Диссертация (1137104), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Простота обслуживания. Не на последнем месте стоит проблемаобслуживания технических и программных средств СТС. Значительносократить численность и уровень квалификации обслуживающего персоналаможно на базе унификации и типизации структуры, которые позволяторганизовать централизованное обслуживание и ремонт оборудования.2.2. Концепция построения системы автоматического контроляутечек газа и управления состоянием магистрального газопроводаВработепредлагаетсятелекоммуникационнойсистемыконцепцияпостроенияавтоматическогоконтролясенсорнойутечекгаза49разработанная в соответствии с требованиями цифрового открытого стандартабеспроводной связи ZigBee [6,87,88,90], новизной является объединение вединомпространстветерриториальноразнесенныхтехнических,телекоммуникационных, диагностических и информационных средств дляорганизации наиболее эффективного управления ТС, обслуживанием иремонтом ЛУ МГ.Целесообразность внедрения беспроводной связи в СТС КУГ из объектовГТС обусловлена следующими преимуществами: высокой надежностью;многоуровневой системой безопасности; способностью к самоорганизации исамовосстановлениюколичествомвслучаеподдерживаемыхсбоев;узлов;масштабируемостью;возможностьюбольшиморганизациисетиразличной топологии; увеличение дальности связи без дополнительногоусиления радиосигнала; простотой установки, настройки и обслуживанияоборудования; длительным сроком автономной работы; низкой стоимостью;широкой областью использования; обеспечение взаимозаменяемости сетей иузлов; независимостью от производителя оборудования; контроль целостностиданных; низкое энергопотребление [28-30].В состав такой комплексной многоуровневой системы должны входить:устройства локального диагностирования утечек газа/метана; автономныеисточники питания, поддерживающие данную систему в рабочем состоянии;радиопередающие средства, осуществляющие прием и передачу информации поразличным каналам связи; стационарные пункты приема, распределения иобработкиинформацииданных;ипрограммныеобъединенныевсредстваединуюобеспечивающиеавтоматизированнуюобработкусистемумониторинга и управления газотранспортным предприятием.
Преимуществосостоит в том, что предлагаемые решения обладают системностью, иадаптированы к эксплуатации объектов на Российской территории.50Предлагаемая телекоммуникационная система позволяет сбалансированодополнять существующие и разрабатываемые сети связи, ориентирована нацифровые методы передачи информации, охватывает значительную частьтерритории России, где проложены МГ.При этом СТС КУГ будет решать следующий круг задач: осуществлятьмониторинг, контроль, обнаружение и локализацию мест утечки газа из ЛУ МГ;производить эффективную передачу сообщений/пакетов по различных каналамсвязи;осуществлятьмониторингиконтрольсостояниясредствдиагностирования, приемопередающих устройств, источников питания ивспомогательного оборудования в режиме реального времени; обеспечиватьуправление и контроль эксплуатации ЛУ МГ в режиме реального времени наоснове беспроводных технологий, техническими службами и диспетчерскимисервисам; обеспечивать пользователей системы постоянной, мгновенной икачественнойсвязью;взаимодействияосуществлятьмеждуобеспечениеинформационногодиагностическимоборудованием,телекоммуникационными устройствами и центральным пунктом управления,анализа и принятия решений; производить сохранение, систематизацию ианализ данных за различные периоды; осуществлять анализ информации понеисправностям, возникающим как на объектах диагностирования, так и насамом оборудовании СТС; производить мониторинг экологической ситуации, ав случае выявления отклонений осуществлять оперативное реагирование ипредупреждение чрезвычайных ситуаций; разрабатывать и уточнять требованияпо контролепригодности при проектировании новых ЛУ МГ.Дляболееглубокогопониманияразрабатываемойструктурыикомпонентов СТС КУГ использовалась инфологическая модель предметнойобласти, представляющая собой описание структуры и динамики происходящихпроцессов,характераинформационныхпотребностейпользователейвтерминах, понятных пользователю и не зависимых от реализаций.
Этап51инфологического проектирования начинается с моделирования структурыобъекта исследования. Проектировщик разбивает ее на ряд локальных областей,каждая из которых включает в себя информацию, достаточную для обеспечениязапросов отдельной группы будущих пользователей или решения отдельнойзадачи/подзадачи. Каждое локальное представление моделируется отдельно,затем они объединяются. Одной из наиболее популярных семантическихмоделейявляетсямодель«Сущность-связь»(ER-модель).Основнымипонятиями ER-моделей являются сущности их атрибут и связь [78].Сущность – это объект, реальный или представляемый, информация окотором должна сохраняться и быть доступна.
Сущность представляется в видепрямоугольника, в диаграммах ER-модели, который содержит имя даннойсущности. При этом имя сущности – это имя типа, а не некоторого конкретногоэкземпляра этого типа. В данном случае используются стержневая сущность,являющаясянезависимойсущностью.Характеристическаясущностьпредставляет связь «многие к одной» или «одна к одной» между двумясущностями.Атрибут – является свойством сущности. Для конкретного типа сущностинаименование атрибута должно быть уникальным. Как токовых различиймежду типами сущностей и атрибутами нет. Только в связи с типом сущностиатрибут является актуальным. В другом случае он может выступать каксамостоятельная сущность.Связь – это графически изображаемая ассоциация, устанавливаемаямежду двумя сущностями, она всегда является бинарной и может существоватьмежду двумя разными сущностями или между сущностью и ей же самой.Реализация инфологической модели исследуемой предметной областипроводилась посредством CASE-средства, программного обеспечения CAERwin® Data Modeler 8 (ERwin) [78], которое представляет собой средумоделирования и проектирования, предназначенную для управления данными52предприятия,вчастностигазотранспортного,посредствоминтуитивнопонятного графического интерфейса.
Разрабатываемые в этой среде моделипозволяют визуализировать структуру предметной области, тем самымобеспечиваяэффективныйпроцессорганизации,управленияиадминистрирования различных аспектов деятельности предприятия. Веб-портали устанавливаемые на компьютер инструменты проектирования вместе срепозиторием моделей обеспечивают технических специалистов общимипредставлениями об отображении информации в нужном контексте.ERwin позволяет создавать логическую, физическую модели и модель,совмещающую логический и физический уровни.
Логический уровень - этоабстрактный взгляд на то, как анализируемые данные выглядят в реальноммире, и то, как они могут называться в виртуальном, создаваемом мире.Логическая модель данных является универсальной и никак не связана среализацией в области информационных технологий.Для описания работы СТС контроля утечек газа из ЛУ МГ используется26 стержневых сущностей, обобщенная структура инфологической моделиприведена на рисунке 2.1, из них: для ввода информации о пользователях и ихстепени ответственности используется сущность «Пользователи»; далеесущностихарактеризующиеобъектисследования,линейныеучасткимагистрального газопровода, трубы из которых изготовлен МГ, способы егопрокладки,«УчастокМГ»,«Труба»,«КатегорииМГ»,Подземныетрубопроводы», «Подземные переходы», «Переходы через водные преграды»;далее сущности характеризующие аппаратные средства, используемые в СТС, атакже условия, которые влияют на эксплуатацию данных устройств: «БМ»,«ДУМ»,«ППУ»,«Подстилающая«АИП»,«Аккумулятор»,поверхность»,«СБ»,«Метеоданные»;Ветрогенератор»,далеесущностихарактеризующие состояние сенсорной сети и системы мониторинга суказанием причин аварий, дефектов, оценкой степени риска и отказами на МГ,53«Сенсорная сеть», «Система мониторинга», «Мнемосхема», «Состояние»,«Аварии», «Причины аварий», «Дефекты», «Отказы на МГ», Степень риска».Рисунок 2.1 - Инфологическая модель предметной области54Стержневая сущность «Пользователи» позволяет распределять ролимежду пользователями системы, такими, например, как, администратор,оператор, руководитель и описывает список зарегистрированных в системепользователей.
Атрибутами данной сущности являются: номер записи вжурнале, логин, пароль, роль с доступом в управлении, ФИО и др.Частьинфологическоймоделиотводитсяхарактеристикеобъектаисследования, линейным участкам магистрального газопровода, а также тому изчего они изготовлены, способам прокладки эксплуатации (рисунок 2.2).Рисунок 2. - Инфологическая модель. Характеристика объектаисследованияСтержневаяэксплуатационныхСущностьи«УчастоктехническихМГ»хранитхарактеристикахинформациюлинейныхобучастковмагистрального газопровода, атрибутами являются: номер записи в журнале,пользователи, номер участка МГ, название участка, номер трубы, участок отКС, категория МГ, близость НП (населенных пунктов), пересечение с ТП(трубопроводами),консервативныхналичиеэлементов,ЛЭП(линийрабочееэлектропередач),давление,наружноеколичестводавление,55температурный режим, агрессивность грунтов, дата диагностики, остаточныйресурс, срок службы, гарантийный срок.Стержневая сущность «Труба» содержит информацию о техническиххарактеристиках труб, из которой состоят газовые магистрали, и которыеприводятся в технических условиях на эксплуатируемые объекты, атрибутамиявляются: номер записи, номер трубы, тип трубы, диаметр трубы, марка стали,состав стали, номер ТУ (технических условий), рабочее давление, амплитудаколебаний,изоляции,температурныйресурсырежим,механическихизоляционноеиспытаний,покрытие,ресурсысостояниегидравлическихиспытаний, дата диагностики, остаточный ресурс, месяц изготовления, годизготовления, предприятие изготовитель, срок службы, гарантийный срок.Характеристическая сущность «Категория МГ» содержит информацию оразличных категориях МГ, в соответствии со способом прокладки трубы,атрибуты: номер записи, подземные трубопроводы, переходы через водныепреграды, подземные переходы, надземные переходы, охраняемые территории.Стержневая сущность «Подземные переходы» содержит информацию оподземной прокладке газопроводов с учетом переходов, атрибутами являются:номер записи, через ЖД (железные дороги), через АД I и II категории(автомобильные дороги), через АД III и IV категории, через АД V категории.Стержневая сущность «Переходы через водные преграды» содержитинформацию о прокладке газопроводов с учетом переходов через водныепреграды, атрибуты: номер записи, суходонные преграды, несуходонныепреграды, водные преграды в 1 нитку, водные преграды в 2 и более.Стержневаясущность«Подземныетрубопроводы»содержитинформацию о подземной прокладке газопроводов, атрибутами являются:номер записи, по болотам с неустойчивым грунтом, по болотам с устойчивымгрунтом, в тоннелях, пересечение с ЛЭП до 500 кв, пересечение с ЛЭП 500 кв и56более, в земляных насыпях, населенные пункты в R<1000 м, населенные пунктыв R=1000-2000 м, населенные пункты в R>2000 м.Часть инфологической модели отводится характеристике аппаратныхсредства,используемыевСТС,атакжеусловиям,прикоторыхэксплуатируются данные устройства (рисунок 2.3).Рисунок 2.3 - Инфологическая модель.
Характеристика аппаратныхсредствХарактеристическая сущность «БМ» содержит общую информацию обустройствах входящих в состав беспроводного модуля и условиях эксплуатацииданных аппаратных средств, атрибутами являются: номер записи, номер БМ,номер участка МГ, положение от МГ, координаты установки, высота установкиБМ, состояние БМ, пользователи, АИП (автономные источники питания), ППУ(приемо-передающее устройство), ДУМ (датчик утечки метана), АЦП (аналого57цифровой преобразователь), метеоданные, подстилающая поверхность, ввод вэксплуатацию, дата поверки, год выпуска, срок службы, гарантийный срок,масса, размеры.Стержневая сущность «ДУМ» содержит информацию о техническиххарактеристиках датчика утечки метана входящего в состав беспроводногомодуля, атрибутами являются: номер записи, номер ДУМ, модель, состояниеДУМ, емкость памяти, время автономной работы, температурный диапазон,напряжение питания, принцип измерения, диапазон измерений, приведеннаяпогрешность,времязарядки,определяемыйгаз,концентрациягаза,быстродействие, год выпуска, срок службы, гарантийный срок, масса.Стержневая сущность «ППУ» содержит информацию о техническиххарактеристикахприемо-передающегоустройствавходящеговсоставбеспроводного модуля, атрибутами являются: номер записи, номер ППУ,модель, состояние ППУ, емкость памяти, топология передачи данных, числоканалов, чувствительность приемника, скорость передачи данных, выходнаямощность, мощность передатчика, ток, напряжение питания, антенныйинтерфейс, тип антенны, дальность действия, цифровые и аналоговые выходы,частота опроса, тип приемо-передатчика, тип радиоканала, тип управляющегомикроконтроллера, внешние схемы согласования, длина пакета, диапазончастот, режимы ожидания, МАС-уровень, год выпуска, срок службы,гарантийный срок, размеры, масса.Характеристическая сущность «АИП» содержит общую информацию и обавтономном источнике питания входящего в состав беспроводного модуля,атрибутами являются: номер записи, тип источника, состояние АИП,аккумулятор, СБ (солнечная батарея), ветрогенератор, гибридный регулятор.Стержневая сущность «СБ» содержит информацию о техническиххарактеристиках солнечной батареи, входящей в состав АИП беспроводногомодуля, атрибутами являются: номер записи, номер СБ, модель, состояние СБ,58номинальная мощность, максимальная мощность, рабочий ток, ток короткогозамыкания, тип фотоэлемента, количествофотоэлементов, оптимальнаятемпература, напряжение холостого хода, состояние питания, КПД, годвыпуска, срок службы, гарантийный срок, размеры, масса.Стержневаятехническихбеспроводногосущностьхарактеристикахмодуля,«Аккумулятор»содержитаккумуляторавходящегоатрибутамиявляются:номеринформациювсоставзаписи,оАИПномераккумулятора, модель, состояние аккумулятора, емкость, напряжение питания,допустимый ток заряда/разряда, диапазон рабочих температур, КПД, годвыпуска, срок службы, гарантийный срок, размеры, масса.Стержневая сущность «Ветрогенератор» содержит информацию отехнических характеристиках ветрогенератора входящего в состав АИПбеспроводногомодуля,атрибутамиявляются:номерзаписи,номерветрогенератора, модель, состояние ветрогенератора, максимальная мощность,рабочий диапазон температур, ток заряда, электрическая нагрузка, исходноенапряжение, номинальная скорость ветра, тип ветротурбины, количестволопастей, рабочий диапазон скоростей, диаметр ротора, скорость вращенияротора, направление, высота установки, КПД, год выпуска, срок службы,гарантийный срок, размеры, масса.Стержневая сущность «Подстилающая поверхность» содержит общуюинформацию об условиях эксплуатации БМ и способах установки вдоль МГ сучетом подстилающих поверхностей, атрибутами являются: номер записи,номер участка МГ, тип, влияние, координаты начала, координаты окончания.Стержневая сущность «Метеоданные» содержит общую информацию обусловиях эксплуатации БМ и способах установки вдоль МГ с учетомметеоданных (розы ветров, розы скорости ветра и др.), атрибутами являются:номер записи, номер участка МГ, метеостанция, координаты расположения,59время, дата, год, температура окружающей среды, атмосферное давление,влажность воздуха, осадки, направление ветра, скорость ветра, роза ветров.Часть инфологической модели отводится описанию информационныхсредств, используемых при работе с СТС, в частности оценке состояниясенсорной сети с отображением этой информации на мнемосхеме, а такжеоценке состоянию системы мониторинга, которая является автоматизированнойсистемойуправления,сучетомаварий,отказовистепенейриска,рассчитываемых для эксплуатируемых объектов ГТС (рисунок 2.4).Рисунок 2.4 - Инфологическая модель.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
