close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Как сделать подпись в outlook 2014;pdf

код для вставкиСкачать
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ им. М.А.КАРЦЕВА
На правах рукописи
Малеев Павел Геннадиевич
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ
УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
МОСКОВСКОГО МЕТРОПОЛИТЕНА
Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка
информации
Диссертация на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Научный руководитель:
доктор технических наук Сафонов В.Л.
Белгород 2014
2
Содержание
Содержание .............................................................................................................. 2
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ..................................................................................... 4
Введение ................................................................................................................... 7
1. Аналитический обзор технических и алгоритмических решений при
построении систем автоматизированного управления в энергоснабжении.
Постановка задачи................................................................................................. 15
1.1 Краткая историческая справка развития АСУ метрополитена............ 15
1.2 Решение SIEMENS ................................................................................... 19
1.3 Решение компании ДЭП .......................................................................... 22
1.4 Постановка задачи создания АСДУЭ ..................................................... 25
1.5 Критерии эффективности АСДУЭ.......................................................... 27
Выводы ................................................................................................................... 32
2. Решение конструктивных и математических задач технических средств
АСДУЭ ................................................................................................................... 34
2.1 Выбор и обоснование путей решения задачи. ....................................... 34
2.2 Принятие решений при выборе оборудования ...................................... 37
2.3 Разработка стратегии перевода старой телемеханики на АСДУЭ ...... 48
2.4 Когнитивный подход к моделированию и управлению АСДУЭ с
учетом рисковых ситуаций ............................................................................... 50
2.5 Продление ресурса оборудования с использованием экспертнодиагностической системы ................................................................................. 66
Выводы ................................................................................................................... 73
3. Состав и структура комплекса технических средств автоматизированной
системы диспетчерского управления энергоснабжением ................................ 74
3.1 Состав и технические показатели системы ........................................... 78
3.2 Комплекс для разработки и отладки систем управления (КРСУ) ....... 84
3.3 Архитектура построения электропитания и кабельных соединений
составных частей КТС АСУ ДПЭ .................................................................... 90
3.4 Разработка локальной вычислительной сети АСДУЭ .......................... 92
3.5 Математическое и программное обеспечение системы ....................... 94
Выводы ................................................................................................................. 102
4. Технические решения и функционирование составных частей АСУ ДПЭ
104
4.1 Оборудование контролируемых пунктов КТС УСО .......................... 104
4.2 Сервер связи ............................................................................................ 109
4.3 Оценка функциональной надежности .................................................. 109
4.4 Оценка функционирования ................................................................... 122
3
4.5 Расчет надежности комплекса технических средств устройства
сопряжения с объектом ................................................................................... 125
4.6 Расчет надежности ДПЭ ........................................................................ 126
4.7 Расчет надежности АСУ ДПЭ ............................................................... 128
Выводы ................................................................................................................. 130
Заключение .......................................................................................................... 130
Список литературы. ............................................................................................ 133
4
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
RAID
– redundant array of independent disk (избыточный массив
независимых жестких дисков),
АРАМИС –
агрегирование
и
ранжирование
альтернатив
около
многопризнаковых идеальных ситуаций,
АРМ
– автоматизированное рабочее место,
АСДУЭ
–
автоматизированная
система
диспетчерского
управления
энергоподстанциями,
АСНП
– автоматический считыватель номера поезда,
АСУТП
– автоматизированная система управления технологическим
процессом,
БД
– база данных,
ВОЛС
– волоконно-оптическая линия связи,
Д
– служба движения,
ДП
– диспетчерский пункт,
ДПЭ
– диспетчерский пункт службы энергоснабжения,
ИБП
– источник бесперебойного питания,
ИВЦ
–
информационно-вычислительный
центр
метрополитена,
ИИ
– искусственный интеллект,
ИТ
– информационные технологии,
ИУ
– исполнительных устройств,
КА
– канальная аппаратура,
КП
– контролируемые пункты,
КПИ
– контролируемые пункты телесигнализации,
КТС
– комплект технических средств,
КПУ
– контролируемые пункты управления,
КРСУ
– комплекс для разработки систем управления,
московского
5
ПАКС
–
Последовательное
Агрегирование
Классифицируемых
Состояний,
ПК
– промышленный контроллер,
ЛВС
– локальная вычислительная сеть,
ЛПР
– лицо, принимающее решение,
МАИ
– метод анализа иерархий
ММ
– московский метрополитен,
МРСК
– Межрегиональная распределительная сетевая компания,
МСС
– мультисервисная система
МТЗ
– максимальная токовая защита,
НКК
– нечеткая когнитивная карта,
ОУ
– объекта управления,
ПО
– программное обеспечение,
ППС
– приемо-передающая станция,
ПТК-ТЛС – Программно-Технический Комплекс с Телемеханическими и
Локальными Связями,
ПЭВМ
– персональная электронно-вычислительная машина,
ПУ
– панель управления,
РП
– распределительная подстанция,
РС
– рабочая станция,
СБ
– системный блок,
СОФО
– средство обеспечения функциональной отказоустойчивости,
СПР
– станция программируемая с резервированием,
СС
– сервер связи,
СЦ
– ситуационный центр,
ТИ
– известительные сигналы ТИ,
ТП
– тяговая подстанция,
ТС
– известительные сигналы ТС,
ТУ
– сигналы телеуправления,
ТЭМ-74
– телемеханика электронная для метрополитенов,
6
УАО
– устройство аппаратное отображения информации,
УАПИ
– устройство аппаратное преобразования информации,
УАС
– устройства аппаратные сбора информации и выдачи команд
управления,
Э
– служба энергоснабжения,
ЭМС
– электромеханическая служба,
ЭС
– эскалаторная служба.
7
Введение
Процессы технологического и экономического развития, происходящие
в
России,
требуют
дальнейшего
совершенствования
принципов
функционирования устройств и узлов вычислительной техники и систем
управления. Необходимы экспериментальное исследование элементов и
узлов таких систем, разработка и оптимизация с целью улучшения их
технических характеристик. Одновременно требуется разработка научных
подходов, методов, алгоритмов и программ, обеспечивающих надежность,
контроль и диагностику систем.
Городской пассажирский транспорт в Москве, как и в других
мегаполисах, постоянно развивается и функционально расширяется, потому
что увеличивается пассажиропоток, устаревает оборудование, а это, в свою
очередь, требует совершенствования системы управления транспортом и
процедур принятия решений. Одним из основных видов пассажирского
транспорта является Московский метрополитен, представляющий собой
крупное транспортное предприятие с большим числом разнородного
основного
и
вспомогательного
оборудования,
тесно
связанного
с
программным обеспечением. Управление функционированием Московского
метрополитена строится по линиям (радиусам) или по так называемым
"диспетчерским кругам". Каждая линия управляется четырьмя основными
службами:
службой
движения;
службой
электроснабжения;
электромеханической службой; эскалаторной службой.
Настоящая
работа
посвящена,
в
первую
очередь,
проблемам
Московского метрополитена (в основном, проблемам энергоснабжения).
Однако многие положения и выводы диссертации распространяются на такие
метрополитены, как Санкт-Петербургский, Парижский, Римский, Венский и
многие другие.
Метрополитен обслуживает, в общем случае, стохастический поток
пассажиров, т.е. поток со случайной интенсивностью. В этом состоят
8
основная сложность работы метрополитена и сложность диспетчерского
управления поездами, эскалаторами и другим оборудованием метро. Налицо
противоречие: поток пассажиров в общем случаен, а управление по
обслуживанию его является детерминированным процессом - по графикам,
которые косвенно, конечно, учитывают случайность этого потока во времени
(например, загруженность утром и вечером, разгрузка в выходные дни и т.п.).
Это противоречие существенно снижает эффективность существующей
системы диспетчерского управления, уменьшает пропускную способность
метро и увеличивает напряженность в его работе, а значит потенциально
способствует
возникновению
нештатных
ситуаций
и
увеличивает
вероятность аварий. [5]
В современном промышленном производстве все большее значение
приобретает возможность оперативного доступа к достоверной информации
из любой точки управления производством, поскольку это определяющим
образом
влияет
на
эффективность
работы
предприятия,
включая
производительность труда, качество и конкурентоспособность выпускаемой
продукции. Эта проблема решается путем создания интегрированной
многоуровневой распределенной автоматизированной системы управления
(АСУ)[34, 35].
Диспетчерское управление строится по линиям (радиусам) или по так
называемым "Диспетчерским кругам". Каждая линия управляется четырьмя
службами:
- службой движения (Д);
- службой электроснабжения (Э);
- электромеханической службой; (ЭМС)
- эскалаторной службой (ЭС).
Автоматизация
метрополитена,
проектирование
диспетчерских
пунктов линий, ситуационного центра и локальной технологической сети
АСДУ метрополитена должны основываться на характеристиках объектов
автоматизации,
указанных
ниже,
и
на
организационной
структуре,
9
представленной на рисунке 1. Координация управления на уровне советов,
разрешения нештатных ситуаций, производится персоналом ситуационного
центра (СЦ).
Ситуационный
центр (СЦ)
ДП
линии 1
ДП
линии 12
Поезда, станции,
подстанции
Оборудование
поездов, станций,
подстанций
Рисунок 1 – Иерархическая структура организации диспетчерского
управления метрополитеном
Служба электроснабжения, включающая специальное оборудование,
аппаратуру и программное обеспечение, является одной из важнейшей служб
метрополитена. Для обеспечения бесперебойной работы метрополитена
внедрена
автоматизированная
система
диспетчерского
управления
энергоподстанциями (АСДУЭ), в разработке и освоении которой активное
участие принимал автор диссертации. При создании АСДУЭ возникла
потребность в разработке новых научных подходов к подбору и компоновке
технических средств системы, оптимальному планированию замены старых
10
систем управления электрооборудованием, обоснованию автоматизации
управления метрополитеном в условиях рисковых ситуаций. Эти факторы
определяют актуальность темы диссертации и необходимость разработки
методов и средств поддержки управленческих решений в системе
электроснабжения Московского метрополитена, в том числе с учетом
возникающих рисковых ситуаций.
Цели и задачи диссертационной работы
Целью
настоящей
работы
является
повышение
надежности
управления автоматизированной системы диспетчерского управления
электроснабжением Московского метрополитена на основе разработки
компьютерных средств поддержки принятия управленческих решений.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены
следующие основные задачи:
1.
Проведение
анализа
основных
направлений
развития
автоматизированной системы диспетчерского управления энергоснабжением
метрополитена.
2.
Разработка
управленческих
критериев
решений
по
и
методов
замене
обоснования
оборудования,
принятия
находящегося
в
эксплуатации в системе электроснабжения метрополитена, на новые модули
без рисков потери функционирования.
3. Разработка метода обоснования принятия управленческих решений
на основе анализа рисковых ситуаций в системе электроснабжения
метрополитена с использованием когнитивных карт.
4. Разработка предложений по структуре и составу комплекса
технических
средств
автоматизированной
системы
диспетчерского
управления энергоснабжением.
5. Разработка методики мониторинга функционирования оборудования
и обеспечения заданного уровня функциональной надежности.
Объектом
исследования
является
электроснабжением Московского метрополитена.
система
управления
11
Предметом исследования являются система поддержки принятия
управленческих решений в системе электроснабжения
Методы исследования. Методы системного анализа и теории
принятия многокритериальных решений, когнитивного моделирования,
получения и обработки экспертной информации, проектирования средств
управления вычислительной техникой.
Положения, выносимые на защиту
1. Результаты сравнительного исследования методов поддержки
принятия управленческих решений по подбору и замены оборудования в
системе
электроснабжения
метрополитена
без
рисков
потери
функционирования.
2. Метод обоснования принятия управленческих решений на
основе
анализа
рисковых
ситуаций
в
системе
электроснабжения
метрополитена:

Критерии принятия решений;

Информационное обеспечение.
3.
Структура
и
состав
комплекса
технических
средств
автоматизированной системы диспетчерского управления энергоснабжением.
4. Система мониторинга функционирования оборудования в целях
обеспечения заданного уровня функциональной надежности.
Научная новизна
1. Предложены и обоснованы критерии принятия управленческих
решений и новые способы замены оборудования в системе электроснабжения
метрополитена, находящегося в эксплуатации, основанные на совместном
применении различных методов многокритериального принятия решений.
2. Разработан новый метод обоснования управленческих решений,
который основывается на адекватном анализе рисковых ситуаций в системе
энергоснабжения метрополитена на основе когнитивных карт.
12
3. Разработана новая методика мониторинга функционирования
оборудования в системе электроснабжения метрополитена, учитывающая
особенности ее сложной топологии и перспективы развития информационнокоммуникационных технологий, что позволяет повысить функциональную
надежность системы управления метрополитеном.
Практическая значимость работы
Разработанные методы позволяют решить следующие задачи:
1.
Замена оборудования находящегося в работе на АСДУЭ без
рисков потери функционирования системы в целом.
2.
Управление энергоподстанциями Московского метрополитена с
учетом рисковых ситуаций.
3.
Оптимально
технических
средств
разработать
структуру
автоматизированной
и
состав
системы
комплекса
диспетчерского
управления энергоподстанциями.
4.
Обеспечение
при
разработке
АСДУЭ
заданного
уровня
функциональной надежности.
Результаты исследования реализованы в службе электроснабжения
Московского метрополитена на следующих линиях: Замоскворецкая,
Калужско-Рижская,
Таганско-Краснопресненская,
Люблинская,
Калининская, Филевская, Митино-Строгинская, Бутовская.
Внедрение разработанных методов и средств обеспечило повышение
надежности и эксплуатационных характеристик оборудования, модульный
переход АСДУЭ метрополитена на новые средства, что позволило повысить
безопасность движения поездов и пассажиропотоков, уменьшить время
ликвидации аварийных ситуаций и чрезвычайных положений, повысить
производительность электродиспетчера и
уменьшить его ошибочные
действия, существенно повысить эффективность и упростить работу службы
электроснабжения.
Достоверность научных положений и выводов, полученных в
диссертации, обусловливается корректностью теоретических выкладок,
13
подтверждается отсутствием противоречий с экспериментальными данными,
полученными в процессе эксплуатации разработанной АСДУЭ.
Область исследования
Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 05.13.01
– системный анализ, управление и обработка информации по следующим
областям исследования:
п.9.
Разработка
проблемно-ориентированных
систем
управления,
принятия решений и оптимизации технических объектов.
п.11. Методы и алгоритмы прогнозирования и оценки эффективности,
качества и надежности сложных систем.
Апробация результатов работы
Основные
положения
и
результаты
диссертационной
работы
обсуждались на следующих научных конференциях: 5-ой Международной
научно-технической
конференции
«Фундаментальные
проблемы
радиоэлектронного приборостроения» (Москва, 2007), Международном
форуме «Высокие технологии XXI века» (Москва, 2006, 2009), конференции
«Электроника и транспорт» (Москва, 2007), конференции «Общественный
транспорт» (Москва, 2009), конференции «Электроника – транспорт»
(Москва, 2010), Международной конференции «Компьютерные науки и
технологии» (Белгород, 2011), Международной конференции «Прикладная
математика, управление и информатика» (Белгород, 2012), конференциях
молодых специалистов НИИВК (Москва, 2006, 2008, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в
том числе 7 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, а также 8 работ в
трудах научных конференций.
Личный вклад соискателя. Все изложенные в диссертационной
работе результаты исследований получены соискателем лично, либо при его
непосредственном участии.
14
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертация
содержит 141 страницу машинописного текста, 22 рисунока, 20 таблиц,
список литературы из 95 наименований.
15
1. Аналитический
обзор
технических
и
алгоритмических решений при построении систем
автоматизированного
управления
в
энергоснабжении. Постановка задачи.
1.1
Краткая историческая справка развития АСУ
метрополитена
Идея использования вычислительной техники для целей управления
технологическими процессами в метрополитене возникла еще в период его
создания – в 50-е годы XX века. Система управления технологическим
процессом на базе ЭВМ может быть эффективна потому, что поддерживает
параметры этого процесса в режиме, близком к оптимальному.
В условиях работы метрополитена, где ни один элемент сложного и
многофункционального хозяйства не может работать без электроэнергии,
вопросу надежного электроснабжения уделяется серьезное внимание.
Четкая и взаимослаженная работа метрополитена (от движения поездов
по строгому графику до нормальной работы турникетов) невозможна без
централизации
управления
электрохозяйством.
Такая
централизация
достигается путем управления энергоснабжением целого энергоучастка
(например, линией) из одного места – диспетчерского пункта.
Инструментом управления всем электрохозяйством является система
телемеханики,
позволяющая
диспетчеру
оперативно
производить
переключение агрегатов подстанций, иметь всестороннее представление об
их состоянии и, кроме того, о состоянии вспомогательного оборудования.
Первая система телемеханики появилась на метрополитене еще до
Великой Отечественной войны. На управлении находились всего три тяговые
подстанции – Белорусская, Динамо и Аэропорт.
Массовый перевод подстанций на телеуправление начался после
войны. К 1967 году на телеуправлении находилось 52 подстанции. В то время
16
использовалась
релейно-контактная
система
телемеханики
РТА-141
(распределительная, токовая, с амплитудным признаком). Она позволяла
осуществлять управление 47 двухпозиционными объектами, получать и
воспроизводить
141
телесигнал
в
однопозиционном
исчислении
и
телеметрическую информацию по вызову (14 телеизмерений). [35]
Время передачи команды управления 5 – 6 секунд, с учетом
интервалов, время всех сигналов телеуправления 3 группы 18 – 25 секунд.
Каждое устройство телемеханики состояло из диспетчерского и
подстанционного полукомплектов аппаратуры, пульта и щита диспетчера.
Применялись телефонные и кодовые реле, шаговые искатели ШИВ-50/4 и
ШИ-11. Каждая телеустановка имела программное устройство для снятия и
подачи напряжения на контактный рельс.
Отображение информации осуществлялось по принципу «светлого»
щита с использованием коммутаторных ламп КМ-5 и световых ячеек СВМ.
Квитирование и управление производилось индивидуальными ключами
объектов типа КТ-4. Все телесигналы разбивались на 3 группы по 47
сигналов в каждой. Передавались сигналы той группы, к которой относится
переключаемый объект.
Линии
связи
между
диспетчерским
пунктом
и
управлением
(контролируемым) объектом могли достигать длины 25 – 30 км. Ввиду
использования в системе релейных элементов, резерв повышения их
надежности был исчерпан. Кроме того, система РТА-141 требовала
отдельного
помещения
для
размещения
шкафов
с
аппаратурой
и
разветвлѐнных кабельных связей между релейными шкафами и аппаратурой
диспетчера.
Вследствие этого на метрополитене с 1976 года началось поэтапное
внедрение системы телемеханики ТЭМ-74 (телемеханика электронная, для
метрополитенов, окончание разработки 1974 год).
Система
позволяла
осуществлять
телеуправление
64
двухпозиционными объектами, получать и воспроизводить 120 телесигналов
17
в однопозиционном исчислении, принимать телеметрическую информацию с
аналоговым воспроизведением значений токов и напряжений по вызову (14
телеизмерений).
Каналы связи рассчитаны на использование 6 жил кабеля, по две на
тракт: ТУ (телеуправление), ТС (телесигнализация) и ТИ (телеизмерение).
Система
непрерывного
действия
включения
по
распределительному
принципу с временным импульсным признаком и тактовой синхронизацией.
Система ТЭМ-74 выполнена в двух стойках: одна предназначена для
установки на КП, другая – на ДП. Командные ключи и кнопки размещены
рядом со световыми элементами мнемосхемы, т.к. пульт и щит совмещены в
одной стойке на ДП.
В стойках КП и ДП расположены функциональные блоки устройства
телемеханики и приборы телеизмерения. Аппаратура выполнена по
блочному принципу. Блоки соединены жгутиками через разъемы и состоят из
модулей. В модулях с использованием печатного монтажа собраны
однотипные схемы: триггеры, инверторы, логические схемы и т.п.
Для осуществления внешних соединений в стойке КП установлено 8
панелей клеммников, а в стойке ДП – одна такая панель. К панелям
подводятся кабели питания, линии связи. Кроме того, непосредственно к
клеммникам стойки КП подводятся сигнальные кабели от блок-контактов
аппаратуры подстанции.
Комплекты
ТЭМ-74
продолжали
устанавливаться
на
линиях
метрополитена до 2003 года (станция «Парк Победы»).
С 1994 года в службе электроснабжения начались работы по
применению
телемеханики
на
основе
Программно
–
Технического
Комплекса с Телемеханическими и Локальными Связями (ПТК-ТЛС)
разработки ЦНИИ Комплексной автоматизации (ЦНИИ КА) для построения
автоматизированной системы диспетчерского управления энергоснабжением.
Основными отличиями телемеханики на основе ПТК-ТЛС от ранее
применявшихся является централизованная архитектура построения и то, что
18
данная система состоит из двух составляющих: технических средств и
программного обеспечения. Для обеспечения работы энергодиспетчера
впервые в службе стали использоваться автоматизированные рабочие места
на основе ПЭВМ, что позволяло широко применять средства автоматизации
в управлении системой электроснабжения. Кроме того, впервые было
реализовано двукратное резервирование оборудование для повышения
надѐжности.
Комплекс ПТК-ТЛС предназначен для построения территориально
распределенных систем автоматического управления и контроля объектами.
Комплекс выполняет задачи
телеизмерения интегральных значений
параметров, телесигнализации дискретных состояний контролируемых
объектов и телеуправлении объектов с дискретными состояниями. В состав
комплекса на основе ПТК—ТЛС входят следующие конструктивно и
функционально
законченные
изделия:
станция
программируемая
с
резервированием, устройства аппаратные сбора информации и выдачи
команд управления, устройства аппаратное отображения информации,
устройство коммутации выходное (УКВ-К), устройство преобразования
сигналов. Кроме того, в службе электроснабжения используются специально
разработанные
диспетчерские
щиты
и
устройство
аппаратное
преобразования информации для связи оборудования ПТК—ТЛС и ПЭВМ,
входящих в состав АРМ энергодиспетчера. [51]
Эксплуатируемая в настоящий момент телемеханика имеет следующие
характеристики (в расчете на одну подстанцию). Объѐм ТУ: 64 одиночные
команды; объѐм ТС: 192 одиночных телесигнала; объѐм ТИ: 16 каналов (с
возможностью увеличения до 64 каналов без подключения дополнительного
оборудования).
В 1994 году была введена в опытную эксплуатацию экспериментальная
система телемеханики на основе ПТК-ТЛС на подстанции СТП-81
«Беляево». В 1996 году приняты в постоянную эксплуатацию ПТК-ТЛС 1 и 2
очереди Люблинско – Дмитровской линии.
19
В настоящее время ведутся работы по сопряжению оборудования ПТКТЛС с оборудованием комплекса технических средств автоматизированной
системы
диспетчерского
управления
энергоподстанциями
(АСДУЭ)
разработки НИИВК.
Автоматизированная система управления в наше время обретает все
большую популярность. Это связано с тем, что с ее помощью становится
проще и быстрее определить неисправность того или иного объекта
управления и принять необходимые меры для ее ликвидации. В исследуемом
нами случае разрабатываемая система автоматизированного управления
энергоснабжением Московского метрополитена намного упрощает не только
контроль, но и управление подстанциями, а также полностью исключает
необходимость громоздких табло отображения.
В то же время сервисные инженеры часто встречаются с ситуациями,
когда на обнаружение неисправности уходит большое количество времени,
что
для
метрополитена
Предлагаемая
система
неисправность
и
не
только
позволяет
вывести
с
нежелательно,
высокой
предупреждение
на
но
недопустимо.
точностью
экран
для
определить
быстрого
реагирования обслуживающего персонала.
Техника микроэлектроники совершила настоящую революцию во всех
направлениях
автоматизации
АСУ.
Микроэлектроника
полевого
уровня,
резко
вызвала
изменила
средства
энергичное
развитие
микроконтроллеров, создала условия для практического внедрения цифровых
промышленных сетей передачи данных, информационных технологий,
процессорной техники, технических средств отображения информации и др.
Появились многочисленные автоматизированные системы управления
во многих областях промышленности, и ниша энергоснабжения не осталась в
стороне. Ниже мы остановимся подробнее на некоторых из этих систем.
1.2
Решение SIEMENS
SICAM PAS – открытая модульная цифровая система телеконтроля и
20
телеуправления для электроэнергетики. В ней специфические для отрасли
функции совмещены с гибкостью и универсальностью ПЛК и дополнены
мощными коммуникационными возможностями современных средств связи.
Модульная структура аппаратуры и программного обеспечения SICAM
PAS обеспечивает высокую степень адаптируемости системы к особенностям
конкретных предприятий. Заказчик имеет возможность из множества
доступных компонентов выбрать только необходимые, не переплачивая за
ненужную функциональность. Другим немаловажным достоинством SICAM
PAS является бесшовная интеграция с любыми системами управления на
базе техники SIMATIC в соответствии с исповедуемым Siemens принципом
комплексной интегрированной автоматизации (Totally Integrated Automation
– TIA). Это дает возможность объединения АСУТП и систем диспетчерского
уровня управления и устранения избыточных взаимно-дублирующих
элементов.
Ключевым
аппаратным
компонентом
SICAM
является
PAS
специализированная приемо-передающая станция (ППС), работающая под
управлением
Windows
XP
Embedded.
Станция
является
полностью
необслуживаемой за счет отсутствия изнашивающихся и вращающихся
элементов. Она имеет промышленное исполнение и характеризуется
высокими показателями наработки на отказ всех компонентов, к примеру, 36
лет
для
центрального
процессорного
модуля.
Число
ППС
может
варьироваться от 1 до 6 в зависимости от сложности системы телемеханики и
ее топологии. Для подключения ППС к аппаратуре станционного и
диспетчерского
уровней
имеется
широкий
перечень
интерфейсных
компонентов, обеспечивающих связь по последовательным и TCP/IP –
каналам. При необходимости система может комплектоваться аппаратными
средствами приема сигналов точного времени GPS. В целях повышения
надежности SICAM PAS может работать в конфигурациях с полным
резервированием или с резервированием каналообразующей аппаратуры.
Программное ядро SICAM PAS реализует функции конфигурирования,
21
отладки и диагностики системы, сбора данных и преобразования протоколов,
а также является OPC-сервером. Ядро системы при необходимости может
дополняться
опциональными
компонентами:
коммуникационными
драйверами для протоколов МЭК 61850, МЭК 60870-5-101/103/104, Profibus
DP/FMS, ModBus, DNP 3.0, OPC-клиентом и виртуальным контроллером.
Драйверы телекоммуникационных протоколов и OPC в режиме реального
времени обеспечивают регистрацию измерительной информации и ее
передачу на верхние уровни диспетчерского управления. Виртуальный (softlogic) контроллер позволяет реализовать функции до расчета данных и дает
возможность дополнить или проконтролировать диспетчерское управление
автоматически. [81]
Для организации человеко-машинного интерфейса в SICAM PAS
используется полнофункциональная версия SCADA-системы SIMATIC
WinCC, дополненная модулями, специально разработанными для решения
задач оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике. Она
предоставляет оперативному персоналу обширные возможности работы с
системой: просмотр информации в виде индикаторов, графиков, гистограмм,
текстовых сообщений, архивацию данных и формирование отчетов,
протоколирование действий пользователей; диагностику оборудования.
SICAM PAS позволяет использовать клиент-серверные и многоэкранные
варианты
построения
среды
визуализации,
а
применение
пакета
WebNavigator дает возможность создания ―легких‖ клиентских приложений,
ориентированных на web-интерфейс. Следует отметить, что SICAM PAS – не
единственное решение Siemens для систем телеметрии и диспетчерского
управления. В зависимости от особенностей решаемой задачи SICAM PAS
может дополняться
или
заменяться техническими и программными
средствами SINAUT ST7, SICAM eRTU и SIPLUS RIC, SAT 1703:
• SINAUT ST7 – программно-технический комплекс для построения
распределенных
систем мониторинга
и
управления
технологическим
процессом в распределенных конфигурациях на основе станций управления
22
SIMATIC S7, дополненных специальными программными и аппаратными
компонентами. Дистанционное и автоматическое управление обеспечивается
применением одной и той же аппаратуры. Поддерживаются выделенные
линии (медный кабель или оптоволокно), частные радиосети, аналоговые
телефонные линии, цифровые ISDN-сети, сети GSM.
• SICAM eRTU – модульная система телеуправления, основанная на
программируемых контроллерах SIMATIC S7. Система обеспечивает
высокопроизводительную обработку больших объемов данных в реальном
времени, а специальные коммуникационные модули обеспечивают связь с
центрами управления и интеграцию устройств уровня подстанции.
•
SIPLUS RIC – семейство программных и аппаратных продуктов,
ориентированных
на
построение
систем
телеуправления
объектами,
расположенными на значительных расстояниях друг от друга. В качестве
базовой аппаратуры для построения таких систем находят применение
программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 и S7-400, а также
компактные модули SIMATIC RIC Compact.
• SAT 1703 – комплекс оборудования и программного обеспечения,
изначально разрабатывавшийся австралийской компанией VA Tech T&D,
приобретенной концерном Siemens. Используется для автоматизации
подстанций всех типов – от очень компактных систем среднего класса
напряжения до очень больших систем сверхвысокого напряжения. [2]
1.3
Решение компании ДЭП
На самом нижнем уровне осуществляется управление ячейкой.
Управление ячейкой подразумевает три основных функции: телемеханику,
релейную защиту и учет электроэнергии (технический и/или коммерческий).
Для реализации функций телемеханики и релейной защиты в состав АСУТП
входит блок микропроцессорной защиты РЗА-33 (назовем его также
―контроллером ячейки‖), с помощью которого обеспечивается телемеханика
ячейки, а также реализуются любые необходимые алгоритмы релейной
23
защиты, такие как максимально-токовая защита (МТЗ), защита от замыкания
на землю, защита по повышению и понижению напряжения, УРОВ, ЛЗШ и
пр. РЗА-33 осуществляет измерение токов и напряжений по всем фазам,
передает сигналы срабатывания релейной защиты, осуществляет управление
выключателем ячейки. Кроме того, устройство имеет по 8 каналов
дискретного ввода и дискретного вывода, что позволяет подключить при
необходимости
интерфейс
дополнительные
RS-485
дает
сигналы
телемеханики.
Встроенный
возможность
интегрировать
РЗА-33
в
технологическую сеть и установить информационный обмен с более
высокими уровнями управления.
Электроучет в такой системе реализуется с применением отдельных
модулей, точность измерений которых несколько выше, чем у контроллеров
ячеек. Это либо модули учета электроэнергии ЕМ3 и построенные на их базе
многоканальные электросчетчики ДЕКОНТЕМ, либо же сертифицированные
устройства учета, драйверы которых поддерживаются контроллерами
―Деконт‖ (СЭТ, ПСЧ, Меркурий и т. п.).
На втором
уровне осуществляется управление распределительной
подстанцией (РП) как единым целым. Для этой цели на каждом объекте
устанавливается контроллер РП. Его функции – объединение в единую сеть
всех РЗА-33 (контроллеров ячеек) и модулей электроучета, сбор и передача в
общую технологическую сеть системы сигналов телемеханики, работы
релейной
защиты,
выполнение
команд
ТУ
диспетчера,
реализации
алгоритмов АВР, УРОВ, ЛЗШ.
В качестве контроллера РП используется базовый программируемый
контроллер из состава комплекса ―Деконт‖ – ―Деконт-А9‖. ―Деконт-А‖ –
свободно
программируемый
многофункциональный
промышленный
контроллер, имеющий широкие коммуникационные возможности. В числе
встроенных интерфейсов контроллера входят RS-485 и Ethernet, а наличие
двух разъемов под сменные интерфейсные платы позволяет контроллеру
работать с самыми разнообразными каналами связи.
24
Благодаря тому, что ―Деконт-А9‖ является свободно программируемым
устройством, стандартный набор функций АСУТП объектов электросетей
при необходимости может быть легко дополнен. При этом зачастую введение
таких дополнительных возможностей (например, обработки каких-то
дополнительных сигналов телемеханики) не потребует написания ни единой
строки программного кода – все действия по расширению возможностей
выполняются путем простого конфигурирования контроллера. Правда, здесь
следует отметить, что по требованию нормативной документации на системы
управления объектами электросетей контроллер РП программируется только
на выполнение своих функций – взаимодействия с устройствами РЗА и АВР
объекта. Все остальные задачи – УСПД для устройств энергоучета,
взаимодействие с дополнительными модулями ввода/вывода, связь с
верхними уровнями АСУТП – решаются путем установки дополнительного
контроллера
―Деконт-А9‖.
Контроллер
РП
подключается
к
этому
контроллеру (назовем его контроллером УСПД) по отдельному интерфейсу
RS-485.
Третьим уровнем АСТУП является система связи между отдельными
РП (вернее, их контроллерами) и диспетчерским пунктом.
Благодаря уникальным широким коммуникационным возможностям
базового контроллера ―Декнот-А9‖ на этом уровне возможно применение
самых разнообразных способов передачи данных. Самым простым является
использование линий связи Ethernet – встроенный Ethernet-интерфейс
имеется на контроллере ―Деконт-А9‖, да и любой современный компьютер
им оборудован. В этом
случае
обычно на диспетчерском пункте
устанавливается сетевой Ethernet-концентратор (hub-device или аналогичное
устройство), объединяющий линии связи от всех РП в составе системы и
выводящий их на сервер диспетчерского пункта (см. ниже). Однако подобное
решение, безусловно, не является единственным. Возможно применение
GSM/GPRS каналов, физических линий, радиоканалов и прочих видов линий
связи [59].
25
Наконец, четвертый, самый верхний уровень АСУТП – это
диспетчерский пункт и компьютер (в общем случае – компьютеры) со
специализированным ПО, АРМ диспетчера. [2]
Постановка задачи создания АСДУЭ
1.4
Анализ
текущей
метрополитена
и,
производственной
конкретно,
системы
деятельности
Московского
диспетчерского
управления,
осуществляемого службой электроснабжения, сводится к следующему:

напряженность в работе метрополитена очень высокая, и она
возрастает с каждым годом;

оценка
состояния
оборудования
контролируемых
пунктов
тяговых подстанций требует срочной замены устаревшей телемеханики на
современные компьютерные средства;

диспетчерские пункты линий требуют большей оснащенности
компьютерным оборудованием, позволяющим в реальном масштабе времени
наблюдать за объектами управления и своевременно выдавать управляющие
воздействия на основе всесторонней оценки ситуации и оптимизации
принимаемых решений;

на
отображения
диспетчерских
данных
пунктах
(видеопанелей,
нет
современных
видеостенок),
нет
средств
возможности
пользоваться единой базой нормативно-справочных данных (в настоящее
время используются большие листы миллиметровой бумаги с нанесенными
на них схемами светофоров, стрелок, запасных путей и т.д.);

уровень компьютеризации службы электроснабжения на сегодня
практически нулевой;

единого
нет единой концепции построения АСДУЭ и, естественно,
плана
мероприятий
по
созданию
АСДУЭ
Московского
мотивация
объективной
метрополитена;
Таким
образом,
налицо
имеет
место
необходимости комплексной компьютеризации Московского метрополитена,
26
в противном случае, уже в ближайшее время он столкнется с проблемами
обеспечения надежного и безопасного обслуживания пассажиров столицы.
Для этого необходимо провести анализ существующих систем
управления электроподстанциями метрополитенов России и мира и опираясь
на их опыт и исключая их недостатки, преступить к разработке новой
системы диспетчерского управления электроснабжением. На основе теории
принятия решений подобрать и разработать архитектуру и технологию
реализации технических средств позволяющих повысить эффективность
поддержки принятия решений. В связи с тем, что компьютеризация службы
электроснабжения Московского метрополитена на сегодняшний день
практически нулевая, то необходимо разработать и внедрить новые
компьютерные средства и технологии.
Эффективность
любой
системы
управления
определяется
ее
назначением, результатами использования по этому назначению, а также
затратами на создание системы и последующую эксплуатацию. Выделяют
техническую
эффективность,
поставленным
перед
ней
т.е.
степень
техническим
соответствия
задачам,
и
системы
экономическую
эффективность, т.е. степень соответствия полученного эффекта затратам на
создание системы и ее последующую эксплуатацию.
При отказе старого, выходящего из строя оборудования, метрополитен
несет колоссальные убытки. Вместе с тем при переходе от старой системы
диспетчерского
управления
энергоподстанциями
на
новую
автоматизированную систему невозможно подсчитать стоимость старого
оборудования,
имеющего
старую
архитектуру
и
элементную
базу,
отсутствующую на современном рынке. Необходимо модернизировать
старые системы управления энергоснабжением и провести комплексную
компьютеризацию службы энергоснабжения Московского метрополитена и
внедрить
автоматизированную
систему
диспетчерского
управления
энергоподстанциями. Модернизацию необходимо провести с использованием
микропроцессорной техники взамен старых систем управления и при этом
27
обеспечить возможность модульного перехода от устаревших систем
телемеханики на АСДУЭ. Необходимо так же сократить финансовые расходу
на реконструкцию систем управления.
Разрабатываемая автоматизированная система должна способствовать
повышению эффективности управления всех процессов и процедур
диспетчерского
управления
за
счет
новых
принципов
обработки
информации, необходимо осуществить контроль за функционированием и
расходованием
ресурса
оборудования
предупреждения
аварийных
ситуаций.
электроподстанций,
А
также
необходимо
для
ввести
протоколирование действий персонала метрополитена для повышения
эффективности управления службой.
Затраты на создание АСДУЭ определяются сроками и объемами
автоматизации
(компьютеризации)
диспетчерского
управления
метрополитеном, количеством линий, количеством контролируемых пунктов,
количеством ТС, ТИ, ТУ каждого пункта и требуемыми показателями
надежности
АСДУЭ
(времени
наработки
на
отказ,
коэффициента
готовности), которые будут заданы заказчиком.
1.5
Разработка
Критерии эффективности АСДУЭ
обобщенного
критерия
технической
эффективности
чрезвычайно сложна. Поэтому, целесообразно ограничиться следующими
частными показателями технического эффекта:

экономичность (количественно определяется коэффициентом
полезного действия агрегатов, расходом электроэнергии и др.);

безотказность (количественно определяется средним числом
отказов с учетом характера их последствий);

списания);
долговечность (количественно определяется сроком службы до
28

сложность (определяется количеством и типом элементов
технологического оборудования и системы управления, а также количеством
и квалификацией обслуживающего персонала).
Все эти показатели должны рассматриваться применительно к объекту,
техническим средствам АСДУЭ и персоналу в трех характерных режимах:
нормальном, нестационарном (при пусках и остановках) и аварийном.
Первичным результатом внедрения мероприятий является изменение
характеристик (Х) АСДУЭ, количественно определяющих совершенство
процессов управления. К числу таких изменяемых характеристик относятся:

по объекту управления: средний уровень m и дисперсия D
параметров технологического режима, показатель нестационарности режима
d;

по техническим средствам АСДУЭ: среднее число отказов
технических средств wА, их срок службы tА и коэффициент использования КА;

по обслуживающему персоналу: вероятность безошибочных РП и
своевременных RП действий персонала.

изменению
Изменение характеристик АСДУЭ, в свою очередь, приводит к
показателей
технического
эффекта
(ТЭ):
экономичности,
безотказности, долговечности, сложности. Составляющими технического
эффекта по объекту управления могут быть следующие показатели: срок
службы объектов управления h у, загруженность линии h л, расход
электроэнергии на собственные нужды КП WС.Н., расход вспомогательных
материалов ВТ, среднегодовое число отказов wТТ, срок службы tТ, сложность
элементов энергоподстанции СТ.
Все эти показатели технического эффекта по экономичности связаны с
отдельными параметрами технологического процесса соответствующими
функциональными зависимостями. При любой форме этих зависимостей
средний уровень технологических параметров m приводит к изменению
29
показателей технического эффекта. Влияние дисперсии D на эти показатели
имеет место только при нелинейности указанных зависимостей.
В основу определения технического эффекта по безотказности и
долговечности
объекта
управления
должны
быть
положены
экспериментально-статистический и теоретико-вероятностный методы.
Составляющими технического эффекта по средствам управления могут
быть следующие показатели: расход электроэнергии на собственные нужды
WС.Н. , расход вспомогательных материалов ВА , среднегодовое число отказов
объекта управления wТА из-за отказов средств управления, изменение срока
службы средств t А , сложность средств управления СА.
Надежность системы управления является важнейшим фактором для
дальнейшей
автоматизации.
Однако
еще
не
разработаны
критерии,
позволяющие оценивать надежность подсистем управления в их взаимосвязи,
хотя необходимость этого представляется несомненной. На практике же
ограничиваются
ремонтопригодности
локальными
отдельных
показателями
устройств.
При
безотказности
этом
для
и
оценки
последствий отказов аппаратуры управления из общего числа отказов
выделяют группу "опасных", приводящих к отключениям отдельных
механизмов и блока в целом. Наиболее приемлемой основой для расчетов
технического эффекта при изменении надежности элементов системы
управления являются статистические данные о результатах эксплуатации
[25].
Показатели технического эффекта по обслуживающему персоналу
включают: среднегодовые трудозатраты на выполнение требований по
контролю и управлению объектом, а также на ремонтные работы a,
среднегодовое число отказов объекта управления из-за ошибок персонала
wТП , количество и квалификацию персонала СП. [25]
При определении технического эффекта по средствам управления и
обслуживающему
персоналу
основными
составляющими
являются
30
характеристики
средств
управления
и
обслуживающего
персонала.
Составляющие технического эффекта, выраженные в денежных единицах, в
сумме определяют экономический эффект (ЭЭ). Определение годового
экономического эффекта от внедрения АСУ энергоблоком, как правило,
основывалось на формуле приведенных затрат
ЭГ = D UЧ АНЧ D К
(4)
где D К – дополнительные капитальные затраты на создание АСДУЭ;
D U – годовая экономия эксплуатационных расходов;
АН – нормативный коэффициент экономической эффективности.
Определение базового, исходного уровня автоматизации является
одним
из
наиболее
важных
вопросов
экономики
автоматизации
энергоподстанций, т.к. его правильный выбор по существу предопределяет
достоверность любого технико-экономического расчета. На действующей
энергоподстанции за базовый принимается уровень, существующий до
создания АСДУЭ. Для вновь строящихся станций за базовый принимается
уровень, достигнутый к этому времени на большинстве энергоподстанций с
АСДУЭ. Учитывая особенности потребления электроэнергии при расчете
экономического эффекта целесообразно принять следующие допущения:

экономический эффект ограничивается рамками энергосистемы;

распределение
нагрузки
между
питающим
центром
и
энергоподстанциями энергосистемы осуществляется оптимальным образом;

в энергосистеме всегда имеется оперативный резерв, поэтому
отсутствуют ущербы от недоотпуска электроэнергии потребителю;

экономия от изменения трудозатрат рассчитывается, исходя из
одинаковой производительности труда в сравниваемых вариантах;

фактор времени при приведении капитальных затрат к году
внедрения АСДУЭ учитывается только при условии продолжительности
вложения затрат более трех лет.
31
Годовая экономия эксплуатационных расходов D U от внедрения
АСДУЭ представляет собой сумму следующих основных составляющих
экономии:
D U1 – из-за изменения выработки электроэнергии;
D U2 – из-за изменения расхода энергии на собственные нужды (по
объекту управления и техническим средствам);
D U3 – из-за изменения расхода вспомогательных материалов (по
объекту управления и техническим средствам);
D U4 – из-за изменения числа отказов объекта управления;
DU5 – из-за изменения количества и квалификации персонала. В
наиболее
общем
виде
экономическая
эффективность
любого
вида
капитальных вложений, в т.ч. и на создание АСДУЭ энергоподстанциями,
применительно к складывающимся рыночным отношениям в энергетике
может быть определена как
Э=Р–З
(5)
где
Э – экономический эффект;
Р – результаты;
З – затраты.
Под
результатами
приведенная
к
началу
Р
подразумевается
расчетного
периода,
дисконтированная,
сумма
поступлений
т.е.
за
реализованную продукцию (перевозку пассажиров) и других доходов за весь
период, а затраты З – дисконтированная сумма всех единовременных и
ежегодных расходов за этот период. На основе понятия экономического
эффекта в смысле формулы (5) сформулирован ряд критериев экономической
эффективности, которые могут быть разбиты на группы:

прибыль П – эффект в абсолютных величинах (превышение
доходов над затратами в денежном выражении);
32

рентабельность
Р
–
эффект
в
относительных
единицах
(отношение прибыли или доходов к затратам, отражающее долю затрат,
возвращаемую ежегодно в виде прибыли или дохода);

период возврата капитала Тѕ - время, в течение которого
инвестиции возвращаются в виде прибыли и могут быть использованы для
новых вложений, т.е. расширенное воспроизводство;

приведенные затраты З – расходная составляющая эффекта,
которую в ряде случаев удобно использовать для сопоставления нескольких
вариантов инвестиционного проекта при условии идентичности приходной
составляющей доходов.
Каждая из этих групп содержит несколько частных критериев,
отличающихся составом доходов, затрат, расчетным периодом и др.
Таким
образом,
критерии
технической
и
экономической
эффективности взаимоувязаны и позволяют получить единственное решение
(либо безусловное, либо условное). При этом экономическая эффективность
мало выражена в переходе со старой системы управления на новую АСДУЭ,
так как на данный момент невозможно подсчитать стоимость старого
оборудования, в связи с его старой архитектурой и отсутствия элементной
базы на современном рынке. Но при отказе старого, выходящего из строя,
оборудования, метрополитен несет колоссальные убытки. Задержка поезда
хотя бы на 2 минуты в часы пик сокращает пассажиропоток (люди ищут
другие варианты проезда), что соответственно приводит к убыткам
перевозчика, в данном случае Московского метрополитена. [7]
Существуют и другие критерии оценки степени достижения целей,
которые декларируются при создании АСДУЭ, однако нам представляется,
что указанных выше критериев достаточно.
Выводы
Рассмотрены
управления
и
проанализированы
энергоснабжением
как
автоматизированные
старых
систем
системы
управления,
33
эксплуатирующихся в данный момент, так и систем на современной
элементной базе, что позволило, опираясь на накопленный опыт, исключить
ошибки и недоработки при разработке АСДУЭ.
Доказана необходимость модернизации старых систем управления
энергоснабжением
и
метрополитена,
именно
а
автоматизированной
комплексной
службы
системы
компьютеризации
энергоснабжения
диспетчерского
Московского
и
внедрения
управления
энергоподстанциями.
Доказана
техническая
и
экономическая
эффективность
автоматизированной системы диспетчерского управления энергоснабжением
Московского метрополитена.
34
Решение конструктивных и математических
2.
задач технических средств АСДУЭ
2.1
Выбор и обоснование путей решения задачи.
Современные системы управления сложными объектами строятся по
иерархическому принципу. Это значит, что система управления такими
объектами расчленяется на ряд подсистем, стоящих на разных уровнях
подчинения. Подсистема более высокого ранга, ориентируясь на общий
(глобальный) критерий управления, выдает команды на включение или
отключение отдельных локальных объектов, а также осуществляет выбор
частных критериев управления этими объектами. Локальные подсистемы
управления осуществляют поддержание заданных оптимальных режимов,
как в пусковых, так и в нормальных эксплуатационных условиях. Являясь
нижним
иерархическим
уровнем
автоматических
систем
управления
промышленными объектами, локальные подсистемы осуществляют функции
измерения,
контроля
и
регулирования
основных
технологических
параметров, характеризующих состояние объекта управления. Количество
регулируемых параметров в отдельно взятой локальной системе управления
невелико и составляет один или два параметра. Из общего числа подсистем
управления современным производством локальные подсистемы составляют
около 80%. Качество работы локальных подсистем управления во многом
определяет стабильность и качество работы объекта управления, а
следовательно и рентабельность производства[7].
Система службы энергоснабжения Бутовской линии, для которой, в
первую очередь, разрабатывалась данная АСДУЭ, состоит из трех тяговопонизительных подстанций и двух понизительных подстанций, а также
диспетчерского пункта службы энергоснабжения. Все подстанции находятся
друг от друга на расстоянии двух – трех километров, а диспетчерский пункт
удален на расстояние 20 километров.
35
Для передачи пакетов с нижнего на верхний уровень используется
ВОЛС со скоростью 19200 кбит/с передачу пакетов от подстанций к
подстанциям можно производить без повторителей. А так как система имеет
небольшой размер, всего пять подстанций (Бутовская линия), данной
скорости передачи данных вполне хватает, чтобы система работала в
реальном режиме. Для передачи пакетов в инженерный корпус используется
уже имеющаяся в метрополитене линия связи.
При проектировании системы был смоделирован комплекс для
разработки систем управления (КРСУ), который состоит из двух серверов,
автоматизированного
рабочего
места
(АРМ)
диспетчера,
эмулятора
способного воспроизвести, в реальном времени, ситуации, возникающие при
работе
метрополитена
и
вспомогательное
оборудование
(модуль
переключения серверов (мастер (основной), слейв (резервный)), сеть Ethernet,
источник бесперебойного питания, конвертеры интерфейсов RS-232 – RS422). [47]
Комплекс
для
разработки
систем
управления
выполняет
в
автоматизированном режиме следующие функции: измерение и обработка
данных о текущем состоянии объекта (аналоговые и дискретные сигналы),
оценка текущей ситуации, идентификация параметров объекта управления
(ОУ) и исполнительных устройств (ИУ), оптимизация параметров цифрового
устройства управления, выдача управляющих воздействий с проверкой их
достоверности (правомерности), архивирование данных за 30 суток,
архивирование данных "по кольцу" для идентификации предаварийных
ситуаций в любой момент времени за 8 часов до возможной аварии,
реконфигурирование комплекса, отображение данных оператору-технологу.
Мощность серверов комплекса и комплектность контроллеров может
изменяться в зависимости от конкретного объекта управления. Таким
образом, управляющий комплекс является масштабируемым.
Состав решаемых комплексом задач достаточно традиционен для
подобного рода применений:
36

задачи ввода аналоговых и дискретных сигналов,

задачи вывода управляющих сигналов,

фильтрация сигналов, оценка состояния,

идентификация
параметров
объекта
управления
и
исполнительных устройств,

оптимизация управления,

отображение данных,

архивирование данных,

реконфигурирование комплекса,

сигнализация о неисправностях и выходе параметров за
технологические пределы,

просмотр всех действий оператора-технолога.
Разработанная система актуальна для объектов различного назначения,
эксплуатация которых тесно связана с опасностями техногенного характера.
Алгоритм работы системы должен позволять определять изменение
параметров объекта и внешней среды. Система управления должна
подготовиться
к
изменению
этих
параметров
и
одновременно
оптимизировать процесс управления. В общем случае такая система
статическая. В то же время случаются изменения параметра объекта и
внешней среды одновременно. Мониторинг параметров объекта и изменений
внешней среды должны вестись в ходе процесса. Адаптация и оптимизация
параметров системы управления должна также вестись внутри процесса.
При разработке АСДУЭ предполагается обеспечить новый уровень
стандартизации и унификации. Это достигается путем использования в
отказоустойчивом
управляющем
комплексе
стандартизованных
и
сертифицированных системных блоков, каналов связи RS-485, RS-422, RS232 и контроллеров ввода/вывода, а также модулей системных и прикладных
программ. [15, 18]
37
Унифицированное
оборудование
позволяет
обеспечить
высокую
живучесть посредством быстрой замены модулей, вышедших из строя.
Обеспечена
унификация
не
менее
чем
по
десяти
фирмам-
производителям этих плат и узлов.
Стандартизация
соответствует
требованиям
Международных
стандартов ISO-9000, ISO-9001.
Программное обеспечение АСДУЭ разработано специально для
высоконадежных систем управления, имеет искусственный интеллект и
работает под операционной системой UNIX.
2.2
Принятие решений при выборе оборудования
Решение задачи по принятию решений осуществлялось на основе
методов Саати Т.Л., который является основателем этой идеи [66].
Для того чтобы выбрать максимально подходящее оборудование для
серверов и АРМов, необходимо было определить наиболее важные критерии
для отказоустойчивого комплекса.
Исходные характеристики СБ:
Частота ядра, количество ядер, оперативная память, максимальное
количество ОЗУ, высота, глубина, кол-во вентиляторов, надежность,
взаимозаменяемость, шумность работы, цена.
Для упрощения расчетов в выборе СБ необходимо снизить размерность
признакового пространства путем построения иерархической системы
составных критериев (рисунки 2.2.1, 2.2.2).
38
Частота ядра
Процессор
Количество ядер
Производительность
Оперативная память
ОЗУ
Максимальное колво ОЗУ
Рисунок 2.2.1 Производительность системных блоков.
Для каждого исходного показателя необходимо сформировать свою
вербальную шкалу оценок с 3 или 2 градациями.
Частота ядра
ЧЯ0 – большая  2,5 ГГц;
ЧЯ1 – малая  2,5 ГГц;
Количество ядер
КЯ0 – большое  4;
КЯ1 – малое  2;
Процессор
Пр0 – лучший (ЧЯ0 , КЯ0 );
Пр1 – средний (ЧЯ0 , КЯ1 ), (ЧЯ1 , КЯ0 );
Пр2 – худший (ЧЯ1 , КЯ1 );
ОП. Оперативная память
ОП0 – высокая  128 Гбайт;
ОП1 – средняя 6–128 Гбайт;
ОП2 – низкая  6 Гбайт;
Максимальное кол-во ОЗУ
39
ЗУ0 – большая 128 Гбайт;
ЗУ1 – средняя 16–128 Гбайт;
ЗУ2 – малая
 16 Гбайт;
ОЗУ
ОЗУ0 – лучшая (ОП0 , ЗУ0 ) (ОП1 , ЗУ0 ), (ОП0 , ЗУ1 );
ОЗУ1 – средняя (ОП1 , ЗУ1 ), (ОП2 , ЗУ0 ), (ОП0 , ЗУ2 );
ОЗУ2 – худшая (ОП2 , ЗУ2 ) (ОП1 , ЗУ2 ), (ОП2 , ЗУ1 );
Производительность
Произ0 – лучшая (Пр0 , ОЗУ0 ) (Пр1 , ОЗУ0 ), (Пр1 , ОЗУ1 );
Произ1 – средняя (Пр0 , ОЗУ1 ), (Пр2 , ОЗУ0 ), (Пр2 , ОЗУ1 );
Произ2 – худшая (Пр1 , ОЗУ2 ), (Пр2 , ОЗУ1 ), (Пр2 , ОЗУ2 );
Высота СБ
Размеры СБ
Глубина СБ
Охлаждение СБ
Кол-во вентиляторов
в корпусе СБ
Рисунок 2.2.2 Охлаждение системных блоков.
Для каждого исходного показателя необходимо сформировать свою
вербальную шкалу оценок с 3 или 2 градациями.
Высота системного блока
ВСБ0 – малая
≤ 100 мм;
1
ВСБ – большая ≥ 101 мм;
Глубина системного блока
ГСБ0 – малая ≤ 700 мм;
ГСБ1 – большая ≥ 700 мм;
Размеры системного блока
РСБ0 – малые (ГСБ0 , ВСБ0 );
РСБ1 – средние (ГСБ0 , ВСБ1 ), (ГСБ1 , ВСБ0 );
РСБ2 – большие (ГСБ1 , ВСБ1 );
Кол-во вентиляторов в системном блоке
КВСБ0 – большое ≤4;
40
КВСБ1 – малое ≥4;
Охлаждение системного блока
ОСБ0 – хорошее (РСБ0 , КВСБ0 );
ОСБ1 – среднее (РСБ0 , КВСБ1 ), (РСБ1 , КВСБ0 );
ОСБ2 – плохое (РСБ1 , КВСБ1 );
Проведя агрегирование критериев, удалось уменьшить их количество и
свести к шести основным[64,67]:
1. Надежность (время наработки на отказ).
2. Взаимозаменяемость (возможность в кратчайшее время заменить
неисправный блок).
3. Производительность (высокая производительность необходима
для систем реального времени при работе с базами данных в
графическом режиме).
4. Охлаждение (хорошее охлаждение влияет на продолжительность
работы системы).
5. Шумность работы (немаловажный фактор при работе системы в
одном помещении с персоналом).
6. Цена (важный фактор для заказчика системы).
Для каждого основного критерия сформируем свою вербальную шкалу
оценок.
Надежность системного блока
НСБ0 – высокая ≥ 50000 часов;
НСБ0 – низкая < 50000 часов;
Взаимозаменяемость системных блоков
ВСБ0 – возможная;
ВСБ1 – невозможная;
Уровень шума системного блока
УШСБ0 – низкий ≤ 50;
УШСБ1 – высокий > 50;
Цена системного блока
41
ЦСБ0 – низкая ≤ 3000$;
ЦСБ1 – высокая > 3000$;
При
решении
данной
задачи
были
рассмотрены
варианты
использования оборудования, как отечественного, так и импортного и
решено было остановиться на трех вариантах фирм производителей
серверного оборудования, таких как Advantech, Dell и HP.
Advantech: Частота ядра – 3 Ghz, количество ядер – 4, оперативная
память – 2 Gb, максимальное кол-во ОЗУ – 8 Gb, высота – 177 мм., глубина –
657 мм., кол-во вентиляторов в корпусе СБ – 7 шт, надежность (время
наработки на отказ) – 55000 часов, шумность работы – 50 Дб, цена – 2500$.
Dell: Частота ядра – 2,4 Ghz, количество ядер – 6, оперативная память –
2 Gb, максимальное кол-во ОЗУ – 8 Gb, высота – 90 мм., глубина – 711 мм.,
кол-во вентиляторов в корпусе СБ – 5 шт, надежность (время наработки на
отказ) – 47000 часов, шумность работы – 55 Дб, цена – 3600$.
HP: Частота ядра – 2 Ghz, количество ядер – 6, оперативная память – 4
Gb, максимальное кол-во ОЗУ – 768 Gb, высота – 86 мм., глубина – 743 мм.,
кол-во вентиляторов в корпусе СБ – 6 шт, надежность (время наработки на
отказ) – 50000 часов, шумность работы – 57 Дб, цена – 3000$.
Выбор подходящего
Сервера
Надежность
Взаимозаменяемость
1
Производительность
2
Шумность работы
Охлаждение
3
Рисунок 2.2.3. Иерархия задачи при выборе серверов и АРМов.
Цена
42
Для расчета наиболее подходящего оборудования, по методу анализа
иерархий, необходимо составить матрицу парных сравнений, таблица 2.2.2.
Значения отношений критериев друг к другу взяты на основе
фундаментальной шкалы, представленной в таблице 2.2.1.
Таблица 2.2.1.
Степень
Определение
Комментарии
предпочт
ения
1
Равная
Две альтернативы одинаково предпочтительны с точки
предпочтительнос
зрения цели
ть
2
3
4
5
6
7
8
Слабая степень
Промежуточная градация между равным и средним
предпочтения
предпочтением
Средняя степень
Опыт эксперта позволяет считать одну из альтернатив
предпочтения
немного предпочтительнее другой
Предпочтение
Промежуточная градация между средним и умеренно
выше среднего
сильным предпочтением
Умеренно сильное Опыт эксперта позволяет считать одну из альтернатив
предпочтение
явно предпочтительнее другой
Сильное
Промежуточная градация между умеренно сильным и
предпочтение
очень сильным предпочтением
Очень сильное
Опыт эксперта позволяет считать одну из альтернатив
(очевидное)
гораздо предпочтительнее другой: доминирование
предпочтение
альтернативы подтверждено практикой
Очень, очень
Промежуточная градация между очень сильным и
сильное
абсолютным предпочтением
предпочтение
9
Абсолютное
Очевидность подавляющей предпочтительности одной
предпочтение
альтернативы над другой имеет неоспоримое
подтверждение
43
В таблице 2.2.2 мы оцениваем предпочтительность фактора, указанного
в строке, по сравнению с фактором, который приведен в столбце. При этом
для измерения степени предпочтения используются суждения из
фундаментальной шкалы (см. табл. 2.2.1). Если указанный в строке фактор не
является доминирующим по предпочтению, используется обратное значение.
Например, значение 7 в первой строке и втором столбце соответствует
суждению о том, что надежность является более важным фактором, чем
взаимозаменяемость. Обратная велечина 1/7 автоматически записывается на
пересечение второй строки и первого столбца.
Таблица 2.2.2.
Вектор
Надежн Взаимозамен
Производите
Громк
Охлажд
Це
ость
яемость
льность
ость
ение
на
1
7
6
4
6
5
1/7
1
1/5
3
3
2
1/6
5
1
4
5
2
Шумность
1/4
1/3
1/4
1
2
1/4
0.077
Охлаждение
1/6
1/3
1/5
1/2
1
1/5
0.058
Цена
1/5
1/2
1/2
4
5
1
0.136
Фактор
Надежность
Взаимозамен
яемость
Производите
льность
приорит
етов
0.394
0.125
0.210
Теперь выполним парные сравнения вариантов серверов, которые
расположены
на
нижнем
уровне
иерархии,
сравнивая
их
попарно
относительно каждого критерия второго уровня. Так мы получим 6 матриц с
размерностью 3 x 3, так как на втором уровне иерархии находится 6
критериев, а на третьем - три альтернативы. Матрицы, приведенные в
таблице 2.2.4, содержат суждения о серверах. Для лучшего понимания этих
суждений, приведем краткое описание альтернатив в виде таблицы 2.2.3.
44
Таблица 2.2.3
НСБ
ВСБ
Произ.
УШСБ
ОÇБ
ЦСБ
СБ
Advantech высокая
возможная
средняя
низкий
среднее
низкая
Dell
низкая
невозможная низкая
высокий плохое
высокая
HP
низкая
возможная
высокий плохое
высокая
средняя
Таблица 2.2.4.
Надежность 1
2
3
Взаимозаменяе
Сервер 1
1
3
2 0,547
мость
Сервер 2
1/3 1
2 0,263
Сервер 3
1/2 1/2 1 0,19
производите 1
2
1
2
3
Сервер 1
1
4
4
0,661
Сервер 2
1/4
1
½
0,131
Сервер 3
1/4
2
1
0,208
Шумность 1 2
3
льность
3
Сервер 1
1 1/3 1/4 0,122
Сервер 1
1
1/2
1/3
0,195
Сервер 2
3 1
1/2 0,32
Сервер 2
2
1
1/2
0,164
Сервер 3
4 2
1
Сервер 3
3
2
1
0,641
Цена
0,558
Охлаждение 1
2 3
Сервер 1
1
3 4
Сервер 2
1/3 1 1/2 0,152
Сервер 2 1/4 1 1/3 0,109
Сервер 3
1/4 2 1
Сервер 3 1/5 3 1
0,63
0,218
1
2 3
Сервер 1 1
4 5
0,68
0,211
Следующим шагом является синтез
обобщенных
приоритетов.
Для
того
чтобы
определить
глобальные
приоритеты альтернатив, мы записываем в матрицу табл. 2.2.5 локальные
приоритеты рассматриваемых вариантов по каждому критерию. Затем
каждый столбец этой матрицы умножаем на приоритет соответствующего
45
критерия. Последующее суммирование по строкам дает компоненты вектора
глобальных приоритетов альтернативных серверов.
Таблица 2.2.5.
Веса
Надежн
Взаимозаменяе Производ
Шумност
Охлажде Цена
Глобаль
критер
ость
мость
ь работы
ние
ные
ительност
иев
ь
Распределенный способ
СБ1
0,547
0,661
0,195
0,122
0,630
0,680
0,478
СБ2
0,263
0,131
0,164
0,320
0,152
0,109
0,202
СБ3
0,190
0,208
0,641
0,558
0,218
0,211
0,320
Идеальный способ
СБ1
1
1
0,304
0,219
1
1
0,794
СБ2
0,481
0,198
0,256
0,573
0,241
0,160
0,349
СБ3
0,347
0,315
1
1
0,346
0,310
0,525
Из таблицы 2.2.5 видно, что в случае вычисления приоритетов
распределенным способом самым предпочтительным является сервер 1
(0,478); при этом число и качество других альтернатив может оказывать
влияние на результат. Этот способ, известный как метод доминирования,
используется, когда лицо, принимающее решение, учитывает степень
доминирования каждой альтернативы над всеми другими вариантами. Если
мы будем выбирать сервер, ориентируясь на некий идеальный эталон без
учета количества и качества других альтернатив и степени их соответствия
этому эталону (идеальный способ), то сервер 1 (0,794) по-прежнему остается
самым предпочтительным. В идеальном способе каждый столбец в таблице
2.2.5 был получен делением элементов выше расположенного столбца на
максимальное значение в этом столбце.
Результаты, полученные методом парных сравнений, не дают ясного
понимания, какой системный блок наиболее предпочтителен. Для построения
упорядоченной
последовательности
системных
блоков
по
предпочтительности, результаты, полученные методом парных сравнений,
были
обработаны
при
помощи
методов
АРАМИС
и
метода
46
лексикографического
упорядочивания
по
градациям
критериальных
оценок[63].
Метод АРАМИС (Агрегирование и Ранжирование Альтернатив около
Многопризнаковых
Идеальных
Ситуаций)
позволяет
упорядочивать
многокритериальные варианты по близости к опорной точке, когда варианты
представлены в виде мультимножеств. В качестве опорных точек были взяты
две идеальные (возможно, гипотетические) конфигурации: системного блока,
получившего, высокие оценки по всем критериям, и системного блока,
получившего низкие оценки по всем критериям.
d+={k◦q11,0,…,0; k◦q21,0,…,0;…, k◦qm1,0,…,0},
d–={0,…,0,k◦q1h1; 0,…,0, k◦q2h2;…, 0,…,0, k◦qmhm}.
По формуле L(СБi)=d+(СБi)/[d+(СБi) + d–(СБi)]
определяем
относительную близость конфигурации i-го системного блока: близость к
наилучшему системному блоку  + и близость к самому неудачному
системному блоку  −. По возрастанию значения относительной близости к
наилучшему варианту упорядочиваются варианты системных блоков, причем
наиболее предпочтительный вариант имеет наименьшее значение L.
Последовательное
соответствующих
сравнение
градаций
вариантов
экспертных
оценок
по
общему
числу
составляет
Метод
лексикографического упорядочивания. Сначала варианты сравнивают по
числу высоких оценок или числу первых мест, затем по числу средних
оценок или вторых мест, далее по числу низких оценок или третьих мест.
Наиболее предпочтительным вариантом становится тот, у которого
наибольшее
число
высоких
экспертных
оценок.
Если
вариантов
с
одинаковым количеством высоких оценок несколько, то сравнение этих
вариантов происходит по средним оценкам, соответствующим второму месту
и т.д. Для определения рангов оценок зададим шкалу 0-0,4 – низкая оценка,
0,4-0,6 – средняя оценка и 0,6-1 – высокая оценка. [63]
47
Таблица 2.2.6.
Веса
Надеж
Взаимо
Произв
Шумно
Охлажд
критери
ность
заменяе
одитель
сть
ение
1
0,547
0,661
0,195
0,122
0,630
0,680
Показате
ль
близости
МАИ
0,478
мость
ность
работы
2
0,263
0,131
0,164
0,320
0,152
0,109
3
0,190
0,208
0,641
0,558
0,218
0,211
ев
По
рассмотренным
лексикографического
выше
Цена
трем
1м 2м 3м
0,528
3
1
2
0,202
0,810
0
0
6
0,320
0,662
1
1
4
методам
упорядочивания)
L (ВКi)
(МАИ,
может
быть
АРАМИС
и
сформирована
результирующая таблица, из которой вытекает, что системный блок СБ1
предпочтительнее
системного
блока
СБ3,
а
системный
блок
СБ3
предпочтительнее системного блока СБ2.
При
выборе
контролеров
изначально
предпочтение
отдавалось
импортному оборудованию, но после тщательного изучения показателей
цена-качество, решено было взять ряд единиц оборудования российского
производителя.
В частности, в качестве промышленных контролеров изначально
предполагалось использовать контроллеры немецкой фирмы Siemens, но
после сравнения характеристик выяснилось, что контроллеры, разработанные
в институте управляющих вычислительных машин (ОАО «ИНЭУМ им. И.С.
Брука») СМ1820М ПК, не уступают иностранным аналогам, а по некоторым
характеристикам их превосходят, а именно:

не
требуется
принудительного
охлаждения
(охлаждение
происходит за счет естественной конвекции воздуха);

малое потребление электроэнергии;

широкий диапазон рабочих температур (от -40 до +70).
48
2.3
Разработка
стратегии
перевода
старой
телемеханики на АСДУЭ
Для устройства сопряжения с телемеханикой ТЭМ-74 необходимо
было разработать модули, позволяющие перекодировать аналоговые сигналы
в цифровые с протоколом обмена, близким к протоколу АСДУЭ. Для каждой
стойки ТЭМ-74 необходимо одно устройство сопряжения, что позволит
модульно, по одной подстанции, переводить старую телемеханику на
АСДУЭ. При этом уникальность и принципиальная новизна такой системы
состоит в том, что в режиме сигнализации система работает в параллель с
существующей системой отображения и не влияет на ее работу, что
немаловажно
для
ММ.
Для
управления
необходимо
переключить
переключатель ТУ на АСДУЭ, и тогда только появится возможность
управлять с помощью новой телемеханики, при этом ТЭМ-74 управлять
объектами не сможет, что исключает двойное управление.
При такой архитектуре возможно, как уже указывалось выше, частями
переводить управление подстанциями на АСДУЭ не мешая работе ТЭМ-74.
Уникальность такой системы состоит в том, что в России, а возможно и за
рубежом (отсутствует информация в литературных источниках) нет
аналогичных систем. Проще всего заменить старую телемеханику на новую
полностью, но в условиях кризиса в целях экономии средств и человекочасов, этот подход наиболее приемлем.
При этом необходимо разработать стратегию перевода старых систем
управления на АСДУЭ.
Для этого необходимо провести анализ парных сравнений в результате
которого определить оптимальное количество одновременно переводимых
подстанций, при таких ограничениях, как наличие свободного персонала для
дежурства на подстанции, наличие оборудование для перевода старой
телемеханики на АСДУЭ, время на проверку (ограничивается ночным
перерывом работы Московского метрополитена 2-3 часа), время на весь
49
перевод линии на АСДУЭ. На рисунке 2.3.1 приведена иерархия задачи при
замене старой телемеханики на АСДУЭ, где на нижнем уровне определено
количество подстанций для перевода на АСДУЭ за одну ночь. [54]
Замена старой телемеханики на
АСДУЭ
Персонал
Оборудование УСО
1
Время на проверку
Время на перевод линии
3
5
Рисунок 2.3.1. Иерархия задачи при замене старой телемеханики на
АСДУЭ.
Для расчета наиболее лучшего перевода старой телемеханики на
новую, необходимо составить матрицу парных сравнений, таблица 2.3.1.
Значения отношений критериев друг к другу взяты на основе
фундаментальной шкалы, представленной в таблице 2.2.1.
Таблица 2.3.1.
Фактор
Персонал
Оборудование
Время
УСО
проверку
на
Время на
Вектор
перевод
приоритетов
всей
линии
Персонал
1
2
1/4
5
0,249
Оборудование УСО
1/2
1
4
6
0,368
Время на проверку
4
1/4
1
8
0,333
1/5
1/6
1/8
1
0,05
Время на перевод всей
линии
Проведя парные сравнения и определив, что основными приоритетами
обладают такие критерии, как наличие оборудования УСО и ограничение
времени на проверку, то применив накопленный опыт пусконаладочных
работ по АСДУЭ и на его основе экспертный анализ, можно с уверенностью
50
сказать, что самое оптимальное количество для проверки за одну ночь
является 3 подстанции. [67]
Использование метода анализа иерархий позволило обеспечить выбор
оборудования и разработать механизм замены оборудования в условиях
непрерывной работы метрополитена. Кроме того, в работе обоснован подход
принятия решения по оптимизации управления в условиях реализации
управления при нештатных ситуациях работы технических и программных
средств управление метрополитена (учет рисковых ситуаций).
2.4
Когнитивный
подход
к
моделированию
и
управлению АСДУЭ с учетом рисковых ситуаций
При принятии решений в условиях неопределенности эксперты и
аналитики опираются на собственный опыт и интуицию, создавая
субъективную модель анализируемой ситуации, основанную на экспертных
оценках и знаниях. В этом случае анализ и поддержка принятия решений
основывается на методологии моделирования когнитивных карт.
В рамках методологии моделирования когнитивных карт решаются
задачи структуризации плохо определенной предметной области, построение
субъективной модели ситуации, получение прогнозов развития ситуации,
выработка рекомендаций по управлению ситуацией.
В настоящее время для анализа и поддержки принятия решений по
управлению плохо определенными ситуациями используется разные виды
когнитивных карт.
Термин когнитивная карта как модели представления знаний экспертов
о плохо определенных динамических ситуациях был предложен в работе
Аксельрода.
Как
модель
представления
знаний
когнитивная
карта
представляет собой однородную семантическую сеть, в которой множество
факторов связаны причинно-следственными отношениями двух типов:
положительная и отрицательная связи.
51
Положительная связь между факторами означает, что увеличение
фактора причины приводит к увеличению фактора следствия, а при
отрицательной связи – увеличение фактора причины уменьшает значение
фактора следствия. Когнитивная карта строится экспертным способом.
Эксперт выделяет множество факторов ситуации, причинно-следственные
отношения между ними, силу влияния факторов и их шкалы. Обычно
когнитивная карта представляется ориентированным графом.
В качестве признаков, классифицирующих когнитивные карты, в
работе [38] рассмотрены два признака. Первый признак - это метод
экспертного измерения параметров когнитивной карты, т.е. измерение
значений факторов ситуации или их изменений, а также силы причинной
связи между ними. Второй классифицирующий признак - это интерпретация
измеряемых параметров когнитивной карты.
Разнообразие когнитивных карт определяется различными способами
измерения параметров когнитивной карты и различной интерпретацией весов
дуг и значений факторов когнитивной карты. По этим двум признакам
выделены две большие группы когнитивных карт: детерминированные и
недетерминированные. При этом в каждой группе определяются знаковые,
количественные, качественные и нечеткие когнитивные карты (Рис. 2.4.1).
52
КОГНИТИВНЫЕ КАРТЫ
ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ
НЕДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ
НЕЧЕТКИЕ
КАЧЕСТВЕННЫЕ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ
ЗНАКОВЫЕ
НЕЧЕТКИЕ
КАЧЕСТВЕННЫЕ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ
ЗНАКОВЫЕ
Рисунок 2.4.1.
Кратко рассмотрим характеристики выделенных когнитивных карт. В
знаковых когнитивных картах факторы ситуации связаны причинноследственными отношениями, для которых определен только знак влияния:
положительный (+) или отрицательный (-). Детерминированные знаковые
когнитивные карты были предложены Р. Акселродом, недетерминированные
знаковые карты представлены качественными вероятностными сетями. В
количественных когнитивных картах определятся знак (+ или - ) и вес
влияния
w∈[-1,
+1],
определяющий
силу
причинной
связи.[62]
В
качественных когнитивных картах, значения факторов и веса дуг определены
на
упорядоченном
множестве
лингвистических
значений.
Недетерминированные нечеткие когнитивные карты можно отнести к
количественным когнитивным картам, если интерпретировать вес на дуге как
степень принадлежности. В детерминированных нечетких когнитивных
картах вес на дуге может быть задан лингвистическим значением из
множества
возможных
значений.
Интерес
представляют
нечеткие
когнитивные карты, основанные на правилах. Здесь определено множество
53
лингвистических
значений,
заданных
функциями
принадлежности
и
множество нечетких правил изменения значений факторов «Если…, То…».
Для анализа каждого вида когнитивной карты используются свои
методы анализа.
Методы анализа когнитивных карт и поддержки принятия решений
следующие: анализ влияний, анализ динамики изменения состояния (прогноз
развития ситуации); анализ устойчивости; сценарный анализ; поиск
управляющих
воздействий;
поддержка
объяснений,
оценивания
и
интерпретации прогнозов развития ситуации.
Анализ влияний в когнитивной карте направлен на определение знака
и силы непрямого и суммарного влияния между любой парой факторов
когнитивной карты. Наиболее известные методы анализа влияний в
когнитивных картах основаны на:
1. Структурном анализе когнитивной карты;
2. Каузальной алгебре Аксельрода, позволяющей определить только
знак влияния между факторами;
3. Гипотезе о том, что сила влияния между вершинами ослабевает с
увеличением длины пути, связывающего эти вершины.
4. Каузальной алгебре Б. Коско, позволяющей определить силу и
знак влияния в нечетких когнитивных картах влияния лингвистическим
значением.
При
анализе
динамики
изменения
состояния
ситуации
анализируется поведение ситуации - изменение значений всех факторов в
ответ на изменение значений некоторых из них – входных факторов. Для
анализа динамики задаются шкалы факторов, позволяющие выразить их
значение в числовом или лингвистическом виде.
Рассмотрим две группы моделей для анализа динамики изменения
состояния ситуации: недетерминированные и детерминированные модели
динамики.
54
1) В недетерминированных моделях динамики значения весов на дугах
когнитивной карты интерпретируется как степень неопределенности влияния
фактора на фактор. В этом случае, на вход когнитивной карты поступает
вектор степеней неопределенности изменения входных факторов, а на
выходе получаем прогноз в виде вектора степеней неопределенности
изменения значений всех факторов ситуации.
В зависимости от меры
неопределенности, используемой
при
построении и настройке когнитивной карты, используются три модели
вывода
прогноза
развития
ситуации.
Если
значения
на
дугах
интерпретируется как:
a) Условная вероятность, то для получения прогноза используется
правило вычисления вероятностей Байеса.
b) Коэффициенты уверенности, то правило вывода прогноза развития
ситуации предложено в работе.
c)
Степень
принадлежности,
то
для
вывода
используется
композиционное правило вывода Л. Заде [26].
2) В детерминированных моделях динамики веса на дугах когнитивной
карты интерпретируются как передаточные коэффициенты. В этом случае,
прогноз развития ситуации выражается в абсолютных значениях факторов,
как реакция на абсолютные изменения значений факторов из входного
множества. Рассматриваются три модели этого класса.
а) Модель, описывающая динамику ситуации системой конечноразностных уравнений.
b) Нечеткая модель динамики, основанная на правилах. Динамика
изменения состояния задается с помощью системы нечетких правил «Если,
То…». Нечеткий вывод может осуществляться на основе модели Мамдани
или Сугено.
с) Качественная модель динамики, основанная на правилах. В этой
модели для каждого фактора определено упорядоченное множество его
лингвистических значений. Динамика изменения состояния определяется
55
правилами, связывающими изменения значения фактора причины и фактора
следствия линейной зависимостью [38].
Анализ устойчивости когнитивных карт позволяет: во-первых,
верифицировать когнитивную карту, т.е. выявить те ошибки эксперта,
построившего карту, которые привели к ее неустойчивости; во-вторых, найти
структурные решения, т.е. решения направленные на изменение структуры
карты.
Поскольку
дуги
когнитивной
карты
отражают
законы
или
закономерности предметной области, то изменение карты интерпретируется
как решение по изменению этих законов, т.е. как структурные решения.
Для анализа устойчивости когнитивных карт используется метод,
основанный на представлении когнитивной карты (орграфа) в виде
обобщенной знаковой «розы», связывающей ее устойчивость со структурой.
Анализ обобщенной «розы» позволяет найти изменения структуры карты
(структурные решения), позволяющие добиться ее устойчивости.
Для графовых моделей, включающих большое число факторов и связей
между ними, применяется метод, основанный на нахождении и анализе
устойчивости сильных компонентов графа [38].
В работе [19] предложено анализировать устойчивость когнитивных
карт на основе полиэдрального анализа их структуры. В этой работе на
основе полиэдрального анализа проанализирована устойчивость типовых
структур когнитивных карт.
Сценарный анализ основан на сравнительном анализе поведения
ситуации при различных входных воздействиях. Он позволяет сгенерировать
сценарий и обосновать наиболее предпочтительный вариант развития
ситуации [40].
Поиск управляющих воздействий для перевода ситуации в целевое
состояние основывается на решении обратной задачи (inverse problem).
Методы решения обратной задачи для детерминированных когнитивных карт
разрабатывались в работе [45], для недетерминированных когнитивных карт
в работах.
56
Объяснение, оценивание и интерпретация прогнозов развития
ситуации направлены на верификацию когнитивной карты и поддержку
генерации управленческих решений, а также выбор лучших решений. В
работе [39] показано, что в качественных когнитивных картах, основанных
на правилах, объяснение сводится к нахождению пути в орграфе, имеющему
максимальное влияние. Для оценивания прогнозов развития ситуации в
работе [1; 38] предложена интегрированная модель динамики и оценки,
включающая качественную модель динамики, основанную на правилах и
иерархическую модель оценивания ситуации.
Для поддержки интерпретации прогнозов развития ситуации и
решений обратной задачи в работе предложено, прогнозы развития ситуации
и решения обратной задачи представлять в понятийной системе предметной
области и связывать их с обобщенными понятиями предметной области,
облегчающими интерпретацию прогнозов развития ситуации.
В процессе разработки систем поддержки принятия решений в
управлении нештатными ситуациями возникает ряд проблем, связанных с
трудноформализуемостью большинства его этапов. Эффективным решением
этой задачи является использование интуиции лица, принимающего решение;
мнения экспертов и аналитиков в сочетании с современными технологиями
интеллектуальной поддержки принятия решений с применением теории
нечетких множеств. Это позволяет структурировать и систематизировать
имеющуюся информацию, исследовать альтернативы решений и выбирать из
них оптимальные.
В целом процесс принятия управленческого решения по нештатным
ситуациям состоит из шести основных этапов:

анализ проблемы (исследование службы энергоснабжения
метрополитеном в направлении возможных внештатных ситуаций);

формулировка целей и задач (определение возможных рисковых
ситуаций);

выбор критериев и оценка их эффективности (возможные
нештатные ситуации в управлении энергоснабжением);
57

формирование множества альтернатив (варианты при приятии
решений);

анализ альтернатив (оценка эффективности выбранного
решения);

формирование управляющего воздействия (окончательный выбор
решения)
Каждый из перечисленных этапов можно разделить на ряд задач,
которые
возможно
решать
параллельно,
а
характер
их
решений
итерационный. Для решения этих задач существуют подходы, основанные на
математической теории принятия решений. Часть задач решается на
приближенном, качественном уровне, с помощью интуиции и нестрогих
рассуждений.
При построении моделей задач управления нештатными ситуациями
возникает сложность: статистическое наблюдение либо аналитическое
описание зависимостей между входными и выходными параметрами
затруднено либо зачастую невозможно. В итоге приходится прибегать к
субъективным
моделям,
основанным
на
экспертной
информации,
обрабатываемой с привлечением логики, рассуждений, интуиции и эвристик.
Научным направлением, лежащим в основе исследования задач
оптимального управления нештатными ситуациями, является методология
когнитивного анализа, при котором эффективным инструментом являются
нечеткие когнитивные карты (НКК), хорошо зарекомендовавшие себя в
задачах исследования структуры модели системы учета нештатных ситуаций
и
получения
прогнозов
ее
развития
при
различных
управляющих
воздействиях, с целью эффективной стратегии управления.
Преимущества применения когнитивных карт:

отсутствует
необходимость
предварительной
спецификации
концептов и отношений влияния;

имеется возможность наглядного представления моделируемой
предметной области внутри системы;
58

конструктивность,
наглядность
и
относительная
простота
интерпретации с их помощью причинно-следственных связей (отношений)
между концептами;

интегрированность с методами оценок результатов анализа.
Управление
рисками
–
комплекс
мероприятий,
включающих
мониторинг, анализ, идентификацию и уменьшение рисков с целью
снижения
отклонения
фактических
показателей
реализации
проекта
управления метрополитеном от их запланированных значений. Алгоритм
действия при реализации процесса управления рисками выглядит в виде
следующей последовательности: анализ рисков, идентификация риска,
мероприятия по снижению рисков, разработка методов реагирования на риск,
контроль реагирования на риск. Алгоритм цикличен за счѐт обратной связи –
при появлении отклонений данные предаются для повторного анализа и
последовательность повторяется. В процессе управления рисками задача
принятия решений первостепенна на протяжении всей последовательности
этапов этого процесса, но по причине высокой неопределѐнности возможны
потери в оперативности решения проблем. Алгоритм действия при
реализации
процесса
управления
рисками
начинается
со
стадии
идентификация риска – выявления основополагающих причин и факторов,
связанных с ситуацией, требующей решения. Сложность заключается в
размытости, нечѐткости и противоречивости представлений о причинах и
возможных способах изменения ситуации. Диагностику рисков затрудняет
динамика внешней и внутренней среды, а так же ограниченные временные
ресурсы. Процесс подготовки и принятия решений, как правило, является
групповой
деятельностью.
субъективное
Каждый
представление
о
участник
проблемной
этого
процесса
ситуации,
имеет
исходя
их
«собственных» знаний, понижая, тем самым, степень согласованности при
определении альтернативы. Таким образом, подготовку и принятие решений
в задачах управления следует рассматривать как сложный интеллектуальный
процесс разрешения проблем, несводимый, исключительно, к рациональному
59
выбору. Поэтому для поддержки процесса необходимы новые походы к
методам идентификации и решения проблем, особенно на ранних этапах
подготовки управленческих решений.
Когнитивный подход к моделированию и управлению направлен на
разработку
формальных
моделей
и
методов,
поддерживающих
интеллектуальный процесс идентификации и решения проблем благодаря
учѐту в этих моделях и методах когнитивных возможностей (восприятие,
представление, познание, понимание, объяснение) субъектов управления при
решении управленческих задач. В задачах управления рисками когнитивное
моделирование – это исследование развития и функционирования ситуаций
посредством построения модели на основе когнитивной карты. В этой
модели
когнитивная
карта
отражает
субъективные
представления
исследуемой проблемы, ситуации, связанной с еѐ функциональными
особенностями. Основными элементами когнитивной карты являются
базисные факторы и причинно-следственные связи между ними. Базисные
факторы определяют явление и процессы в ситуации и окружающей еѐ среде
и идентифицированы субъектом управления как существенные, ключевые
параметры. Когнитивная карта представляет собой ориентированный граф:
G=(V,E,F.w),
(3)
Где, V – множество вершин, вершины факторы
Vi ∈ V,i=1,2,…k являются элементами исследуемой системы.
E – множество дуг, дуги ij ∈ E,i,j =1,2,….n отражают взаимосвязи
между вершинами Vi и Vj.
F – множество знаков дуг, F = {+,-,0}, т.е. влияние Vi и Vj может быть
положительным, отрицательным или отсутствующим.
W – множество весов, которые определяют силу влияния между
вершинами.
Анализ когнитивной карты позволяет определить структуру
проблемы, найти значимые факторы, влияющие на неѐ, оценить воздействие
факторов друг на друга. Если в когнитивной карте выделены целевые и
60
входные факторы, на которые можно воздействовать, круг решаемых задач
включает оценку достижимости целей, разработку сценариев и стратегий
управления для достижения этих целей и поиск управленческих решений.
Задачи анализа ситуаций в процессе управления рисками на основе
когнитивных
карт
можно
разделить
на
два
типа:
статические
и
динамические.
Статический анализ выделяет факторы с наиболее сильным влиянием
на целевые факторы, то есть те факторы, значение которых требуется
изменить. Динамический анализ лежит в основе генерации возможных
сценариев развития ситуации во времени. Таким образом возможности
решения задач анализа в процессе управления рисками определяются типом
используемых моделей – статических или динамических. Для проведения
обоих видов анализа, как правило, используется математический аппарат
двух типов: аппарат линейных динамических систем и аппарат нечеткой
математики. Процесс моделирования заключается в определении изменений
значений факторов во времени, что задается формулой:
  + 1 =   +
 ∈
(  −   − 1 ) ,  = 1, … . , .
(4)
Где xi(t+1) b xi(t)– значение i–ого фактора в момент времени t+1 и t
соответственно, xi(t) –xi(t-1)=∆xi(t)– значение i–ого фактора в момент xj в
момент времени t, aij –вес влияния фактора xj на фактор xi,1i– количество
факторов, непосредственно влияющих на фактор xi.
Применение когнитивного моделирования целесообразно в задачах
управления
рисками
в
работе
метрополитена.
Применение
метода
когнитивного моделирования в процессе управления рисками при ситуации с
высокой
степенью
неопределенности,
позволит
адекватно
учесть
взаимодействие и взаимовлияние факторов внутри систем, что приведѐт к
существенному повышению качества управленческих решений в условиях
повышенного риска.
61
В процессе анализа когнитивных карт появляется возможность
оперативно
повысить
понимание
проблемы,
улучшить
качество
и
обоснованность принимаемых решений. Кроме того, когнитивная карта
является удобным средством для изменения устоявшихся стереотипов,
способствует генерации новых точек зрения. С использованием когнитивных
карт,
строится
алгоритм
электроснабжения
учета
метрополитена.
рисковых
На
основе
ситуаций
в
работе
изложенной
теории
представленных алгоритмов и методов интеллектуальной поддержки
принятия решений на основе нечетких когнитивных карт был спроектирован
и представлен в работе алгоритм учета интеллектуального управления
рисковых ситуаций на основе нечеткого когнитивного анализа.
На рисунке 2.4.2 представлен процедура учета рисков. На первом этапе
эксперты заносят необходимую информацию о рисках в базу знаний и на
основе этой информации происходит анализ о возникновении той или иной
ситуации, далее эта информация обрабатывается и выводится сообщение для
лица принимающего решение о необходимости реагирования на внештатную
ситуацию.
Получение информации для обработки базы знаний происходит на
основе данных, получаемых с видеосредств установленных на всех станциях
метрополитена и автоматизированной системы диспетчерского управления
энергоснабжением.
Использование
данной
информации
обеспечивает
решения задач мониторинга и учета нештатных ситуаций на основе данных,
которые базируются на использовании методов обработки изображений и
анализа
состояния
оборудования
энергоподстанции,
что
позволяет
сформировать базу данных когнитивной карты, содержащую информацию об
объектах и явлениях на станциях метрополитенов. В результате обработки
указанной информации формируется база знаний которая позволяет
определять, модифицировать и пополнять знания об обстановке на станциях
метро. Основными процедурами приобретения знаний на основе анализа
видео-снимков является классификация, сегментация и распознавание,
62
которая является основной технологией получения обработки знаний.
Предложенная технология получения и обработка знаний об обстановке на
станциях
метрополитена
на
основе
данных
видеокамер
позволяют
рассматривать проблему анализа снимков как единую базу данных знаний,
используемую
в
метрополитена
на
дальнейшем
основе
в
алгоритме
улучшения
учета
качества
и
рисков
работы
обоснованности
принимаемых управленческих решений.
В качестве основы для построения когнитивной модели учета рисковых
ситуаций
в
Московском
метрополитене
наиболее
целесообразным
представляется использование нечетких когнитивных карт Силова. Данный
вид когнитивных карт обеспечивает более высокую точность моделирования
по сравнению с классическими, знаковыми когнитивными картами,
поскольку он позволяет использовать не только качественные, но и
количественные характеристики, учитывать мнение нескольких экспертов,
выполнять генерацию и отбор управляющих стратегий и осуществлять их
динамическое моделирование [92].
Нечеткая когнитивная карта В.Б. Силова представляет собой причинноследственную сеть, имеющую вид: G = < E, W >,
где E = {e1, e2, …, en} – множество факторов (называемых
концептами), W – бинарное отношение на множестве E, которое задает набор
связей между его элементами. Данную причинно-следственная сеть будем
называть когнитивной картой моделируемой системы.
Элементы ei и ej считаются связанными отношением W (обозначается
( , )∈W или  W ), если изменение значения концепта ei (причины)
приводит к изменению значения концепта ej (следствия). В соответствии с
терминологией когнитивного моделирования, в этом случае говорят, что
концепт ei оказывает влияние на концепт ej. При этом, если увеличение
значения концепта-причины приводит к увеличению значения концептаследствия, то влияние считается положительным («усиление»), если же
значение уменьшается – отрицательным («торможение»). Тем самым,
отношение W можно представить в виде объединения двух
непересекающихся подмножеств W= +∪ −, где  + – множество
положительных, а  − – множество отрицательных связей. Сами концепты
63
при этом могут задаваться как качественными показателями, такими как
востребованность специалистов, так и количественными – численностью
населения, стоимостью и т.п.
Понятие нечеткой когнитивной карты Силова представляет собой
расширение классического понятия когнитивной карты, основанное на
весьма естественном предположении о том, что взаимовлияния между
концептами
могут
различаться
по
интенсивности,
и
кроме
того,
интенсивность любого влияния может изменяться с течением времени. Для
учета данного обстоятельства вводится показатель интенсивности влияния, и
от «обычного» (классического) отношения мы переходим к нечеткому
отношению W, элементы wij которого характеризуют направление и степень
интенсивности (вес) влияния между концептами ei и ej: wij = w(ei , ej),
где
w
–
нормированный
показатель
интенсивности
влияния
(характеристическая функция отношения W), обладающий следующими
свойствами:
a) -1≤ ≤1;
б) wij = 0, если ei не зависит от ej (влияние отсутствует);
в) wij = 1 при максимальном положительном влиянии ei на ej, т.е. когда
любая реализация изменений в системе, связанных с концептом ej,
однозначно определяется действиями, связанными с концептом ei;
г) wij = –1 при максимальном отрицательном влиянии, т.е. когда любая
реализация изменений, связанных с концептом ej, однозначно сдерживается
действиями, связанными с концептом ei;
д) wij принимает значение из интервала (–1, 1) при промежуточной
степени положительного или отрицательного влияния.
Легко видеть, что нечеткая когнитивная карта отражает весьма
наглядное представление о проблеме в виде взвешенного ориентированного
графа,
вершины
которого
соответствуют
элементам
множества
E
(концептам), а дуги – ненулевым элементам отношения W (причинноследственным связям). Каждая дуга имеет вес, задаваемый соответствующим
значением wij. Само отношение W представимо в виде матрицы размерности
64
nxn (где n – число факторов в системе), которая может рассматриваться как
матрица смежности данного графа и называется когнитивной матрицей.
В нечеткой когнитивной карте, описывающей выделяют следующие
типы концептов:

целевые, значения которых необходимо привести в требуемое
состояние (или максимально к нему приблизить);

управляемые, значения которых поддаются непосредственному
контролю со стороны ЛПР;

промежуточные,
значения
которых
не
поддаются
непосредственному контролю и определяются только изменением значений
концептов-причин;

внешние, на значение которых возможно влияние со стороны
внешних по отношению к системе факторов.
Состояние системы в текущий момент времени определяется набором
значений всех ее концептов. Целевое состояние задается вектором значений
множества целевых концептов.
В результате анализа рассматриваемой предметной области экспертами
были выделены следующие факторы (концепты), оказывающие наиболее
сильное влияние на возникновение рисковых ситуаций на Московском
метрополитене: «1. Пассажиропоток», «2. День недели», «3. Износ
подстанционного оборудования (время, прошедшее с последней замены или
профилактического ремонта)», «4. Количество станций на линии (радиусе)».
При формировании нечеткой когнитивной карты была принята гипотеза, что
все факторы взаимозависимы, что позволяет построить полносвязную
когнитивную карту. В дальнейшем было принято ограничение, что факторы
«1. Пассажиропоток», и «3. Износ подстанционного оборудования (время,
прошедшее с последней замены или профилактического ремонта)», а также
«2. День недели» и «4. Количество станций на линии (радиусе)» не
оказывают непосредственного влияния друг на друга. В выполненном
65
исследовании для определения весов связей между факторами нечеткой
когнитивной карты (НКК) было принято решение использовать результаты
статистического анализа за 2013 год. В результате была получена матрица
приоритетов, приведенная в таблице 2.4.1 и нечеткая когнитивная карта,
показанная на рисунке 2.4.2.
Таблица 2.4.1
Нечеткая когнитивная матрица
Факторы
1. Пассажиропоток
2. День недели
3. Износ подстанционного оборудования
(время, прошедшее с последней замены
или профилактического ремонта)
4. Количество станций на линии (радиусе)
1
1
1/2
1/4
2
2
1
6
3
4
1/6
1
4
5
4
8
приоритет
0,464
0,14
0,344
1/5
1/4
1/8
1
0,052
Из таблицы видно, что наиболее приоритетным фактором является
«Пассажиропоток» → «Износ подстанционного оборудования (время,
прошедшее с последней замены или профилактического ремонта)» → «День
недели» → «Количество станций на линии (радиусе)».
Пассажиропоток
День недели
Износ
подстанционного
оборудования
Количество
станций на
линии
Рисунок 2.4.2 Нечеткая когнитивная карта
66
Эксперт 1
...
Эксперт n
Нечеткая
когнитивная карта
(программноаппаратный
продукт)
База данных
Интерфейс
вывода
информации
для ЛПР
Алгоритм анализа
рисков
Пропало
напряжение на
подстанции
Незапланиров
анная подача
напряжения
Обрыв линии
связи с
подстанцией
Рисунок 2.4.3. процедура учета рисков
В дальнейшем этот подход можно будет применить для перехода в
управлении движением метрополитена от графиков (движение поездов
соответствует графикам) к интервальному (адаптивному, когда интервалы
движения поездов будут задаваться на основе анализа пассажиропотока)
движению, что позволит сократить интервал движения поездов до 30 секунд
в часы пик, что особенно актуально, так как в последнее время Московский
метрополитен
быстро
развивается
и
соответственно
пассажиропоток
увеличивается.
2.5
Продление ресурса оборудования с использованием
экспертно-диагностической системы
В последнее время все больше специалистов в электроэнергетике
67
выступает за переход от системы планово-предупредительных ремонтов
оборудования к ремонтам по его техническому состоянию и оценке рисков.
И если необходимость такого перехода кто-то готов оспорить, то
невозможность осуществления данного процесса без точной и своевременной
диагностики оборудования уже не поддается сомнению.
Проведение эффективной диагностики оборудования как выполнение
далеко не тривиальной задачи требует не только знаний и определенных
психологических качеств от персонала, но и богатого практического опыта.
Во многом решить задачи, которые ставит перед нами диагностика,
помогают системы искусственного интеллекта (ИИ) – сегодня они становятся
естественным и необходимым инструментом работы. [5]
Внедрение корпоративных информационных систем на базе экспертнодиагностических,
способствует
обучению
персонала
и
росту
его
дисциплинированности, сокращению времени на составление отчетов и
анализ
ситуации,
повышает
оперативность,
надежность
и
качество
принимаемых решений. С ростом интеллектуальности информационных
систем повышается уровень обобщения информации, степень сложности
решаемых задач, увеличивается отдача от их внедрения и влияние на работу
предприятия в целом.
Использование информационных технологий в производственном
процессе эксплуатации электрооборудования, включая его диагностику, это
реальность, обусловленная как современными тенденциями развития
энергетики,
так
и
необходимостью
более
эффективной
работы
электроподстанций в целом. Успешность работы предприятия во многом
определяется эффективностью его работы с циркулирующей в нем
информацией,
подразумевающей
оперативность,
достоверность,
всесторонность, глубину и степень обработки данных.
Применение информационных технологий (ИТ) в разработке и
организации технической политики электроснабжения можно разделить на
четыре уровня, соответствующих уровням их исторического развития. Ниже
68
приводятся сведения , определяющие обобщение информации и полезный
эффект от их использования:

создание баз данных (БД) для упорядоченного хранения
информации;

создание программ, автоматизирующих рабочее место (АРМ) для
автоматизации легко формализуемых действий персонала по анализу
оперативных данных;

использование систем ИИ для решения тактических задач
(диагностика
оборудования,
планирование действий
персонала,
прогноз хода событий, обучение персонала);

использование систем ИИ для решения стратегических задач
(анализ структуры эксплуатационных затрат, состава и технического
состояния парка оборудования электроподстанций, автоматизация
элементов научных исследований с целью получения новых знаний).
Каждый
уровень
обладает
своими
функциональными
и
информационными особенностями, своим уровнем обобщения, анализа и
защищенности информации в соответствии с существующей иерархией
организации эксплуатации электрооборудования.
При использовании экспертно-диагностической системы в качестве
корпоративной ее работа делится на 3 функциональных уровня:
- производственное отделение (службы изоляции производственного
отделения);
- управление филиала (диагностическая служба или служба
технической эксплуатации и хим.лаборатория филиала);
- управление МРСК (службы, отвечающие за вопросы оценки
технического состояния оборудования).
Ниже приведены задачи функциональных уровней и реализующие их
структурные части экспертно-диагностической системы.
Первый уровень (производственные отделения):
69

заполнение
БД
основного
оборудования
паспортными
характеристиками и оперативной информацией;

выполнение необходимых расчетов, верификация оперативной
информации;

сравнение значений контролируемых параметров и динамики их
изменения с нормированными значениями (тестовый этап диагностики), а
также первичная оценка технического состояния оборудования;

проведение
экспертно-диагностической
системы
глубокой
диагностики оборудования, не прошедшего тестовый этап. При этом
указывается характер дефекта, степень его опасности, (по возможности)
локализация, составляются рекомендации по дальнейшей эксплуатации
объекта
с
указанием
объемов и
(по
возможности)
сроков,
видов
дополнительного контроля, ремонта и др. эксплуатационных мероприятий,
изменению режимов работы;

планы
верстка годовых планов эксплуатационных мероприятий (в т.ч.
измерений),
их
мониторинг,
составление
планов-заданий
измерителям;

составление
и
экспорт
на
верхние
уровни
отчетов
по
характеристикам и техническому состоянию парка основного оборудования,
проведенным
эксплуатационным
мероприятиям,
ремонтам,
сводок
оборудования, находящегося на учащенном контроле.
Второй уровень (управление филиала):

проведение с помощью экспертно-диагностической системы
функциональной комплексной диагностики ответственного оборудования,
находящегося на контроле;

мониторинг выполнения планов проведения эксплуатационных
мероприятий службами 1-го уровня;

проведение с помощью экспертно-диагностической системы
статистического
анализа
технико-экономических
показателей
парка
70
основного
оборудования
электроподстанции
и
проведенных
эксплуатационных мероприятий. Выявление на основании этого анализа
слабых мест в организации эксплуатации оборудования;

выявление оборудования, подлежащего замене (модернизации) с
точки зрения технико-экономических показателей; составление и экспорт на
верхний уровень отчетов по характеристикам и техническому состоянию
парка
оборудования,
проведенным
эксплуатационным
мероприятиям,
ремонтам, сводок оборудования, находящегося на учащенном контроле, в
целом по подстанции.
Третий уровень (управление МРСК):

проведение с помощью экспертно-диагностической системы
статистического анализа отказов и повреждений оборудования и его узлов,
технико-экономических показателей парка оборудования и уровня его
эксплуатации в целом по корпорации;

выявление слабых мест в эксплуатации оборудования на
основании проведенного анализа;

выбор оборудования, подлежащего замене (модернизации) с
точки зрения технико-экономических показателей, определение направлений
инвестирования;

определение
и
корректировка
стратегии
эксплуатации
и
диагностики оборудования в целом по компании;

автоматизация
некоторых
этапов
научных
исследований:
уточнение предельно-допустимых значений контролируемых параметров или
расчет предельно-допустимых значений параметров.
С ростом уровня развития ИТ увеличивается отдача от их применения,
повышается уровень обобщения информации, степень сложности решаемых
задач и влияние на работу предприятия в целом. Если эффект от
использования БД – это повышение порядка и дисциплины при занесении
первичной информации, уменьшение времени на составление отчетов, поиск
71
необходимых
данных,
то
эффект
от
использования
экспертно-
диагностических систем – это еще и уменьшение ошибок персонала при
анализе информации, повышение оперативности, надежности и качества
принимаемых
решений,
тиражирование
опыта
экспертов,
обучение
персонала. Кроме того, повышается достоверность первичной информации,
так как система осуществляет верификацию измеренных параметров.
Поэтому очевидно, что в настоящее время уже нецелесообразно и
неэкономично разрабатывать и внедрять БД и АРМ в прежнем виде.
Внедрение ИИ в систему энергоснабжения Московского метрополитена
можно отнести к системам четвертого уровня ИТ. Система состоит из
следующих основных частей:

базы данных (БД);

подсистемы подготовки и верификации информации;

базы знаний (БЗ);

подсистемы планирования и мониторинга эксплуатационных
мероприятий;

подсистемы
анализа
состава
и
технико-экономического
состояния оборудования;

подсистемы анализа повреждаемости оборудования;

подсистемы получения новых знаний.
Система способна диагностировать 6 типов маслонаполненного
оборудования по результатам 7 видов измерений:

хроматографическому анализу растворенных в масле газов
(ХАРГ);

физико-химическому анализу масла (ФХА);

измерениям изоляционных характеристик;

омическому сопротивлению обмоток;

сопротивлению короткого замыкания;

результатам опыта холостого хода;
72

Для
удельному объемному сопротивлению масла.
эффективного
функционирования
систем
искусственного
интеллекта (ИИ) необходимо учитывать, что жизненный цикл таких систем
состоит из стадии внедрения и сопровождения. Внедрение заключается в
привязке системы к реальной рабочей среде, обучении пользователей работе,
организации работ по внедрению. Кроме того, необходимо обеспечить
мотивацию персонала, т.к. период внедрения связан с возрастанием нагрузки
на персонал при заполнении БД за несколько лет.
Стадию внедрения можно считать законченной, когда изменится
характер труда пользователя, и система ИИ будет восприниматься как
необходимый рабочий инструмент.
Существование стадии сопровождения систем ИИ обусловлено рядом
причин.
Во-первых, База знаний – наиболее динамичный компонент и меняется
в течение всего жизненного цикла. Постоянно обновляемая, дополняемая
разработчиками база знаний – это квинтэссенция опыта специалистов многих
энергосистем,
научно-исследовательских
организаций,
производителей
оборудования. При регулярном обновлении базы знаний систем ИИ в местах
эксплуатации происходит рост квалификации персонала за счет расширения
кругозора и получения результатов передового коллективного опыта работы.
Во-вторых,
мы
убедились,
насколько
зависит
эффективность
использования информационных технологий от человеческого фактора.
Требования к пользователю таких систем, как экспертно-диагностическая
система достаточно высоки:

для
специалистов
первого
уровня
функционирования
(производственные отделения) – это глубокое, всестороннее знание методов
и средств диагностики, знание тонкостей измерений и основ планирования и
экономики;

для специалистов второго уровня функционирования (управление
73
филиала) – это аналитический склад ума, глубокое всестороннее понимание
как вопросов диагностики, так и вопросов менеджмента и экономики. [78]
Таким образом, в условиях постоянного дефицита средств на
реконструкцию,
ремонт
требованиях
стабильной
к
экспертно-диагностической
и
техническое
работе
системы
обслуживание,
при
электрооборудования,
повысит
жестких
внедрение
надежность
работы
маслонаполненного электротехнического оборудования за счет ранней и
точной диагностики передовыми методами, а также выработки рекомендаций
по своевременному проведению операций техобслуживания оборудования.
Использование
интеллекта
экспертных
систем
не
требует
дополнительного финансирования и продлевает ресурс оборудования, что
особенно ценно в условиях финансового кризиса. Внедрение системы
повышает оперативность работы и контроль за своевременным проведением
необходимых эксплуатационных мероприятий.
Выводы
Были проанализированы и обоснованы пути построения АСДУЭ как
для вновь построенных подстанций электроснабжения так и уже работающих
под управлением старых систем управления.
На основе теории поддержки принятия решений было обоснованно
применение конкретного оборудования и проанализирован лучший вариант
замены старой телемеханики на АСДУЭ с наименьшими финансовыми и
человеческими затратами.
Рассмотрен и обоснован когнитивный подход к учету рисковых
ситуаций, что позволит значительно повысить безопасность и оперативность
управления метрополитена.
Была рассмотрена экспертно-диагностическая система для продления
ресурса оборудования и перехода от плановых профилактических работ к
работам по необходимости. Доказана эффективность этой системы.
74
3. Состав и структура комплекса технических средств
автоматизированной
системы
диспетчерского
управления энергоснабжением
АСДУЭ представляет собой двухуровневую систему управления со
100% горячим резервированием (рисунок 3.1).
Инженерный Корпус
ДПЭ
Верхний
уровень
КТС
отображения
АРМ ДПЭ
Рабочее место
анализа
состояния сети
CC
Рабочее место
формирования и
обработки базы
знаний
ВОЛС
КА
ВОЛС
Нижний уровень
ТППЛ-121
RS-485
КТС УСО
ТУ
ТС
ТИ
КА
RS-485
ТППЛ-122
КТС УСО
ТУ
ТС
ТИ
КА
ППЛ-152
Ул. Горчакова
Бунинская аллея
КА
КА
ВОЛС
ВОЛС
КА
Б-р адмирала
Ушакова
Ул. Скобелевская
ВОЛС
Старокачаловская
RS-485
ППЛ-153
КТС УСО
ТУ
ТС
ТИ
RS-485
КТС УСО
ТУ
ТС
ТИ
ТППЛ-123
RS-485
КТС УСО
ТУ
ТС
ТИ
Рисунок 3.1. Схема комбинированная структурная КТС АСУ ДПЭ на
примере Бутовской линии.
Нижний
уровень
–
уровень
контролируемых
пунктов
(КП)
обеспечивает взаимодействие с объектами управления.
В зависимости от исполнения один КП обеспечивает:
сбор до 192 дискретных и 32 аналоговых сигналов;
выдачу до 96 дискретных сигналов управления.
Предназначены для взаимодействия с объектами, в которых к каждому
контроллеру может быть подключено от нескольких десятков до нескольких
75
сотен точек обслуживания в зависимости от типов установленных в
контроллере модулей, а также для работы в условиях промышленного
производства и имеют пылевлагозащитный корпус со степенью защиты IP65.
Эксплуатируются разработанные модули обработки информации
(процессорные модули, обладающие совместимостью с персональными
компьютерами класса IBM PC/AT, и процессорные модули на основе RISCархитектуры),
модули
ввода
сигналов
(аналоговых,
дискретных
и
числоимпульсных), модули вывода сигналов (аналоговых и дискретных),
коммуникационные модули, терминалы для ручного оперативного вводавывода информации. Все модули ввода и вывода сигналов связаны гибкими
шлейфами с кроссовыми модулями, на зажимы которых подводятся кабели
от объекта управления. [3]
Модульная архитектура позволяет компоновать контроллеры без
избыточности, учитывая требования конкретных задач.
Обмен информацией с КП осуществляется по двум каналам локальной
сети в соответствии с интерфейсом RS – 422/485. Обеспечивающий ввод
состояния 192 датчиков типа «сухой контакт» и 32 датчиков аналоговых
сигналов 4-20 мА, анализ принятой информации и ее передачу на верхний
уровень системы управления в соответствии с требованиями интерфейса RS485. В герметизированном настенном шкафу размером 800х600х220 мм
размещены: крейт на 12 мест для установки модулей, 16 кроссовых колодок
для подключения под зажим кабелей от датчиков, фильтр.
В крейте установлены: IBM РС/AT-совместимый модуль центрального
процессора: 6x32 - канальных модулей ввода дискретных сигналов , 2 16канальных модуля аналогового ввода и источник питания ИП-24, на который
через фильтр подается напряжение 24В от внешнего источника.
Контролируемые пункты российского производства. В конструктиве
отсутствуют вентиляторы для охлаждения, что повышает срок службы
оборудования, особенно в помещениях с высоким содержанием пыли и
76
других мелких частиц, выделяемых в процессе работы электрооборудования,
и не издает шумов, что немаловажно для обслуживающего персонала. Имеет
защиту от выдачи ложных сигналов, а именно дребезжания контактов при
вибрации. Защиту от подачи управляющего воздействия на объект
управления (программная реализация). [48]
Верхний уровень – уровень серверного ядра и автоматизированных
рабочих мест диспетчеров осуществляет сбор, обработку и визуализацию
данных, поступающих от КП, выдачу управляющих воздействий на объекты
управления, ведение архива и мониторинг состояния системы.
Оборудование верхнего уровня выполнено на базе высоконадежных
промышленных компьютеров. При этом оборудование не зависит от типа
управляемых объектов, и уровень серверов и АРМов общий как для старых
систем управления (ТЭМ-74, ПТК-ТЛС), так и для АСДУЭ.
Связь между компьютерами осуществляется с помощью технологии
Fast Ethernet и включает в себя две независимые подсети. Все системы
АСДУЭ объединены в единую локальную сеть, что упрощает контроль
работающего оборудования и способствует своевременному обнаружению и
предотвращению сбоев системы.
Связь между верхним и нижним уровнями может осуществляться по
ВОЛС[12] или по выделенным физическим линиям связи.
Для организации ВОЛС применяется канальная аппаратура разработки
НИИВК, обеспечивающая построение шинной или древовидной топологии
сети и позволяющая организовать до 64 независимых каналов в одном
оптическом тракте с интерфейсом RS – 422/485 и скоростью передачи
данных до 115,2 Кбит/с на один канал.
Допустимая удаленность объекта автоматизации от диспетчерского
центра без применения повторителей по ВОЛС – 50 км, по физическим
линиям связи - 10 км.
Сервер связи (СС) предназначен для:
а) организации из помещения серверной метрополитена циклического
опроса контролируемых пунктов, установленных на энергоподстанциях
77
линии метрополитена, а также систем сопряжения со старой телемеханикой.
Входящих в состав комплектов технических средств, устройств сопряжения с
объектами (КТС УСО);
б) архивирования в RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) массиве всех данных, поступающих в виде команд телеуправления на
объекты управления, и сигналов телесигнализации от объектов управления.
в) организации обмена данными между КТС УСО и КТС АРМ ДПЭ.
Комплекс технических средств сервера связи (КТС СС) представляет
собой рабочую станцию, в состав которой входят:
- резервируемый
горячим
дублированием
файл-сервер
с
RAID-
массивом на базе процессора PENTIUM-4 и выше;
- резервируемый горячим дублированием сетевой коммутатор.
Электропитание комплекта осуществляется от сети переменного тока
напряжением (220 +22, –33) В, частотой (50 + 1) Гц. Суммарная
потребляемая мощность не более 1000 ВА.
Время гарантированной работы КТС СС при пропадании напряжения
питания в сети переменного тока 220В - не менее 10 минут.
Автоматизированное
энергоснабжения
(АРМ
рабочее
ДПЭ)
место
диспетчерского
предназначено
для
пункта
построения
высоконадежной резервированной системы диспетчерского управления
энергоподстанциями Московского метрополитена. Выполняет функции по
передаче команд управления от диспетчера к серверу связи, объединение
разных систем управления на одном рабочем месте диспетчера, отображение
состояний объектов подстанций, вывода на экран телеизмерений, а также
ведение архива произошедших событий и действий диспетчера.
КТС АРМ ДПЭ представляет собой рабочую станцию с выносными
дисплеями,
содержащую
два
взаимно
резервированные
горячим
дублированием компьютера на базе процессора PENTIUM 4 и выше.
Электропитание комплекса осуществляется от сети переменного тока
напряжением (220 +22, –33)В, частотой (50 + 1)Гц. Потребляемая мощность
78
не более 500 ВА. Время гарантированной работы
КТС АРМ ДПЭ при
пропадании напряжения питания в сети переменного тока 220 В - не менее 10
минут.
Комплекс технических средств отображения (КТС отображения)
предназначен для отображения на обзорном видеотабло, общей картины,
состояния объектов службы энергоснабжения линии метрополитена, и
выдачи справочной информации. А также, при необходимости может
выполнять функции АРМа, на время проведения профилактических работ,
либо ремонта автоматизированного рабочего места.
КТС отображения представляет собой рабочую станцию на базе
процессора PENTIUM-4 и выше, видеотабло (возможно использование
нескольких широкоформатных мониторов 24‖ и больше) и принтера.
Электропитание комплекта осуществляется от сети переменного тока
напряжением (220 +22, –33) В, частотой (50 + 1) Гц. Потребляемая мощность
не более 500 ВА. Время гарантированной работы КТС отображения при
пропадании напряжения питания в сети переменного тока 220 В - не менее 10
минут.
3.1
Состав и технические показатели системы
АСДУЭ имеет следующие технические показатели:
- время наработки на отказ при дублировании по схеме горячего
резерва составляет не менее 100 000 часов при времени восстановлении
вышедшего из строя ресурса - 1 час;
- время выдачи ТУ (реактивность) не более 1.5с, время реакции на
запрос не более 1с;
- количество принимаемых и обрабатываемых ТС - 5х192, ТИ – 32 (два
взаимно резервируемых КП на каждой станции);
- количество выдаваемых ТУ – 96 (два взаимно резервируемых КП на
каждой станции);
79
- электропитание комплекса осуществляется от сети переменного тока
с напряжением (220 +22, –33) В и частотой (50 + 1) Гц;
- общая потребляемая мощность КТС АРМ ДПЭ и КТС СС не более
2000 ВА;
- потребляемая мощность одного КТС УСО на каждой подстанции – не
более 600 ВА;
- время гарантированной работы КТС АСУ ДПЭ при пропадании
напряжения питания в сети переменного тока 220В - не менее 10 минут.
Каждый полукомплект КТС АРМ ДПЭ располагается в стойке
(рисунок 3.1.1)
Кнопка переключения
комплектов А и Б
Шкаф ZPAS
763х600х800
Компьютер P4 2.4 ГГц
высота 4U
DataGeneral
SD
Smart
UPS
ИБП Smart UPS 1000 ВА
высота 2U
w
w
w
.apcc.com
Место подводки
кабелей
Цоколь
* Высота 1U (Unit) составляет 44,5 мм.
Рисунок 3.1.1. Расположение технических средств, размещаемых в
шкафу АРМ ДПЭ.

Компьютер с процессором Intel Pentium 4 или выше, КЭШ -
памятью 512Кбайт, ОЗУ 512Мбайт или больше, двумя "жесткими" дисками
по 75Гбайт, гибким диском 1.44Мбайт, DVD-RW, одним последовательным
интерфейсом RS-232, двумя контроллерами Ethernet, видеоконтроллером
SVGA (32 Мбайт).

ИБП на 1000 ВA.
80

Кнопка переключения между комплектами А и Б (располагается
только в стойке АРМа А).
Каждый полукомплект АРМ ДПЭ также включает в себя монитор 24" с
широкоформатным
экраном,
клавиатуру
и
манипулятор
мышь
располагающиеся на рабочем месте диспетчера.
Вид системных блоков АРМ ДПЭ со стороны разъемов представлен на
рисунке 3.1.2.
xp1
xs4
xs3
xs7 - xs13
xs14
xs2
xp2
xs1 xs5
xs6
Рисунок 3.1.2. Вид системных блоков АРМ со стороны разъемов.
81
Таблица 3.1.1. Разъемы системного блока АРМ.
Обозначения
Тип интерфейса
ХР1
Примечание
Питание системного блока
XP2
COM
RS-232
XS1
SVGA
Видеовыход системного блока
XS2
PS/2
Выход клавиатуры
XS3
USB
Выход манипулятора «мышь»
XS4
Sound
Аудио выход
XS5 – XS6
RJ45
Сетевой интерфейс
XS7-XS13
USB
Резерв
XS14
LPT
Порт принтера
Технические средства комплекта отображения состоят из системного
блока с процессором Intel Pentium 4 или выше, ОЗУ 512Мбайт или больше,
жестким диском 80Гбайт, DVD-RW, одним последовательным интерфейсом
RS-232,
двумя
контроллерами
Ethernet,
видеоконтроллером
SVGA
(32 Мбайт). Широкоформатного монитора 24'' или больше. Клавиатуры и
манипулятора мышь.
Количество комплектов отображения может меняться в зависимости от
числа отображаемых подстанций.
В комплекте отображения так же имеется принтер и принт-сервер
(один на все комплекты отображения), для вывода на печать архивных
данных.
Технические
средства
сервера
связи
(СС)
состоят
из
двух
полукомплектов, размещаемых каждый в отдельной стойке размером
2096х600х800 рисунок 3.1.3. Каждый полукомплект имеет системный блок
аналогичный по характеристикам и конструкции системному блоку АРМ (в
соответствии с основным системным принципом унификации аналогичных
по функциям устройств).
82
10M100M123456789101112
PWR ACTACT
COLCOL131415161718192021222324
SWITCH
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
13 14 15 16
17 18 19 20
21 22 23 24
Коммутатор
высота 1U
Панель кроссовая
высота 1U
Монитор 15”
высота 10U*
Шкаф
SHROFF
2096x600x800
Клавиатура
высота 2U
Компьютер
высота 4U
SD
ИБП
Место
подводки
кабелей
Блок розеток
высота1U
Цоколь
* Высота 1U (Unit) составляет 44,5 мм.
Рисунок 3.1.3. Расположение технических средств в каждом из двух
шкафов СС.

Системный блок с процессором Intel Pentium 4 и выше, ОЗУ
512Мбайт или больше, гибким диском 1.44Мбайт, СD-RW, одним
последовательным интерфейсом RS-232, двумя контроллерами Ethernet,
видеоконтроллером
SVGA
(32Мбайт).
Устройство
внешней
памяти,
работающее как RAID-система с двумя "жесткими" дисками по 80Гбайт,
устанавливаемое на материнской плате системного блока.

ИБП на 1000 ВA.

Монитор-17", закрытый стеклом и имеющий клавиатуру.
Вид системных блоков СС со стороны разъемов представлен на
рисунке 3.1.4.
83
XS7-XS10 XP9
XP11
XP2
XP1
XS4
XS6
XS3
XS1
XS5
XS2
XP10
Рисунок 3.1.4. Вид системного блока сервера со стороны разъемов.
Таблица 3.1.2. Разъемы системного блока сервера связи.
Обозн. в
схеме
Тип интерфейса
Примечание
XP1
RS-422
Каналы обмена с эмулятором
XP2
RS-422
Каналы обмена с эмулятором
XP9
RS-232
Переключение
комплектов
серверов
(входной сигнал)
Питание системного блока
XP10
XP11
COM
RS-232
XS1
SVGA
Видеовыход
XS2
PS/2
Выход клавиатуры
XS3
PS/2
Выход манипулятора «мышь»
XS4
RJ45
Выход ЛВС 1 (ЛВС 2)
XS5
RJ45
Выход ЛВС 2 (ЛВС 1)
XS6
LPT
Порт принтера
XS7-XS10
USB
Резерв
УСО представляют собой сеть КП, в основе которых используются ПК
типа Octagon System, выполненные на базе процессора Intel-386 ЕX с
системной шиной типа ISA.
84
КП СМ1820М КП 2.13 (ЛЯЮИ 467144.021-12) содержит 6 плат
дискретного ввода сигналов ТС по 32 канала каждая и две платы ТИ на 16
каналов.
КП СМ1820М КП 2.12 (ЛЯЮИ 467144.021-011) содержит 3 платы
вывода сигналов ТУ по 32 канала каждая.
Исполнение пылевлагозащищенное по классу IP-65. Все контроллеры
дублированы. На каждой электроподстанции установлен один комплект
УСО.
КП выполнены в виде металлических шкафов настенного исполнения с
классом защиты IP-65, с размерами 800х600х230 мм. ИБП располагается под
КП имеет размеры 415х164х349 мм.
Питание КП, входящих в УСО, осуществляется от ИБП 2400,
преобразующее
переменный
ток
220В
в
постоянный
и
имеющее
аккумуляторную поддержку.
КП и ИБП имеют эксплуатационную документацию, содержащую
описание и указания по эксплуатации.
Комплекс
3.2
для
разработки
и
отладки
систем
управления (КРСУ)
При разработке и отладке системы АСДУЭ необходимо учитывать
специфику
объекта
–
Московского
метрополитена,
обслуживание
пассажиров в котором должно быть непрерывным в промежутке с 5:30 до 1
часа ночи, что фактически требует его непрерывного функционирования с
4:30 утра до 2:15 ночи (для разных линий этот промежуток может
варьироваться). Только в этом относительно коротком промежутке возможна
непосредственная
работа
с
действующей
аппаратурой,
что
явно
недостаточно.
При проектировании АСДУЭ встала задача отладки и эмуляции
реальных сигналов, приходящих с подстанции. Так как на рабочем
оборудовании в метрополитене проверка системы невозможна, то в целях
85
обеспечения
безопасности
было
принято
решение
эмулировать
оборудование, стоящее в метро, и производить проверку, не выезжая на
объект. Автор поставил перед собой задачу разработать и внедрить комплекс
для выше изложенных целей. [47]
Процесс создания систем управления объектами немыслим без
моделирования
совместной
работы
самого
объекта
управления
и
проектируемой системы. При этом на первоначальном этапе разработки
(когда система еще только проектируется) приходится использовать две
модели - как объекта управления, так и системы управления. Когда система
управления спроектирована и построена, для первоначальной ее отладки
целесообразно использовать модель объекта, и только на последующих
этапах переносить работу на объект. Но даже при работе на объекте для
поиска наиболее сложных нестыковок приходится иногда применять модель
системы управления вместо самой системы.
Подобный путь проходят (и проходили ранее) практически все системы
управления
при
их
разработке.
Поэтому
отдельные
элементы
разрабатываемого комплекса для создания автоматизированной системы
управления энергоснабжением в реальном масштабе времени существовали и
ранее. Однако все эти элементы существовали в разрозненном виде, и не
всегда были реализованы с использованием современных подходов. Это с
одной стороны увеличивало сроки и затраты на разработку, а с другой
стороны зачастую не позволяло производить моделирование в полном
объеме и с необходимым качеством. [49]
Для
моделирования
разрабатываемого
комплекса
необходимо
изначально выбрать операционную систему для создания модели.
В операционных системах общего назначения до самого последнего
времени существовало почти что единообразие – доминировали две линии
Windows фирмы Microsoft. Эти две линии (Windows 2000 и Windows XP)
сосуществовали параллельно, при этом, то одна, то другая в очередных
версиях обгоняли друг друга. Хотя и считается, что линия Windows 2000
86
является более устойчивой и помехозащищенной, но существенных различий
между этими линиями нет. Основные пакеты одинаково хорошо (или плохо)
работают и там и там, хотя встречаются программные продукты, идущие на
одной линии и не идущие на другой. Справедливости ради следует отметить,
что такие продукты обычно дорабатываются фирмами-производителями и
следующие их версии поддерживаются обеими линиями. Так, например,
система SCADA InTouch 6.0b (фирма WonderWare) работала только на
Windows 2000, однако в следующей версии InTouch 7.0 этот недостаток
устранен.
Казалось, ничто не угрожает доминированию фирмы Microsoft в
области операционных систем. Претензии систем линии Unix на широкое
распространение
в
области
персональных
компьютеров
оказались
несостоятельными. Эти системы заняли свою нишу в области сетевых систем
и отдельных спецпроектов, осуществляющихся энтузиастами языка С.
Подавляющее же число персональных компьютеров в настоящее время
работают под управлением систем Windows.
Однако именно в последнее время начали накапливаться негативные
тенденции в развитии систем Windows (да и сопутствующих им пакетов,
например Microsoft Office), обусловленные образовавшимся монополизмом
фирмы Microsoft. Эти тенденции определяются непропорциональным
усложнением этих продуктов и сводятся к следующему.

Поскольку системы усложняются, а время появления новых версий
составляет не более двух лет, то возникает положение, когда последние
ошибки устраняются из версии как раз к тому времени, когда она заменяется
новой и процесс удаления ошибок начинается заново. В результате
практическая работа все время ведется на версиях с ошибками. С другой
стороны, внедрение новой версии становится необходимым, так как в нее
вводится некоторое новое свойство, а также постепенное снижение
предложения старых операционных систем специально для того, чтобы
новую версию закупали. Пример – замена Windows 2000 на Windows XP,
87
далее Windows XP на Windows Vista/7 (новое свойство – поддержка больших
дисков), или замена Mocrosoft Office 2003 на Microsoft Office 2007 из-за
смены формата файлов.

Усложнение систем и пакетов приводит к замедлению работы с
ними, и как следствие – к необходимости перехода на более мощные
компьютеры. С другой стороны, усложнение систем заставляет использовать
профессионалов для их настройки и сопровождения, что уменьшает одно из
главных преимуществ персональных машин – возможность использовать их
самостоятельно, без привлечения сил со стороны.
В результате образуется некоторая ниша для простых, интуитивно
понятных и недорогих операционных систем, в которой вот-вот может
появиться другая операционная система. Такой системой могут оказаться
Unix системы, о которых уже сейчас много разговоров и которые активно
развиваются. Появляются новые линейки для домашнего пользования, такие
как Ubuntu (имеет для пользователя интуитивно понятный интерфейс),
Fedora. Так же серверные направления RedHat, FreeBSD. Место, которое
займет Unix на компьютерном рынке России, скорее всего, определится в
ближайшие год-два.[32, 33]
Интересно отметить, что так уже происходило в прошлом, когда
бурное развитие вычислительных машин третьего поколения (серий IBM
360/370) оставило нишу, в которой появились первые персональные ЭВМ,
изменившие ход развития вычислительной техники.
При построении Комплекса могут быть использованы системы
Windows, обеих существующих в настоящее время линий (2000/XP),
поскольку значимых преимуществ ни у одной линии нет, а также Linux, в
частности, линейки RedHat (так как она имеет достаточное количество
свободно доступных пакетов для разработки и достаточно понятный
интерфейс.
В
различных
модулях
разрабатываемого
использоваться различные системы(Windows/Linux).
Комплекса
могут
88
В ближайшее время возможно появление новой системы (или новой
линии систем), которые могут заменить системы Windows для массового
пользователя.
За основу было взято оборудование, аналогичное поставляемому в
мосметрополитен. Структурная схема комплекса для разработки и отладки
АСУ (стенда) приведена на рисунке 3.2.1.
0,57
Switch
Панель управления 20,21
УСО с ТЭМ-74
монитор
клавиатура
2,10
KVM переключатель
АРМ отображения
Системный блок АРМ
Системный блок АРМ
Системный блок сервер
CC
Системный блок сервер
CC
ИБП
Рисунок 3.2.1. Комплекс для разработки и отладки систем управления.
Технические средства стенда состоят из двух полукомплектов,
размещаемых в одной стойке размером 2100х570х800. Каждый полукомплект
имеет системный блок. Каждый системный блок СС (сервер связи)
дополнительно имеет три четырехпортовых платы RS-422, для подключения
эмулируемых линий связи от системного блока, выполняющего функции
эмулирования реальных сигналов подстанций.
В стойке стенда помещается:
89
1. Два системных блока серверов с процессором Intel Pentium-4 с
тактовой частотой 2.8 ГГц, КЭШ -памятью 512 Кбайт, с ОЗУ 1024 Мбайт,
гибким
диском
1.44 Мбайт,
DVD-RW,
двумя
последовательными
интерфейсами RS-232, двумя контроллерами Ethernet, видеоконтроллером
SVGA;
2. ИБП на 1000 ВА.
3. Монитор 17‖.
4. Клавиатура, манипулятор «мышь» оптический.
5. KVM переключатель монитора, клавиатуры и мыши
6. Системный блок эмулятора в составе:
- блок питания 220V AC/24V DC 120 W - 1 шт.;
- встраиваемый компьютер NICE-3150-160 c Intel Pentium M 1,6 GHz,
VGA, 2xLAN, 6xUSD, 4xCOM, Audio, 1xSlim CD-RW+DVD Combo – 1 шт.
жесткий диск 2,5" 80GB оперативная память DDR 266 DIMM 512MB.
7. Системный блок АРМа с параметрами не ниже:
- процессор Intel Pentium-4 с тактовой частотой 2.8 ГГц;
- ОЗУ 512 Мбайт;
- НЖМД не менее 75 Гбайт;
- привод DVD-RW;
- два порта FastEthernet;
- видеоконтроллер SVGA;
- аудио выход.
Разработанный стенд является универсальным для всех линий
метрополитена. На нем можно отлаживать программное обеспечение не
только для новых систем управления, но и для старых, таких как ПТК-ТЛС и
ТЭМ-74. Системный блок эмулятора не входит в стойку, так как в качестве
эмулятора может выступать любая современная вычислительная машина с
установленной операционной системой Windows XP.
90
Архитектура
3.3
построения
электропитания
и
кабельных соединений составных частей КТС АСУ ДПЭ
С целью повышения отказоустойчивости в системе имеется два
полукомплекта СС (полукомплект А и полукомплект Б), каждый из которых
собран в отдельной стойке. Схема кабельных соединений в стойке СС
представлена на рисунке 3.3.1.
Монитор 17" LG Flatron
VGA IN
Kлавиатура и
манипулятор мышь
SD
Коммутатор сетевой
Ethernet
SD
Kомпьютер
VGA
OUT
RS-485
ИБП
IN
1
3
2
Сеть промышленного
электропитания ~ 220 В 50 Гц
Четыре магистрали
RS-422
Рисунок 3.3.1. Схема кабельных соединений в шкафу СС
(без указания соединений Ethernet).
Для обеспечения гарантированного электропитания и защиты от
бросков напряжения в сети промышленного электропитания технические
устройства запитываются через ИБП типа Smart-UPS мощностью 1000VА.
Подключение технических устройств к ИБП осуществляется кабелями типа
SCZ-10 длиною 1.8 метра[7]. При этом компьютер подключается к первому
выходу ИБП, монитор - ко второму, коммутатор - к третьему. Входное
напряжение
на
ИБП
подается
от
электропитания через кабель типа SCZ-1.
розетки
сети
промышленного
91
Клавиатура и манипулятор подключаются к соответствующим
разъемам компьютера. Тип разъемов клавиатуры и манипулятора - PS/2.
Монитор подключается к соответствующему разъему компьютера
типа DB-15 кабелем, поставляемым с монитором.
Две магистрали сети RS-422 обеспечивают связь с ПК КТС УСО через
ВОЛС.
Схема кабельных соединений АРМ ДПЭ показана на рисунке 3.3.2.
Полукомплект А
Полукомплект Б
Монитор
Клавиатура и
манипулятор
VGA IN
VGA IN
VGA OUT 1
POWER
OUT
IN
1
2
3
SD
Компьютер
VGA OUT 2
VGA OUT 1
VGA OUT 2
SD
SD
SD
POWER
1
ИБП
OUT
IN
2
3
Сеть промышленного
электропитания ~ 220 В 50 Гц
Рисунок 3.3.2. Схема кабельных соединений в АРМ ДПЭ
Для обеспечения гарантированного электропитания и защиты от
бросков напряжения в сети промышленного электропитания технические
устройства АРМ ДПЭ запитываются через ИБП типа Smart-UPS мощностью
1000 ВА. Подключение технических устройств осуществляется кабелями
типа SCZ-10, длиною 1.8 метра, за исключением монитора, длина кабеля
подключения электропитания которого составляет 5 метров. Компьютер
подключается к первому выходу ИБП, монитор - ко второму. Входное
напряжение
на
ИБП
подается
от
розетки
сети
промышленного
электропитания через кабель типа SCZ-1. [23]
Клавиатура
и
манипулятор
подключаются
разъемам компьютера. Тип разъемов клавиатуры - PS/2.
к
соответствующим
92
Каждый компьютер в составе АРМ ДПЭ имеет по одному выходу VGA
для подключения монитора. Для подключения VGA выходов компьютеров к
мониторам используются кабели длиною 3 метра.
3.4
Разработка локальной вычислительной сети
АСДУЭ
Локальная
сеть
(ЛВС)
представляет
собой
коммуникационную
систему, позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров,
подключенных к сети, таких как принтеры, плоттеры, диски, модемы,
приводы CD-ROM и другие периферийные устройства. Локальная сеть
обычно ограничена территориально одним или несколькими близко
расположенными зданиями. [28]
Сетевые адаптеры и кабели являются аппаратной основой организации
компьютерных сетей, их нормальная работа жизненно важна для сети. С
кабелями и адаптерами связано обычно 80% неполадок в сети.
В каждом компьютере должен быть установлен сетевой адаптер,
обеспечивающий подключение к выбранному типу кабеля.
Функцией сетевого адаптера является передача и прием сетевых
сигналов из кабеля. Адаптер воспринимает команды и данные от сетевой
операционной системы (ОС), преобразует эту информацию в один из
стандартных форматов и передает ее в сеть через подключенный к адаптеру
кабель.
Кабель обеспечивает канал связи компьютера с остальными машинами
сети. При установке кабелей нужно точно следовать спецификациям.
Пренебрежение этим правилом может принести очень много неприятностей.
Отметим разницу между кабелем и кабельным сегментом говоря о кабеле,
будем всегда иметь в виду отрезок провода, соединяющего два узла сети;
сегментом же будем называть весь комплект кабелей от одного конца сети до
другого
(между
терминаторами).
Терминаторы
представляют
собой
резисторы, устанавливаемые на обоих концах сегмента для согласования
93
волнового сопротивления кабеля. Сигнал, дошедший до конца сегмента,
поглощается терминатором - это позволяет избавиться от паразитных
отраженных сигналов в сети. Если терминаторы не устанавливать,
отраженный от конца кабеля сигнал снова попадает в кабель - этот
отраженный сигнал будет являться в данном случае помехой и может
породить множество проблем вплоть до полной неработоспособности сети.
При проектировании ЛВС решено было использовать технологию
Ethernet. Во первых из-за ее надежности и во вторых простоты реализации.
Передача данных осуществляется по протоколу TCP IP так как на данное
время это один из самых надежных протоколов передачи данных.
Схема ЛВС КТС АСУ ДПЭ представлена на рисунке 3.4.1.
СС А
LAN 1
АРМ
ДПЭ А
SD
LAN 2
АРМ СА
LAN 1
LAN 2
LAN 2
LAN 1
LAN 2
SD
Принт-сервер
Print Server
Power/TX
LAN 1
Link/Rx
LPT1
LPT2
COM
Принтер
LAN 2
SD
КТС
отображения
SD
LAN 1
АРМ
ДПЭ Б
LAN 1
SD
LAN 2
LAN 1
SD
LAN 2
LAN 1
SD
LAN 2
LAN 1
LAN 2
СС Б
LAN 2
LAN 1
Рисунок 3.4.1. Схема локальной вычислительной сети АСУ ДПЭ.
Для повышения отказоустойчивости АСУ ДПЭ каждый компьютер
системы оснащен двумя сетевыми адаптерами, каждый из которых
подключен к разным сетевым коммутаторам. При этом первый адаптер
компьютера подключается к сетевому коммутатору, входящему в состав
технических средств СС А, а второй адаптер подключается к сетевому
94
коммутатору, входящему в состав технических средств СС Б. Все соединения
выполнены кабелем STP ―экранированная витая пара‖ 5 категории. С обеих
сторон кабель имеет экранированные наконечники RJ-45.
Математическое и программное обеспечение
3.5
системы
3.5.1 Математическое обеспечение системы
Математическое обеспечение системы представлено алгоритмами:
- приема и первичной обработки данных в КП, который способствует
повышению
достоверности
принимаемых
данных
ТС,
ТИ
за
счет
специальной их обработки, а также выдачи команд ТУ с защитой от
срабатывания ложной команды;
- проверки
достоверности
принимаемых
данных
(ТС,
ТИ)
и
выдаваемых команд ТУ за счет повышенной системы контроля данных и
последовательности выдаваемых команд на нижний уровень контролеров и
проверки правильности выдаваемых команд диспетчера с применением
алгоритмов
поддержки
принятия
решений
с
информационными
сообщениями при выдачи заведомо не корректных команд;
- оценки состояния объекта управления по неполной информации;
- блокировок при несанкционированной попытке выдачи управляющих
заданий;
- углубленного анализа нештатной ситуации объектов управления, а
также помощь диспетчеру в этих ситуациях;
- искусственного интеллекта для выбора наилучших вариантов выхода
из нештатных ситуаций без участия обслуживающего персонала и продления
ресурса оборудования с информированием последних о необходимости
проведения регламентных работ или замене контролируемых устройств
оборудования
подстанций
и
комплекса
технических
средств
автоматизированной системы управления электроснабжением Московского
метрополитена. [23]
95
3.5.2 Программное обеспечение системы
Программное обеспечение системы включает в себя:
- системное ПО:
- прикладное ПО;
- тестовое ПО.
Системное программное обеспечение
Это
комплекс
программ,
которые
обеспечивают
эффективное
управление компонентами вычислительной системы, такими как процессор,
оперативная память, каналы ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая
как «межслойный интерфейс» с одной стороны которого аппаратура, а с
другой приложения пользователя. В отличие от прикладного программного
обеспечения, системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь
обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами
вычислительной системы и т.д. [27, 28]
Системное программное обеспечение АСДУЭ включает в себя
специально сконфигурированные операционные системы:
 АРМ - Linux RED HAT;
 СС - Linux RED HAT;
 АРМ отображения - Linux RED HAT.
Прикладное программное обеспечение
Это программы, предназначенные для выполнения определенных
пользовательских задач и рассчитанные на непосредственное взаимодействие
с пользователем. В большинстве операционных систем прикладные
программы не могут обращаться к ресурсам компьютера напрямую, а
взаимодействуют с оборудованием посредством операционной системы.
Общая схема размещения и взаимодействия составных частей ПО
комплекса АСДУЭ приведена на рисунке 3.5.2.1
96
КТС АРМ
Программы
управления
program_e
paket
КТС Отображения
Служебные
программы
arm_log
arc
watch_sensors
Служебные
программы
arm_log
arc
watch_sensors
My_arm
My_arm
Сервер Связи
Служебные
программы
arc_srv
autoup
ts_ce
ts_tm
watch_sensors
Серверная программа
для работы с КТС АРМ
SERVER
База Данных
Kp_server
Установка
режима Master /
Slave
Check_role
Программа взаимодействия
с КТС УСО
kp_scaner
ТУ
ТС,
ТИ
КТС УСО
Программы сбора ТС, ТИ и
выдачи ТУ
Программа взаимодействия
с КТС ТЭМ-74
tm_scaner
ТУ
ТС,
ТИ
КТС сопряжения с ТЭМ-74
Программы сбора ТС, ТИ и
выдачи ТУ по протоколу ТЭМ74
Рисунок 3.5.2.1. Общая схема размещения и взаимодействия составных
частей ПО комплекса АСДУЭ
ПО, устанавливаемое на СС, состоит из:
CHECK_ROLE – Программа отвечает за назначение одного из
серверов мастером, а другого соответственно слэйвом (MASTER, SLAVE),
при этом MASTER отвечает за достоверность получаемых ТС и выдает
команды ТУ на объекты управления.
97
KP_SCANER – Программа работает по линиям связи с нижнем
уровнем контролеров, выполняет задачи по приему и обработке сигналов ТС
и ТИ с контролеров, а также подачи управляющих сигналов ТУ на
контролеры. Имеет искусственный интеллект по выбору наилучшего
варианта связи с КП (линии связи, комплекты КП (А, Б)). Параметры
запуска:
l – выводить на экран сигналы в реальном времени;
d – выводить на экран данные конфигурационного файла, читаемых
при загрузке программы.
Данные
параметры
можно
применять
как
вместе, так
и
по
раздельности.
Например: /usr/local/metro/bin/kp_scaner –l
/usr/local/metro/bin/kp_scaner –d.
TM_SCANER – Программа работает по линиям связи с нижнем
уровнем УСО, выполняет задачи по приему и обработке сигналов ТС и ТИ с
УСО, а также подачи управляющих сигналов ТУ на УСО. Имеет
искусственный интеллект по выбору наилучшего варианта связи с УСО
(линии связи). Параметры запуска:
l – выводить на экран сигналы в реальном времени;
d – выводить на экран данные конфигурационного файла, читаемых
при загрузке программы.
Данные
параметры
можно
применять
как
вместе, так
и
по
раздельности.
Например: /usr/local/metro/bin/тм_scaner –l
/usr/local/metro/bin/тм_scaner –d.
KP_SERVER – Программа (на СС) является связующим звеном между
программой server и сканерами разных УСО, таких как КП, ТЕМ-74, ПТКТЛС. Программа server подключается именно к kp_server и уже через него
происходит прием ТС и ТИ и выдача ТУ на КП. Параметры запуска:
98
Включение
Параметр
Значение по
в
умолчанию
командной
Коментарий
строке
Вывод
debug
0
-d
дополнительной
информации в процессе работы
(используется
только
в
подпрограммах из ИВЦ)
kp_period
100
-p
Период
опроса
КП
в
миллисекундах
Максимальное время ожидания
kp_timeout
40
-t
ответа от КП в миллисекундах,
после чего считается что КП не
ответил
kp_conf
./
*
Полный
путь
3015
*
файлам
конфигурации КП сервера
Номер
kpdport
к
порта,
по
которому
работает КП сервер, должен
быть
одинаковым
на
всех
машинах
Полный путь и начало имени
kp_logname ./kp_server-
*
файла
журнала
КП
сервера,
заканчивается датой создания
файла
При
kp_loglevel 0
-l
включении
выводит
сообщения на экран и не пишет
журнал
log_tu
0
-s
Разрешает
запись
в
журнал
информацию о сигналах ТУ
99
analog
0
Разрешает опрашивать КП с
-a
целью получения сигналов ТИ
Разрешает
выдачу
принудительную
ТС
с
КП,
если
информация на нем не менялась
vik
0
более 5 секунд. По умолчанию
-i
данные с КП выдаются только
когда изменится состояние хотя
бы одного ТС.
Данные
параметры
можно
применять
как
вместе, так
и
по
раздельности.
Например: /usr/local/metro/bin/kp_server –l
/usr/local/metro/bin/kp_server–d.
SERVER – является клиентской программой Kp_server и серверной
программой для АРМ. Все АРМы подключаются к server-у. Программа
Server получает обработанные сигналы ТС и ТИ от программы Kp_server и
отправляет их на АРМ, где программа My_arm отображает полученные
сигналы ТС и ТИ, а также посылает сигналы ТУ на СС. Кроме того,
программа Server отвечает за протоколирование принимаемых сигналов ТС
и ТИ и исполняемых команд ТУ, а также изменения положения объектов
псевдоуправления. Параметры запуска:
Включение
Параметр
Значение по
в
умолчанию
командной
Коментарий
строке
Вывод
debug
0
-d
дополнительной
информации в процессе работы
(используется
только
подпрограммах из ИВЦ)
в
100
server1
localhost
*
Имя
или
адрес
IP
текущей
машины
Имя или IP адрес другой машины,
server2
*
*
служит для получения текущего
состояния при старте в качестве
запасного сервера
Номер
ser_port
4000
*
порта
по
которому
работает сервер, должен быть
одинаковым на всех машинах
Номер
kpdport
3015
*
порта
по
которому
работает КП сервер, должен быть
одинаковым на всех машинах
Полный путь и начало имени
ser_logname ./server-
*
файла
журнала
заканчивается
датой
сервера,
создания
файла
При
ser_loglevel 0
-l
включении
выводит
сообщения на экран и не пишет
журнал
obj1s
624
*
obj2s
625
*
Номер объекта 1-го сервера в базе
данных
Номер объекта 2-го сервера в базе
данных
Номер объекта данного сервера в
objs
624
*
базе данных, на 1-м сервере
должен быть равен obj1s, а на
втором obj2s
Данные
параметры
можно
применять
как
вместе, так
и
по
101
раздельности.
Например: /usr/local/metro/bin/server –l
/usr/local/metro/bin/server –d.
ARCSRV – Программа для ведения логов событий, происходящих в
реальном времени. Занесение их в файлы и разбиение их по дате. Находится
на сервере связи.
AUTOUP – программа предназначена для автоматического слежения
за работой всех программ на СС и при необходимости, автоматической
загрузки одной из программ, при сбое в ее работе.
TS_CE (TS_TLS, TS_TM) – программа для отображения в текстовом
виде состояния сигналов на подстанциях. При нулевых параметрах
(/usr/local/metro/bin/ts_ce) выводит на экран состояние ячеек всех основных
КП. Но можно задать параметры.
Например: «/usr/local/metro/bin/ts_ce 4» - при вводе данной команды в
командной строке мы будем видеть сигналы только по 4 логическому номеру
КП. Информация предоставляется в HEXе и разделена на байты. Для того
чтобы определить на каком контакте КП имеется сигнал, надо число
перевести в бинарный вид.
ПО, устанавливаемое на АРМ и АРМ отображения состоит из:
MY_ARM – программа вывода мнемосхем энергоподстанций с
отображением состояния объектов управления на монитор диспетчера в
реальном
времени.
Выдача
управляющих
воздействий
на
объекты
управления.
ARC – программа просмотра архива (протокола) в графическом
режиме. Вызывается на мнемосхеме, путем нажатия на меню «Сервис» >
«Протокол».
ARM_LOG – программа ведения и просмотра журнала АРМ.
Вызывается на мнемосхеме, путем нажатия на меню «Сервис» > «Журнал».
SYSTEST – программа тестирование системы и вывода информации на
экран о состоянии СС и возможных причинах неисправности.
102
PAKET – программа пакетного управления всеми подстанциями и по
отдельности в графическом режиме. Вызывается на мнемосхеме, путем
нажатия на меню «Пакет» > «Вся линия» или «№ подстанции».
PROGRAM_E – программа экстренного снятия напряжения в
графическом режиме. Вызывается на мнемосхеме, путем нажатия на меню
«Пакет» > «Экстренное снятие напряжения».
Тестовое ПО
Предназначено для тестирования работоспособности системы и
заблаговременного анализа возможности ее сбоя работы и выявления прочих
неисправностей.
Тестовое
программное
обеспечение
позволяет
обслуживающему персоналу, не имея большого опыта работы с АСДУЭ
провести анализ работы системы и получить данные ее работы.
Организационное обеспечение системы АСДУЭ представляет перечень
регламентирующих
правил
работы
оперативного
и
обслуживающего
персонала системы, а также справочной информации для диспетчеров
службы электроснабжения. Регламентирующие правила устанавливаются
руководством метрополитена и согласуются с ИВЦ Метрополитена в части
их компьютерной реализации.
Выводы
1.
Проанализированы специфика работы службы энергоснабжения
Московского
метрополитена,
территориальное
расположение
энергоподстанций и удаленность их от диспетчерского пункта. На основе
этих данных было подобрано оборудование для наилучшей реализации
построения АСДУЭ.
2.
Разработана структурная схема АСДУЭ, определены технические
характеристики надежности и безотказной работы автоматизированной
системы управления энергоснабжением.
3.
Смоделирован комплекс для разработки и отладки АСДУЭ,
который при заключительном анализе может быть использован не только для
103
системы диспетчерского управления энергоснабжением, но при небольшой
доработке для различных автоматизированных систем управления.
4.
Разработана архитектура построения электропитания и локально-
вычислительной
сети
автоматизированной
системы
диспетчерского
управления энергоснабжением Московского метрополитена.
5.
Исследованы проблемы силового оборудования, установленного
на энергоподстанциях, и разработаны алгоритмы для увеличения ресурса
работы этого оборудования. Представлено также программное обеспечение с
подробным анализом его составных частей и реализуемых им функций.
104
Технические решения и функционирование
4.
составных частей АСУ ДПЭ
Оборудование контролируемых пунктов КТС
4.1
УСО
Промышленные контроллеры серии СМ1820М КП предназначены
для взаимодействия с объектами, в которых к каждому контроллеру может
быть подключено от нескольких десятков до нескольких сотен точек
обслуживания, в зависимости от типов установленных в контроллере
модулей.
Промышленные контроллеры серии СМ1820М КП предназначены
для
работы
в
условиях
промышленного
производства
и
имеют
пылевлагозащитный корпус со степенью защиты IP-55 (или IP-66).
Для контроллеров серии СМ1820М КП выпускаются корпуса трех
типоразмеров:
1000х800х220,
700х500х220,
600х500х220.
Содержат монтажный каркас (крейт) на 4,6,8 или 12 мест, объединенных
шиной ISA. Контроллеры серии СМ1820М КП являются свободно
компонуемыми изделиями и могут содержать в себе различный набор
модулей и устройств.
Для
контроллеров
серии
СМ1820М КП разработаны
модули
обработки информации (процессорные модули, обладающие совместимостью
с персональными компьютерами класса IBM PC/AT, и процессорные модули
на основе RISC-архитектуры), модули ввода сигналов (аналоговых,
дискретных и числоимпульсных), модули вывода сигналов (аналоговых и
дискретных),
коммуникационные
модули,
терминалы
для
ручного
оперативного ввода-вывода информации. Допускается использование в
составе контроллеров серии СМ1820М КП модулей других производителей,
выполненных в стандарте MicroPC. Все модули ввода и вывода сигналов
связаны гибкими шлейфами с кроссовыми модулями, на зажимы которых
подводятся кабели от объекта управления.
105
Модульная архитектура позволяет компоновать контроллеры без
избыточности, учитывая требования конкретных пользователей. При заказе
контроллеров составляется карта заказа, в которой определяется состав
оборудования, входящего в их состав. Карта заказа составляется на основе
конфигуратора 468213.003Д1.
Рисунок 4.1.1. Фотография контроллера СМ1820М КП2.12
Ниже приведены некоторые варианты компоновки контроллеров серии
СМ1820М КП, используемые в АСУ московского метрополитена.
СМ1820М КП2.9 - промышленный контроллер, обеспечивающий
ввод состояния 192 датчиков типа «сухой контакт», анализ принятой
информации и ее передачу на верхний уровень системы управления в
соответствии с требованиями интерфейса RS-485. В герметизированном
настенном шкафу размером 800х600х220 мм размещены: крейт на 12 мест
для установки модулей, 12 кроссовых колодок для подключения под зажим
кабелей от датчиков, фильтр.
В крейте установлены: IBM РС/AT-совместимый модуль центрального
процессора, шесть 32-канальных модулей ввода дискретных сигналов и
источник питания, на который через фильтр подается напряжение 24В от
внешнего источника.
106
СМ1820М КП2.12 - промышленный контроллер, обеспечивающий
прием команд по интерфейсу RS-485 от верхнего уровня системы управления
и контролируемый вывод 96 сигналов телеуправления на исполнительные
устройства объекта управления. В герметизированном настенном шкафу
размером 800х600х220 мм размещены: крейт на 12 мест для установки
модулей, 6 релейных кроссовых модулей непосредственно к которым под
зажим, подключаются кабели от исполнительных устройств объекта
управления, фильтр. В крейте установлены: IBM РС/AT-совместимый
модуль центрального процессора, шесть 32-канальных модулей вывода
дискретных сигналов, три 32-канальных модуля ввода дискретных сигналов
и источник питания , на который через фильтр подается напряжение 24В от
внешнего источника.
СМ1820М КП2.13 - промышленный контроллер, обеспечивающий
ввод состояния 192 датчиков типа «сухой контакт» и 32 датчиков аналоговых
сигналов 4-20 мА, анализ принятой информации и ее передачу на верхний
уровень системы управления в соответствии с требованиями интерфейса RS485. В герметизированном настенном шкафу размером 800х600х220 мм
размещены: крейт на 12 мест для установки модулей, 16 кроссовых колодок
для подключения под зажим кабелей от датчиков, фильтр.
В крейте установлены: IBM РС/AT-совместимый модуль центрального
процессора: 6x32 - канальных модулей ввода дискретных сигналов192 16канальных модуля аналогового ввода и источник питания ИП-24, на который
через фильтр подается напряжение 24В от внешнего источника.
Один комплект КТС УСО содержит устройства КПУ, КПУР, которые
выдают команды телеуправления и резервируют друг друга, устройства
КПИ, КПИР, которые принимают сигналы ТС, ТИ и резервируют друг друга.
Питание в КП цепей сигналов ТС производится от шести независимых
источников питания 24В (ИБП 2400), поставляемых в составе КТС АСУ
ДПЭ.
107
Промышленные контроллеры серий СМ 1820М ПК, СМ1820М ПКМ и
мини-контроллеры
(в
дальнейшем
ПК)
является
PC-совместимыми
компьютерами, базирующимися на микропроцессоре типа Intel 386. В них
реализована полная совместимость с Базовой системой ввода/вывода (BIOS)
для IBM PC/АТ и операционной системой типа MS DOS. Система
программного обеспечения КП состоит из тестового и системного
программного обеспечения, а также драйверов поддержки связи с верхним
уровнем АСУ, где могут использоваться операционные системы типа
Windows, QNX, Linux.
Тестовое
(записанных
программное
в
контроллере
обеспечение
на
состоит
FLASH-диске)
из
тестов,
автономных
позволяющих
произвести полную проверку каждого отдельного модуля, входящего в
состав ПК и общесистемного теста, обеспечивающего по инициативе
верхнего уровня АСУ возможность проверки работоспособности сети в
целом и отдельных модулей для каждого из ПК, входящих в состав
распределенной системы.
Системное программное обеспечение ПК обеспечивает непрерывный
сбор информации от модулей, входящих в состав ПК (дискретных,
аналоговых и т.п.), ее первичную обработку и передачу на верхний уровень,
прием и выполнение специальных команд с верхнего уровня, локальное
управление, диагностику и статистику ошибок. Системное программное
обеспечение ПК осуществляет следующие функции:
- настройку определенной конфигурации конкретного ПК (определение
сетевого адреса, числа модулей и каналов в каждом из них, уставки для
аналоговых модулей, времен опроса и т.п.);
- инициализацию и проверку двух коммуникационных каналов RS-485,
осуществляющих одновременно связь с верхним уровнем;
- поддержку протокола канального уровня для связи по сети с верхним
уровнем;
108
- учет ошибок по каналу связи, количества принятых и переданных пакетов
(статистика);
- инициализацию и поддержку многозадачного ядра реального
времени;
- выполнение команд, переданных по сети с верхнего уровня;
- установку часов реального времени в соответствии со значениями,
переданными с верхнего уровня;
- установку конфигурации дискретных и аналоговых каналов в
соответствии с параметрами, переданными с верхнего уровня;
- установку периода опроса и запуск отдельных задач (например: опрос
дискретных каналов) в соответствии с параметрами, переданными с верхнего
уровня;
- регистрацию изменений дискретных каналов ввода (телесигнализация
положения
двухпозиционных
объектов)
с
передачей
асинхронного
сообщения на верхний уровень;
- регистрацию изменений аналоговых каналов ввода (телеизмерение
аналоговых датчиков);
- поддержка текущей базы данных по всем изменениям состояния
дискретных сигналов и аналоговых сигналов (например, выход за уставки),
через кольцевой буфер с отметками времени);
- выдачу сигналов управления (телеуправление) по командам с
верхнего уровня (инициирование сигнала через дискретный вывод) с
последующей
передачей
подтверждения
на верхний
уровень (через
специальное асинхронное сообщение);
- запуск специальных задач локального регулирования;
- передачу специального асинхронного сообщения в случае отказа
оборудования.
109
Сервер связи
4.2
Сервер связи комплекса технических средств КТС СС является
центральным ядром КТС АСУ ДПЭ, которое обеспечивает непрерывный
сбор, обработку и архивирование всех изменений состояний КП станций,
зарегистрированных ПК КТС УСО. Кроме того, СС при поступлении
управляющего воздействия от АРМ ДПЭ организует подготовку и
формирование команды телеуправления в КТС УСО и обеспечивает
контроль передачи команды в ПК. СС обеспечивает также контроль
соответствия посланной команды ТУ и выбранного реле в ПК. После
осуществления вышеперечисленных проверок СС вырабатывает сигнал
разрешения выполнения первой посланной команды.
Основное предназначение системы – вырабатывать сигналы основной
(master) и неосновной (slave). СС производит опрос КП, выдает сигнал ТС на
верхний уровень, обрабатывает ТУ. Slave находится в горячем резерве или на
техническом обслуживании.
В
состав
КТС
АСУ
ДПЭ
входят
панели
управления
ПУ,
расположенные в двух местах: в стойке СС и в АРМ ДПЭ. ПУ содержит
кнопки «Вкл. А», «Вкл. Б» и «АУ (автоматическое управление)/РУ (ручное
управление)». Нажатие кнопок «Вкл. А» или «Вкл. Б» приводит к
отключению противоположных.
4.3
Оценка функциональной надежности
Надежность функционирования сложных систем (сетей) связи, какими
являются МСС, находится в прямой зависимости от их информационной
нагрузки, то есть от параметров потоков заявок, поступающих в систему.
Ошибки в работе таких систем обусловлены не только и не столько отказами
технических средств, а во многом ошибками в комплексах алгоритмов и
программ систем, разного рода сбоями, ошибками операторов и ошибками во
входной информации. Следует отметить важную особенность МСС,
существенно влияющую на их функциональную надежность, - наличие в них
110
естественной избыточности (структурной, временной, функциональной). Это
объясняется тем, что в МСС, рассчитанных в том числе и на обработку
пиковых нагрузок, имеются свободные ресурсы в случайные интервалы
времени функционирования этих сетей.
Объектом исследований традиционной теории надежности являются
технические
системы
или
технические
устройства,
а
предметом
исследований – процессы отказов и восстановлений этих систем (устройств).
Поэтому, согласно ГОСТ 27.002-89, приняты следующие показатели
надежности: среднее время до отказа, частота отказов, вероятность
безотказной
работы,
среднее
готовности,
коэффициент
время
оперативной
восстановления,
готовности.
коэффициент
Эти
показатели
позволяют прогнозировать, рассчитывать, оценивать суммарные времена
работоспособности изделия, времена, затрачиваемые на ремонты изделия в
течение длительного интервала работы, вычислять количества отказов и
восстановлений, вероятности отказов и др. В целом традиционные
классические
методы
теории
надежности
ограничиваются
расчетами
нерезервированных и резервированных систем и позволяют выбрать
рациональную стратегию обеспечения безотказности и восстанавливаемости
изделия.
Известные методы теории надежности не предназначены для расчетов
оценок правильности функционирования системы в целом, верности
выполнения системой информационных и вычислительных процессов,
эффективности применения тех или иных способов защиты от возникающих
в системе ошибок.
Опираясь на общие признаки МСС, а также на анализ характера
отказов, сбоев, ошибок операторов, ошибок во входной информации,
программных ошибок, характерных для МСС, можно утверждать, что в МСС
центр тяжести обеспечения надежности находится в области проблем расчета
и
обеспечения
правильности
и
своевременности
выполнения
функциональных задач, а не в области обеспечения безотказности и
восстанавливаемости технических средств. Поэтому наряду с обеспечением
111
безотказности и восстанавливаемости технических средств МСС необходимо
обеспечивать также функциональную надежность МСС.
Предметом исследования при этом являются процессы возникновения,
обнаружения и устранения ошибок в выходных и промежуточных
результатах работы системы, вызванных собственными и привнесенными
извне ошибками, а также связанные с характеристиками потока заявок,
поступающих на обслуживание (на выполнение предусмотренных
функциональных задач).
В указанной системе центр тяжести обеспечения функциональной
надежности
находится
в
области
проблем
расчета
и
обеспечения
правильности и своевременности выполнения функциональных задач.
Обобщенным критерием функциональной надежности можно считать время
активного
сохранения
интенсивности
отказов
работоспособности
ее
элементов.
Под
системы
при
активным
заданной
сохранением
работоспособности здесь понимается возможность противостоять отказам с
помощью системы мониторинга работоспособностью сети, в частности, за
счет восстановления структуры и функций сети, управления потоками,
информационной нагрузкой. Функциональная надежность системы есть ее
способность выполнять предусмотренные целевые задачи в условиях
взаимодействия с внешними объектами, которая накладывает определенные
требования к аппаратно-программным решениям построения системы
управления.
В основе методики используются известные теоретические положения,
описанные в научных трудах Б.В. Гнеденко, Т.А. Голинкевич, И.А. Ушакова
и других известных ученых.
В работе показано, что для парирования функциональных отказов
целесообразно ввести специальные механизмы рационального использования
избыточности. Эти механизмы, совместно с избыточными средствами,
образуют
(СОФО).
средства
обеспечения
функциональной
отказоустойчивости
112
Показателем эффективности СОФО является вероятность  успешной
адаптации системы с СОФО к функциональным отказам:   Pr{   g } , где
 - ресурс (структурный, временной и т.д.), который возможно использовать
без ухудшения других показателей эффективности системы для защиты от
отказов; g – допустимый расход ресурса, при котором один или несколько
показателей эффективности системы достигают предельно допустимого
значения.
Так, если ресурс есть время и допустимый расход ресурса есть,
допустимое время перерыва в работе системы
tg
t g , то   Pr{V  t g }   fV (t )dt ,
(5)
0
где V – интервал времени от момента возникновения неисправности до
еѐ устранения и восстановления процесса функционирования, а fV (t ) –
функция плотности распределения случайного времени V. Если же
допустимое время перерыва в работе системы случайно и распределено по
экспоненциальному закону с параметром  g , то   V *  g ,
(6)
где V (s) – преобразование Лапласа функции fV (t ) .
С его помощью исследуются свойства динамических систем и
решаются дифференциальные и интегральные уравнения.
Использование преобразования Лапласа, которое предопределило его
широкое распространение в научных и инженерных расчѐтах, является то,
что многим соотношениям и операциям над оригиналами соответствуют
более простые соотношения над их изображениями. Так, свѐртка двух
функций сводится в пространстве изображений к операции умножения, а
линейные дифференциальные уравнения становятся алгебраическими.
В работе проведена оценка вероятности того, что в процессе
выполнения задачи либо не возникнут функциональные отказы, либо
возникшие
функциональные
частичные
отказы
будут
успешно
нейтрализованы средствами обеспечения отказоустойчивости на основе
113
допустимых затрат на избыточность ресурсов. Обозначим вероятность
безотказного выполнения задачи как P3 , а вероятность того, что внутри
СОФО в процессе выполнения задачи не возникли функциональные отказы,
как P1 . Тогда вероятность безотказного выполнения задачи под прикрытием
СОФО: P31  1  g1  ( g 3  g 3 g1 )(1  1 ) ,
(7)
где 1 – вероятность успешной адаптации первого уровня защиты
(защиты
процесса
выполнения
задачи
без
защиты
СОФО);
g1  1  p1 , g3  1  p3 .
Поскольку g1  1 и g 3  1 , то с погрешностью, не превышающей
второго порядка малости, справедливо выражение P31  1  g1  g3 (1  1 ) .
Показано, что между вероятностью успешной адаптации системы к
функциональным отказам 1 и вероятностями g1 , g 3 функциональных
отказов СОО и задачи существует прямая связь.
Если принять 1  1  exp( ) , (8)
где   5,...,10 – нормировочный коэффициент, а  
g1
, то с
g 3  g1
помощью данной зависимости моделируется влияние вероятности отказов, а
следовательно, и объема аппаратно-программных средств СОФО на
эффективность адаптации системы к функциональным отказам.
В работе оценен характер уменьшения вероятности функционального
отказа в результате применения защиты. Расчеты показывают, что при
сравнительно небольшом объеме средств защиты (
g1
0.5) эффективность
g3
защиты наибольшая (имеется в виду пропорциональная зависимость между
вероятностью отказа в выполнении задачи g3 или вероятностью отказа в
функционировании средств защиты g1 и объемами задач и средств
обеспечения отказоустойчивости соответственно). По мере увеличения
объема средств защиты увеличивается вероятность успешной адаптации к
функциональным отказам. Однако при этом возрастает вероятность
114
возникновения функциональных отказов в самой СОФО. Отсюда следует
необходимость решения задачи определения допустимой ненадежности
средств защиты УМ от функциональных отказов. В работе определены
допустимые границы ненадежности средств защиты (а это означает также
допустимые объемы средств защиты) в зависимости от их эффективности и
от ненадежности основных средств.
В работе рассмотрена одноуровневая защита. Она имеет смысл только
в том случае, если выполняется условие: P31  P3 . Указанное условие
преобразуется
в
g1  g 3 1 .
неравенство:
Полученное
выражение
устанавливает, что объем средств обеспечения отказоустойчивости не
должен
превышать
объема
аппаратно-программных
средств
МС,
реализующих данную задачу. Из этого выражения также следует, что чем
больше объем решаемой задачи, тем более разветвленными и эффективными
должны быть средства СОФО. Так, если 1  1, то W1  W3 , где W1 и W3 –
объемы средств обеспечения отказоустойчивости и выполнения задачи
соответственно. В свою очередь, если СОФО не эффективны ( 1  0 ), то нет
смысла в их применении [6,76].
Таким образом, проведенные исследования позволили показать, что
предложенное автором введение в систему дополнительных аппаратнопрограммных средств управления и мониторинга, необходимых для создания
уровней защиты (диагностики, исправления искажений), приводит к
повышению
функциональной
надежности
системы
и
вероятности
правильного выполнения задачи управления системами энергоснабжением
метрополитеном.
4.3.1.
Показатели
количественной
Показатели функциональной надежности
функциональной
оценки
надежности
способности
МСС
предназначены
правильно
для
выполнять
предусмотренные задачи в процессе функционирования. Их целесообразно
разделить на показатели правильного выполнения информационных и
115
вычислительных процессов. Система показателей должна отвечать ряду
естественных требований:
–
каждый показатель функциональной надежности должен быть
измерим;
–
каждый
показатель
должен
допускать
возможность
экспериментальной проверки;
–
система показателей должна быть удобной в практическом
применении, наглядной, сравнимой, а каждый показатель – простым в
физическом смысле и естественным с точки зрения оценки выполняемых в
МС вычислительных и информационных процессов;
–
система показателей должна быть гибкой, чтобы обеспечить
свертывание результатов расчета от низшего уровня к высшему;
–
система показателей должна содержать как единичные, так и
комплексные показатели.
При этом единичные показатели предназначены для оценки качества
отдельных процессов, а комплексные – для оценки достигнутого уровня
функциональной надежности МСС в целом.
В
работе
предложен
перечень
показателей
функциональной
надежности сложной системы (сети) связи для метрополитена:
–
коэффициент функциональной готовности;
–
коэффициент оперативной функциональной готовности;
–
коэффициент
технического
использования
–
отношение
математического ожидания времени пребывания системы связи в рабочем
состоянии за некоторый период эксплуатации к продолжительности этого
периода;
–
математическое ожидание времени перестройки структуры сети
для обеспечения выполнения еѐ функций при отказе некоторых элементов;
–
вероятность безотказного выполнения задачи;
–
математическое ожидание времени передачи пакета информации;
–
вероятность искажения передаваемых данных;
116
–
вероятность трансформации данных;
–
коэффициент
обеспеченности
вызовов
–
математическое
ожидание отношения числа обеспеченных вызовов (то есть без потерянных)
к общему числу вызовов, поступивших за тот же период времени;
–
вероятность того, что все вызовы будут реализованы в заданный
период времени;
–
вероятность того, что между выделенными узлами (абонентами)
будет обслужен поток с качеством не хуже заданного в заданный период
времени;
–
вероятность
сохранения
заданного
числа
каналов
между
выделенными узлами сети до определенного момента времени;
–
вероятность существования связи одного абонента со всеми
абонентами (выделенным множеством) одновременно и т. д.
Выбор системы показателей прежде всего определяется основной
целью (целями), поставленной перед системой связи, а также задачами,
стоящими перед разработчиками, владельцами и пользователями системы
связи.
Приведенный перечень не претендует на полноту, возможны и другие
варианты критериев. Выбор конкретной системы критериев определяется
конкретной ситуацией, возникшей при создании и эксплуатации сети связи.
В работе приводятся подходы к оценке некоторых показателей
функциональной надежности.
4.3.2.
Показатели
правильности
выполнения
вычислительных процессов
Вероятность безотказного выполнения задачи Рз – это вероятность
того, что в процессе выполнения задачи не возникнет ни одного
функционального отказа. Пусть в течение длительного времени t задача
выполнялась n раз, а количество функциональных отказов равно k≤n, тогда
оценка вероятности выполнения задачи равна
117
ˆ  nk

n
Вероятность
безотказного
(4.3.2.1)
выполнения
в
течение
времени
t
вычислительных процессов – это вероятность безотказного выполнения в
течение времени t потоков процессов и вложенных в них потоков задач. Она
определяется как вероятность того, что либо не поступила заявка и задача не
выполнялась, либо поступила одна заявка и задача выполнена безотказно,
либо в общем случае поступило ровно i заявок и по каждой из них задачи
выполнены безотказно. Суммируя вероятность указанных событий, получим
по формуле полной вероятности.

0
1
2
i
PВП = Р(0,t)(P3) + Ph(1,t)(P3) + P(2,t)(P3) + … + P(i,t)(P3) +… =
 i, t   ,
t
3
i 0
где Р(i,t) – вероятность того, что в течение времени t поступит ровно i
заявок, а Р3 – вероятность правильного однократного выполнения задачи.

Таким образом,  t    i, t 3  .
t
(4.3.2.2)
i 0
Средняя наработка до функционального отказа. Этот показатель может
быть вычислен с использованием следующего выражения:

 
  t dt
(4.3.2.3)

i 0
Среднее время восстановления вычислительного процесса. Обозначим
длительность устранения i-го функционального отказа
 i . Если в
результате длительного наблюдения установлено, что при n выполнений
задач имели место k  n функциональных отказов, то оценка среднего
k
времени восстановления следующая: ˆ  
  i
i 1

.
(3.3.2.4)
118
4.3.3.
Показатели
правильного
выполнения
информационных процессов
Вероятность возникновения ошибки при передаче сообщения (пакета)
Рс. Данный показатель – это вероятность искажения, трансформации или
потери сообщения (пакета). В некоторых информационных процессах весьма
критичным является трансформация какой-либо части или всего сообщения
(пакета). Для этой величины обычно задаются более жесткие требования, чем
к вероятности простого искажения информации. Поэтому вероятность
трансформации может рассматриваться как отдельный показатель, хотя
подходы к его определению одинаковы с подходами определения
вероятности возникновения ошибки.
Пусть в результате длительного наблюдения установлено, что из n
переданных сообщений правильно принято m  n , тогда оценка вероятности
возникновения ошибки при передаче сообщения (пакета) определяется в
виде:
ˆ m

C
n
Вероятность
безотказного
(4.3.3.1)
выполнения
в

течение
информационных процессов Ρ UΠ t    Ρ ИΠ i, t ΡC  ,
i
i 0
времени
t
(4.3.3.2)
где РИП(i,t) – вероятность поступления в течение времени t ровно i
заявок на передачу сообщения (пакета).
Средняя наработка до функционального отказа МС относительно

информационных процессов ТИП – Τ ИΠ   Ρ UΠ t dt.
(4.3.3.3)
0
Среднее время восстановления информационного процесса в МС.
Отказы в передаче информации могут быть вследствие отказов аппаратуры
каналов передачи данных (отказы портов, маршрутизаторов, концентраторов,
119
станций и др.), а также из-за ошибок в передаваемой информации. Поэтому
интенсивность отказов канала передачи данных равна   1  2 ,
где 1   – интенсивность отказов аппаратуры цифровых каналов, а
2  C / t – период передачи пакета (сообщения) – интенсивность ошибок
в передаваемых сообщениях.
Тогда среднее время восстановления информационного процесса
определяется выражением
ВИП 
1  2 2
,

(4.3.3.4)
где ТВ1 – среднее время восстановления аппаратуры канала передачи
данных, ТВ2 – среднее время восстановления искаженных или утерянных
сообщений (пакетов).
4.3.4.
Комплексные
показатели
функциональной
надежности
Коэффициент функциональной готовности МС. Этот показатель
определяет вероятность того, что в произвольный момент времени МС
готова к выполнению вычислительных и информационных процессов.
  

 И
.
  И  И 
(4.3.4.1)
Коэффициент оперативной функциональной готовности МГС. Этот
показатель оценивает готовность к функционированию в произвольный
момент времени и правильность выполнения в течение требуемого времени (
 ) заданных процессов обработки и передачи информации в соответствии с
предусмотренными алгоритмами
 ΦΓ τ   ΚΦΓ  ΡΒΠ τΡИΠ τ
(4.3.4.2)
120
4.3.5.
Основы аналитического расчета показателей
функциональной надежности
Расчет показателей функциональной надежности вычислительных
процессов
Расчет вероятности безотказного выполнения задачи РЗ возможен с
помощью одного из следующих двух подходов: детализированный (с
помощью строгих математических моделей, подробных граф-схем) и
прогнозирующий (приближенный).
Для сложных процессов, которые имеют место в МС, применение
детализированного подхода затруднено из-за большой размерности графов
алгоритмов задач. Тогда уместно применить следующий подход.
Пусть Vi – отношение количества команд i-го вида к среднему
количеству команд 1, выполняемых в процессе однократной реализации
программы задачи, где i = 1,  и М – число разновидностей команд,
применяемых в вычислительных средствах, на которых реализуется данная
программа.
Тогда вероятность РЗ оценивается по формуле
ˆ3  ]t3 / t [ ,
(4.3.5.1)

где   Vi Pi
i 1
– вероятность безотказного выполнения средней
команды, Рi – вероятность безотказного выполнения i-й команды; веса Vi
определяются либо экспериментально, либо при помощи известных методов

смеси
операций,
например,
метода
Гибсона;
t   Vi i
i 1
–
время
выполнения средней команды, причем i – среднее время выполнения
команды программы задачи.
В (4.3.5.1) степень ] t 3 t  [ есть округленное сверху до целочисленного
значения количество реализаций средней команды.
121
Расчет вероятности безотказного выполнения в течение времени t
вычислительного процесса РВП(t) основывается на результатах вычисления
или оценки показателя Рз и на конкретной математической модели,
описывающей поток заявок на выполнение задачи. В большинстве
практических
случаев
можно
принять
поток
заявок
пуассоновским
(простейшим). Это объясняется большим количеством неприоритетных
факторов, вызывающих заявки. Отсюда отсутствие последействия и, как
правило, ординарность и стационарность потока, т. е. те свойства, которые
присущи простейшему потоку. Тогда вероятность того, что в течение
времени t поступит ровно i заявок, задается выражением

t i t
i, t  
t
i!

Следовательно,   
i 0
t i et  i  et  i
3
i
i
 et  e z ,
где z = tP3.
Окончательно получаем РВП= е-tеz=e-(1- 3 )t = exp[-(1-P3)t]
(3.4.5.2)
Средняя наработка до функционального отказа. Этот показатель
относительно вычислительных процессов равен

 

1
  t dt   exp [t 1   dt   1   .

t 0
3
t 0
(3.4.5.3)
3
Таким образом, средняя наработка до функционального отказа
относительно
вычислительных
процессов
обратно
пропорциональна
вероятности потока заявок на выполнение задач.
Расчет показателей функциональной надежности информационных
процессов
Вероятность
безотказного
выполнения
в
течение
времени
t
информационных процессов рассчитывается по формуле (3.4.5.2), с той лишь
разницей, что вместо интенсивности  в эту формулу подставляется
122
интенсивность поступления заявок на передачу сообщений , а вместо
вероятности безотказного выполнения задачи РЗ подставляется вероятность
ошибки при передаче сообщения (пакета) РС.
Аналогичные замены производятся и в формуле (3.4.5.3) при расчете
среднего времени наработки до функционального отказа относительно
информационных процессов.
Оценка функционирования
4.4
Настоящий расчет надежности распространяется на АСУ ДПЭ.
Расчет надежности основывается на следующих допущениях :

Все элементы работают в нормальных технических условиях;

Интенсивность отказов всех элементов не зависит от времени
(срока службы);

Отказы элементов являются событиями случайными и незави-
симыми;

Все элементы работают одновременно;

Отказ любой дублированной группы приводит к отказу всей
системы;
Интенсивность отказов λ (1/ч) для нерезервируемой аппаратуры
определялась по формуле:
m
    i  i
i 1
(4.4.1)
,
где m - количество типов элементов,
i - количество элементов i – го типа,
i - интенсивность отказов элементов i – го типа.
Средняя наработка на отказ определялась по формуле :
o 
1
.
(4.4.2)
123
При
расчете
надежности
АСУ
ДПЭ
необходимо
определить
вероятность безотказной работы системы в произвольном интервале времени
t, которая определяется выражением:
p( t )  e t ,
(4.4.3)
где λ – интенсивность отказов устройств;
t – время, за которое определяется вероятность безотказной работы.
Расчет
количественных
показателей
резервируемой
аппаратуры
проводится на основании принятых выше перечисленных допущений по
формулам (4.4.1) – (4.4.3).
Расчѐт надѐжности произведѐм по методике, изложенной в подразделе
4.4.3.
Все элементы находятся в нагруженном резерве.
Нагруженный резерв – резервный элемент находится в том же режиме,
что и основной. При этом принимается, что характеристики надежности
резервных элементов в период их пребывания в качестве резервных и в
период их использования вместо основных после отказа последних остаются
неизменными[11].
Интенсивность отказа подсчитывается с учетом формулы (4.4.1)
 Д    дi  дi
i 1
(4.4.4)
,
где дi - интенсивность одновременного отказа дублированной группы
i – го типа,
 дi - число дублированных групп i – го типа.
Коэффициент готовности дублированной группы i – го типа находим,
используя формулу (4.4.2)
 г дi 
дi
дi  в .
(4.4.5)
 гдi - коэффициент готовности дублированной группы i – го типа,
124
дi - время наработки на отказ дублированной группы i – го типа.
Tв - среднее время восстановления элементов i – го типа
Согласно (4.4.5) коэффициент готовности дублированной группы,
представляющий собой вероятность исправного состояния хотя бы одного
элемента дублированной группы в произвольный момент времени, может
быть определен следующим образом :
Κ г .д.ι 
Mi 
1  2Μ ι
1  2Μ ι  2Μ ι2
 1
2Μ ι2
i
- соотношение интенсивности отказа элемента i – го типа i
i
к интенсивности восстановления элемента этого типа
i 
(4.4.6)
1  2Μ ι  2Μ ι2 .
i , при этом i 
1
;
Ti
1
Tвi
где Tвi - среднее время восстановления элементов i – го типа.
 T
Таким образом M i  i  вi
i
Ti .
(4.4.7)
Преобразуя формулу (4.4.2) и подставляя в нее K г.д.i из формулы
(4.4.3) имеем:
K г .д.i
1  2M i
1  2 M i  2 M i2
Tдi 
 Tвi 

 Tвi 
2
2
1  K г .д.i
1  2M i  2M i
Mi

1  2M i
M i2
 Tвi 
Tвi
M i2 .
(4.4.8)
Неравенство (4.4.8) справедливо, т.к. согласно ТЗ Tвi  Tв  1час.
125
1 M i2 Tвi2 1 Tвi
дi 

 2
 2  Tвi  i2  i2
Tдi Tвi Tдi Tвi Tдi
.
(4.4.9)
Исходные данные (значения интенсивности отказов элементов) взяты
из единого справочника ―Надежность изделий электронной техники,
электротехники и квантовой электроники‖
4.5
Расчет надежности комплекса технических средств
устройства сопряжения с объектом
В соответствии с ТЗ на АСУ ДПЭ аппаратура системы должна
удовлетворять следующим требованиям по надежности :
вероятность безотказной работы должна быть не менее 0,999
Для расчета надежности подстанции используется схема, приведенная
на рисунке 4.5.1, соответствующей компоновке аппаратуры подстанции. Все
приборы и устройства дублируются и находятся в горячем резерве.
КПУ
КПИ
КПУ
КПИ
Рисунок 4.5.1. Схема расчета надежности подстанции
Интенсивность отказа подстанции подсчитывается с учетом формулы
 Под    дi  дi
i 1
,
(4.5.1)
где дi - интенсивность отказа дублированной группы i – го типа,
 дi - число дублированных групп i – го типа.
Интенсивности отказов элементов приведены в таблице 4.5.1.
126
Таблица 4.5.1.
Наименование Интенсивность
устройства
Число
Интенсивность
Nдi
отказов,λi 103,
дублированных
отказов
·λдi·106
1/ч
групп, Nдi
дублированных
,1/ч
групп, λдi·106 ,
1/ч
КПУ
0,05
1
0,025
0,025
КПИ
0,05
1
0,025
0,025
0,05
под  0.05  10 6 ,
1
ч.
Время наработки на отказ определим по формуле :
ПОД 
1

под
1
 20000000ч
0.05 106
.
Вероятность безотказной работы за время непрерывной работы
н  1000 час.
ПОД  e t  e
4.6
  ПОД н
6
 e0.0510
1000
 0,999949
.
Расчет надежности ДПЭ
Расчет надежности диспетчерского пункта электроснабжения ДПЭ
производится в соответствии со схемой приведенной на рисунке 4.6.1.
ЦКС
МОНИТОР
SWITCH
АРМ
ДПЭ
МОНИТОР
ЦКС
МОНИТОР
SWITCH
АРМ
ДПЭ
МОНИТОР
Рисунок 4.6.1. Схема расчета надежности ДПЭ
127
Интенсивность отказов ДПЭ подсчитывается по формуле:
 ДПЭ    дi  дi
i 1
.
Вычисление значения
 ДПЭ
производится аналогично вычислению
ПОД и сводим их в таблицу 4.6.1
Таблица 4.6.1
Наименование
Интенсивность
Число
отказов, λi 103, дублированных
устройства
1/ч
групп Nдi
Интенсивность
Nдi ·λдi·106 ,
отказов
1/ч
дублированных
групп λдi·106,
1/ч
СС
0,02
1
0,0004
0,0004
АРМ ДПЭ
0,02
1
0,0004
0,0004
Коммутатор
0,005
1
0,000025
0,000025
Монитор
0,03
2
0,0009
0,0018
0,002625
В результате вычислений получаем
 ДПЭ  0.002625  10 6 ,
1
ч;
время наработки на отказ
ДПЭ 
1
 ДПЭ

1
 380952380
0.002625  10 6
.
Вероятность безотказной работы за время непрерывной работы
н  1000 час.
128
ДПЭ  et  e
4.7
  ДПЭн
6
 e 0,00262510
1000
 0,9999973
.
Расчет надежности АСУ ДПЭ
Расчет надежности комплекса производится в соответствии со схемой,
приведенной на рисунке 4.7.1.
УКЛ
УКЛ
УКЛ
ДПЭ
ПОД
УКЛ
ПОД
УКЛ
УКЛ
УКЛ
УКЛ
ПОД
ПОД
УКЛ
ПОД
УКЛ
УКЛ
УКЛ
Рисунок 4.7.1. Схема расчета надежности АСДУ на примере Бутовской
линии.
Где ЦДП – Центральный диспетчерский пункт, С – станция
Старокачаловская, БАУ – станция Бульвар Адмирала Ушакова, БА – станция
Бунинская аллея
Интенсивность отказов АСУ подсчитывается по формуле :
 АСУ    дi  дi    i  i
i 1
i 1
где дi - интенсивность отказа дублированной группы i – го типа,
 дi - число дублированных групп i – го типа.
 i - количество элементов i – го типа,
i - интенсивность отказов элементов i – го типа.
Вычисление значения
 АСУ производим аналогично вычислению
 ДПЭ , используя таблицу 4.7.1.
129
Таблица 4.7.1.
Наименование Интенсивность
Число
Интенсивность
Nдi
отказов
·λдi·106,
дублированных
1/ч
отказов, λi 106, дублированных
устройства
1/ч
групп Nдi
групп λдi·106,
1/ч
ПОД
0,05
5
-
0,25
ДПЭ
0,002625
1
-
0,002625
УКЛ
0,035
6
0,0012
0,0072
0,259825
 АСУ  0,259825 106 ,
1
ч.
Время наработки на отказ
АСУ 
1
 АСУ

1
 3848744
0,259825  10 6
.
Вероятность безотказной работы за время непрерывной работы
н  1000 час.
6
АСУ  et  eАСУ н  e0, 25982510
1000
Коэффициент готовности составляет:
Т0
3,84 103
KГ 

 0,9999979
3
Т 0  Т В 3,84 10  8
.
 0,99974 .
130
Выводы
1.
Подробно рассмотрены работа и специфика составных частей
комплекса технических средств автоматизированной системы управления
диспетчерским пунктом энергоснабжения.
2.
В работе предложены методы прогнозирования и оценки
надежности многоуровневых мультисервисных систем для Московского
метрополитена, которые рассматриваются как разновидность иерархических
сложных систем. Установлены граничные условия, определяющие объем
дополнительных средств для защиты МС от функциональных отказов, при
этом коэффициент готовности информационной системы имеет величину
Кг=0,998,
что
соответствует
требованиям
руководящего
документа
Минкомсвязи РФ РД.45.128-2000.
3.
системы
Произведена оценка функционирования автоматизированной
диспетчерского
управления
электроснабжением
Московского
метрополитена.
4.
Рассчитана
Вероятность
надежность
безотказной
работы
системы
за
время
АСДУЭ
полностью.
непрерывной
работы
н  1000 час. составляет АСУ  0,99974 и коэффициент готовности
равен K Г  0,9999979 .
Заключение
В диссертационной работе разработаны и обоснованы методы и
средства поддержки управленческих решений по эксплуатации системы
энергоснабжения Московского метрополитена с учетом рисковых ситуаций.
1. Предложены критерии и методы обоснования управленческих
решений по замене находящегося в эксплуатации оборудования в системе
электроснабжения метрополитена без рисков потери функционирования.
131
2. Разработан метод обоснования управленческих решений на
основе
анализа
рисковых
ситуаций
в
системе
электроснабжения
метрополитена с использование когнитивных карт.
3. Разработана структура и состав комплекса технических средств
автоматизированной системы диспетчерского управления энергоснабжением.
4. Создана методика мониторинга функционирования оборудования и
обеспечения заданного уровня функциональной надежности.
На основе анализа систем управления электроснабжением установлено,
что
повышение
эффективности
системы
управления
возможно
с
использованием новых компьютерных технологий и учета рисковых
ситуаций.
Разработанные технические решения по реализации систем управления
с учетом рисковых ситуаций могут быть использованы при проектировании
многоуровневой транспортной системы.
Разработанные проектные предложения построения управленческих
систем, базовые подходы к проектированию и выбору архитектуры системы
управления энергоснабжением метрополитена могут быть использованы при
создании подобных систем в различных областях народного хозяйства с
учетом
разнообразных
требований и
уровней
надежности
передачи
информации.
Кроме этого внесен существенный вклад в повышение безопасности
перевозки пассажиров и надежности эксплуатации оборудования путем
внедрения компьютеризированной системы управления с горячим резервом,
способной самостоятельно принимать решения по выходу из аварийной
ситуации. Сокращено в 7 раз время реакции системы на изменение состояния
объектов и выдачу управляющего воздействия, в том числе, в аварийных
ситуациях. Существенно улучшены показатели надежности. Обеспечены
коэффициент готовности 0,99999, время наработки на отказ 3 848 744 часа и
вероятность безотказной непрерывной работы за 1000 часов 0,99974, что
132
значительно превышает соответствующие показатели в системах ТЭМ -74 и
ПТК-ТЛС.
Уменьшены
электроснабжения
затраты,
в
том
метрополитеном.
числе
и
Улучшена
людские,
в
службе
технология
работы
диспетчеров метрополитена. Удалось разгрузить их от тех задач, с которыми
лучше и быстрее справляются компьютеры, обеспечены вывод на экран
монитора автоматизированного рабочего места информации о состоянии
устройств управления, программная защита от неправильных действий
диспетчера и вывод справочной информации. Повышена оперативность и
достоверность в обеспечении диспетчерского персонала метрополитена
нормативно-справочной и директивно-регламентирующей информацией
посредством ведения единой компьютерной базы данных этой информации.
133
Список литературы.
1.
Аверкин А.Н., Кузнецов О.П., Кулинич А.А., Титова Н.В.
Поддержка принятия решений в слабоструктурированных предметных
областях. Анализ ситуаций и оценка альтернатив. Теория систем управления.
Вып. 3, 2006, 139-149 с.
2.
Автоматизация & IT в энергетике №1(1). Ежеквартальный
отраслевой научно-производственный журнал. М. ООО «Амальгер», 2009.
3.
Афонин В.А., Темников Ф.Е., Форматы цифровой звукозаписи.
С.-Пб: ЗАО «Элби», 1998, - 263 с.
4.
Александрова А.Т., Ермаков Е.С.. Гибкие производственные
системы электронной техники. Учеб.пособие для ПТУ. М.: Высш.шк., 1989, 319 с.
5.
Аль-Хамри С.С., Ватлецов А.В., Попов Г.В., Экспертная
поддержка при диагностике состояния силовых трансформаторов. –
Электротехника, 2003, № 8, 5 - 11 с.
6.
Банчук
Ю.А.,
Демин
В.К.,
Тютин
Н.Н.,
Чудинов С.М.
Региональные информационные системы, методы их структурной и
функциональной оценки. Белгород: БелГУ, 2007. – 340 с.
7.
Басаргина О.А. и др. Экономика для инженера. В 2-х частях.
Часть 1. Введение в экономическую теорию. Микроэкономика: Учебник М.:
Высшая школа, Доброе слово, 2001, - 359 с.
8.
Башлыков А.А., Еремеев А.П. Экспертные системы поддержки
принятия решений в энергетике. М.: Изд-во МЭИ, 1994, - 213 с.
9.
Бежанова М.М., Поттосин И.В. Математическое обеспечение
ЭВМ: средства и инструменты. Новосибирск: Изд. НГУ, 1993, - 183 с.
10.
Беркович Я.Д. О диагностике энергетического оборудования,
Электрич. станции, 1989. – № 6. – С.16-20.
11.
БЖД/ Под ред. Профессора Белова С.В. – М.: Высшая школа,
1999, - 616 с.
134
Белоногов А.Д., Малеев П.Г., Плахов Л.М., Талан Н.П., Хохлов
12.
С.Г., Чельдиев М.И. Инструментальный комплекс для проектирования
встроенных
систем
управления
реального
времени
//«Современные
технологии автоматизации», М., 2007, с. 113 - 117.
13.
Белоусов Н.И., Саакян А.Е., Яковлева А.И. Электрические
кабели, провода и шнуры: Справочник / Под ред. Н.И. Белоусова. 5-е изд. М.:
Энергоатомиздат, 1987, - 527 с.
14.
Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для
инженеров и учащихся втузов. М.: «Наука», 1986, - 718 с.
15.
Власов
К.П.
Теория
автоматического
управления.
СПб.:
Гуманитарный центр, 2007, - 103с.
16.
Гальперин В.М. Микроэкономика. СПб.: Экономическая школа,
1994, - 221 с.
17.
Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам,
персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы:
Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.2.542-96. – М.: Информационноиздательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996, – 64 с.
18.
теории
Глазунов Л.П., Грабовецкий В.П., Щербаков О.В. ―Основы
надежности
автоматических
систем
управления‖
СПб.:
Энергоатомиздат, 1984, - 208 с.
19.
Горелова Г.В., Захарова Е.Н., Радченко С.Н. Исследование
слабоструктурированных
проблем
социально-экономических
систем:
когнитивный подход. Ростов-на-Дону: изд. РГУ, 2006. -332 с.
20.
ГОСТ
12.1.009 – 76.
Электробезопасность.
Термины
и
определения. Введ. 01.01.77.
21.
ГОСТ 12.0.003-74* (СТ СЭВ 790-77). ССБТ. Опасные и вредные
производственные факторы. – М.: Издательство стандартов, 1996, – 6 с.
22.
ГОСТ 19.005-85. Схемы алгоритмов и программ. Правила
выполнения. – М.: Издательство стандартов, 1985 – 18 с.
135
23.
Гудыно
Л.П.,
Кириченко
А.А.,
Пятибратов
А.П.,
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. М.: Финансы и
статистика, 2004, - 510 с.
24.
Дядюнов А.Н., Онищенко Ю.А. Адаптивные системы сбора и
передачи аналоговой информации. – М.: Машиностроение, 1988, - 288 с.
25.
Егоров Н.В., Карпов А.Г. Диагностические информационно
экспертные-системы. – СПб.: Санкт-Петербургский университет. 2002. – 472
с.
26.
Заде Л. Понятие лингвистической переменной и ее применение к
принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976.
27.
Идельчик
В.И..
Электрические
системы
и
сети.
М.,
Энергоатомиздат, 1989, - 592 с.
28.
Ильина О.П., Бройдо В.Л. «Вычислительные системы, сети и
телекоммуникации» учебник для ВУЗов. СПб.: Питер, 2002, - 560 с.
29.
Информационная
руководящих
документов
технология.
на
Комплекс
автоматизированные
стандартов
системы.
–
и
М.:
Издательство стандартов, 1991.
30.
«Информатика» под редакцией Н. В. Макаровой, Третье
переработанное издание, Москва «Финансы и статистика» 2001.
31.
Котлер Ф.
―Основы маркетинга‖, Санкт-Петербург, АО
―Коруна‖, 1994, - 656 с.
32.
Крашовац
И.Ю.,
Прохоров
Н.Л.
Системное
программное
обеспечение ЭВМ. Операционная система UNIX : Методические указания по
выполнению практических занятий. М.: МГИРЭА (ТУ), 1998.
33.
Крашовац
И.Ю.,
Прохоров
Н.Л.
Системное
программное
обеспечение ЭВМ. Использование графического интерфейса Х Window
System в ОС UNIX: Методические указания по выполнению практических
занятий. М.: МГИРЭА (ТУ), 1999.
34.
Крупский А.А, Малеев П.Г., Хохлов С.Г., Чельдиев М.И.
Элементы и устройства системы безопасности движения московского
136
метрополитена //Тезисы доклада на 5 Международной научно-технической
конференции
«Фундаментальные
проблемы
радиоэлектронного
приборостроения», М., 2007, с. 164 – 167.
35.
Крупский А.А., Малеев П.Г. Развитие и совершенствование
систем управления электроснабжением в Московском метрополитене.
//Bопросы радиоэлектроники, серия Общетехническая, вып. 3, М., 2011, с.
133 – 138.
36.
Крупский А.А., Малеев П.Г., Ройко Г.А. Технология получения и
обработки знаний на основе видеосредств метрополитена // Вопросы
радиоэлектроники, серия элетронная вычислительная техника, вып. 2, М.,
2013, с. 100-107
37.
Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация. Методика написания,
правила оформления и порядок защиты. М.: Ось-89, 2008, - 224 с.
38.
Кулинич А.А., Титова Н.В. Интегрированная модель поддержки
принятия решений в условиях неопределенности. Труды Института проблем
управления. Том 26. М.: ИПУ им. В.А. Трапезникова. 2005.
39.
Кулинич А.А. Систематизация когнитивных карт и методов их
анализа. Труды VII Международной конференции «Когнитивный анализ и
управление развитием ситуаций (CASC`2007)» / Под. Ред. З.К. Авдеевой,
С.В. Ковриги. - М: Институт проблем управления РАН, 2007. 50-57 с.
40.
Кулинич А.А. Верификация когнитивных карт на основе
объяснения прогнозов / Управление большими системами. Специальный
выпуск 30.1 «Сетевые модели в управлении». М: ИПУ РАН, 2010. 453-469 с.
41.
Кульба В.В., Кононов Д.А., и др. Методы формирования
сценариев развития социально-экономических систем. – М.: СИНТЕГ, 2004.
296 с.
42.
Кураков Л. П., Попов В. М. и др. Сборник бизнес-планов:
Современная практика и документация. Отечественный и зарубежный опыт.
– М.: Финансы и статистика, 1997, – 336 с.
137
43.
Липаев В.В. Отладка систем управляющих алгоритмов реального
времени. М.: Сов. Радио, 1974, - 217 с.
44.
Майбуров И.А. Вклад человеческого капитала в экономическое
развитие России. Экономическая наука современной России. – 2003. - № 4.
45.
Максимов В.И., Корноушенко Е.К. Аналитические основы
применения когнитивного подхода при решении слабоструктурированных
задач. Труды ИПУ, вып.2, 1998.
46.
Малеев
П.Г.
Вопросы
построения
адаптивных
систем
управления. Доклад на конференции «Высокие технологии XXI века», М.,
2006, с. 470 - 473.
47.
Малеев П.Г. Комплекс для разработки адаптивной системы
управления.
Вопросы
радиоэлектроники,
серия
«Электронная
вычислительная техника», вып. 2, М., 2006, с. 81 - 86.
48.
Малеев
П.Г.
Автоматизированная
система
диспетчерского
управления энергоподстанциями Московского метрополитена // Выставкаконференция «Электроника и транспорт» (тезисы доклада), М., 2007, с. 18.
49.
Малеев
управления
П.Г.
Автоматизированная
энергоподстанциями.
Вопросы
система
диспетчерского
радиоэлектроники,
серия
«Электронная вычислительная техника», вып. 3, М., 2007,с.104 - 108.
50.
Малеев
П.Г.
Резервная
система
безопасности
движения
московского метрополитена. Транспорт Российской федерации, №11, М.,
2007, с. 67 - 69.
51.
Малеев
П.Г.
Автоматизированная
система
диспетчерского
управления. Депонировано в федеральном государственном унитарном
предприятии «Всероссийский научно-технический институт межотраслевой
информации
-
федеральный
информационно-
аналитический
центр
оборонной промышленности», М., 2008.
52.
Малеев
П.Г.
Автоматизированная
система
диспетчерского
управления энергоподстанциями Московского метрополитена. Вопросы
сопряжения старых систем управления с современными // Выставка-
138
конференция «Общественный транспорт» (тезисы доклада), М., 2009, с. 2425.
53.
Малеев
П.Г.
Организация
диспетчерского
управления
в
энергоснабжении Московского метрополитена // Доклад на Международном
форуме «Высокие технологии XXI века», М., 2009, c. 180 – 182.
54.
Малеев П.Г. Переход от старой телемеханики на АСДУЭ с
наименьшими
финансовыми
затратами
//
Выставка-конференция
«Электроника и транспорт» (тезисы доклада), М., 2010, с.31.
55.
Малеев П.Г., Черепнев А.А. Системы диспетчерского управления
электроснабжением
в
Московском
метрополитене
//Международная
конференция «Компьютерные науки и технологии»(сборник трудов, с.252255), Белгород, 2011.
56.
Малеев П.Г. Особенности перехода со старой телемеханики на
вновь разработанную АСДУЭ в Московском метрополитене //Вопросы
радиоэлектроники, серия «Электронная вычислительная техника», вып. 2, М.,
2013, с. 108-116.
57.
Малеев П.Г. Разработка типовых решений антегрированного
программно-технического
комплекса
для
проектирования
сложной
наукоемкой продукции //Вопросы радиоэлектроники, серия «Электронная
вычислительная техника», М. 2012, с. 149-152.
58.
Методические указания по организационно-экономической части
дипломных проектов.– М.: МИРЭА, 1990, – 30 с.
59.
Мотуско Ф.Я. Защитные устройства в электроустановках. — М.:
Энергия, 1973, - 200 с.
60.
Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП. Методическое пособие,
книга 1. СПб.: ДЕАН, 2006, - 552 с.
61.
НМЦ ПЭУ МЭИ. — Рекомендации по проектированию, монтажу
и эксплуатации электроустановок зданий при применении устройств
защитного отключения. — М. Из-во МЭИ, 2000.
139
62.
Первичная обработка информации с помощью ЭВМ. Часть 1.
Сглаживание временных последовательностей данных// Метод. указания.
63.
Перминов
С.Б.
Информационные
технологии
как
фактор
экономического роста. М.: Наука, 2008, - 195 с.
64.
Петровский А.Б. Теория принятия решений. М.: Академия, 2009.
65.
РД 34.46.501. Инструкция по эксплуатации трансформаторов.
Изд. 2-е перераб. и доп.: Утв. Главтехупр. Минэнерго СССР 08.12.76; Разраб.
ВНИИЭ. – М.: Энергия, 1978, – 80 с.
66.
Робертс
Ф.С.
Дискретные
математические
модели
с
приложениями к социальным, биологическим и экологическим задачам.
Наука, 1986.
67.
Саати Т.Л. Принятие решений при зависимостях и обратных
связях: Аналитические сети. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011, - 360с.
68.
Саати Т.Л. Элементы теории массового обслуживания и ее
приложения. Пер. с англ. Изд.3, 2010, 520 с
69.
Саати Т.Л., Кернс К. Аналитическое планирование. Организация
систем М.: Радио и связь, 1991, - 224 с.
70.
Санитарные
правила
и
нормы.
Физические
факторы
производственной среды. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений: СанПиН 2.2.4.548-96/ Госкомсанэпиднадзор
России. – М., 1996.
71.
Сергеев И.В. Экономика организаций (предприятий). М.: ТК
Велби, 2007, - 560 с.
72.
Силов В.Б. Принятие стратегических решений в нечеткой
обстановке. - М.: ИНПРО-РЕС, 1995. – 228 с.
73.
СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование/
Госстрой России. – М.: ГП ЦПП, 2000. – 72 с.
74.
СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение/
Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1995. – 40 с.
140
75.
СНиП 2.09.04-00. Административные и бытовые здания. - М.:
ЦИТП Госстроя России, 2000.
76.
Трубицын С.Н., Чудинов С.М. Мультисервисные системы,
методы их структурной и функциональной оценки. М.: ГОУ «МАРТИТ»,
2012.
77.
―Управляющие вычислительные комплексы‖ М.: Финансы и
статистика, 2003. – 352 с.
78.
Автоматизация & IT в энергетике №4(4). Журнал. – 2009.
79.
Управляющие вычислительные комплексы: Учебное пособие /
Под ред. Н.Л. Прохорова. 3-у изд. перераб. и доп. М.: Финансы и статистика,
2003.
80.
http://www.admhmao.ru/inform/law/gost_5.htm.
81.
http://automation-system.ru.
82.
http://www.asutp.ru/.
83.
http://www.asu-tp.org/
84.
http://www.bolshe.ru/book/id=834&page=6.
85.
http://www.business-process.ru.
86.
http://www.mosmetro.ru/sl/#/
87.
http://niivk.ru/index.php?id=19
88.
http://ru.wikipedia.org/
89.
http://synopsis.kubsu.ru/informatic/master/lecture/themes5_3_1.htm.
90.
http://vis.unesko.org.
91.
http://zab.megalink.ru/depart/vm/infbook/gl03/33_1.htm.
92. Силов, В.Б. Принятие стратегических решений в нечеткой
обстановке. М.: ИНПРО-РЕС, 1995. – 228 с.
93.
Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Либроком, 2011. –
94.
Голинкевич Т.А. Прикладная теория надежности. М.: Высшая
408 с.
школа, 1977 – 160с.
141
95.
— 239 с.
Ушаков И.А. Курс теории надежности систем. М.: Дрофа, 2008.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа