Автоматика. Аппаратура систем автоматического управления и регулирования (преобразователи и датчики, сервоприводы, сервоусилители, автореле и др.). Техническая кибернетика. Техника автоматизации (Компьютеры - см. 004)

Учебное пособие содержит теоретическую часть и материалы практических занятий по основам микропроцессорных систем управления. Изложена общая методика проведения лабораторных работ в инструментальных программных комплексах промышленной автоматизации «CoDeSys» и «Zelio Soft», рассмотрены примеры решения задач.

Учебное пособие содержит теоретическую часть и материалы практических занятий по основам микропроцессорных систем управления. Изложена общая методика проведения лабораторных работ в инструментальных программных комплексах промышленной автоматизации «CoDeSys» и «Zelio Soft», рассмотрены примеры решения задач.

Публикуются актуальные материалы по принципам построения сквозных автоматизированных систем "проектирование - производство - маркетинг и сбыт продукции", освещаются проблемы реструктуризации и обновления проектно-производственных сред на основе высоких GALS-технологий в условиях рыночной экономики, а также проблемы интеграции информационных ресурсов России в мировую индустрию, информационной поддержки высокоэффективных технологий и наукоемких производств.

Методические указания соответствуют первому разделу программы дисциплины «Основы теории управления», который посвящен линейным системам. Лабораторные работы направлены на анализ линейных систем управления, экспериментальное и теоретическое определение их характеристик.

Рассматривается задача управления движением мобильных роботов с дифференциальным приводом в группе лидер—ведомые. Предложенный метод структурного синтеза позволяет сформировать управляющие воздействия для роботов-ведомых группы только на основе информации относительного расположения ведомых и лидера без привлечения абсолютных пространственных координат роботов. Эффективность алгоритма управления подтверждается результатами численных экспериментов.

Рассматривается один из возможных подходов к расчёту параметров типовых регуляторов на основе метода локализации. Показано, что рассчитанные таким способом регуляторы полностью решают задачу стабилизации нелинейных нестационарных объектов первого и второго порядков. Представлены варианты реализации типовых регуляторов и рекомендации по расчёту их параметров, исследованы свойства полученных автоматических систем. Отмечается общая характерная особенность систем с предложенным ПИД-регулятором, которая заключается в возникновении быстрых составляющих движения на фоне медленных рабочих процессов. Результаты численного моделирования иллюстрируют основные свойства рассмотренных систем.

Учебное пособие посвящено основным принципам компьютерного моделирования, которые можно применить к широкому спектру управленческих задач в различных областях экономических процессов с использованием инструментария табличного процессора. Каждая постановка управленческой экономической задачи рассматривается в пособии на конкретном числовом примере, решаемом сначала подходящими приемами математического моделирования, а затем - средствами программного обеспечения персонального компьютера. На примере реальных производственных ситуаций пособие демонстрирует, как можно их смоделировать, реализовать с помощью электронных таблиц и затем подвергнуть анализу полученные решения. Учебное пособие выполнено по учебному плану нового стандарта бакалавриата, разработанному на факультете международных отношений ВГУ

В статье приведен обзор уравнения состояния (УС) GERG-2008. Данное УС применимо для расчета термодинамических свойств смесей, состоящих из 21 компонента природного газа, находящихся в газообразном, жидком, надкритическом состояниях в диапазоне температур 60…700 К и диапазоне давлений до 70 МПа. Расширенная неопределенность расчета плотности флюидов по УС GERG-2008 составляет 0, 1…0, 5 % в зависимости от компонентного состава газа и термобарических условий. Произведено сравнение УС GERG-2008 с другими УС, наиболее часто применяемыми для расчета термодинамических свойств природного и нефтяного газов.

Приводится методика расчета камертонного датчика давления бурового раствора на забое скважины, принцип действия которого основан на изменении частоты колебаний камертонного резонатора от величины давления бурового раствора за счет изменения действующей длины камертона. Даны аналитические зависимости для расчета геометрических размеров элементов первичного преобразователя давления. С учетом работы забойной измерительной аппаратуры в стесненных размерах бурильной трубы приводится расчет измерительного контейнера. Приводится блок-схема алгоритма методики расчета камертонного датчика давления бурового раствора. Основное назначение датчика – повышение эффективности работы путем обеспечения высокой точности за счет использования частотного метода преобразования и передачи на устье скважины величины измеряемого параметра.

В отечественной и зарубежной литературе приведено большое количество методик, посвященных проблемам моделирования многофазных газожидкостных потоков смесей в газоконденсатных скважинах. В зависимости от постановки задач наиболее известные методики, как правило, ограничены многочисленными допущениями и являются частным случаем более общей системы уравнений сохранения массы, энергии и импульса. Для повышения качества прогноза технологических параметров работы скважин необходимо обобщение существующих методик расчета устьевых параметров работы с учетом особенностей движения многофазного потока от забоя к устью, реальной геометрии ствола скважин, а также интенсивного теплообмена газожидкостного потока с окружающей породой.

В статье рассматривается математическая модель четочного течения нефти и воды через систему поровых каналов посредством решения уравнений Навье-Стокса. Пористая среда, реконструкция порового пространства которой основывается на использовании кривых капиллярного давления, представлена в виде системы капиллярных каналов сложной конфигурации. С использованием разработанного метода проведены исследования факторов, оказывающих влияние на многофазный поток в пористой среде, а также показан пример расчета функций относительных фазовых проницаемостей.

В статье описывается усовершенствованный алгоритм метода гидравлического уклона для обнаружения утечек в нефтепроводе. Приводится краткое сравнение с другими распространенными методами обнаружения утечек. Проведено теоретическое исследование разработанного алгоритма, и рассчитана методическая погрешность локализации утечки.

Суточные данные работы скважин часто содержат резко выделяющиеся значения (выбросы), которые способны значительно повлиять на результаты статистического анализа, например, при построении линейного тренда. Показано, что стандартный МНК очень чувствителен к выбросам в данных, что приводит в ряде случаев к искажению линейного тренда и неправильной оценке изменения показателя за интересуемый период. Предложено использовать робастные методы оценивания параметров тренда, чтобы повысить помехоустойчивость и эффективность получаемых оценок.

В статье изложены принципы построения и реализации систем функционально-группового пошагового управления (ФГУ) при оперативно-диспетчерском управлении нефтепроводами. Определены подходы к разделению технологического оборудования нефтепроводов по функционально-групповому принципу. Даны определения понятий функциональных групп и функциональных подгрупп оборудования. Приведено описание состава средств системы ФГУ, построенной по иерархическому принципу. Описан принцип организации и реализации алгоритмов "шагового" управления. Приведено описание структуры шага управления. Представлены методы описания алгоритмов ФГУ автоматными моделями и продукционными моделями. Описан человеко-машинный операторский интерфейс для представления процессов ФГУ.

В статье изложены методика и алгоритм построения карт распространения радиуса тангенциальной кривизны поля проницаемости, расчлененности и структурной поверхности на примере пласта А[4] Пронькинского месторождения. С их помощью получены технологии, позволяющие формировать новые технологические границы, которые разделяют залежь на обособленные элементы с ранее недренируемыми запасами.

В статье анализируются сравнительные возможности вероятностно-статистических методов (грубого метода Монте-Карло, стратифицированные выборки из латинских гиперкубов, численных операций над дискретными величинами) и методов теории нечетких множеств для анализа неопределенностей геолого-промысловых систем. Особое внимание уделяется анализу неопределенностей при отсутствии аналитической модели и методам построения функций принадлежности путем имитационного моделирования.

В статье рассмотрена информационная система "СИРИУС", способная объединить всех участников строительства в едином информационном пространстве для управления строительными проектами. Система представляет собой стабильное решение, которое на сегодняшний день обеспечивает необходимый уровень автоматизации бизнес-процессов в производственных подразделениях любой строительной компании газовой отрасли. Приводится описание структуры, архитектуры и функциональных возможностей такой системы.

В статье на основании анализа изменившихся условий применения геолого-технологических исследований (ГТИ) и их диверсификации в связи с необходимостью информационного сопровождения отдельных этапов строительства нефтегазовых скважин рассмотрены различные уровни модульной архитектуры комплексов ГТИ.

В статье изложены принципы построения когнитивного образа для оперативной интеллектуальной поддержки процесса принятия решений оперативно-диспетчерским персоналом при управлении нефтепроводами. Определены задачи когнитивной компьютерной графики для помощи диспетчерскому персоналу. Описаны механизмы оперативного мышления и их взаимосвязь с образным представлением состояния магистрального нефтепровода и входящих в него технологических участков. В качестве базового образа состояния процессов перекачки нефти по технологическим участкам нефтепровода (ТУ МН) описан подход, основанный на использовании диаграммы Кивиата. В качестве "когнитивного образа процесса перекачки нефти" по ТУ МН рассматривается подход, основанный на когнитивном образе "линия гидроуклона". Описаны когнитивные компоненты, входящие в обобщенный образ - "калейдоскоп" для принятия оперативно-диспетчерских решений и методы работы с этим когнитивным образом.

В статье описаны экспериментальные исследования акустических режекторных фильтров. Рассмотрена схема телеизмерения параметров режима бурения. Описан лабораторный гидравлический стенд для экспериментальной проверки идеи подавления шума при измерении глубинных параметров. Описана методика проведения экспериментов по исследованию работы широкополосных режекторных акустических фильтров в статическом режиме. Описан наземный измерительный прибор (ПИОН-1) для контроля частоты вращения вала турбобура.

Одной из актуальных задач автоматизированных систем (АС) оценки состояния потоков и контроля качества средств измерений (СИ) является применение современных алгоритмов нейронных сетей. Рассмотрен алгоритм с использованием нейронной сети Кохонена. Данный алгоритм может быть рекомендован для включения в состав библиотеки алгоритмов системы поддержки принятия решения в АС, в которых используется модель инженерной сети.

В статье приводится описание задачи выбора не худшей системы радиоконтроля при использовании основных методов оптимизации. Для решения задачи векторной оптимизации, необходимо использовать условный критерий предпочтения.

В статье описана математическая модель на основе однонаправленной нейронной сети, с помощью которой предлагается обеспечить оптимальное управление процессом осушки газа при производстве водорода. Отдельные фазы однородно протекающего технологического процесса предлагается описать с помощью слоев нейронов, которые подразделяются на входные, выходные и скрытые. Регулирование линий связи между данными слоями и подстановка определенных весовых коэффициентов позволят обеспечить оптимальное управление данным процессом.

Статья раскрывает основные аспекты авторской прокси-модели расчета линий тока жидкости в пласте, использованной для автоматического построения блоков заводнения. Данный подход применяется для решения проблемы определения контуров блоков заводнения, а также сокращения перетоков жидкости между ними. Это позволит в дальнейшем проводить оперативный и качественный блоковый анализ эффективности заводнения месторождения.

В статье приведена методика построения куба проницаемости с учетом неоднородности пластов при трехмерном моделировании путем использования основных существующих способов построения куба проницаемости. Установлено, что использование представленной методики позволяет получить более точный куб проницаемости, а также увеличить достоверность определения фильтрационного сопротивления по пластам и энергетические показания вытеснения нефти из неоднородных пластов.

Рассмотрены подходы к построению систем коллективного принятия управляющих решений при оперативно-диспетчерском управлении нефтепроводами. Изложены результаты анализа применимости логического, научного и творческого подходов, используемых для анализа проблемных ситуаций, возникающих на объекте управления. Приведены описания методов анализа проблем, поиска и реализации управляющих решений при коллективном оперативно-диспетчерском управлении магистральными нефтепроводами. Показана архитектура средств неавтоматизированных и автоматизированных процессов управления магистральными нефтепроводами, реализуемых системами коллективного принятия управляющих решений. Представлена методология реализации системы коллективного принятия решений как ситуационного центра. Описаны требования к системам коллективного принятия управляющих решений как распределенных средств интеллектуальной поддержки принятия оперативно-диспетчерских решений.

В статье рассматривается вопрос обеспечения устойчивости двух и более параллельно работающих газодизель-генераторов в составе автономной электроэнергетической системы. Рассматриваются условия работы такой системы в составе автономной буровой платформы, где резкие изменения в нагрузке судовой электрической сети являются несовместимыми с существующими системами автоматического регулирования газодизель-генераторов, поскольку последние характеризуются высокой нестабильностью частоты вращения. На основе проведенного эксперимента были получены значения коэффициентов настройки регулятора частоты вращения газодизель-генератора, которые при заданной мощности обеспечивают наилучший переходный процесс. Настройку регулятора следует проводить при минимальной мощности газодизель-генератора. Показано, что при этом рост нагрузки будет приводить к увеличению запаса устойчивости. На основе метода логарифмической амплитудно-частотной характеристики определена аналитическая зависимость между параметрами регулятора и дизеля, позволяющая устанавливать допустимую степень колебательности системы.

В статье описан способ измерения дебита при многопластовой добыче нефти, основанный на измерении амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) шумов пласта. В связи с тем, что технология перфорации не может создать одинаковые по форме и геометрии отверстия при перфорировании интервалов разных продуктивных пластов, то и АЧХ шумов будут иметь собственный спектр звуковых колебаний, характерный только для данного интервала перфорации. Измеренный гидрофоном звук пласта преобразуется в объемные единицы дебита.

В статье рассматриваются пути повышения точности и частоты измерения дебита нефтяных скважин и расширения функциональных возможностей групповой замерной установки. Представлена схема автоматизированной групповой установки для измерения дебита нефти. Предложен алгоритм расчета дебита нефти, воды и газа.

Рассматривается поиск зависимости прироста добычи жидкости в результате применения соляно-кислотной обработки (СКО) от широко распространенных геологических параметров с помощью метода группового учета аргументов. Приводится сама зависимость, позволяющая оценить эффективность применения СКО практически для всех скважин месторождения и определить зоны желательности проведения СКО.

Для решения задачи маршрутизации на транспортной сети, при задании продолжительностей путей по отдельным дугам сети в виде нечетких чисел использован метод нечеткого критического пути, применяемый обычно для решения задач сетевого планирования и управления проектируемого комплекса работ. Основные временные характеристики сетевого графа вычисляются на основе решения дискретных минимаксных задач с линейными ограничениями-неравенствами. Разработаны численные алгоритмы построения критических путей, допустимых по директивному сроку длительности путей и кратчайшего по времени пути.

В статье описана модель поведения четырехволнового смешения в межканальном интервале волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) с помощью теории нечетких множеств. Предлагаемая модель позволяет соблюдать условия фазового синхронизма, при этом условием ограничения дисперсией в среде распространения сигнала при нечетком распределении длин волн можно пренебречь. Приведенная оценка применима для схемы с распределением более трех поляризованных длин оптических волн в межканальном интервале ВОЛС, что позволит с некоторой точностью получать значения эффективности четырехволнового смещения (ЧВС), а также оценивать степень влияния нелинейного эффекта на качественные характеристики ВОЛС.

Рассматривается возможность замены громоздких расчетов коэффициента вязкости газовой смеси по действующему семейству межгосударственных стандартов ГОСТ 30319-96 на расчеты по аппроксимационной модели для каждого конкретного месторождения. Предложены алгоритмы расчета коэффициентов аппроксимационных формул. Исследуется погрешность, возникающая при таком подходе. Построены аппроксимационные модели для расчета вязкости природного газа наиболее крупных газовых месторождений Западной Сибири.

В статье наиболее подробно рассмотрена методика обработки недовосстановленных кривых восстановления давления (КВД) путем внесения поправки на приток жидкости. Основной математической процедурой в этой методике является деконволюция, которая позволяет получить достаточно "гладкие" кривые изменения давления, неподверженные влиянию притока после остановки работающей нефтяной скважины. Выявлены недостатки и преимущества рассмотренной методики при обработке данных гидродинамических исследований.

В статье описывается экспертный анализ информационного поля технологического объекта нефтегазового предприятия. Определен адекватный метод экспертного анализа. Рассмотрена структура информационного поля технологического объекта нефтегазового предприятия. Отражены результаты проведенного экспертного анализа. В качестве технологического объекта исследований была выбрана линейная производственно-диспетчерская станция (ЛПДС) одной из нефтетранспортных компаний. Детально проанализирована система, выделены компоненты, в нее входящие, классифицированы и типизированы данные. Авторами работы предлагается провести адекватное определение ключевых параметров, позволяющих оценить состояние технологического процесса, выделив ключевые параметры технологического процесса с предварительным их анализом.

Рассмотрены вопросы построения когнитивного образа типа "линия гидроуклона" как элемента системы директорного управления магистральными нефтепроводами. Показано, что "линия гидроуклона" представляет собой наиболее информативный образ для оперативной оценки распределения давлений на каждом участке нефтепровода как при стационарном режиме и максимальных уровнях давлений, так и во время нестационарного процесса перекачки. Описаны прототипы базовых когнитивных образов, интегрирующих информацию от образов "линии гидроуклона", "состояния готовности технологии к переключениям", "оперативной диагностики состояния технологического оборудования" для поддержки принятия управляющих решений на каждом технологическом участке нефтепровода. Приведен прототип когнитивного образа для директорного управления 8 технологическими участками с одного рабочего места диспетчера с учетом рекомендаций закона Миллера. Описана функциональная архитектура системы когнитивной графики, реализующей когнитивный директорный диспетчерский интерфейс.

Одни из наиболее тяжелых с точки зрения последствий нештатных ситуаций в нефтегазовой отрасли связаны с поведением углеводородного сырья, в частности с фазовыми переходами – отложения парафинов, асфальтенов, солей, образование газовых гидратов. На условия образования газовых гидратов влияет большое число параметров, часть из которых не учитывается в применяемых на практике методах. В работе проведен анализ факторов, влияющих на процесс гидратообразования. Предложен подход для учета влияния состава газа на процесс гидратообразования в диспетчерском управлении.

Измерительные сигналы систем телесигнализации формируются в случае превышения контролируемым параметром порогового уровня, поэтому их амплитуды можно рассматривать как выбросы случайных процессов. Предложены формулы для вероятностей использования разрядов двоичного кода при оцифровке измерительных сигналов с экспоненциальной плотностью распределения амплитуд. Разработана модель оценки помехоустойчивости поэлементного приема оцифрованных сообщений укороченной длительности, зависящей от амплитуды измерительных сигналов. Исследованы зависимости дисперсии канальной ошибки от разрядности двоичного кода. Для каналов связи с различными помехами определены оптимальные значения разрядности кодов. Эти коды обеспечивают минимальные суммарные значения канальной ошибки и ошибки квантования при оцифровке и передаче сообщений укороченной длительности.

Система обнаружения утечек (СОУ) представляет собой некоторый программно-аппаратный автоматизированный комплекс, и всегда перед пользователем трубопроводной системы возникает задача выбора на соответствующем рынке наиболее эффективной и адекватной условиям эксплуатации СОУ. В статье проводятся анализ существующих СОУ на основе многокритериальной оценки их качества и решение задачи выбора наиболее эффективной СОУ на примере нефтепроводной системы Таладас-Тартус (Сирия). На первом этапе выбора эксперты Сирийской компании оценивают каждый из представленных методов по каждому критерию применительно к условиям работы трубопровода Таладас-Тартус. Далее методом Борда выполняются многокритериальное ранжирование и выбор наилучшего метода СОУ.

В работе описывается возможность изменения нагрузки на долото в зависимости от числа оборотов вала турбобура. Устройство предполагает возможность исключения аварийных режимов, связанных с чрезмерным повышением или понижением оборотов турбобура.

Так как нефтяные месторождения Татарстана находятся на завершающей стадии разработки, актуальным вопросом является вовлечение в эксплуатацию запасов высоковязкой нефти. Для рациональной разработки этих месторождений необходимо учитывать добытую продукцию. При этом столкнулись с рядом проблем: высокой вязкостью и температурой продукта, непостоянством его физико-химических свойств. Для решения этих проблем был разработан и внедрен измерительный комплекс для учета высоковязкой нефти. Данный комплекс успешно применяется, им оснащены более 20 нефтедобывающих скважин.

Приводятся анализ и перспективы развития мультисервисных и конвергентных сетей связи в ОАО "Газпром".

В статье рассмотрен онтологический подход как средство представления знаний в системах интеллектуальной поддержки оператора для сложных и экологически опасных объектов на примере средств трубопроводного транспорта. Описано развитие методов семиотического моделирования и онтологий в части построения концептуальной модели и концептуальной схемы предметной области управления трубопроводными системами. В качестве подхода к разработке систем интеллектуальной поддержки принятия решений рассмотрен аппарат многоагентных систем. Приведены описания архитектуры для систем интеллектуальной поддержки принятия решений семиотического типа с онтологиями.

В результате проведенных исследований показана актуальность разработки нового класса мониторинговых систем, для которых разработана структура и сформулированы требования. Для формирования оценок показателей надежности использовалось распределение Вейбулла – Гнеденко и получены зависимости, рекомендуемые для проведения инженерных расчетов на основе использования статистики об отказах.

В статье рассматривается новое уравнение для исходного коэффициента истечения стандартной диафрагмы. Новое уравнение отличается от предыдущих тем, что не зависит от числа Рейнольдса, которое заменяется значением перепада давления на сужающем устройстве. Дается сравнительный анализ нового уравнения с существующим уравнением для коэффициента истечения Ридер- Харриса/Галлахера, которое утверждено нормативными документами. В результате сравнительного анализа было выявлено, что относительная разница между сравниваемыми коэффициентами истечения достигает 6, 3 %, что говорит о недопустимо большой погрешности измерения расхода и количества газа при существующем коэффициенте истечения.

В статье описываются концепции и принципы создания имитационного приложения для анализа системы сервисного обслуживания нефтегазовой компании. За основу взяты усовершенствованная автором традиционная методология проведения имитационных исследований, опыт моделирования системы сервисного обслуживания средств вычислительной техники в ОАО "Татнефть" и результаты применения методологии для разработки имитационных приложений в различных областях экономики.

Дано описание интеллектуальной станции управления со скважинным штанговым насосом (СШН) для реализации способа нестационарного отбора жидкости при эксплуатации нефтяной залежи. Рассмотрены принципы действия и его преимущество. Кроме того, предложено техническое решение по непрерывному определению обводненности продукции скважины.

Во всех типах расходомеров дополнительная погрешность, возникающая при их длительной эксплуатации, вызвана, в основном, отложениями на внутренних стенках проточной части преобразователя расхода. Если не предпринимать мер по удалению отложений, дополнительная погрешность измерения расхода может превысить основную в разы. Степень изменения погрешности во многом зависит от используемого в данном расходомере физического эффекта, обеспечивающего процесс измерения. Для получения максимально достоверной и полной информации о качестве работы расходомеров "Рапира-ПВ" были организованы дополнительные испытания указанных приборов на месторождениях ОАО "Татнефть" с различными физико-химическими свойствами жидкости. Разработан новый ультразвуковой расходомер–счетчик жидкости "Резонанс" с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Скважины битумных месторождений эксплуатируются при температурах потоков жидкости, достигающих 100 [градусов] С. Авторами осуществлена доработка конструкции первичного измерительного преобразователя (датчика) влагомера сырой нефти ВСН-ПИК. В статье представлены результаты его эксплуатации на месторождении битумной нефти.

В статье приведены основные результаты исследований бесконтактных струйных датчиков мутности со сниженной дополнительной погрешностью, вызванной отклонениями струи. В конструкцию датчика входит многоэлементный кольцевой фотодетектор, карданный подвес и система термостатирования, что позволяет эксплуатировать его круглогодично в полевых условиях при отсутствии ровной опоры для установки.