Повышение качества управления автоматизированным производством на основе процедуры распределенного мониторинга состояний объектов в режиме реального времени с применением инструментов трехмерного моде

С развитием промышленности и ростом производств, появилась необходимость повышения экономической эффективности бизнес-процессов по предоставлению услуг. Наряду со стремительным ростом их числа и сложности, заставляют уделять большое внимание совершенствованию принципов и механизмов контроля работоспособности оборудования, процедур реагирования на аварийные ситуации, стратегическому планированию деятельности предприятия на основе глубокого изучения и анализа результатов эксплуатации оборудования. Важной целью на этом направлении является существенное расширение качества и зоны контроля, повышение его достоверности и оперативности реагирования, что может быть достигнуто разработкой и применением средств и методов распределенного мониторинга всех уровней промышленного производства в режиме реального времени.

Достижению такой комплексной цели чрезвычайно способствует активное использование современных информационных технологий, программных и аппаратных средств во всех подразделениях, участвующих в эксплуатации, планировании и управлении. Однако построение целостного корпоративного решения на основе использующихся в настоящий момент частных систем контроля и управления оборудованием (различных типов и/или различных производителей) потребует значительных финансовых и временных усилий. Кроме того, многие элементы инфраструктуры предприятий могут находятся вне зоны автоматического контроля и не могут быть туда включены с помощью имеющихся средств.

Проведя анализ архитектуры существующих систем мониторинга технологического процесса различных фирм разработчиков (Siemens AG, Bosch, EES, INSYS), были выявлены следующие проблемы:

• наличие принципов и инструментов построения систем мониторинга, усложняющих проектирование, разработку и анализ при создании элементов системы с нуля или расширении ее возможностей;

• плохая масштабируемость систем, отсутствие набора единых интерфейсов, позволяющих произвести эффективную интеграцию дополнительных компонентов в состав системы;

•¦> невозможность точного конфигурирования и настройки под конкретные задачи технологического процесса;

• ¦ отсутствие единой обобщенной концепции интеграции компонентов от различных производителей;

Актуальность. В результате исследования было выявлено, что разрешить указанные недостатки и противоречия возможно в процессе развертывания и широкого использования распределеннойсистемы, мониторинга, в основе своей построенной? с учетом согласованных системных принципов и международных стандартов в. области? промышленного производства и информационных технологий:

Предлагаемое решение поставленнойзадачи основывается на создании классификации подходов и разработке принциповинтеграции системы мониторинга в SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition — системы интеграции устройств и? получения данных) промышленных предприятий, в том числе и предприятий с филиалами в разных городах.

На данный момент большинство систем мониторинга имеют набор открытых интерфейсов, что позволяет безболезненно проводить их интеграцию в SCADA системы предприятий и их сети. Также интеграции позволит объединить в общей базе данных информацию из различных систем АСУ (Автоматизированная Система Управления) и АСУТП (Автоматизированная Система Управления Технологическим Процессом) предприятияобеспечить расчет и диагностику необходимых технологических процессов предприятия, предоставить централизованный доступ всех служб предприятия к оперативной и архивной технологической информации из различных систем управления [5]. Это уменьшит стоимость проектирования, разработки и внедрения систем мониторинга, а также повысит качество промышленной системы в целом.

Целью диссертации является повышение качества управления технологическими процессами производства на основе системы распределенного мониторинга состояний объектов в режиме реального времени.

Объектом и предметом исследования в данной работе является анализ и разработка моделей и методов распределенного мониторинга технологического процесса, характеризующиеся построением распределенной системы ввода вывода и децентрализацией обработки данных.

Задачи исследования. Для достижения цели в работе были поставлены следующие задачи:

• анализ существующих систем распределенного мониторинга и разработка классификации критериев интеграции прикладных компонентов распределенных систем мониторинга реального времени;

• разработка архитектуры распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства, как фактора повышения качества управления производственным процессом;

• разработка моделей распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства в режиме реального времени.

• разработка методики интеграции системы распределенного мониторинга в структуру производственного процесса с применением среды SCADA;

• определение областей целесообразного применения процедур распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства на основе многофакторной классификации методов мониторинга с применением инструментов трехмерного моделирования;

• определение практической и экономической целесообразности применения разработанных в диссертации положений по оценке качества технологического процесса.

Научная новизна работы заключается в:

• разработке архитектуры распределенного мониторинга состояний объектов автоматизированного производства в режиме реального времени, как фактора повышения качества управления производственным процессом;

• определение функциональных связей между объектами распределенного мониторинга, что позволяет настроить и сконфигурировать среду управления автоматизированным производством, достигнув требуемого повышения качества управления;

• разработке моделей и методики интеграции системы распределенного мониторинга в структуру производственного процесса с применением среды SCADA, как фактора повышения общей эффективности автоматизированного производства.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием соответствующих разделов теории управления, программного моделирования, основных положений принципов интеграции, технологии автоматизированных систем управления, а также средств визуализации и объектного построения.

Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты, в виде методики интеграции компонентов визуализации в программной среде SCADA, позволяют снизить стоимость системы управления технологическим процессом, повысить его качество. При этом достигается ряд преимуществ: сокращение итогового времени проектирования и разработки программного обеспечения, упрощение интеграции компонентов визуализации, повышение качества отладки управляющих программ, гибкость конфигурирования интегрируемых компонентов системы. Разработанные в диссертации положения используются в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности 220 301 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Апробация работы. Теоретические и практические результаты, полученные автором, докладывались на заседаниях кафедры «Компьютерные Системы управления» МГТУ «Станкин», на Международном форуме информатизации МФИ-2007 и международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 — в издании, включенном в перечень ВАК РФ, а также 2 издания по темам международных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Содержит 158 страниц основного текста, 44 рисунков и 4 таблиц.

Список литературы

содержит 44 наименований, в том числе 7, опубликованных в Интернете.

Основные выводы и результаты работы.

1. Решена задача повышения качества управления автоматизированным производством на основе создания моделей и методики организации архитектуры распределенного мониторинга состояний объектов электроэнергетической промышленности.

2. Установлены функциональные связи между объектами распределенного мониторинга, что позволяет настроить и сконфигурировать среду управления автоматизированным производством, достигнув требуемого повышения качества управления.

3. Предложена модель распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства в режиме реального времени, показывающая преимущества автоматизации производственного процесса.

4. Определена многоэтапная циклическая процедура интеграции системы распределенного мониторинга в структуру производственного процесса с применением среды SCADA, как фактор повышения эффективности всей производственной системы.

5. Определены области целесообразного применения в электроэнергетике процедур распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства, на основе многофакторной классификации методов и принципов мониторинга с применением инструментов трехмерного моделирования.

6. Показаны практические и экономические результаты применения разработанных в диссертации положений по оценке качества технологического процесса в электроэнергетической промышленности. В частности, срок окупаемости разработанных компонентов мониторинга равен 1,5 годам.

7. Результаты данной работы могут быть рекомендованы для применения на предприятиях других прикладных областей, требующих улучшения качества управления.