CC BY
80
УДК 681.3.011.013
«СинАР-1» - ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Т.З. Аралбаев, Р.Р. Галимов
В статье представлен программный комплекс для проектирования распределенных систем мониторинга технологических объектов с учетом требований по производительности и надежности по критерию минимума затрат
Ключевые слова: проектирование, распределенная система, мониторинг
Одним из важных факторов, определяющих эффективность разработки и эксплуатации распределенных систем мониторинга (РСМ) технологических объектов, является наличие автоматизированных инструментальных
средств, позволяющих находить оптимальные технические решения в условиях их многовариантности.
Анализ публикаций, посвященных разработке современных средств проектирования, в частности [1,2], показал, что при разработке САПР распределенных систем не всегда в полной мере применен системный подход с комплексным учетом требований по оптимальности размещения подсистем, по обеспечению требуемого уровня их производительности и надежности функционирования.
В настоящей работе представлены результаты разработки алгоритмических и программных средств «СинАР-1», реализующих метод многопараметрической оптимизации РСМ по критерию минимальных стоимостных затрат на разработку системы и ее эксплуатацию [3].
Программный комплекс предназначен для проектирования систем мониторинга технологических объектов нефте-газодобычи, распределенных на большой территории. В основу программ комплекса положены алгоритмы организации оптимальной топологии размещения средств обработки данных (СОД), выбора каналов связи, расчета проектной производительности и перераспределения нагрузки СОД при резервирования отказавших в процессе эксплуатации устройств[4,5]. Особенностью алгоритмов является то, что они базируются на
Аралбаев Ташбулат Захарович - ОГУ, д-р техн. наук, ст. науч. сотрудник, Е-шаП: atz53@mail.ru Галимов Ринат Равилевич - ОГУ, аспирант, Е-таП: ringalimov@yandex.ru
принципах самоорганизации, позволяющих выбирать оптимальное решение на уровне подсистем без управляющих средств верхнего уровня, что повышает оперативность принятия решения и снижает стоимостные затраты.
На рис. 1 представлена структурная схема САПР РСМ технологических объектов. Аппаратная часть САПР реализована на базе компьютера с процессором Intel Core 2 Duo 2.2Гц и оперативной памятью DDR2 2048Мб, сканера HP ScanJet G4010, цифрового фотоаппарата Samsung WB1000 и принтера HP LaserJet P3005.
Рис.1. Структурная схема САПР РСМ технологических объектов
Программный комплекс «СинАР-1» включает следующие модули:
- ввода исходных данных по проекту;
- построения цифровой карты местности;
- организации оптимальной топологии подсистем;
- расчета нагрузки системы, выбора средств обработки данных и каналов связи;
- оптимизации топологии и нагрузки РСМ с учетом требований по надежности системы;
- подготовки проектной документации.
- базы данных по средствам обработки данных, каналам связи и готовым проектным решениям.
Исходными данными для проектирования, кроме постановки задачи, являются: карта местности с технологическими объектами, координаты размещения источников данных, характеристики информационных потоков от датчиков, сведения о доступных средствах обработки данных и каналов связи. Результатом работы программного комплекса является топология размещения и режимы работы средств обработки данных, типы оборудования, оценки надежности системы и суммарные стоимостные затраты на построение системы.
Процесс проектирования и оптимизации РСМ включает следующие этапы:
- определение оптимального количества средств обработки данных по критерию минимума суммарных стоимостных затрат;
- определение топологии размещения средств обработки данных;
- расчет требуемой производительности системы;
- перерасчет топологии и производительности РСМ с учетом требуемого уровня потерь заявок РСМ.
Информация о координатах источников данных РСМ вводится пользователем. На цифровой карте указываются точки размещения технологических объектов.
Топология РСМ определяется по критерию минимума стоимостных затрат на каналы связи. В качестве каналов связи в системах мониторинга используются: медные линии, радиоканал, волоконно-оптические линии связи, системы сотовой связи, системы спутниковой связи, телефонные линии. Затраты на организацию каналов связи зависят от множества параметров, основными из которых являются расстояния до источников данных и рельеф местности.
«СинАР-1» использован при исследовании топологии системы мониторинга объектов нефтедобычи. На рис. 2 представлена схема сбора нефти и системы поддержки пластового давления месторождения в Оренбургской области. Основными технологическими объектами нефтепромысла являются: нефтяные и нагнетательные скважины, групповые замерные установки (ГЗУ), кустовые насосные станции (КНС), водораспределительные пункты (ВРП), дожимные насосные станции (ДНС).
На объектах находятся датчики и локальные системы управления (СУ), контролирую-
щие состояние оборудование и технологического процесса и осуществляющих их управление, являющиеся источниками данных (ИД). Проектируемая РСМ должна обрабатывать информацию с источников данных и передавать в диспетчерский пункт (ДП). Для реализации линий связи были рассмотрен радиоканал с наиболее распространенные радиомодемами «Невод-5» и «Интеграл-160/2400».
Рис. 2. Схема размещения объектов нефтедобычи
«Невод-5» используется для организации канала связи «ближнего» действия в пределах 1-3 км, с использованием направленных антенн дальность достигает до 10 км. Радиомодем «Интеграл-160/2400» обеспечивает дальность-действия до 40 км.
Так как диспетчерский пункт удален от технологических объектов на расстоянии более 10 километров, то с целью минимизации затрат в системе необходимы концентраторы данных (КД), осуществляющих опрос ИД и передающих в диспетчерский пункт. Концентратор данных оборудуется радиомодемами «Невод-5» для обмена данными с ИД и «Интеграл-160/2400» для передачи данных в ДП. Программный комплекс разбивает множество технологических объектов на 4 подмножества по критерию минимума затрат на организацию каналов связи и оборудование концентраторов с учетом интенсивности нагрузки ИД. Для каждого подмножества определятся оптимальное положение КД. Результат определения положения концентратора данных q1 для первого подмножества представлено на рис. 3 а).
Установка концентратора данных непосредственно рядом с ИД позволяет сократить затраты на вспомогательное оборудование. Также отпадает необходимость в радиомодеме «Невод-5», поскольку используется радиомо-
дем ИД. Уточненный вариант размещения кон-
Рис. 3. Схема размещения концентратора данных
Конечный вариант топологии РСМ представлен на рис. 5. Применение «СинАР-1» для проектирования системы мониторинга, позволило сократить стоимостные затраты на 350 000 за счет оптимального выбора проектного решения и сокращения времени разработки.
Программный комплекс реализован в Delphi 7.0 и функционирует под управлением операционных систем Windows
2000/NT/XP/Vista. В настоящее время «Синар-1» используется в учебном процессе студентов ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».
Литература
1. Интегрированная САПР распределенных вычислительных систем Комарцова Л.Г. [Электронный доку-мент]//www.lab18.ipu.rssi.ru/labconf/pdf/6.pdf
2. Trace Mode 6. Интегрированная разработ-
ка.[Электронный документ]//
http://www.adastra.ru/products/overview/integrated/.
3. Галимов Р.Р. Интегрированная модель многопараметрической оптимизации распределенной системы мониторинга технологических объектов: Современные информационные технологии в науке, образовании и практике. Материалы VII всероссийской научнопрактической конференции (с международным участием)/ Р.Р. Галимов, Т.З. Аралбаев. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2008. - С.188-192.
4. Аралбаев Т.З., Галимов Р. Р. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки «Оптимизация топологии управляющих средств нижнего уровня системы мониторинга распределенных объектов на основе принципа самоорганизации». ОФАП. 17.11.2008 г. № 11794.
5. Аралбаев Т.З., Галимов Р.Р. Свидетельство о регистрации программного средства «Распределение нагрузки управляющих средств нижнего уровня системы мониторинга распределенных объектов». УФАП. ОГУ. 04.08.2008 г. №377.
Рис. 5. Топология размещения средств обработки РСМ
Оренбургский государственный университет
«SINAR-1» - THE DESIGN TOOLS OF DISTRIBUTED SYSTEMS OF TECHNOLOGICAL OBJECTS MONITORING
T.Z. Aralbaev, R.R. Galimov
In article the program complex design the distributed systems for technological objects monitoring considering the requirements on productivity and reliability by criterion of a minimum of expenses is presented
Key words: designing, distributed, system, monitoring
