Проектирование специального программного обеспечения АСУ ТП типовых дожимных насосных станций транспортировки сырой нефти

Объект исследования – процесс проектирования программного обеспечения АСУ ТП
Предмет исследования – методы, модели и алгоритмы разработки программного обеспечения АСУ ТП
Цель исследования
разработка метода, моделей и алгоритмов проектирования программного обеспечения АСУ ТП в нефтегазовой отрасли на основе применения библиотек создаваемых программных модулей объектов проектирования, приводящих к сокращению сроков проектирования.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи
1. Оценка степени проработанности темы исследования на основе анализа литературных источников и процесса проектирования;
2 . Анализ этапов жизненного цикла специального программного обеспечения АСУ ТП с выявлением наиболее вероятных мест и источников возникновения ошибок;

3. Разработка методики проведения исследования по созданию программных модулей с применением пакета SimInTech;
4. Разработка программных блоков с заполнением библиотеки среды динамического проектирования SimInTech;
5. Исследование и оценка результатов НИР (на примере
разработки модели автоматизированной системы
управления типовой дожимной насосной станцией с
оптимизацией параметров программных решений);

Научная новизна предлагаемого решения
Разработан метод индустриального проектирования специального ПО АСУ ТП, отличающийся тем, что исключены промежуточные стадии проектирования в сравнении с каноническим (ручным) методом проектирования, за счет этого достигается эффект в виде снижения вероятности ошибки:

Нормативная документация
ГОСТ 34.601-90 – Автоматизированные системы. Стадии создания;
ГОСТ 19.102-77 – Единая система программной документации. Стадии разработки

Основные стадии проектирования при каноническом методе разработки ПО

Основные виды ошибок при проектировании ПО

Зависимость стоимости и сроков от стадии проектирования ПО
(по данным ООО «3В Сервис»)

Примеры программных средств математического моделирования
MATLAB – программная среда математических расчетов, моделирования, визуализации результатов (США);
CoDeSys – программная среда моделирования специального ПО (Германия);
VisSim – программная среда моделирования специального ПО (США);
LabVIEW – программная среда моделирования специального ПО (США);
SimInTech – программная среда математического моделирования, алгоритмов управления, интерфейсов управления и автоматической генерации кода для программируемых контроллеров и графических дисплеев (Россия).

Типовая схема ДНС
НГС-1, НГС-2 – нефтегазовые сепараторы;
Н-1, Н-2 – центробежные секционные насосы;
ГПЗ – газоперерабатывающий завод;
УПН – установка подготовки нефти

Математическое обеспечение блока узла учета газа
Расчет рассогласования
Расчет управляющего сигнала
Ограничения для значений выходного сигнала
Фрагмент программы в среде SimInTech

Математическое обеспечение блока ЦНС
Уравнение ПИД-регулятора
Фрагмент программы блока ПИД в среде SimInTech
Фрагмент программы блока ЦНС в среде SimInTech

Проверка работоспособности ПИД-модели по настройкам В.Я. Ротача
Схема ОУ Simulink
Схема ОУ SimInTech
График выхода на режим
График выхода на режим

Анализ прямых показателей качества
математических моделей

Оптимизация параметров на примере блока ЦНС
Схема ПИД-регулятора с оптимизатором
График выхода на режим

Эффективность оптимизации параметров

Генерация кода, исполняемого микропроцессорными контроллерами
Выбор функции генерации кода
Настройки генерации кода

Вероятность безошибочного проектирования
при каноническом подходе
Вероятность по стадиям
Введение весовых коэффициентов
Вероятность безошибочного проектирования

Вероятность безошибочного проектирования
при типовом подходе
Вероятность по стадиям
Эффективность применения методологии типового проектирования АС

Решены следующие задачи:
проработана тема исследования на основе литературного обзора;
проанализированы этапы жизненного цикла специального ПО;
разработана методика проведения исследования по созданию программных модулей в среде SimInTech;
разработаны программные блоки с заполнением библиотеки SimInTech;
исследование и оценка результатов НИР на примере модели АСУ ТП типовой ДНС с оптимизацией параметров программных решений