CC BY
73
УДК 621.357
Р. Р. Жедунов Астраханский государственный технический университет
МОДЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПРЕДАВАРИЙНЫ1Х СИТУАЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В современной практике для своевременной идентификации пред-аварийных ситуаций (ПАС) на технологических установках часто используются программные средства, реализующие алгоритмы работы с нечеткой информацией. Данные средства представлены, в частности, экспертными и другими системами, которым присущи элементы искусственного интеллекта [1].
Как правило, формирование массива нечеткой информации осуществляется с привлечением экспертов, имеющих достаточный опыт эксплуатации технологических объектов соответствующего вида. Однако в случае, если изменение структуры или характеристик технологического объекта происходит достаточно часто, поддержание массива нечеткой информации в актуальном состоянии становится затруднительным. Кроме того, разобщенность экспертов часто служит причиной разработки для одного и того же класса объектов нескольких разных экспертных систем, что замедляет развитие каждой из них ввиду возникновения противоречий в наполнении и структуре.
Для устранения указанных недостатков необходимо создание доступного Интернет-хранилища для аккумуляции данных и знаний по типовым блокам технологических установок (компрессоры, теплообменники, двигатели и т. д.) о технологических параметрах; лингвистических переменных, описывающих блоки, и их термах; регистрируемых экспертах, заносящих данные в хранилище.
Предлагавшаяся ранее в ряде работ структура систем идентификации предаварийных ситуаций [2, 3] не включает в себя элементы модели распределенного хранилища знаний о признаках предаварийных ситуаций. Таким образом, разработка модели распределенной системы подобного рода является актуальной.
Для выделения объектов, данные и знания по которым должны аккумулироваться в системы, предлагается использовать подход, описанный в [4] и опирающийся на методы анализа видов, показателей и критичности отказов (АВПКО), а также методику формирования системы идентификации предаварийных ситуаций (СИПАС) [1].
Структурная схема системы приведена на рис. 1.
Зарегистрированным экспертом с использованием данных и знаний централизованного хранилища в локальной СИПАС формируется модель технологической установки как источника ПАС. Данные по структуре и ПАС технологических модулей, описания которых отсутствуют в хра-
нилище, заносятся в него; впоследствии экспертами для модулей формируются функции принадлежности для различных термов лингвистических переменных и ситуаций.
Огщсащв Аварийные сктудаи
техЬйшГичвггйЮ нюд^Пяше прайма
Рис. 1. Структурная схема распределенной СИПАС
В ходе эксплуатации установки проводится также накопление данных о нарушениях нормальной эксплуатации её технологических модулей.
На основании статистических данных о нарушениях, а также описаний модулей установки как источников ПАС формируются данные анализа установки в целом как источника ПАС. С учетом данных анализа и показаний датчиков в ходе технологического процесса осуществляется выявление ПАС.
Статистические данные по идентифицированным на установке ПАС заносятся в СУБД централизованного хранилища.
На рис. 2 и 3 приводятся диаграммы «Сущность-связь», отображающие соответственно сущность локальной СИПАС и централизованного хранилища данных (для типового технологического модуля).
Ситуация
Технологический модуль
Название ситуации Название режима (КЕС) Название модуля (Ж)
Название модуля
Шифр модуля от производителя Описание
Г од начала выпуска Производитель
Компонент ситуации / ' Название режима (Ж)
Название модуля (Ж)
Название терма (Ж)
Название параметра (Ж)
Название ситуации (Ж)
ФП1
ФП2
ФПЗ
ФП4
ФП5
ФП6
ФП7
ФП8
ФП9
ФП10
Шифр правила
Режим
I
Название режима Название модуля (Ж)
Описание
І 1
Терм
Название режима (Ж.)
Название параметра (Ж)
Название модуля (Ж)
Название терма
ФП1
ФП2
ФПЗ
ФП4
ФП5
ФП6
ФП7
ФП8
ФП9
ФП10
Параметр
г 1
Название параметра.
I Название модуля (Ж)
Описание параметра Вид параметра
Диапазон
Название модуля (ПЕС) Название режима (РК) Название параметра (Ж!)
Верхняя граница Нижняя граница
Рис. 2. Диаграмма «Сущность-связь» для локальной СИПАС
Локальная СИПАС обеспечивает хранение модели конкретной технологической установки как источника предаварийных ситуаций. Данная модель включает в себя следующие элементы: Технологический модуль, Режим, Параметр, Диапазон, Терм, Ситуация, Компонент ситуации.
Элемент Технологический модуль содержит описание модуля технологической установки. Модель установки в целом формируется на основе описаний моделей составляющих ее технологических модулей.
Технологический модуль характеризуется некоторыми Режимами, Параметрами, которые могут носить непрерывный либо описательный характер, а также Ситуациями, которыми определяется в общем состояние Технологического модуля.
Параметр модуля, выражаемый непрерывной величиной, в разных режимах характеризуется некоторым диапазоном его возможного изменения. На основании диапазона изменения данного параметра и с учетом знаний экспертов формируются значения функции принадлежности для термов, соответствующих параметру лингвистической переменной.
Использование системой значений лингвистических переменных, описывающих состояние объекта, обеспечивается непосредственным их занесением в хранилище Терм.
Элемент Ситуация определяется некоторым сочетанием значений лингвистических переменных, характеризующих состояние объекта. Для каждой лингвистической переменной, включаемой в набор, экспертом формируется набор значений функции принадлежности, характеризующий соответствие каждого ее терма наличию данной ситуации на объекте управления. Атрибут Шифр каждого Компонента определяет характер его участия в логической формуле определения состояния объекта.
Рис. 3. Диаграмма «Сущность-связь» для Интернет-хранилища данных
В ходе получения показаний датчиков и описательных данных, характеризующих состояние объекта, по сочетаниям значений функций принадлежности делается вывод о наличии на объекте той или иной ситуации.
Так как знаний одного эксперта часто бывает недостаточно для качественного задания описаний аварийных и предаварийных ситуаций, то модель централизованного хранилища данных и знаний о предаварийных ситуациях типовых технологических модулей должна обеспечить включение и использование для идентификации предаварийных ситуаций статистических данных о работе множества аналогичных модулей, а также знаний множества экспертов об их работе.
Структура хранилища во многом подобна структуре локальной СИПАС, однако дополнительно включает в себя сущность Эксперт и соответствующие ей дополнительные атрибуты сущностей Ситуация, Компонент и Терм.
Взаимодействие локальной СИПАС с централизованным хранилищем данных и знаний о предаварийных ситуациях технологических модулей выглядит следующим образом: множество пользователей, эксплуатирующих типовые технологические модули, регистрируют в качестве экспертов в централизованном хранилище; вводят описания установок и ситуаций, характерных для них; формируют значения функций принадлежности для термов лингвистических переменных параметров и ситуаций. Путем статистической обработки, а также в ходе обсуждения экспертами состава каждой ситуации формируются объективные данные по составу аварийных ситуаций типовых модулей (а также рекомендации по выводу установок из них), которые в дальнейшем могут быть импортированы в локальные СИПАС.
Разработанная модель позволит реализовать систему идентификации предаварийных ситуаций на технологических объектах, использую-
щую знания множества экспертов о различных типовых технологических модулях. Это повысит эффективность использования установок за счет снижения доли простоев в эксплуатации и уменьшения размеров штрафов за экологические нарушения, связанные с возникновением аварий.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Проталинский О. М. Применение методов искусственного интеллекта при
автоматизации технологических процессов: Моногр. / Астрахан. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2004. - 184 с.
2. Проталинский О. М., Филоненко А. В. Распознавание предаварийных ситуа-
ций на технологических объектах управления // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2003. - № 8. - С. 26-27.
3. Проталинский О. М. Модуль идентификации предаварийных ситуаций в составе 8САБЛ-системы // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2003. - № 9. -С. 28-30.
4. Статистические методы анализа безопасности сложных технических систем: Учеб. / Под ред. В. П. Соколова. - М.: Логос, 2001. - 231 с.
Получено 19.09.05
MODEL OF DISTRIBUTED SYSTEM FOR IDENTIFYING PRE-EMERGENCY SITUATIONS IN TECHNOLOGICAL PROCESSES
R. R. Zhedunov
The model of distributed system for identifying pre-emergency situations in technological processes has been worked out. The model consists of the structural pattern of the system, diagrams “substance -relations” type for the local component of the system and for centralized storage for the structure of technological modules, for data and experience of the experts about pre-emergency situations of the given modules. The process of component interaction of the system has been illustrated. The model can be used for creating distributed system for identifying pre-emergency situations in technological processes with the help of Internet-technologies, what will reduce the danger from operation on the technological objects of different types and increase the efficiency of these objects due to less number of stops when mi-soperation of the automatic system occurs.
