АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к вычислительной, информационно-аналитической технике и может быть использована в газодобывающей, нефтедобывающей и других отраслях промышленности для автоматизированного мониторинга технологического оборудования с целью диагностики его технического состояния, анализа интенсивности отказов и определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации.
Известна информационно-аналитическая система мониторинга объектов промысла (полезная модель №62720), содержащая датчики промысловых объектов, главную ЭВМ промысла, штатные инженерные станции, сервер базы данных, а также автоматизированное рабочее место оператора. Недостатком этой системы является отсутствие возможности осуществлять диагностику технологического оборудования.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков и достигаемому положительному результату является иерархическая многоуровневая автоматизированная система сбора и обработки данных (полезная модель №43984), принятая авторами за прототип, включающая блок ввода данных последовательно соединенный с блоком контроля вводимой информации, первый выход которого подключен к входу блока динамических справочников и классификаторов, последовательно соединенного с блоком памяти нормативно-справочной информации, связанные с шиной обмена данными блок формирования оптимальных значений периода технического обслуживания, блок нормированных значений наработки на отказ, блок восстановления информации, блок памяти интенсивности отказов технологического оборудования, блок архивирования информации, выход которого связан с входом блока хранения резервных копий, который последовательно соединен с блоком восстановления информации, а также технологическое оборудование.
Иерархическая многоуровневая автоматизированная система сбора и обработки данных по прототипу не позволяет осуществлять автоматическую диагностику состояния технологического оборудования, на основе статистических данных и прогноза нарастания отказов, управлять движением материальных ресурсов предприятия, вносить корректировки в графики технического обслуживания и ремонта технологического оборудования и осуществлять раннюю диагностику технического состояния технологического оборудования.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в автоматизации и ранней диагностики состояния технологического оборудования, на основе статистических данных и прогноза нарастания отказов, управления движением материальных ресурсов предприятия, внесения корректировки в графики технического обслуживания и ремонта технологического оборудования.
Для достижения указанного технического результата в автоматизированную информационно-аналитическую систему мониторинга и ранней диагностики состояния технологического оборудования, содержащую, блок технологического оборудования, блок памяти нормативно-справочной информации, первый выход которого связан с шиной обмена данными, а второй выход подключен к первому входу блока ввода данных, первый выход которого подключен к входу первого блока памяти состояния технологического оборудования, выход которого связан с шиной обмена данными, блок архивирования информации, вход которого связан с шиной обмена данными, а выход связан с входом блока хранения резервных копий, который последовательно соединен с блоком восстановления информации, выход которого связан с шиной обмена данными, а также блок поддержки принятия решений, включающий связанные с шиной обмена данными блок формирования оптимальных значений периода технического обслуживания и блок нормированных значений наработки на отказ, дополнительно введены, блок сопряжения, блок автоматической диагностики, блок памяти параметров технологического оборудования, второй блок памяти состояния технологического оборудования, блок формирования дефектных ведомостей, блок формирования заказов технологического оборудования, блок корректировки заданий на техническое обслуживание, блок корректировки условий эксплуатации, а также автоматизированное рабочее место администратора, автоматизированное рабочее место диспетчера и автоматизированное рабочее место эксперта-аналитика, а в блок поддержки принятия решений дополнительно введены блок статистики и прогнозов, блок анализа качества технического обслуживания, а также блок анализа сводной информации, при этом вход автоматизированного рабочего места эксперта-аналитика связан с шиной обмена данными, а его первый, второй и третий выходы связаны соответственно с входом блока корректировки условий эксплуатации, с входом блока корректировки заданий на техническое обслуживание и первыми входом блока формирования заказов технологического оборудования, второй вход которого связан с выходом блока формирования дефектных ведомостей, вход которого связан с шиной обмена данными, выходы блока технологического оборудования связаны с соответствующими входами блока сопряжения, первый выход которого связан с первым входом автоматизированного рабочего места диспетчера, выход которого связан со вторым входом блока ввода данных, второй выход блока ввода данных подключен к входу блока памяти параметров технологического оборудования, первый выход которого подключен к третьему входу блока ввода данных, а второй выход блока памяти параметров технологического оборудования связан с шиной обмена данными, второй выход блока сопряжения связан с входом блока автоматической диагностики, последовательно соединенным со вторым блоком памяти состояния технологического оборудования, выход которого связан с шиной обмена данными, первый выход автоматизированного рабочего места администратора связан с шиной обмена данными, а его второй выход связан с управляющим входом блока сопряжения, выход блока формирования заказов технологического оборудования, выход блока корректировки заданий на техническое обслуживание и выход блока корректировки условий эксплуатации связаны соответственно со вторым, третьим и четвертым входами автоматизированного рабочего места диспетчера, при этом выход блока статистики и прогнозов, выход блока анализа качества технического обслуживания, а также выход блока анализа сводной информации связаны с шиной обмена данными.
На фиг.1 приведена структурная схема автоматизированной информационно-аналитической системы мониторинга и ранней диагностики состояния технологического оборудования.
На фиг 2 приведена форма о состоянии технологического оборудования.
На фиг 3 приведена форма об изменении местонахождения технологического оборудования.
Автоматизированная информационно-аналитическая система мониторинга и ранней диагностики состояния технологического оборудования, содержащая, блок технологического оборудования 1, блок памяти нормативно-справочной информации 2, первый выход 3 которого связан с шиной обмена данными 4, а второй выход 5 подключен к первому входу 6 блока ввода данных 7, первый выход 8 которого подключен к входу первого блока памяти состояния технологического оборудования 9, выход которого связан с шиной обмена данными 4, блок архивирования информации 10, вход которого связан с шиной обмена данными 4, а выход связан с входом блока хранения резервных копий 11, который последовательно соединен с блоком восстановления информации 12, выход которого связан с шиной обмена данными 4, а также блок поддержки принятия решений 13, включающий связанные с шиной обмена данными 4 блок формирования оптимальных значений периода технического обслуживания 14 и блок нормированных значений наработки на отказ 15, отличающаяся тем, что в нее введены, блок сопряжения 16, блок автоматической диагностики 17, блок памяти параметров технологического оборудования 18, второй блок памяти состояния технологического оборудования 19, блок формирования дефектных ведомостей 20, блок формирования заказов технологического оборудования 21, блок корректировки заданий на техническое обслуживание 22, блок корректировки условий эксплуатации 23, а также автоматизированное рабочее место администратора 24, автоматизированное рабочее место диспетчера 25 и автоматизированное рабочее место эксперта-аналитика 26, а в блок поддержки принятия решений 13 дополнительно введены блок статистики и прогнозов 27, блок анализа качества технического обслуживания 28, а также блок анализа сводной информации 29, при этом вход автоматизированного рабочего места эксперта-аналитика 26 связан с шиной обмена данными 4, а его первый 30, второй 31 и третий 32 выходы связаны соответственно с входом блока корректировки условий эксплуатации 23, с входом блока корректировки заданий на техническое обслуживание 22 и первыми входом 33 блока формирования заказов технологического оборудования 21, второй вход 34 которого связан с выходом блока формирования дефектных ведомостей 20, вход которого связан с шиной обмена данными 4, выходы 1…N блока технологического оборудования 1 связаны с соответствующими входами блока сопряжения 16, первый выход 35 которого связан с первым входом 36 автоматизированного рабочего места диспетчера 25, выход которого связан со вторым входом 37 блока ввода данных 7, второй выход 38 блока ввода данных 7 подключен к входу блока памяти параметров технологического оборудования 18, первый выход 39 которого подключен к третьему входу 40 блока ввода данных 7, а второй выход 41 блока памяти параметров технологического оборудования 18 связан с шиной обмена данными 4, второй выход 42 блока сопряжения 16 связан с входом блока автоматической диагностики 17, последовательно соединенным со вторым блоком памяти состояния технологического оборудования 19, выход которого связан с шиной обмена данными 4, первый выход 43 автоматизированного рабочего места администратора 24 связан с шиной обмена данными 4, а его второй выход 44 связан с управляющим входом 45 блока сопряжения 16, выход блока формирования заказов технологического оборудования 21, выход блока корректировки заданий на техническое обслуживание 22 и выход блока корректировки условий эксплуатации 23 связаны соответственно со вторым 46, третьим 47 и четвертым 48 входами автоматизированного рабочего места диспетчера 25, при этом выход блока статистики и прогнозов 27, выход блока анализа качества технического обслуживания 28, а также выход блока анализа сводной информации 29 связаны с шиной обмена данными 4.
Устройство работает следующим образом.
Информация о состоянии технологического оборудования каждого технологического объекта из блока 1, по соответствующему каналу связи 1…N поступает в блок сопряжения 16. Количество каналов связи определяется количеством контролируемых технологических объектов, например скважин, установок и др. Второй выход 44 автоматизированного рабочего места администратора 24 связан с управляющим входом 45 блока сопряжения 16, посредством чего администратор классифицирует технологическое оборудование по признаку наличия или отсутствия встроенных программно-технических средств самодиагностики. Информация о состоянии технологического оборудования снабженного программно-техническими средствами самодиагностики поступает со второго выхода 42 блока сопряжения 16 на вход блока автоматической диагностики 17 и далее на вход второго блока памяти состояния технологического оборудования 19. Информация о состоянии технологического оборудования, не снабженного программно-техническими средствами самодиагностики, поступает с первого выхода 35 блока сопряжения 16 на первый вход 36 автоматизированного рабочего места диспетчера 25. Диспетчер осуществляет ввод поступившей информации с выхода автоматизированного рабочего места 25 на второй вход 37 блока ввода данных 7.
В блоке памяти 18 содержится информация о текущих параметрах технологического оборудования, например место установки и технологическая позиция, дате последнего технического обслуживания или ремонта оборудования и др., которая с первого выхода 39 поступает на третий вход 40 блока ввода данных 7. В блоке памяти 2 хранится нормативно-справочная информация, например наименование технологического оборудования и его класс, тип, изготовитель, дата выпуска и его ввода в эксплуатацию и др., которая со второго выхода 5 поступает на первый вход 6 блока ввода данных 7. Диспетчер заполняет типовые формы, например фиг.2 о состоянии технологического оборудования", фиг.3 об изменении местонахождения технологического оборудования и др., используя информацию о текущих параметрах технологического оборудования, а также нормативно-справочную информация. Информация с первого выхода 8 и второго выхода 38 блока ввода данных 7 поступает соответственно на вход первого блока памяти состояния технологического оборудования 9 и на вход блока памяти параметров технологического оборудования 18. Информация, хранящаяся в блоках памяти 2, 9, 18 и 19 структурирована и находится в едином адресном пространстве, связанном общей шиной обмена данными 4. Блок поддержки принятия решений 13 содержит функциональные модули 27, 28, 14, 29 и 15, которые связанны со входом автоматизированного рабочего места эксперта-аналитика 26 посредством общей шины обмена данными 4. В блоке нормированных значений наработки на отказ 15 на основании информации из блоков памяти 2, 9, 18 и 19 производится автоматическое сравнение фактической наработки оборудования на отказ с их нормированными значениями и эксперту-аналитику по его запросу выдается систематизированная информация сгруппированная по интенсивности отказов по каждому виду технологического оборудования.
В блоке формирования оптимальных значений периодов технического обслуживания 14 на основании информации из блоков памяти 2, 9, 18 и 19 производится автоматический анализ интенсивности отказов технологического оборудования, поступающих с блока 15 и периодов технического обслуживания согласно существующему регламенту и эксперту-аналитику по его запросу выдается систематизированная информация с рекомендациями о корректировке периодов технического обслуживания для каждого технологического оборудования в зависимости от его параметров и состояния.
В блоке 28 на основании информации из блоков памяти 2, 9, 18 и 19, а также систематизированной информации из блоков 14 и 15 производится автоматический анализ качества технического обслуживания и эксперту-аналитику по его запросу выдается информация о каждом технологическом оборудовании, сгруппированная по каждому производителю технического обслуживания.
В блоке анализа сводной информации 29 на основании информации из блоков памяти 2, 9, 18 и 19, а также систематизированной информации из блоков 14, 15 и 28 по запросу эксперта-аналитика ему выдается сводная информация о количестве отказов по каждому виду технологического оборудования за любой интервал времени, сгруппированная по любому признаку (например, по месту установки, условиям эксплуатации, производителям оборудования, организациям выполняющим ремонт и др.).
В блоке 27 производится автоматическая статистическая обработка информации из блоков памяти 2, 9, 18 и 19, а также из блоков 14, 15, 28, 29 и по запросу эксперта-аналитика ему выдается прогноз возникновения отказов по каждому технологическому оборудованию и рекомендации необходимые для принятия решения, например, о замене оборудования, изменении межремонтного цикла, отказе от услуг того или иного производителя оборудования или организации выполняющей техническое обслуживание и др.
На основании информации о текущем состоянии оборудования из первого 9 и второго 19 блоков памяти состояния технологического оборудования в блоке 20 автоматически формируются дефектные ведомости на ремонт или замену вышедшего из строя технологического оборудования, которые с выхода блока 20 поступают на второй вход 34 блока формирования заказов технологического оборудования 21. Эксперт аналитик на основании полной информации поступающей с блока поддержки принятия решений 13, а также автоматически сформированной в блоке 20 дефектной ведомости дает разрешение с третьего выхода 32 на первый ход 33 блока 21 на формирование заказа для приобретения соответствующего технологического оборудования. После закупки нового технологического оборудования информация об его изменившемся состоянии поступает на четвертый вход 48 автоматизированного рабочего места диспетчера 25.
Эксперт аналитик на основании полной информации поступающей с блока поддержки принятия решений 13, со второго выхода 31 выдает задание в блок 22 на корректировку заданий на техническое обслуживание технологического оборудования (например, на изменение графика технического обслуживания, регламента технического обслуживания и т.п.), информация о котором с выхода блока 22 поступает на третий вход 47 автоматизированного рабочего места диспетчера 25.
Эксперт аналитик на основании полной информации поступающей с блока поддержки принятия решений 13, с первого выхода 30 выдает задание на вход блока 23 на корректировку текущих условий эксплуатации технологического оборудования (например, на изменение температурного режима эксплуатации, снижение агрессивности воздействия окружающего воздуха и т.п.), информация о которых поступает с выхода 39 блока 23 на второй вход 46 автоматизированного рабочего места диспетчера 25.
Диспетчер на основании сводной информации о корректировках текущих условий эксплуатации технологического оборудования осуществляет обновление информации через блок ввода данных 7 в соответствующих блоках памяти 2, 9, 18 системы.
В блоке 10 осуществляется архивирование информации блоков памяти системы 2, 9, 18 и 19 за фиксированные интервалы времени (например, сутки, месяц, год), которая с выхода блока 10 поступает на вход блок 11, в котором хранятся резервные копии. В случае сбоя системы архивная информация из блока 11 поступает в блок восстановления информации 12 и далее по шине обмена данными 4 в соответствующие блоки памяти.
Таким образом, автоматизированная информационно-аналитическая система позволяет осуществлять автоматическую диагностику состояния технологического оборудования, на основе статистических данных и прогноза нарастания отказов, управлять движением материальных ресурсов предприятия, вносить корректировки в заказ технологического оборудования, в задания на техническое обслуживание, корректировать условия эксплуатации, осуществлять раннюю диагностику технического состояния технологического оборудования и тем самым упреждать аварийные ситуации технологических процессов.
Пример практического применения автоматизированной информационно-аналитической системы мониторинга и ранней диагностики состояния технологического оборудования.

Технологическое оборудование, обеспечивающее процесс добычи и переработки газожидкостной смеси (ГЖС) функционирует в непрерывном режиме на опасном производственном объекте Астраханского газоконденсатного месторождения. Технологическое оборудование с функциями самодиагностики по существующим линиям оптоволоконной связи автоматически передает информацию о своем состоянии на сервер, который реализован на базе рабочей станции Dell OptiPlex GX620 с процессором Intel Pentium D 840 (3.2 ГГц, 800 МГц FSB, 2×1 МБ кэш L2), основной памятья 4 Гб DDR-2, 533 МГц, жестким диском - 250 ГБ, дисководом - 16х DVD+/-RW Drive и функционирующий под управлением операционной системы - Microsoft Windows XP Service Pack 3. На сервере установлено специализированное программное обеспечение AMS фирмы Emerson, которое осуществляет прием информации, поступившей с технологического оборудования и ее запись в базу данных, реализованную на кластере серверов Sun Fire V240 (количество процессоров - 2; тип процессора - UltraSPARC IIIi; тактовая частота процессора - 1 ГГц; объем оперативной памяти - 1 ГБ RAM; жесткий диск - 80 ГБ; объем кеш-памяти 2-го уровня - 1 МБ; количество PCI слотов - 3; сетевые интерфейсы - 4×10/100/1000 BaseT Ethernet портов и 1×10 BaseT порт сетевого управления; порты ввода/вывода - 1 последовательный порт, 1 порт сетевого управления, 2 порт USB, 1 порт Ultra160 SCSI; количество жестких дисков 2; удаленное управление - ALOM; количество источников питания - 2; дисковод - DVDLW; графическая карта  - XVR100) и рабочие станции Sun Ultra 25 (частота процессора - 1.34 ГГц; тип процессора - UltraSPARC IIIi; объем оперативной памяти - 1ГБ RAM; жесткий диск - 80 ГБ; сетевые интерфейсы - 2×1000 Ethernet; дисковод - DVDLW; графическая карта - XVR100), работающих под управлением операционной системы Solaris 10 с установленным программным обеспечением MySQL 5.1.

Информация об отказах или неисправностях оборудования не оснащенного средствами самодиагностики поступает на АРМ диспетчера следующей конфигурации: Dell OptiPlex GX620; с процессором Intel Pentium D 840 (3.2 ГГц, 800 МГц FSB, 2×1 МБ кэш L2); основная память 4Гб DDR-2, 533 МГц; жесткий диск - 250 ГБ; дисковод - 16х DVD+/-RW Drive, операционная система - Microsoft Windows XP Service Pack 3. Количество АРМов диспетчера может быть более двух и они могут быть территориально разнесены. Диспетчер осуществляет адресную классификацию информации и ее ввод в базу данных. Процесс ввода данных организован программно на базе клиент-сервреных технологий с использованием языков программирования высокого уровня Perl и С.

Блок поддержки принятия решений реализован как группа программных модулей, реализованных на языках программирования высокого уровня Perl и С и предоставляющих по требованию эксперта аналитика информацию из базы данных структурированную в соответствии с его требованиями и позволяющую ему принять решение связанное с изменением режимов эксплуатации технологического оборудования или его обслуживания. АРМ эксперта аналитика функционирует под управлением операционной системы Windows XP SP3 на следующих технических средствах: Dell OptiPlex GX620; с процессором Intel Pentium D 840 (3.2 ГГц, 800 МГц FSB, 2×1 МБ кэш L2); основная память 4 Гб DDR-2, 533 МГц; жесткий диск - 250 ГБ; дисковод - 16х DVD+/-RW Drive.
Преимущество автоматизированной информационно-аналитической системы мониторинга и ранней диагностики состояния технологического оборудования заключается в том, что она позволяет структурировать пообъектно и классифицировать все средства технологического оборудования по видам, присваивая каждой единице уникальный идентификатор, обеспечивать накопление и анализ видов, частоты и последствий отказов технологического оборудования в течение его жизненного цикла на производстве, от момента поставки до списания, снижать количества отказов оборудования за счет принятия предупредительных мер и упреждать тем самым аварийные ситуации на опасных технологических процессах.
Разработка внедрена и успешно функционирует на предприятии ООО «Газпром добыча Астрахань» обеспечивая ежегодный экономический эффект за счет снижения затрат на ремонт и замену оборудования.