книги / Диагностические модели и методы повышения контролепригодности элементов и устройств распределенных информационно-управляющих систем на основе комбинирования логик

темы управления, контроля и диагностики элементов РИУС для ее интеграции в единую платформу администрирования и мониторинга. В приложении А приведен пример таблиц диагностирования и проверяющих тестов.

4.4.Повышение контролепригодности элементов

иустройств промышленных РИУС

Внедрение предложенных методов и подходов контролепригодного проектирования элементов, устройств и структур систем управления было реализовано

впромышленной распределенной информационно-управляющей системе на предприятии ПНОС (г. Пермь). В существующей схеме процесса переработки нефтепродуктов технологическое оборудование (О) связано промышленными шинами с контроллерами (K), которые, в свою очередь, взаимодействуют с верхним уровнем администрирования и диспетчеризации (SCADA) через коммуникационные элементы (X) локальной вычислительной сети (LAN) (рис. 4.6).

Проблема заключается в том, что коммуникационные элементы системы управления должны быть подключены к системе управления и мониторинга, поддерживающей стандартный протокол SNMP, а функции агента данного протокола

воборудовании отсутствуют. Поэтому было разработано и протестировано на предмет функциональности и устойчивости работы программное обеспечение шлюза, позволяющего реализовать преобразование «фирменных» протоколов управления в SNMP и наоборот (приложение В).

Внедрение позволило обеспечить функции управления и мониторинга элементов системы управления через менеджер SNMP. Опытная эксплуатация была проведена научастке«40-01» (цеха №11, 20, 29) ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез».

Рис. 4.6. Структурная схема распределенной системы управления

В результате за период тестирования были отмечены следующие усредненные показатели внедрения:

– время регистрации аварии в менеджере: 1 с;

111

–период опроса оборудования (53 блока): 15 с (до внедрения – до 1-2 мин. из-за необходимости запуска внешних приложений);

–доля отображаемых аварий оборудования: 99 % (из базы MIB 100 %, но при этом не все аварии могут быть описаны и переданы через SNMP).

По результатам опытной эксплуатации было получено положительное заключение и рекомендовано применить предложенный подход и разработанное программное обеспечение шлюза для остальных участков АСУ ТП предприятия.

4.5. Внедрение результатов исследования в образовательный процесс подготовки специалистов по диагностике элементов

иустройств РИУС

4.5.1.Автоматизированная система дистанционного управления

иконтроля лабораторного оборудования, построенного

на базисных элементах РИУС

Предложенная в главе 2 диагностическая модель проверки правильности функционирования использована для диагностики базисных функциональных устройств систем управления, исследуемых по схемотехническим моделям на лабораторных стендах производства ГК «ИВС» (г. Пермь) [107]. На них осуществляется изучение принципов построения и функционирования базисных цифровых и аналоговых элементов и устройств вычислительной техники и систем управления (регистры, мультиплексоры, шифраторы и т.п.) в рамках учебноисследовательских практикумов по дисциплинам «Физические основы микроэлектроники», «Схемотехника», «Электроника», «Электропитание устройств и систем» образовательных программ подготовки бакалавров по направлениям «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», «Управление в технических системах», «Информационная безопасность», а также других технических направлений, реализуемых в ПНИПУ.

Схема исследуемого устройства собирается путем коммутации внешних выводов компонентов (логических элементов и других базисных устройств). Поэтому модель ошибок описывает неправильную коммутацию (отсутствие нужных или наличие избыточных связей). Для диагностики и контроля правильности функционирования исследуемого устройства разработано и находится в режиме апробации и внедрения программное обеспечение автоматизированной системы дистанционного управления и контроля (АСДУК) [2]. Для решения задач контро-

ля преподавателем создаются шаблоны, в которых коммутация выполнена правильно. В процессе выполнения лабораторной работы в графическую оболочку системы из файла загружается подготовленный шаблон, а из лабораторного стенда (по локальной сети) – реально реализованная коммутация. В графическом виде отображаются недостающие или избыточные связи, т.е. проверяется правильность сборки устройства. Для проверки правильности функционирования из лаборатор-

112

ного стенда считываются состояния контрольных точек (входов и выходов компонентов) и выводятся на соответствующие элементы графической оболочки. Таким образом можно в режиме реально времени проверить правильность функционирования собранного устройства.

АСДУК имеет в своем составе следующие модули (рис. 4.7) [109]:

графический интерфейс пользователя, позволяющий добавлять, удалять

иредактировать объекты, отображающие внешние контакты и соединения стенда;

графический интерфейс, позволяющий отображать фотографию лабораторного стенда и размещать на ней графические объекты;

функции сохранения и загрузки шаблона;

программный интерфейс взаимодействия с микроконтроллером лабораторного стенда.

Рис. 4.7. Главное окно программного обеспечения автоматизированной системы: 1 – «контакт», 2 – «индикатор», 3 – «лишнее соединение», 4 – «отсутствующее соединение»

Применение разработанного программного обеспечения позволило повысить эффективность и результативность проведения комплекса лабораторных работ по изучению цифровой схемотехники за счет следующих факторов:

–ускорения проверки правильности сборки заданной схемы;

–отсутствия ошибок при проверке;

–повышения точности локализации ошибок (использование шаблонов);

–дистанционного контроля правильности сборки и работы схемы с рабочего места преподавателя;

113

–применения при защите лабораторных работ и практической части курсовых проектов;

–возможности использования для самопроверки в рамках самостоятельной работы.

Основным количественным результатом внедрения программного комплекса можно отметить следующее: время готовности учебной группы, использующей 10–15 стендов, к проведению исследовательской части эксперимента (конфигурирования, коррекции и проверки) сократилось в среднем с 15–20 до 3-5 минут. Это позволило расширить исследовательскую часть эксперимента, ввести новые эксперименты в рамках существующего лабораторного практикума, автоматизировать процедуру контроля и защиты отчетов по лабораторным работам и курсовым проектам.

4.5.2. Разработка и реализация программно-аппаратурных лабораторных стендов по изучению систем управления, диагностики и контроля промышленных элементов и устройств РИУС

Для повышения эффективности и результативности процессов проектирования и эксплуатации, а также для их изучения и освоения важную роль выполняет автоматизация их основных процедур. Она выполняется в информационном, алгоритмическом и программном обеспечении систем автоматизированного проектирования (САПр) для этапа планирования и проектирования [128], и систем управления и мониторинга (СУМ) для этапа эксплуатации. Необходимо отметить, что для систем рассматриваемого типа процедуры САПр, как правило, входят в состав СУМ.

Для обеспечения качественной подготовки специалистов необходимо изучать принципы построения и приемы практической работы с аппаратным (АО) и программным (ПО) обеспечением СУМ промышленного (серийно выпускаемого) оборудования РИУС. Однако указанное ПО достаточно сложное по своей структуре, рассчитано на высококвалифицированных специалистов и поэтому должно быть методически адаптировано к учебному процессу. Только тогда обучение даст ожидаемый эффект, а именно формирование профессиональных компетенций по проектированию и эксплуатации систем управления и мониторинга элементов и устройств РИУС [81].

Каждый вид оборудования сопровождается специально разработанной ав-

тономной системой управления и мониторинга (АСУМ) в виде соответствующего комплекта программного обеспечения (КПО). Для организации общей сети управления и мониторинга используется программное обеспечение (КПО-01) ин-

тегрированной системы управления и мониторинга (ИСУМ), реализованное в виде отдельного комплекта программного обеспечения. Для подключения удаленных пользователей к единой базе данных используется программное обеспечение (КПО-10) в виде надстройки системы управления базой данных (СУБД).

114

Обобщенная структурная схема системы управления и мониторинга, реализуемая в лабораторных стендах, приведена на рис. 4.8. В разработанных КПО применяются предложенные автором диагностические модели, алгоритмы диагностирования и рекомендации по контролепригодному проектированию элементов и структур СУМ РИУС.

Рис. 4.8. Обобщенная структурная схема взаимодействия оборудования лабораторного стенда и систем управления и мониторинга разных технологий

Задачи контроля элементов РИУС сводятся к решению двух основных подзадач – управления и мониторинга, поэтому далее рассмотрим их отдельно.

Реализованные функции КПО по автоматизации управления:

обновление системного программного обеспечения в элементах (модулях) аппаратуры;

загрузка конфигурационной информации;

настройка системных и сетевых параметров;

разграничение доступа к ресурсам оборудования.

Реализованные функции КПО по автоматизации мониторинга и контроля:

опрос технического состояния модулей и блоков аппаратуры;

прием и обработка спорадических сообщений об изменении текущего аварийного состояния оборудования;

ведение оперативного отчета тревог (базы данных актуальных сообщений о неисправностях);

сохранение и организация доступа к статистике аварийных сообщений по контролируемому оборудованию.

115

Изучение процессов проектирования и эксплуатации, кроме необходимого набора лекционных и практических (семинарских) занятий, организуется в виде лабораторного практикума. На нем обучаемые решают следующие профессиональные задачи:

планирование и проектирование СУМ элементов РИУС по индивидуальному варианту задания;

конфигурирование ПО СУМ (создать сетевой проект);

загрузка конфигурационной информации в оборудование;

проверка правильности настройки, отработка аварийных ситуаций и выполнение заданного набора измерений (сетевая диагностика).

Более подробно результаты использования промышленного оборудования и программного обеспечения СУМ элементов и устройств РИУС как основы для лабораторного практикума [139] по изучению основ построения и приемов практической работы в рамках подготовки специалистов по проектированию и эксплуатации подобного класса систем приведены в [132]. Предложенный подход

корганизации лабораторных практикумов используется для подготовки бакалавров и магистров по направлениям «Управление в технических системах» и «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» в Пермском национальном исследовательском политехническом университете [140]. Он также является основой для практико-ориентированной подготовки по программам межвузовского взаимодействия (сетевым образовательным программам). Предложенный подход реализован в программах повышения квалификации и переподготовки для предприятий и организаций, решающих задачи внедрения и сопровождения систем управления, мониторинга и диагностики элементов и устройств РИУС.

4.6.Выводы по главе

В настоящей главе описано внедрение теоретических результатов исследования в состав математического, информационного, программного и технического обеспечения автоматизированных систем технического диагностирования, выделенных или интегрированных в структуру РИУС.

1. Предложенные диагностические модели контроля технического состояния (глава 2), а также методы и алгоритмы тестового диагностирования и контролепригодного проектирования использованы в структуре программного обеспечения КПО-31 и КПО-01 для наладки и контроля качества в процессе разработки, производства и эксплуатации промышленной аппаратуры (на примере ПАО «Морион», г. Пермь). Показано, что разработанное и внедренное программное обеспечение КПО-31 и КПО-01 обеспечило требуемую полноту проверки правильности функционирования модулей и плат блоков, ускорило процедуру проверок за счет введения автоматизации процессов диагностирования, повысило точность локализации неисправных модулей и устройств.

116

2.Разработаны программное обеспечение для управления и мониторинга подсистемы передачи технологической информации КПО-01 и инструментарий администрирования и удаленного доступа КПО-10, внедренные в рамках ОАО «РЖД», основанные на предложенных рекомендациях по контролепригодному проектированию управляющих элементов РИУС. Это позволило обеспечить надежное информационное взаимодействие, доступность информации разного уровня, оперативность поиска неисправностей и, как следствие, повысить показатели готовности за счет улучшения показателей восстанавливаемости и контролепригодности.

3.Предложенные подходы к контролепригодному проектированию сетевых

иуправляющих элементов РИУС реализованы в информационном и программном обеспечении преобразователей протоколов. Это позволило обеспечить доступность оборудования и высокое быстродействие информационного обмена между аппаратурой разных типов и производителей с единой системой мониторинга и администрирования, внедренной в рамках ОАО «РЖД». Также разработанный подход позволил обеспечить мониторинг технологического оборудования ООО

«ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» на базе стандартного протокола управления SNMP, что увеличило доступность, достоверность и полноту передаваемой технологической и управляющей информации.

4.Разработанные в рамках исследования модели, методы и алгоритмы диагностирования и принятия решения о техническом состоянии и правильности функционирования элементов и устройств РИУС, а также их реализация в различных системах проектирования и моделирования активно используются в образовательном процессе подготовки бакалавров и магистров в области управления в технических системах и смежных направлений.

117

граммное и информационное обеспечение, использующее предложенные диагностические модели, способы количественной оценки, алгоритмы обнаружения и поиска, тесты и контролепригодные структуры элементов и устройств, получило широкое распространение в РИУС технологических систем различного назначения и принадлежности: транспорт, ресурсодобывающие и перерабатывающие предприятия, коммуникации, системы жизнеобеспечения, сфера национальной безопасности и обороны и т.д. Это позволяет говорить о межотраслевом характере внедрения, что подтверждает теоретическую и практическую значимость полученных результатов.

119