Автоматизированное диспетчерское управление технологическими процессами в нефтегазовой отрасли

Нефтегазовая отрасль обладает большим разнообразием технологических процессов, обеспечивающих все этапы сложного пути нефти и газа от извлечения из недр до преобразования в конечный продукт: геолого-геофизические работы, бурение, разработка и эксплуатация, трубопроводный транспорт и хранение, химия и переработка, распределение и др. Особенностями нефтегазового производства являются: территориальная распределенность, непрерывный характер гидрогазодинамических процессов; технологическая и экологическая опасность, сложность систем нефте- и газоснабжения. Примером такого рода объектов являются трубопроводные системы нефте- и газоснабжения, которые охватывают всю территорию России и Беларуси, связывая между собой многочисленных потребителей и источники сырья. Основным видом управления этими столь разнообразными технологическими процессами нефтегазовой отрасли является оперативнодиспетчерское управление, на основе диспетчерских комплексов моделирования (ДКМ) и компьютерных тренажерных комплексов (КТК).

Существующие ДКМ применяются диспетчерскими службами в основном для решения задач моделирования, планирования, прогнозирования режимов работы газотранспортных систем (ГТС), ретроспективного анализа ситуаций, диагностики фактического состояния объектов и ГТС. Применение КТК позволяет проводить компьютерное моделирование различных аварийных ситуации в ГТС и в процессе противоаварийных тренировок диспетчерского персонала формировать навыки принятия решений в условиях дефицита времени и ресурсов управ-

ления.

В настоящее время ДКМ устанавливаются на каждом из уровней диспетчерского управления: диспетчерского пункта линейного производственного управления магистрального газопровода, производственно-диспетчерской службы (ПДС) газотранспортного общества (ГТО).

При интеграции ДКМ со SCADA-системами, когда частота поступления данных составляет менее минуты, накладывается жесткое ограничение на время проведения расчета. В результате решение задач ПДС ГТО, содержащих десятки тысяч технологических объектов, в режиме реального времени становится затруднительным. Анализ режимно-технологических задач показал, что многие из них требуют многократного итерационного расчета отдельных моделей технологических объектов и содержат естественный параллелизм. К ним относятся расчеты трубопроводных систем, режима работы компрессорных цехов, областей допустимых режимов работы газоперекачивающих агрегатов (ГПА), режима работы многоцеховой компресорной станции, режима работы ГТС в целом. Cпособом повышения эффективности программного обеспечения автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) является модернизация КТК путем создания распределенной многопользовательской имитационной вычислительной обучающей среды, адекватной многоуровневому диспетчерскому управлению с использованием многоуровневых распределенных тренажерных комплексов. Такие тренажеры призваны обеспечивать имитацию информационного и интерактивного взаимодействия между персональными диспетчерскими тренажерами, установленными в ПДС разных уровней диспетчерского управления. Архитектура построения многоуровневого распределенного компьютерного тренажерного комплекса представлена на рис. 4.14. В его основу построения положен объектно-ориентированный подход с модульной организацией подсистем, а вычислительную основу составляет серверная имитационная среда моделирования, которая позволяет:

— осуществлять моделирование газотранспортной системы предприятия;

— получать данные из базы данных SCADA-систем различных предприятий;

— создавать учебно-тренировочные задачи (УТЗ) для индивидуального и коллективного обучения с учетом специфики схемы ГТС конкретной ПДС.

Для имитации процесса многоуровневого диспетчерского управления предусмотена работа диспетчера в следующих режимах.

Однопользовательский (индивидуальный) режим. Тренажер устанавливается на одной рабочей станции и является полностью автономным. База данных УТЗ содержит данные для конкретной ГТС и позволяет в течение одного сеанса работы проводить подготовку только одного диспетчера. В этом режиме пользователь может монопольно управлять объектами расчетной схемы на любом из уровней иерархической структуры диспетчерского управления (рис. 4.15).

Сетевой (коллективный) режим. Рабочие станции располагаются в дисплейном классе, объединенном локальной вычислительной сетью. На сервере приложений устанавливается полнофункциональный диспетчерский тренажер, на рабочих станциях — модули графического интерфейса пользователя и локальные базы данных. Работа каждого диспетчера автономна, и при выполнении УТЗ не предусматривается взаимодействия с другими диспетчерами. В этом режиме пользователю доступны различные расчетные схемы и расширенный набор учебно-тренировочных задач. Распределенный многоуровневый режим. Используются как локальные, так и территориально распределенные вычислительные сети. Рабочие станции тренажера размещаются на АРМах в различных диспетчерских службах и соединяются с сервером тренажера удаленными каналами связи. В данном режиме сервер распределенной тренажерной системы может полностью брать на себя вычислительные (расчетные) функции — в этом случае рабочие станции обеспечивают функции графического интерфейса пользователя.

Во втором варианте расчетные функции распределяются по рабочим станциям тренажерной системы, а сервер обеспечивает синхронизацию всех информационных потоков. Распределенные многоуровневые тренажерные системы призваны обеспечивать информационное иинтерактивное взаимодействие между индивидуальными диспетчерскими тренажерами, установленными в ПДС разных уровней диспетчерского управления (рис. 4.16).

Важным показателем результатов работы обучаемых как в индивидуальном режиме, так и с многоуровневым тренажерным комплексом является оценка результатов выполнения УТЗ. Оценка деятельности участников складывается не только из индивидуальных показателей деятельности каждого участника, но также из групповых и экспертных оценок коллективного решения по управлению объектами газотранспортной системы.

Оценивание результатов коллективного обучения осуществляется по ряду наиболее важных аспектов деятельности обучаемых:

— эффективность сформированного участниками решения (представление решений к заданному сроку, управление в аварийных и нештатных ситуациях, согласно регламенту, учет технологических ограничений, наличие ошибок и их количество);

— межгрупповое взаимодействие в процессе решения задачи (быстрота принятия решений, аргументированность при защите своих решений обучаемыми, согласование обобщенного решения, межличностное общение участников обучения);

— взаимодействие участников работы внутри групп (активность каждого из обучаемых и его вклад в общий результат);

— личностные качества обучаемых, которые невозможно формализовать (эрудированность, принципиальность, умение аргументировать и отстаивать решение, честность и другие).