Программный комплекс интеллектуализации систем оперативного управления объектами с распределенными параметрами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Программный комплекс интеллектуализации систем оперативного управления объектами с распределенными параметрами

Проблемы интеллектуализации систем оперативного управления объектами с распределенными параметрами приобретают все большую актуальность в различных областях науки и технике. Рассмотрим решение указанной проблемы на примере газотранспортной системы.

Взаимосвязанную совокупность объектов транспортировки газа по магистральным газопроводам с полным правом можно отнести к сложным системам, которые характеризуются [1]:

· значительной территориальной рассредоточенностью;

· стохастическим характером потребления газа в зависимости от природных условий;

· ограниченной пропускной способностью и жесткой направленностью газопроводной сети;

· достаточно высоким уровнем локальной автоматики;

· весьма серьезными экологическими и экономическими последствиями аварий, а так же массой других свойств, характерных для транспортных систем большой мощности.

Рациональное управление такими системами требует, с одной стороны, создания распределенной многоуровневой информационной системы, основанной на современных компьютерных технологиях с использованием как систем локальной автоматики, так и SCADA-систем, и, с другой стороны, с учетом неполноты и неопределенности информации, которая всегда имеет место при принятии управляющих решений в такого рода системах, разработки подсистемы, в основу которой заложены методологии «мягких» вычислений и экспертных систем (ЭС).

Необходимо отметить, что в современных условиях эксплуатации и исследования систем управления (СУ) такими сложным системами как объекты транспортировки газа, к этим СУ предъявляются требования эффективного функционирования в широком диапазоне варьирования их параметров и характеристик. Выполнение этих требований вызывает определенные трудности как в теоретическом, так и в практическом плане. Сложность анализа СУ в данном случае обусловлена неполнотой и неоднородностью информации о свойствах системы. Это связано с тем, что информация о функционировании ее элементов имеет различные источники.

Особенно важна роль интеллектуальных подсистем при осуществлении оперативного управления газотранспортной системой, где главным лицом, принимающим решение, является диспетчер.

Основная задача диспетчерского управления - руководство СУ процессом распределения газотранспортных потоков, обеспечивающим надежное снабжение потребителей газом в необходимом количестве при минимально возможных затратах, при этом режимы работы газотранспортной системы могут носить различный характер (нормальный, напряженный, аварийный и т.д.).

ЭС, разрабатываемые для целей диспетчерского управления, должны удовлетворять некоторым требованиям, связанным с психологией принятия решений человеком:

· ограниченное число факторов, с учетом которых принимается решение по управлению;

· неточность знаний, возникающая в результате использования экспертов как источников информации или в связи с использованием объединенной информации (теоретической и эвристической).

В такой ситуации целесообразно создавать многоуровневую экспертную систему, на самом верхнем уровне (мета- уровне) которой вырабатывается решение по управлению по ограниченному количеству ключевых параметров, которые характеризуют глобальные изменения в системе или состояния отдельных подсистем рассматриваемой СУ [2]. На нижних уровнях такой экспертной системы формируются продукционные экспертные подсистемы, в основу правил-продукций которых положена как информация, полученная непосредственно от контрольно-измерительной аппаратуры, так и содержащая неточные знания. В качестве средства описания процесса принятия решений используется табличная модель представления знаний на базе языка таблиц решений [3]. Язык таблиц решений (ТР) относится к классу неалгоритмических языков и характеризуется непроцедурной и наглядной формой описания процесса принятия решений, возможностью автоматизации проверки простроенной модели на корректность (полноту и непротиворечивость), ее оптимизации и трансляции в вычислительную программу.

ТР задают соответствие между значениями элементов некоторого конечного множества условий, определяющих состояния проблемной области (управляемой системы), и последовательностями из конечного множества действий, определяющими принимаемые решения. ТР - это табличная запись конечного множества продукций типа «состояние - принимаемое решение». Модель принятия решений может состоять из одной или совокупности иерархически взаимосвязанных таблиц решений.

Формально ТР определяется набором:

T = <(), (f,t,q)> ,

где С={C_i}, i = 1,…,m - множество условий (идентификаторов условий), интерпретируемых как координаты совокупности векторов данных, представляющих состояния проблемной области; А={А_r}, r = 1,…,k - множество действий (идентификаторов действий), интерпретируемых как координаты совокупности векторов действий, представляющих принимаемые решения; и - матрицы, задающие соответствие между векторами состояний и действий; f=(f_j), j=1,…,n - вектор, определяющий вероятности (частоты) выполнения правил решений; t=(t_i), i=1,…,m - вектор, определяющий сложности вычисления значений условий; q=(q_r), r=1,…,k - вектор, определяющий сложности реализации действий.

Число уровней в такой экспертной системе зависит от уровня оперативно-диспетчерской службы и, например, ЭС, ориентированная на линейно-производственное управление, может состоять только из двух уровней - мета- уровня и ЭС реального времени продукционного типа, связанной непосредственно с информационной системой, реализованной на объекте. Организация работы системы в режиме реального времени, обеспечение ее функционирования с минимальной величиной запаздывания и сокращения времени отработки управляющих воздействий возможно только с применением концепции параллелизма.

Параллельная активизация и выполнение продукций допустимы при их взаимной независимости. Для определения зависимых и независимых продукций вводится т.н. матрица параллелизма

С=||C_ijⁿ||

где n - число продукций в продукционной системе, элемент C_ij которой равен единице, если продукция Р_i зависит от Р_j по входу или входу-выходу, и равен нулю, если Р_i не зависит от Р_j или зависит только по выходу или интерфейсу.

На рисунке представлено окно программы формирования экспертной системы на языке таблиц решений с учетом всех ранее описанных условий [4].

Рисунок 1 - Окно программы формирования экспертной системы реального времени

Создание ТР осуществляется в окне конструктора таблиц, который содержит правила, определяющие соответствие наборов условий и действий. Программа на основе текущих состояний объекта осуществляет выбор соответствующих правил и реализует определенный набор действий.

При этом система мета- уровня должна быть ориентирована на принятие решений как в нормальном режиме работы, так и в экстремальных. Поскольку на мета- уровне принятие решения основывается на ограниченном количестве параметров, правильный выбор этих параметров играет существенную роль, и в этом случае полезно использовать предложенную конфигурацию ЭС в качестве тренажера, чтобы эксперты различного уровня могли проанализировать предлагаемые решения по управлению при выборе в качестве ключевых различные переменные. В предлагаемой системе особое внимание необходимо уделить структуре и параметрам непосредственно самих трубопроводов, поскольку эти данные иногда являются решающими при выборе управляющего решения. В этом случае целесообразно решение транспортной задачи в ее структурном (графовом) варианте на каждом этапе принятия решения по управлению. Результат решения указанной транспортной задачи является одним из условий продукционной системы, которые, в конечном счете, влияют на принятие решений по управлению газораспределительной системой, при этом для каждого уровня диспетчеризации транспортная задача решается по структуре и условиям этого уровня.

Таким образом, предлагается многоуровневая экспертная система, являющаяся информационно-аналитической основой для принятия решений по формированию газотранспортных потоков с учетом физического состояния, структуры, а также некоторых слабо формализованных параметров, с учетом которых осуществляется оперативное управление.

Разработанный программный комплекс (ПК) основан на модульном принципе. Многоуровневое, строго иерархическое постро-ение сложных программ позволяет ограничить и локализовать на каждом из уровней соответствующие ему компоненты.

Данному ПК присущ ряд свойств, важнейшими из которых являются:

· вертикальная соподчиненность, заключающаяся в последо-вательном упорядоченном расположении взаимодействующих компо-нент, составляющих данный ПК;

· взаимозависимость действий компонент верхних уровней от реакций на воздействия и от функционирования компонент нижних уровней, информация о которых передается верхним уровням.

Работа с программным комплексом интеллектуализации систем оперативного управления осуществляется в несколько этапов:

1 этап: выбор структуры и параметров соответствующей газотранспортной сети для реализации решения транспортной задачи. Определение всех информационных потоков, их источников и параметров.

2 этап: выбор нескольких наборов ключевых факторов, влияющих на принятие управляющих решений диспетчерским персоналом, систем газораспределения и реализация экспертной системы на мета- уровне.

3 этап: формирование экспертной системы реального времени, построенной на языке таблиц решений. Благодаря подсистеме анализа информации выполняется проверка и анализ ТР; обработка текущего состояния; выбор и реализация управляющих алгоритмов, если реализована непосредственная связь с объектом управления, либо выдача рекомендаций по управлению в виде сообщений оператору; сбор статистики с целью доучивания системы.

Данная система позволяет автоматизировать принятие решений по управлению с учетом ключевых параметров, которые используются диспетчерами в системах оперативного управления газотранспортными потоками, при этом экспертные системы нижнего уровня дают возможность проанализировать адекватность принятого решения и получить объяснения по нему. Предложенная программная система не исключает использования традиционных SCADA-систем управления, она лишь дополняет эти системы.

газотранспортный диспетчерский программный

Литература

1.Халимон В.И. Формализованные методы построения систем управления химико-технологическими процессами в условиях неполной информации. -СПб.: ХИМИЗДАТ,2004.-352с.

2.Спесивцев А.В. Металлургический процесс как объект изучения: новые концепции, системность, практика. - СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2004. 307 с.

3.Башлыков А.А., Еремеев А.П. Экспертные системы поддержки принятия решений в энергетике. - М.: МЭИ, 1994. - 216 с.

4.Программа «DECISION TABLE TOOLBOX» / Халимон В.И., Проститенко О.В. // Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2003611869 от 12 августа 2003г.

Размещено на Allbest.ru