенсивности отказов на каждом из основных периодов функционирования системы [3]. В частности, период приработки отвечает распределению Вейбулла Гнеденко с параметром в?(0;1); период нормальной эксплуатации — с параметром в? 1 и период старения с параметром в > 2. Это следует из исследования функциональной зависимости от параметров б и в интенсивности отказов л (t).

Для расчётов показателей надёжности работы системы можно использовать следующий код программы, написанный на С++:

#include.

#include.

using namespace std;

int main ().

{.

double a, b, t, f, F, P, l;

a>0;b>0;

cout<<" Enter alpha:" <

cin>>a;

cout<<" Enter beta:" <

cin>>b;

cout<<" Enter time:" <

cin>>t;

cout<<" The calculation of the density:" <

cout<

if (t>0).

f=b/a* pow (t, b-1)*exp (-(pow (t, b)/a));

else.

f=0;

cout<<" f="<

cout<

cout<

cout<<" The calculation of the distribution function:" <

cout<

if (t>0).

F=1-exp (-(pow (t, b)/a));

else.

F=0;

cout<<" F="<

cout<

cout<

cout<<" The calculation of reliability indices: «<

cout<

if (f, F>=0).

P=exp (-(pow (t, b)/a));

l=b/a*pow (t, b-1);

cout<<" P="<

cout<<" l="<

system («pause»);

return 0;

}.

Эта программа позволяет вводить параметры и время, рассчитывать плотность и функцию распределения. Если распределение времени до отказа подчиняется двухпараметрическому закону, то вычисляются показатели работы системы.

Создание подсистемы «Оценка и мониторинг надежности АСУТП (АСДУ)» обеспечивает качественно новый уровень управления техническим состоянием технологических объектов, который определяется использованием как архивной, так и оперативной информации об отказах оборудования и систем автоматики для решения задач диспетчерского управления.

• 1. Григорьев Л. И., Кершенбаум В. Я., Костогрызов А. И. Системные основы управления конкурентоспособностью в нефтегазовом комплексе. М.: НИНГ. 2010.
• 2. Григорьев Л. И. Автоматизированное диспетчерское управление — магистральное направление развития АСУТП газовой отрасли // Газовая промышленность.2010. № 3.
• 3. Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К., Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука. 1965.