44440

Автоматизированная система управления технологическим процессом в отстойнике

Дипломная

Информатика, кибернетика и программирование

В горизонтальном отстойнике для эмульсий, схема которого представлена на Рис.1.1, обе жидкости после разделения могут быть выведены из аппарата, поэтому отстойник работает непрерывно. Перфорированная перегородка 2 равномерно распределяет поток по сечению отстойника и предотвращает возмущение жидкости в отстойнике струей эмульсии, поступающей в аппарат.

Русский

2013-11-12

9.14 MB

66 чел.

Министерство образования И НАУКИ Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский технический университет

им. А.Н. Туполева

Кафедра АСОИУ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ДИСЦИПЛИНА «ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСОИУ»

ТЕМА:

«Автоматизированная система управления технологическим процессом в отстойнике»

 

Руководитель:                                                           Исполнитель:

к.т.н., доцент                                                             студент группы 4409

Курбатов Б.К.                                                            Надеждин К.Д.

_____________2011                                                   _____________2011

                                              

Казань 2011г.


Введение 3

1 Цели и задачи АСУ 5

1.1 Информационная технология 5

1.2 Построение схемы документооборота 17

1.3 Формулирование целей и задач АСУ 19

2 Функциональная структура АСУ 21

2.1 Внешние объекты и диаграммы окружения 21

2.2 Данные, результаты, хранилища и логическая модель 22

2.3 Задачи, функции  и модель поведения 24

3 Математическое обеспечение 26

3.1 Построение математической модели задачи 26

3.2 Метод решения задач 35

3.3 Решение задачи на контрольном примере 36

4 Информационное обеспечение АСУ  37

4.1 Концептуальное проектирование базы данных 37

4.2 Логическое проектирование базы данных. 41                                                                 4.3 Ведение баз данных. 43

5 Технологический процесс обработки данных 45

5.1 Технология обработки данных 45

5.2 Расчёт достоверности обработки данных 46

6 Разработка алгоритмов решения прикладных задач 49

6.1 Схемы диалога 50

6.2 Алгоритмы диалога и решения прикладных задач 53

7 Техническое обеспечение АСУ 57

7.1 Оценка времени загрузки рабочей станции 57

7.2 Оценка времени ввода данных 58

7.3 Оценка времени загрузки печатающих устройств 61

7.4 Оценка времени печати  63

   7.5     Оценка времени выполнения диалоговых процедур……………………………    65

7.6 Оценка времени доступа к врешней памяти 66

   7.7       Оценка времени выполнения программ……………………………………………68

   7.8       Оценка объема БД..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..…69

Заключение…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..…..…. .…..…..…..…70

Список источников..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..… ..…71

Приложение 1. Формы документов 72

Приложение 2. Кодификаторы информации 74

Приложение 3. Словарь терминов 75

Приложение 4. Контрольный пример базы данных 80

Приложение 5. Графический материал………………...……………………………………..82

Приложение 6. Текст выступления……………………………………………………………90

Приложение 7. Презентация…………………………………………………………………...91


ВВЕДЕНИЕ.

Широкое распространение сложных автоматизированных технологических комплексов, включающих в себя объекты управления технологическими процессами, остро поставили задачу сокращения сроков их разработки и внедрения при соблюдении условий обеспечения высокого качества проектов. Одним из наиболее эффективных средств решения поставленной задачи является использование имитационного моделирования и тренажеров в системах отладки АСУТП.

В настоящее время в развитии имитационного моделирования сложных систем преобладают две тенденции: разработка универсальных систем автоматизированного конструирования имитационных моделей для объектов произвольного вида; создание узкоспециализированных моделей разового применения.  Использование универсальных средств автоматизации моделирования имеет следующие недостатки: каждый раз требуется заново выполнять формализацию и описание модели на специализированном языке; вновь решать вопросы о ее информационном обеспечении, структуризации входных данных, обработке и интерпретации результатов моделирования.  Большинство технологических процессов в нефтехимии связано с использованием агрегатов, представляющих собой гидравлическую емкость(отстойник),пневматическую емкость (газосепаратор) или тепловую емкость(теплообменник). Каждая из этих емкостей может быть описана уравнением инерционного звена:

Tdx/dt + x = kx, (1)

Где x – переменная состояния(уровень, давление, температура),

u – переменная управления;

T – постоянная интегрирования объекта управления.

Если использовать уравнение (1) в качестве математической модели объекта управления,то для синтеза регулятора, вырабатывающего управление u,необходимо каждый раз определять время интегрирования T, которое в зависимости от технологического режима может изменяться. К недостаткам создания узкоспециализированных имитационных моделей следует отнести: большую трудоемкость и длительность разработки; недостаточную обоснованность проектных решений. Отмеченные недостатки, свойственные как универсальному, так и узкоспециализированному подходам к созданию автоматизированных систем проектирования имитационных моделей, можно ликвидировать путем создания проблемноориентированных систем многоцелевого назначения. В таких системах роль универсальных(инвариантных) подсистем отводится подсистемам

аналитического конструирования и последующей отладке регуляторов различных типов; создания помех с помощью генераторов псевдослучайных чисел; обмена информацией с другими приложениями, осуществляющими доступ к данным, зарегистрированным в архивах. Эти приложения могут располагаться как на одном компьютере, так и быть распределенными по сети; отображения информации с помощью использования стандартных средств создания экранных форм(визуализация трендов, гистограмм и других динамических форм отображения). Роль узкоспециализированных подсистем отводится так называемым функциональным подсистемам, имитирующим процесс функционирования технологических агрегатов в заданном режиме. Функциональные подсистемы – это набор модулей, каждый из которых представляет собой настраиваемую имитационную модель конкретного технологического агрегата. Как правило, на отдельном технологическом агрегате выполняется технологическая операция, входящая в состав технологического процесса. В целом технологический процесс можно представить в виде совокупности технологических операций, соединенных между собой в последовательные ,параллельные и циклические цепочки. Имея библиотеку настраиваемых функциональных модулей, можно создавать имитационную модель технологического процесса произвольной структуры и исследовать его устойчивость и управляемость в различных технологических режимах и в условиях искусственно создаваемых производственных помех.

С задачей имитационного моделирования АСУТП тесно связана задача формирования необходимого уровня профессиональной подготовки человека-оператора для управления соответствующими технологическими процессами. Последнее обусловлено тем, что человек-оператор обычно принимает наиболее сложные ответственные решения по управлению технологическим процессом, причем от правильности его действий ,умения найти и реализовать в сложной ситуации правильное решение зависит не только эффективность выполнения задач, возлагаемых на управляемый объект, но в ряде случаев целостность самого объекта и безопасность людей. Повышение роли операторов, связанное с необходимостью управления все более усложняющимися технологическими процессами, остро ставит проблему совершенствования методических и технических средств профессионального отбора и подготовки операторов. Наиболее эффективным средством формирования и развития знаний и профессиональных навыков, необходимых оператору в реальных условиях деятельности являются тренажеры.


1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ АИС.

1.1 Производственно-хозяйственная деятельность.

Отстойник -  аппарат для разделения неоднородных жидких сред (суспензий, эмульсий) под действием гравитационных сил. Отстойники разделяются по характеру работы – на периодические и непрерывные, по способу удаления осадка – с механическим и гидравлическим удалением, по направлению движения среды – вертикальные, горизонтальные, радиальные.

    В горизонтальном отстойнике для эмульсий, схема которого представлена на Рис.1.1 , обе жидкости после разделения могут быть выведены из аппарата, поэтому отстойник работает непрерывно. Перфорированная перегородка 2 равномерно распределяет поток по сечению отстойника и предотвращает возмущение жидкости в отстойнике струей эмульсии, поступающей в аппарат.

    Уровень раздела легкой и тяжелой жидкости поддерживается регулятором уровня или гидравлическим затвором (сифон, «утка»). Высота гидравлического затвора h и уровни тяжелой hт и легкой hл жидкостей связаны следующим уравнением, вытекающим из законов гидростатики:

 (hл – hт)ρлg + hтρтg = hρтg

откуда высота гидрозатвора равна:

h = hт(1 - ρл/ρт) + hлρл/ρт .

Для разделения смеси нефтепродукта и воды величина ρл/ρт  представляет собой относительную плотность нефтепродукта по отношению к воде при данном температурном режиме аппарата.

Рис. 1.1 Схема отстойника для разделения эмульсий.

1 – корпус; 2 – перфорированная перегородка; 3 – гидравлический затвор.

Потоки: I – эмульсия; II – легкая жидкость; III – тяжелая жидкость.

На Рис 1.2 – Рис 1.5 представлены модели IDEF0 автоматизированной системы управления работой отстойника.


Рис 1.2. Информационная модель IDEF0 A-0 «Автоматизированная система управления отстойником».


Описание диаграммы А0.

Диаграмма А0 является декомпозицией диаграммы А-0. В результате которой можно выделить блок А1 «Работа отстойника» и блок А2 «Организация работы отстойника».

В блок А1 входит следующая  оперативная информация:
-водонефтяная эмульсия;

-температура;

-коэффициент обводнённости;

- корректирующие данные;

-межфазный уровень.

Выходящая информация:

-товарная нефть;

-вода;

-прочие отходы;

-межфазный уровень;

-показатели датчиков.

В блок А2 входит следующая оперативная информация:

-показатели датчиков;

-параметры отстойника.

Выходящая информация:

-отчёты о работе;

-корректирующие данные.

Для данного моделируемого процесса используется следующая нормативно-справочная информация, входящие в блок А1 и А2:

-Гос. стандарты;

-Нормы по выбросам в атмосферу;

-Нормативные документы;

-Нормы по технике безопасности.

Процессом «Работа отстойника» управляет компьютер, а процессом «Организация работа отстойника» управляют компьютер, слесарь КИПиА, оператор и старший оператор.

Диаграмма А0 представлена на рис.1.3.


Рис 1.3 Информационная модель «Автоматизированная система управления отстойником» IDEF0 A0


Описание диаграммы А1.

Диаграмма «Работа отстойника» состоит из следующих блоков:

-формирование водонефтяной эмульсии;

-определение скорости седиментации глобул;

-формирование межфазного уровня.

Входными данными диаграммы А1 являются:
-водонефтяная эмульсия;
-коэффициент обводнйнности;
-корректирующие данные.

Для данного моделируемого процесса используется следующая нормативно-справочная информация:
-гос. стандарты;
-нормы по выбросам отходов в атмосферу;
-нормативные документы.
Управляет процессом компьютер.
Диаграмма А1 представлена на рис.1.4.


Рис 1.4. Информационная модель «Работа отстойника» IDEF0 A1


Описание диаграммы А2.

Диаграмма «Организация работы отстойника» состоит из следующих блоков:
-ввод данных;
-проверка данных;
-формирование корректирующего воздействия.
Входными данными диаграммы А2 являются:
-показатели датчиков;
-параметры отстойника.
Управляют процессом компьютер, оператор, старший оператор и слесарь КИПиА. Компьютер вычисляет необходимые данные. Оператор наблюдает за работой системы без возможности внесения изменений в работу. Старший оператор принимает решение о внесении изменений в работу системы. Слесарь КИПиА занимается ремонтом системы.
Нормативные документы:
-нормативы по технике безопасности
;
-нормативные документы.

Диаграмма А2 представлена на рис.1.5.


Рис 1.5. Информационная модель «Организация работы отстойника» IDEF0 A2


1.2. Информационная технология.

1.2.1. Построение сценария информационного процесса

Информационная технология управления работой отстойника заключается в начальной имитации всех внутренних процессов системы с использованием реальных данных, полученных из реальной системы, что позволяет предугадать корректирующие воздействия на систему. Это делает систему очень предсказуемой практически полностью исключает форс-мажорные ситуации из производственного процесса. Вторая часть информационного процесса включает в себя автоматическое регулирование межфазного уровня, что повышает качество конечного продукта. А это, в свою очередь, повышает прибыль предприятия. Исключение человека из процесса определения уставки и межфазного уровня позволит более быстро принимать решения о воздействии на систему, на работу впускных и выпускных клапанов.

Для ведения отчёта о работе используется база данных, которой информационная система через определённые интервалы времени передаёт важные параметры системы. Это нужно для отслеживания сбоев в системе, а так же для отчёта о производственной деятельности. В базу данных передаются следующие параметры: время, текущее значение межфазного уровня, текущий уровень эмульсии в отстойнике, текущие значения входного и выходных клапанов. Имитационная модель может автоматически подсчитать качество конечного продукта с определённой погрешностью. Это позволяет заранее рассчитать прибыль предприятия.

На Рис. 1.6 представлена диаграмма IDEF3. Описание информационной технологии процесса определения скорости седиментации глобул.

IDEF3- это метод, имеющий основной целью дать возможность аналитикам описать ситуацию, когда процессы выполняются в определенной последовательности, а также описать объекты, участвующие совместно в одном процессе.

После определения скорости седиментации глобул, становится возможным определение межфазного уровня, что само по себе может служить для определения корректирующего воздействия на систему.

На Рис 1.7 представлена диаграмма IDEF3. Определение межфазного уровня. Имея массивы с вычисленной структурой водонефтяной эмульсии, и вычисленной на предыдущем этапе скорость седиментации глобул, можно определить начальный межфазный уровень, опираясь на который, можно задать системе опорные значения уставки, а так же определить временные интервалы открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.


Диаграмма
IDEF3 «Определение скорости седиментации глобул» представлена на рисунке 1.6. Для определения скорости седиментации необходимы следующие данные:
-коэффициент обводнённости;
-водонефтяная эмульсия (поток).
Диаграмма
IDEF3 «Определение межфазного уровня» представлена на рисунке 1.7. Для определения межфазного уровня необходимы следующие данные:
-коэффициент обводнённости;
-водонефтяная эмульсия;
-вычисленная скорость седиментации.


Рис. 1.6. Определение скорости седиментации глобул.

Рис. 1.7.  Определение межфазного уровня.


1.2.2. Построение схемы документооборота

Рис.1.8. Схема документооборота.

Список форм документов показан в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Название документа

Максимальное количество

документов за год

1

Отчёт о работе

365

2

Плановый отчёт

53

3

Указания к работе

53

4

Отчёт о ведении БД

53


1.2.3 Описание процедур обработки данных

Структурная схема алгоритма представлена на рис.1.9.

Рис.1.9.

HIPO диаграмма первичной обработки входных данных представлена в таблице 1.2

Таблица 1.2

Вход

Процесс

Выход

1. Коэффициент обводнённости (K_OBV)

A. Определение объёма воды в эмульсии:

V_VOD = K_OB  V

1. Объём воды в эмульсии
(
V_VOD)

2. Радиус глобулы (R)

B. Вычисление объёма элементарной частицы эмульсии:

V_EM=R/K_OBV

2.  Объём элементарной частицы эмульсии (V_EM)

3.Объём отстойника (V_OTS) 

C. Вычисление масштабного коэффициента:

K_OTS=V_OTS/V_EM

3. Масштабный коэффициент (K_OTS)


1.3 Формулирование целей и задач АИС.

Первоначально, цель разработки АИС управления работы отстойником формулируется следующим образом: «Повышение прибыли предприятия за счёт автоматизации принятия производственных решений и повышения качества выходного продукта». Данная формулировка цели адекватна, инвариантна и конструктивна.

Более эффективному управлению производственным процессом способствуют следующие факторы:

  1.  Практически полное исключение человека из самого процесса работы отстойника.
  2.  Повышение качества и скорости принимаемых решений.

АИС «Автоматизированная система управления техническим процессом в отстойнике» решает следующие задачи:

  1.  Формирование структуры водонефтяной эмульсии.
  2.  Определение скорости седиментации.
  3.  Определение оптимального межфазного уровня.  

Внедрение АИС позволит снизить человеческий фактор на производстве, снизить количество и загруженность рабочих, повысить качество конечного продукта, повысить безопасность производства.

Цели и задачи функционирования создаваемой АИС управления техническим процессом в отстойнике можно представить в схеме, изображённой на Рис. 1.8.











































Рис. 1.8. Цели и задачи АИС.


2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА АИС.

2.1. Внешние объекты и диаграммы окружения.

На рис. 2.1 представлена диаграмма DFD «Модель окружения», которая включает в себя внешние объекты, воздействующие на процесс. Среди внешних объектов можно выделить:

  1.  Старший оператор;
  2.  Оператор;
  3.  Директор;
  4.  Администратор БД;
  5.  Слесарь КИПиА.

Старший оператор является основным лицом, принимающим решения относительно работы отстойника. Директор же управляет финансовыми и организационными вопросами предприятия.

Оператор проверяет верность вводимых данных и наблюдает за общей работой системы.

Администратор БД занимается структуризацией базы данных предприятия, добавлением не ключевых значений в неё и проверку адекватности записываемых компьютером отчётов о работе отстойника.

Слесарь КИПиА занимается ремонтом агрегатов по мере необходимости.

Рис. 2.1 Диаграмма DFD «Модель окружения»
2.2. Данные, результаты, хранилища и логическая модель.

Логическая модель представляет собой набор функциональных блоков, связанных потоками данных.

Функциональный блок представляет собой совокупность операций по преобразованию входных потоков данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом или правилом.

Выполним построение логической модели. Для этого необходимо определить основные действия в системе:

  1.  Начальная имитация процессов системы;
  2.  Формирование начальных параметров системы;
  3.  Запуск системы с начальными параметрами;
  4.  Корректирование работы системы путём формирования корректирующего воздействия;
  5.  Запись отчётов о работе в базу данных.

На рис. 2.2 представлена диаграмма DFD «Логическая модель».


Рис. 2.2 Диаграмма DFD «Логическая модель»


2.3. Задачи, функции  и модель поведения.

Модель поведения системы управления отстойником приведена на Рис. 2.3.

Организация работы отстойника включает в себя несколько этапов: начальная имитация системы и анализ полученных результатов, контроль процесса работы отстойника, корректировка рабочих данных и параметров, запись отчётов о работе в базу данных, ремонт вышедших из строя деталей и механизмов (при необходимости).

Оператор наблюдает за работой системы и проверяет текущие рабочие данные. Он может сообщать старшему оператору о неполадках системы, а так же об изменениях рабочих параметров. Он не может прямо воздействовать на процесс, происходящий в системе.

Старший оператор может формировать корректирующие данные, изменять и дополнять их по мере необходимости, если есть уверенность, что это повысит качество работы отстойника.

Директор не участвует в процессе работы отстойника, но может определять требуемый уровень качества конечного продукта.

Администратор базы данных проверяет адекватность значений, вводимых в базу данных компьютером, а так же может формировать результативные отчёты о работе системы. Например, отчёт о работе системы за месяц.

Слесарь КИПиА занимается ремонтом системы по мере необходимости.

Компьютер формирует  данные для записи в базу данных,  воздействует на систему, определяет текущие параметры системы.


Рис. 2.3 Диаграмма DFD «Модель поведения»


3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АИС.

3.1 Построение математической модели.

Построим математическую модель отстойника.

    При построении данной математической модели отстойника необходимо принять следующие условия:

     в отстойнике осуществляется осаждение в ламинарном режиме, поэтому скорость осаждения водяных глобул относительно неподвижной среды вычисляется по формуле Стокса:

                                                         (3.1)

     поступление водонефтяной эмульсии является непрерывным, следовательно, необходимо учитывать скорость наполнения буллита:

                                                         (3.2),

где Qприб – расход поступающей эмульсии, D – диаметр буллита, l – длина буллита;

     для того, чтобы было осаждение было возможным, скорость осаждения водяных глобул для неподвижной среды должна быть выше скорости наполнения буллита, так как, скорость седиментации равна разности двух вышеупомянутых скоростей:

                                                    (3.3)

     Водонефтяная эмульсия, осаждаемая в отстойнике, является полидисперсной, т.е., глобулы воды имеют разные радиусы. При условиях технологического процесса обезвоживания нефти возможно лишь частичное осаждение воды в отстойнике. В связи с этим возникает задача определения того процента содержащейся в эмульсии воды, который осаждается в отстойнике при текущей скорости наполнения буллита.

     Для того, чтобы решить эту задачу, необходимо найти так называемый критический радиус глобул воды. Критическим радиусом будем называть такой радиус водяных глобул, начиная с которого возможно осаждение при текущей скорости наполнения буллита.

     Учитывая, тот факт, что для осаждения воды необходимо, чтобы скорость наполнения буллита не превышала скорости осаждения глобул воды и используя формулы (3.1) и (3.2), получим формулу нахождения критического радиуса:

                  (3.4)

      Будем считать, что радиусы глобул воды в водонефтяной эмульсии распределены по нормальному закону.

     Чтобы решить задачу вычисления расхода отводимой из отстойника воды и коэффициента обводнения осветленной эмульсии, поступающей с выхода отстойника в электродегидратор, необходимы следующие параметры поступающей в отстойник эмульсии в качестве исходных данных:

           - закон распределения радиусов глобул воды в водонефтяной             

            эмульсии;

           - минимальный, максимальный и критический радиусы глобул воды

           rmin, rmax, rкрит;

           - расход поступающей эмульсии Qприб;

           - коэффициент обводненности kобв.

Структура эмульсии определяется плотностью распределения глобул с радиусами, находящимися в диапазоне  rmin - rmax:

                  (3.5),

где   - математическое ожидание,            (3.5 а)        

       - среднеквадратическое отклонение. (3.5 б)

Разделим отрезок [rmin, rmax] на 6 одинаковых частей. Длина каждого интервала равна:

                                (3.6).

Площадь под кривой (3.5) в интервале ri ÷ ri+1 численно равна интегралу:

            (3.7)

          

Отметим, что для распределения (3.5) выполняется следующее условие:

            (3.8)

        

     При заданных расходе и коэффициенте обводнения поступающей в отстойник эмульсии, можно найти расход отводимой из отстойника воды, расход и коэффициент обводнения нефти, поступающей в электродегидратор для дальнейшего обезвоживания.  

     Пусть в единице объема водонефтяной эмульсии содержится М глобул с радиусами в диапазоне  rmin - rmax. Если рассматривать величину Si как вероятность того, что в водонефтяной эмульсии содержится Si·М глобул с радиусами  riri+1, то при достаточно большом значении М можно считать, что в единице объема содержится Si·М с радиусом ri.

     Будем считать, что S0i  = foi Δr  (3.9),

где     (3.10).

Тогда величину foi · М будем рассматривать как количество глобул с радиусом

        (3.11).

Пусть n0max·М =1, тогда  , где n0max – вероятность (частота) того, что в объеме эмульсии содержатся глобулы с радиусом r0max. Это значит, что в структуре выбранной эмульсии в некотором объеме содержится М глобул с радиусами в диапазоне  r0minr0max.  Число глобул радиусом r0i в этом объеме будет    (3.12).

Объем воды, образуемый глобулами радиусом r0i, будет  равен:

              (3.13).

Коэффициент обводненности характеризуется площадью, ограниченной кривой  , осью r, прямыми  r = r0min  и  r = r0min.

Рис. 3.1. График функции V( r ).

Прямая r = rкрит разбивает данную площадь на 2 части:

1) левая часть (r0min ÷ rкрит) соответствует неосаждаемым в отстойнике глобулам,

2) правая часть (rкрит ÷ r0max) соответствует осажденным глобулам.

  (3.14)

   (3.15)

Коэффициент осаждения воды  с учетом коэффициента обводнения нефтяной эмульсии будет равен:

                             (3.16)

Выразим расход воды Qв, выходящей из отстойники и расход осветленной эмульсии Qoe, поступающей с отстойника на электродегидратор:

Qв = kобв · kосажд · Qприб,                 (3.17)

Qoe = QприбQв,                           (3.18)

где Qприб – расход поступающей в отстойник водонефтяной эмульсии.

     Математическая модель отстойника:     

 

          ;

          ;

 

          ,  

              где   - математическое ожидание,

                       - среднеквадратическое отклонение,

          ;  

           ;                                                               (3.34)

           ;

            

           

           

           

           Qв = kобв · kосажд · Qприб;

           Qoe = QприбQв;

Имея данную математическую модель, можно построить математическую модель формирования водонефтяной эмульсии, определения скорости седиментации и определения оптимального межфазного уровня.

Формирование структуры водонефтяной эмульсии.

Имеются входные данные:
rmax – максимальный радиус водяной глобулы,
rmin – минимальный радиус водяной глобулы,
K_obv – коэффициент обводнённости водонефтяной эмульсии
epsil – погрешность выборки
delta – вероятность выборки
Vots – объем отстойника


Есть три разных закона, по которым можно сгенерировать n глобул воды с минимальным радиусом rmin и максимальным радиусом rmax, это:

  1.  Равномерный
  2.  Нормальный
  3.  Экспоненциальный

Равномерный закон характеризуется минимальным и максимальным значениями радиуса глобул.

Нормальный закон характеризуется средним значением радиуса глобулы и среднеквадратическим отклонением от этого среднего значения.

, где σ – среднеквадратическое отклонение

Экспоненциальный закон характеризуется параметром интенсивности r – радиуса глобулы.

, где muR – параметр, отражающий интенсивность r.

Полученную выборку проверяем по критерию Чебышева – Бернулли:

(1).

После проверки выборки, определяем суммарный объем глобул:

(2).

Затем определяем объем элементарной частицы эмульсии:

(3).

Имея объём элементарной частицы, можно определить её размер:

(4).

Далее, определим масштабный коэффициент:

(5).

Это позволит нам получить массив с n глобулами, который и является искомой структурой.


Определение скорости седиментации.

Средняя скорость седиментации глобул воды:

Vsed=vs-Vnap (6), где vs – скорость седиментации по Стоксу, а Vnap – скорость наполнения буллита.

Определить скорость седиментации можно по формуле Стокса:

(7), где µ - вязкость нефти, g – ускорение свободного падения, ρw и ρo – плотность воды и плотность нефти соответственно, r – радиус глобулы.

Необходимые начальные данные:
rmin, rmax – минимальный и максимальный радиусы глобул;

n – объем репрезентативной выборки глобул;
K_obv – коэффициент обводнённости, а так же закон распределения радиусов глобул в заданном диапазоне.

Переменные, необходимые для решения задачи:

F1t – расход по притоку эмульсии в час.

D,L – диаметр и длина буллита.

Определяем скорость наполнения буллита с помощью приближённой формулы:

(8).

После определения скорости наполнения буллита, можно определить критический радиус глобулы – минимальный радиус глобулы, которая при скорости наполнения Vs останется в буллите. Найдём разницу плотностей воды и нефти:

 (9).

Тогда из выражений (6) и (7) получим:

rkr=sqrt((4.5*mu*Vnap*.0001)/(delta_po*.001*g))

(10).
Критический радиус позволяет разделить ранее полученный массив на два массива:
Rsed – массив с седиментированными глобулами, и Rnes – массив с неседиментированными глобулами.

С учётом (6) и (7) определяем скорость седиментации:

(11).

Определяем коэффициент обводнённости седиментированной эмульсии:

(12).

Определяем коэффициент обводнённости неседиментированной эмульсии:

(13).

Определение расходов по потреблению.

F2W=F1m*kob_s (14), расход воды в м^3/сек.

F2N=F1m-F2W (15), расход частично обезвоженной нефти.

scale=F1m/Vem (16), масштабный коэффициент scale показывает, сколько сгенерируемых объемов Vem содержится в заданном расходе по притоку F1m.

Определение межфазного уровня.

Объемы воды VВОТ и нефти VНОТ, остающихся в отстойнике, определяются по формулам

VВОТ =(F1В * В1 - F2)(t-,) для    (17)

VНОТ =(F1Н * В1-F3)( t-), для    18),

где  - момент начала наполнения отстойника;

- момент переполнения отстойника;

Поперечное сечение буллита отстойника приведено на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Поперечное сечение буллита отстойника

D – диаметр буллита, О – центр сечения, АВ – межфазный уровень МФУ, L – значение МФУ (L = EC), ОС = D/2.

Межфазный уровень МФУ – это граница раздела между осажденной водой В1 (заштрихованная часть) и частично обезвоженной нефтью Н2. На рис. 3.2. МФУ отображен отрезком AB. L – значение МФУ, отсчитывается относительно днища отстойника (т. С), L=EC. По мере наполнения отстойника увеличивается L. Необходимо определить зависимость L от объема осажденной воды при заданных габаритах буллита. Буллит представляет собой емкость цилиндрической формы с диаметром D и объемом VО. Найдем длину l буллита.

Таким образом, объем осажденной воды, принимает форму цилиндра длиной l и сечением, равным площади сегмента АЕВСА.

Известно, что площадь сегмента АЕВСА равна

где   измеряется в радианах;

Тогда объем осажденной воды будет равен

С учетом выражения (17) составим уравнение

, или

(F1B*B1 - F2)t = , или

(F1B*B1 - F2)t   (19),

где ;

Из рис. 3.2. определим EC =L

ЕС=ОС-ОЕ=,  или

L=   (20)

Если из выражения (19) определить  и его подставить в выражение (20), то задача определения значения МФУ по мере заполнения отстойника будет решена. Однако, выражение, полученное в результате этой подстановки, будет очень громоздким и неудобным для его реализации. Поэтому составляется градуировочные таблицы 1 и 2.

Таблица 1.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0

0,12

0,33

0,60

0,90

1,23

1,60

1,96

2,3

2,74

3,14

Таблица 2.

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

1,1

3,54

3,93

4,32

4,67

5,05

5,40

5,7

5,95

6,16

6,28

3,54

Таблица 1 получается следующим образом:

  1.  формула (20) приводится к виду

  (21)

  1.  задавая значение  с шагом 0,1 в диапазоне , определяем

  (22)

  1.  исходя из 22) вычисляется выражение ;

Алгоритм определения МФУ с использованием градуировочной таблицы1 реализуется следующим образом:

1. Вычисляется значение ;

2. Одним из методов интерполяции с использованием таблицы 1 и таблицы 2 по значению  определяется значение ;

3.  Определяется значение L =(2*L/D)*D/2;

Градуировочная таблица 1 содержит 21 колонку (i = 1, 2, …21),  i – ая колонка описывает i – ый узел интерполяции.

Интерполяция нулевого порядка:

,  если   (23)

Интерполяция первого порядка (линейная интерполяция):

  (24)


3.2. Разработка методов решения задачи.

Математическая модель отстойника позволяет решить несколько проблем, а именно:

  1.  Формирование структуры водонефтяной эмульсии;
  2.  Определение скорости седиментации;
  3.  Определение оптимального межфазного уровня.

Для решения данных задач в автоматическом режиме, необходимо создать программу с описанием математической модели на определённом языке программирования и возможностью диалога с пользователем.

Алгоритм формирования структуры водонефтяной эмульсии включает в себя следующие шаги:

  1.  Определение начальных параметров (мин. и макс. радиусы глобул, коэффициент обводнённости, погрешность и вероятность);
  2.  Определение закона распределения;
  3.  Визуальная оценка качества сгенерированной выборки.

Алгоритм определения скорости седиментации включает в себя следующие шаги:

  1.  Определение начальных параметров (ускор. свободного падения, плотность воды и нефти, динамич. вязкость нефти, объем, диаметр и длина буллита);
  2.  Определение скорости наполнения буллита;
  3.  Определение критических радиусов глобул;
  4.  Разделение начального массива глобул на два массива седиментированных и неседиментированных глобул;
  5.  Определение коэффициентов обводнённости седим. эмульсии и неседим. эмульсии;
  6.  Определение расходов по потреблению.

Алгоритм определения межфазного уровня включает в себя следующие шаги:

 

1.  Вычисляется значение  ;

2. Одним из методов интерполяции с использованием таблицы 1 и таблицы 2 по значению  определяется значение ;

3. Определяется значение L =(2*L/D)*D/2;


3.3. Решение задачи на контрольном примере.

Формирование водонефтяной эмульсии:

Пусть у нас имеется водонефтяная эмульсия с коэффициентом обводнённости равным 0.3, минимальным радиусом глобулы 1 мкм и максимальным радиусом глобулы 10 мкм. Погрешность выборки составляет 0.01, а вероятность выборки равна 0.05. Выберем равномерный закон распределения.

Тогда гистограмма распределения глобул воды по радиусу примет следующий вид:

   

Рис.3.2. Гистограмма сформированной водонефтяной эмульсии.

Определение скорости седиментации глобул:

У нас имеются все данные предыдущей решённой задачи, включая структуру водонефтяной эмульсии. Назначим расход по притоку т\час равным 100.

Тогда критический радиус глобулы будет равняться 5.0484. Таким образом, коэффициент обводнённости седиментированной эмульсии будет равняться 0.2804, а коэффициент обводнённости неседиментированной эмульсии будет равняться 0.0196.

Определение межфазного уровня:

=0,33;

При =0,33, 0,2;

L=(0,2)* 1.7=0.34.

Межфазный уровень равен 0.34 м.


4.   ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АИС

4.1. Концептуальное проектирование  базы данных

Процесс концептуального проектирования предполагает следующую последовательность действий:

1. Определение сущностей и их характеристик (наименование, описание, количество экземпляров);

2. Формирование множества атрибутов и их характеристик (название, описание доменов, типов элементов данных каждой сущности);

3. Определение связей между сущностями, характеристик связей и роли каждой сущности в соответствующих связях.

Определяем множество сущностей и характеристики. Поставим в соответствие каждому информационному элементу базы данных сущность. Результаты выполнения шага приведены в таблице 4.1

Таблица 4.1 Обозначение и наименование сущностей.

Обозначение  сущности (связи)

Наименование сущности (связи)

Количество экземпляров

S1

Отчёт о работе

1825

S2

Параметры отстойников

100

Определяем атрибуты сущности, домены и типы данных. Список символьных значений домена оформляется в виде классификатора. Результаты выполнения шага приведены в таблице 4.2 – 4.3.


Таблица 4.2.

Наименование сущности (связи)

Наименование атрибута

Наименование домена

1

2

3

S1

Отчёт о работе

Дата

Номер буллита в системе

Среднее значение межфазного уровня

Среднее значение коэффициента обводнённости седиментированной эмульсии

Среднее значение коэффициента обводнённости неседиментированной эмульсии

Среднее значение по расходу воды

Среднее значение по выдаче нефти

Текущая дата

Номер буллита в системе

Среднее значение межфазного уровня

Среднее значение коэффициента обводнённости

Среднее значение коэффициента обводнённости

Среднее значения по расходу воды

Среднее значение по выдаче нефти

S2

Параметры отстойников

Номер буллита в системе

Объем буллита

Диаметр буллита

Длина буллита

Номер отстойника в системе

Объем буллита

Диаметр буллита

Длина буллита


Таблица 4.3.

Наименование домена

Название и описание типа данных (максимальное количество знаков)

Пример значения

1

2

3

4

  1.  

Среднее значение межфазного уровня

Среднее значение межфазного уровня, числовой (10)

15

  1.  

Среднее значение коэффициента обводнённости

Среднее значение коэффициента обводнённости, числовой (10)

0.10

  1.  

Поломки

Поломки, текстовый (200)

В течение рабочего дня 03.12.2010 поломки отсутсвовали

  1.  

Дата

Дата, дата

3.12.2010

  1.  

Среднее значение по расходу воды

Среднее значение по расходу воды, числовой (100)

105

  1.  

Среднее значение по выдаче нефти

Среднее значение по выдаче нефти, числовой (100)

400

  1.  

Номер буллита в системе

Номер буллита в системе, числовой (10)

5

  1.  

Объем буллита

Объем буллита, числовой (10)

250

  1.  

Диаметр буллита

Диаметр буллита, числовой (10)

3.4

  1.   

Длина буллита

Длина буллита, числовой (10)

24

Определим связи между сущностями. Концептуальная модель базы данных представлена на Рис. 4.1.

























Рис.4.1.1.

4.2.
Логическое проектирование баз данных

Целью данного этапа является построение логической модели, ориентированной на применение конкретной системы управления БД.

Логическое проектирование начинается с того, что каждому понятию концептуальной модели ставится в соответствие понятие логической модели.

Следующий этап связан с построением системы функциональных зависимостей для каждого отношения. Результат построения системы функциональных зависимостей приведен в таблице 4.4. В таблице представлены только полные функциональные зависимости. Из таблиц удалены все транзитивные и псевдотранзитивные функциональные зависимости.

Таблица 4.2.1

Наименование отношения

Наименование атрибута

Функциональная зависимость

1

2

3

S1
Отчёт о работе

Дата

Номер буллита в системе

Среднее значение межфазного уровня

Среднее значение коэффициента обводнённости сед

Среднее значение коэффициента обводнённости несед

Среднее значение по расходу воды

Среднее значение по выдаче нефти

Поломки

*

*

S2
Параметры отстойников

Номер буллита в системе

Объем буллита

Диаметр буллита

Длина буллита

*

Далее приведена логическая модель базы данных Рис. 4.6. Логическая модель базы данных.




Рис.4.2.1

4.3. Ведение базы данных

4.3.1. Определение списка событий

Список событий формируется для каждого отношения БД. В список включаются события, наступление которых вызывает добавление, удаление или изменение элементов отношения. Каждое такое событие должно быть документально подтверждено. Для каждого документа, подтверждающего наступление события, определяются источник и частота формирования  документа.

Для отношения «Отчёт о работе» событиями являются:

Обновление важнейших характеристик работы отстойника. Происходит раз в день.

Для отношения «Параметры отстойников» событиями являются:

Добавление информации о новом отстойнике. Происходит раз в год

4.3.2. Классификация событий

Произведем классификацию событий. Определим окончательный список событий:

1. Обновление важнейших характеристик работы отстойника. Происходит раз в день.

2. Добавление информации о новом отстойнике. Происходит раз в год.

r1:Характеристики отстойника (событие 1)
r2:Информация об отстойниках (событие2)

Рис.4.3.2 Схема соединения и взаимодействия классов


4.3.3. Постановка задач  ведения базы данных

Для начала установим соответствие между событиями, вызывающими изменения в БД, и непосредственно действиями, производимыми над БД. Данные представлены в таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1

Событие

Действие

Частота

Обновление важнейших характеристик работы отстойника

Добавление элемента отношения «Отчёт о работе»

1 раз в день

Добавление информации о новом отстойнике

Добавление элемента отношения «Параметры отстойников»

1 раз в год


5.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ ДАННЫХ.

Технологический процесс обработки данных в условиях АИС приведен на Рис. 5.1.1

    

Рис.5.1.1


5.2. Обеспечение достоверности и защиты данных
 

Под достоверностью информации понимается мера ее истинности. Исходными данными для расчета достоверности информации является технологический процесс обработки данных (ТПОД). Искажение информации в процессе обработки приводит к принятию неверных решений.

Достоверность информации оценивается вероятностью не искажения сообщений. Пусть ТПОД имеет n последовательных этапов. Если известны вероятности возникновения ошибок на каждом этапе, то достоверность обработки информации определяется выражением:

Где  Рош i вероятность искажения со общения на i-м этапе ТПОД или, поскольку , как правило близка к нулю:

Важнейшей функцией АИС является обеспечение необходимой достоверности обработки информации. Реализация этой функции связана с выполнением процедур повышающих достоверность информации. Примерами таких процедур, позволяющих обнаружить ошибки, являются:

- визуальный контроль                               (Pобн ош =   0.9);

- ввод данных двумя операторами           (Pобн ош  =  0.95);

- использование контрольных сумм        ( Pобн ош =  0.999).

Метод контрольных сумм (широко применяется при решении задач бухгалтерского учета) заключается в том, что при вводе в компьютер таблиц автоматически подсчитываются суммы чисел по столбцам и строкам. Если суммы совпадают с суммами в бланке, то считается, что ошибок при вводе не допущено.


1. Ввод данных в ЭВМ (
Рош 1 = 2*(10-4));

2. Визуальный контроль вводимых данных (Pобн ош 2 = 0,9);

3. Обработка данных на ЭВМ (Рош 3 = 10-8);

4. Печать результатов обработки данных (Рош 4 = 3 (10-4)).

Пусть в последовательном ТПОД присутствует k-ая операция повышения достоверности информации. Вероятностью обнаружения ошибок на k-ой операции равна Pобн ош к . Тогда достоверность информации после выполнения k-ой операции можно определить по формуле:

Рк = Рк-1 + Робн ош к (1 – Рк-1).

Рассмотрим пример расчета достоверности обработки информации. ТПОД включает пять последовательных операции с соответствующими вероятностями искажения информации и обнаружении ошибок.

Необходимо обеспечить достоверность обработки данных с вероятностью ошибки не более 210-5.

  1.  Определим достоверность информации после выполнения первой операции:

Р1 = (1-Рош 1) = (1-2 (10-4)) =0,9997

и вероятность ошибки:

Q1 = 1 - Р1 = 1-0,9997 = 0,0003.

2. Определим достоверность информации в связи с обнаружения            и исправления ошибок при выполнении второй операции:

Р2 = Р1 + Q1 + Q1  Pобн ош 2 = 0,9997+0,00030,9 = 0,999997.

и вероятность ошибки:

Q2 = 1- Р2 = 1 - 0,99997 = 0,00003.

3. Определим достоверность информации при завершении третьей операции:

Р3 = Р2  (1 – Рош3) = 0,9997 (1 – (10-8))  = 0,9999699

и вероятность ошибки:

Q3 = 1 – Рош 3 = 1- 0, 9999699 = 0,0000311.

4. Определим достоверность информации при завершении четвертой операции:

P4 = P3  (1- Pош 4).

и вероятность ошибки:

Q4 = 1- Pош 4 = 1 - 0, 9998699 = 0,0001311.

5. Вероятность искажения информации превышает допустимое значение. Поэтому вводим дополнительную операцию визуального контроля информации. Определим достоверность информации в связи с обнаружения и исправления ошибок при выполнении этой операции:

Р5 = Р4 + Q4  Pобн ош 2 = 0,9998699+0,00013110,9 = 0,9999878.

и вероятность ошибки:

Q5 = 1 – P5 = 1 - 0,9999878 = 0,0000122.

Требования к системе обработки данных по достоверности выполняются.


6. Разработка алгоритмов решения прикладных задач

6.1. Системное программное обеспечение

Данная автоматизированная система предполагает использование системной операционной системы Windows XP. Остальные программные средства не подразумевают использование совместно с другими персональными рабочими станциями, так как масштаб системы позволяет обойтись только одной. Это, в свою очередь, позволяет быстро, почти без задержек, следить за системой и формировать корректирующие воздействия.

6.2. Пакеты инвариантных прикладных программ

Для проектирования автоматизированной системы и решения прикладных задач использовался пакет прикладных программ Matlab. Для ведения базы данных использовалась программа Microsoft Access 2003, которая входит в пакет программ Microsoft Office 2003.

6.3. Прикладное программное обеспечение

В качестве СУБД была выбрана система MS Access 2003. Эта СУБД входит в состав пакета Office, который стоит на большинстве офисных компьютеров. MS Access легко установить и настроить. Для решения прикладных задач, используются программные сценарии, написанные на языке программирования Matlab. Они позволяют пользователю вводить нужные данные по необходимости. Программные сценарии так же выводят необходимую информацию в виде графиков и гистограмм на дисплей, что позволяет пользователям быстро оценить состояние системы.


6.3.1. Алгоритмы организации диалога с пользователем

Разрабатываемой АИС будут пользоваться следующие пользователи: оператор, старший оператор. Интерфейс является диалогом между пользователем и прикладной программой. Для представления структуры диалога будем использовать модель графа «И - ИЛИ».

Рассмотрим структуру диалога для продавца-консультанта, которая представлена на рис. 6.1.

Представим схему диалога в виде списка операций:

0.(ИЛИ) Организация работы АИС.

1.(И) Ввод необходимых данных

  1.1 Ввод коэффициента обводнённости

  1.2 Ввод минимального и максимального радиусов глобул

  1.3 Выбор закона распределения

  1.4 Оценка качества результата

2.(И) Формирование корректирующего воздействия

  2.1 Определение неудовлетворительных параметров работы системы

  2.2 Ввод подготовленных данных

  2.3 Оценка результата качества изменённых данных

             











Рис.6.1.
 Структура диалога в форме «И-ИЛИ».


На рис. 6.2. представлена схема сценария диалога, соответствующая нулевой вершине “ИЛИ” графа “И - ИЛИ” для решения задачи организации работы АИС.

Рис.6.2. Организация работы АИС.

На рис. 6.3. представлена схема сценария диалога, соответствующая первой вершине “И” графа “И - ИЛИ” для решения задачи ввод необходимых данных.

На рис. 6.4. представлена схема сценария диалога, соответствующая второй вершине “И” графа “И - ИЛИ” для решения задачи ввод корректирующего воздействия.


Рис.6.3. Ввод необходимых данных.

Рис.6.4. Ввод корректирующего воздействия.


6.3.2. Алгоритмы программ решения прикладных задач.

Для упрощения представления алгоритмов, разобьём каждый из них на несколько подзадач.

На рис.6.2 представлена блок-схема алгоритма определения начальных параметров системы.

На рис.6.3 представлена блок-схема алгоритма определения структуры водонефтяной эмульсии.

На рис.6.4 представлена блок-схема алгоритма определения необходимых параметров системы.

На рис.6.5 представлена блок-схема алгоритма определения скорости седиментации водяных глобул.



Рис.6.5. Блок-схема алгоритма определения начальных параметров системы.

Рис.6.6.Блок-схема алгоритма определения структуры водонефтяной эмульсии.



Рис.6.7. Блок-схема алгоритма определения необходимых параметров системы.




Рис.6.8. Блок-схема алгоритм определения скорости седиментации водяных глобул.


7. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АИС.

7.1. Оценка времени загрузки рабочей станции

Время загрузки рабочей станции (автоматизированного рабочего места) можно оценить выражением:

T=T1+T2+T3+T4+T5,

где     T- потребность пользователя в средствах вычислительной техники в ч;

T1- время ввода информации пользователем, ч;

T2- время регистрации (печати) информации, ч;

T3- время ведения диалога и принятия решения ч;

T4- время доступа к внешней памяти, ч;

T5- время выполнения процессорных операций, ч.

Учитывая трудоемкость  выполнения работ за  период времени S можно оценить необходимое количество рабочих станций:

q = T/S..

Если периодом оценки является календарный год, то имеющийся ресурс рабочего времени операторов рабочей станции можно оценить выражением:

S = stg,

где t - продолжительность рабочей смены оператора в ч;

s - количество смен в рабочем дне;

g - количество рабочих дней в году.


7.2. Оценка времени ввода данных

Процедура ввода данных связана с поддержкой базы данных (БД) в актуальном состоянии, с выполнением операций первоначальной загрузки БД, с добавлением, удалением и корректировкой данных. Ввод данных оператором обычно осуществляется с клавиатуры.

При вводе данных с клавиатуры скорость ввода принимается равная 0.8 символов в секунду. Однако этот норматив может быть увеличен из-за сложности восприятия оператором исходного первичной информации (рукописный текст, пониженная контрастность), содержанием вводимых данных (тексты, цифровые коды)  и повышенным требованием к достоверности информации. Для определения времени ввода T1 данных  воспользуемся выражением:

,

где  wi - частота выполнения  i - ой операции (i=1,n) за период  времени (например, за год);

                  qi -количество символов, вводимых оператором при однократном выполнении  i - ой операции (i=1,n);

        vi  - скорость ввода символов при выполнении  i - ой операции (i=1,n).

Расчет времени ввода данных производится для каждой операции. Рассматриваются все операции, связанные с поддержкой базы данных в актуальном состоянии, с вводом данных определяющих состояние управляемого процесса.

Рассмотрим пример расчета затрат времени на ввод данных автоматизированной системой.

Пусть автоматизированная система выполняет операции по добавлению ежедневных сведений о проведённой работе (табл 7.1 и табл. 7.2).

Таблица 7.1

Название операции

Частота выполнения операции в течение года

1

Добавление данных о проведённой за день работе

365


Таблица 7.2

Название операции

Вводимые данные

Среднее количество вводимых символов

1

Добавление данных о проведённой за день работе

1. Дата

2. Номер буллита в системе

3. Среднее значение межфазного уровня

4. Среднее значение коэффициента обводнённости седиментированной эмульсии

5. Среднее значение коэффициента обводнённости неседиментированной эмульсии

6. Среднее значение по расходу воды

7. Среднее значение по выдаче нефти

8. Поломки

10

1

20

2

2

4

5

5

Пусть администратор базы данных выполняет операции по добавлению сведений о новом буллите (табл. 7.3 и 7.4).

Таблица 7.3

Название операции

Частота выполнения операции в течение года

1

Добавление сведений о новом буллите

10


Таблица 7.4

Название операции

Вводимые данные

Среднее количество вводимых символов

1

Добавление сведений о новом буллите

1. Номер буллита в системе

2. Объем буллита

3. Диаметр буллита

4. Длина буллита

2

4

4

Результаты расчетов времени ввода  данных приведены в таблице  7.5.

Наименование операции

Частота выполнения  в год

Количество вводимых символов при однократном выполнении операции

Количество вводимых символов в год

Скорость ввода,

символов в сек.

Время ввода данных (сек, час).

1

Добавление данных о проведённой за день работе

365

49

17885

20

894.25, 0.25

2

Добавление сведений о новом буллите

10

14

140

0.8

175, 0.05

Всего

1069.250.3



7.3. Оценка времени  загрузки печатающих устройств

1. Определение характеристик печатной продукции.

Таблица 7.6

Наименование параметра

Обозначение

Результаты автоматических вычислений

Тип носителя

-

Бумага

Вид носителя

-

Листовой

Толщина носителя для качественной печати в мм

sg

0.06

Ширина листа

-

210

Длина листа

-

297

Ширина поля

lx

165

Длина поля

ly

257

Двусторонняя печать

-

Нет

Качество печати

-

Обычное

Количество экземпляров

qg

1

Количество цветов

-

2

Количество градаций яркости

-

2

Размер шрифта (ширина символа)

-

14

Количество символов в строке

-

60

Количество строк в тексте

-

10

Количество символов в тексте

qc

600

Высота символа

ht, h

3.01

Количество строк на странице

ls

10

Количество страниц текста

-

1


Таблица 7.6. Характеристики печатающих устройств

Марка принтера

Характеристика устройства

Значение характеристики

1

Лазерный принтер HP LaserJet ХХХ3

Стоимость

2479.0 у.е

Формат листа

А4

Скорость печати (vl страниц/мин)

12 (страниц/мин)

Износ барабана (картриджа)  (qr ,страниц)

20000 страниц

Стоимость барабана (картриджа)  (crl у.е.)

200 у.е.

Максимальное количество печатаемых  страниц при одной заправке (qtn)

2500 страниц

Стоимость заправки картриджа тонером (ctn)

100 у.е



7.4. Оценка  времени печати

Результаты расчетов параметров печати лазерного  принтера HP LaserJet 4M Plus приведен в таблице 7.8.

Таблица 7.7

Наименование параметра

Выражение для расчета значения

Результаты автоматических вычислений

Количество символов в тексте

qc

600

Длина строки текста при использовании типового шрифта, символ

lt=[lx/(6/7*ht)]

63

Длина строки текста, сим

lc=[lx/(6/7*h)]

63

Количество строк текста на странице

ls=[ly/l1]

63

Размер текста, стр

qp=[qc/lc]/ls

1,26

Время печати текста, с

t3=60*]qp[* qg/vl

20

Количество листов бумаги для выполнения качественной печати

qgs=]qp*qg[

1

Стоимость использования селенового барабана, у.е.

crm=qp* qg*crl/qrl

0,0252

Стоимость тонера, у.е.

ctm=qp*qg*ctn/qtn

0,1008

Стоимость выполнения задания, у.е.

с3аgs*qgs+ crm+ ctm

0.657

На основе результатов расчетов (см. таблицу 7.8) выбирается печатающее устройство, обеспечивающее наименьшие затраты и удовлетворяющее требованиями к качеству и времени печати данных.


Наименование задачи

Наименование оператора

Марка принтера

Стоимость принтера

Средняя стоимость печати, у.е.

Среднее

время

печати, с

Печать

документов

Автоматическая система печати

Epson ХХХ1

349.0

0.63

2088

Epson ХХХ2

699.0

0.11

1058

HP ХХХ3

2479.0

0.826

45

В рассмотренном примере наиболее оптимальным решением является выбор принтера марки  Epson ХХХ2.


7.5. Оценка времени выполнения диалоговых процедур

В нашей системе присутствует один оператор-наблюдатель и один оператор-технолог

Оператор – наблюдатель (Оператор) занимается тем, что оценивает выводимую на экран информацию на адекватность.

Оператор – технолог (Старший оператор) принимает важные технологические решения, такие как: смена параметров автоматической системы регулирования уровня нефти в отстойнике.

Среднее время однократного выполнения задачи оценивается выражением:

где  qij  - количество переходов между i и j шагами диалога;

tj  - время выполнения j шага диалога; n  - количество шагов диалога.

Среднее время однократного выполнения начального ввода информации равно 245 секунд или 4.08 минут.


7.6.Оценка времени доступа к внешней памяти

Время доступа к внешней памяти можно считать пропорциональным количеству обращений к базе данных:

,

где  ti - время обращений при решении i-й задачи (i=1,n), мс;

      qi - частота решения i-й задачи за рассматриваемый интервал времени, (i=1,n).

Время обращений при решении i-й задачи ti (i=1,n) определяются выражениями ( 7.1 )- (7.4):

ti  = tsi + tdi;                     (7.1)

                (7.2)

tj = klj;                            (7.3)

          (7.4)

где tsi - время последовательных обращений к БД при решении i-ой задачи, мс;

Ji -множество отношений БД (подсхема), к которым производится обращение при решении i-ой задачи;

qsi,j - количество последовательных обращений к j-ому отношению БД при решении i-ой задачи;

tsj-среднее время одного последовательного обращения к j-ому отношению, мс;

k - коэффициент пропорциональности численно равный времени обращения к одному байту записи файла при последовательном обращении к тому прямого доступа (определяется маркой накопителя на магнитных дисках), мс/байт;

lj - длина логической записи j-го файла в байтах;

tdi - время произвольных обращений к БД при решении i-ой задачи, мс;

qdi,j - количество произвольных обращений к j-ому файлу при решении i-ой задачи;

td -время одного обращения к тому прямого доступа (зависит от марки накопителя), мс.

С помощью выражений (7.1) – (7.4) вычисляем время обращения к базе данных для каждой задачи.


7.7. Оценка времени выполнение программ

Поскольку решение задачи предполагает «прогонку» программных сценариев, оценить время выполнения программ не представляет сложности.

Идентичность решаемых задач и достаточно высокая производительность вычислительной машины позволяет провести один эксперимент, который однозначно определит общее время выполнения всех программных сценариев.

Эксперименты по выполнению программных сценариев:

  1.  struk.m (Формирование структуры водонефтяной эмульсии). Время выполнения – 0.5 секунд
  2.  stoks.m (Определение скорости седиментации глобул воды). Время выполнения – 0.1 секунда

Общее время выполнения всех программных сценариев – 0.6 секунды.

Вместе с ручным счётом, общее время, затрачиваемое на определение оптимального межфазного уровня будет составлять 1.6 секунды.


7.8. Оценка объема базы данных

Для оценки объема базы данных воспользуемся следующим выражением:

,

где i –индекс отношения ri , i=1,m,

 Vi. – объем     i-ого отношения базы данных.

L(r)=l[A]+l[B]+l[C]+l[D]+l[E]+l[F]+l[G]+l[H]= 2+4+4+4+4+4+4+4=30 байт

Предположим, что объем блока  (физической записи, сектора) составляет 1024 байт, причем длина заголовка блока равна 24 байта. Тогда количество кортежей размещаемых в одном блоке равно 8:

q ( r ) = (Lb  lb)  / lr = 1024 24 / 120 = 8.

Будем считать, что отношение r содержит 10000 кортежей. Тогда количество блоков, необходимых для размещения отношения равно 1250:

B(r ) = T(r) / q(r) = 10000 / 8 = 1250.

Объем отношения r в байтах будет составлять 1250 Кбайт:

Vi = BR  Lb = 1250 1024 = 1280000 байт =

=1250 Кбайт 1.22 Мбайт.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В наше время проходит усиленная автоматизация, облегчение работы человека во всех отраслях. Развитие ЭВМ способны соперничать с человеком и в интеллектуальной, и в умственной деятельности.

В результате данного курсового проекта была разработана АИС, которая поможет облегчить работу на нефтеперерабатывающем предприятии, а так же существенно повысит прибыль, уменьшив загруженность рабочих. Данная система обладает более высокими показателями скорости, надежности и безошибочности, чем результат аналогичной работы выполненной человеком вручную.


СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Суздальцев В.А.: Методические пособия по лабораторным работам курса «Проектирование АСОИУ», К., 2007

2. Суздальцев В.А.: лекции по «Проектированию автоматизированных систем информации и управления», К.,2007

3. Эминов Ф.И. методическое руководство «Проектирование корпоративных информационных сетей» К., 2006

4. http://www.mining-enc.ru/n/neftyanaya-promyshlennost/

5. http://www.mathworks.com/help/techdoc/

6. http://ru.wikipedia.org

7. «Автоматизация управления»  под ред. В.А. Абчука; [В.А. Абчук, А.Л. Лифшиц, А.А. Федулов, Э.И. Куштина]. - М.: Радио и связь, 1984.

8. «Принципы построения автоматизированных систем управления промышленными предприятиями с непрерывным характером производства» А.А. Абдуллаев, Р.А. Алиев, Г.М. Уланов ; под ред. Б.Н. Петрова. - [М.: Энергия, 1975].

9. «Оптимизация оперативного и календарного планирования в интегрированных АСУ предприятиями» А.А. Абдуллаев, Т.Г. Рзаев. - Баку: Элм, 1983.

10. «Автоматизированная система управления предприятием» : [учеб. пособие для техн. спец. вузов / под ред. С.Г. Пуртова ; С.Г. Пуртов, А.А. Колобов, Л.А. Одинцова, С.В. Смирнов]. - М.: Высш. шк., 1980.

11. «Автоматизированные системы управления предприятием»: (принципы построения, функцион. подсистемы и экон.-мат. модели) / под ред. Геворкяна А.М.; Геворкян А.М., Дружинина Н.Н., Крапчетов Н.И., Хмелевой В.В. - Москва: МФТИ, 1978.

12.  «Автоматизированные системы управления предприятиями»: [учебник для инж. спец. вузов] / Г.И. Казаков, Г.Н. Воробьев, В.Н. Четвериков; [В.Н. Четвериков, Г.Н. Воробьев, Г.И. Казаков и др.], под ред. В.Н. Четверикова. - Москва: Высш. школа, 1979.


Приложение 1. Формы документов
Приложение 1.1. Отчёт о работе

Приложение 1.2. Плановый отчёт


Приложение 1.3. Указания к работе

Приложение 1.4. Отчёт о ведении БД


Приложение 2. Кодификаторы информации

Наименование домена

Пример значения

Среднее значение межфазного уровня

1.1

Среднее значение коэффициента обводнённости

0.2

Поломки

В течение рабочего дня 03.12.2010 поломки отсутсвовали

Дата

3.12.2011

Среднее значение по расходу воды

105

Среднее значение по выдаче нефти

400

Номер буллита в системе

1

Объем буллита

250

Диаметр буллита

3.4

Длина буллита

24



Приложение 3. Словарь терминов.

1. Автоматизированный технологический комплекс — комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на промышленных предприятиях.

2. Имитационное моделирование — метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности.

3. Тренажёр — механическое, электрическое либо комбинированное учебно-тренировочное устройство, искусственно имитирующее различные нагрузки или обстоятельства (ситуацию).

4. Отладчик  — компьютерная программа, предназначенная для поиска багов в других программах, ядрах операционных систем, SQL-запросах и других видах кода.

5. Тенденция - направление в движении или развитии чего-либо.

6. Нефтехимия - раздел химии, изучающий химизм превращений углеводородов нефти и природного газа в полезные продукты и сырьевые материалы.

7. Агрегат - нечто составное, совокупность элементов, образующих систему или ее часть.

8. Седиментация - направленное движение частиц в поле действия гравитации или центробежных сил вместе с жидкостью или газом.

9. Эмульсия — дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой. Эмульсии состоят из несмешиваемых жидкостей.

10. Глобула — состояние (набор конформаций) полимерной цепи, в котором флуктуации концентрации звеньев малы: их радиус корреляции значительно меньше размера макромолекулы.

11. Распределение вероятностей — это закон, описывающий область значений случайной величины и вероятности их принятия.

12. Среднее квадратическое (квадратичное) — число s, равное квадратному корню из среднего арифметического квадратов данных чисел.

13. Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения.

14. Интерактивный режим — непосредственное (прямое) взаимодействие человека и компьютера.

15. Коэффициент обводнённости — процентное содержание глобул воды в водонефтяной эмульсии.

16. Репрезентативность — соответствие характеристик выборки характеристикам популяции или генеральной совокупности в целом. Репрезентативность определяет, насколько возможно обобщать результаты исследования с привлечением определённой выборки на всю генеральную совокупность, из которой она была собрана.

17. Генератор псевдослучайных чисел — алгоритм, генерирующий последовательность чисел, элементы которой почти независимы друг от друга и подчиняются заданному распределению (обычно равномерному).

18. Закон распределения  — собирательный термин, заменяющий такие понятия как распределение вероятностей, функция распределения, плотность распределения, или плотность вероятности.

19. Визуальная оценка — вид немашинной оценки качества выполнения алгоритма программой, путём вывода на экран конечных результатов в удобочитаемом для человека виде.

20. Гистограмма — способ графического представления табличных данных. 

21. Вязкость (внутреннее трение) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

22. Ускорение свободного падения  — ускорение, придаваемое телу в вакууме силой тяжести, то есть геометрической суммой гравитационного притяжения планеты (или другого астрономического тела) и инерциальных сил, вызванных её вращением.

23. Буллит - горизонтальный цилиндрический аппарат, устанавливаемый на двух седловых опорах, оснащенный штуцерами для входа эмульсии, выхода нефти, выхода воды, необходимыми технологическими штуцерами и штуцерами для КИПиА.

24. Газосодержание — процентное содержание природного газа в водонефтяной эмульсии.Пропитывающая жидкость — жидкость для нанесения на поверхность нулевого сопротивления, служащая цели уменьшить износ системы.

25. Водонапорный режим пласта - процесс добычи, при котором нефть и газ вытесняются из пласта давлением слоя воды, лежащего под ним.

26. Выводная труба - Стальная конструкция для отвода попутного газа для сжигания.

27. Выкупная цена - Цена, по которой добывающая компания выкупает добываемую ею нефть, принадлежащую государству.  

28. Газойль - Промежуточный дистиллят, получаемый при переработке нефти на стадии между смазочными маслами и керосином; используется для производства дизельного топлива и сжигается в системах центрального отопления.

29. Газоконденсат - Жидкие углеводороды, встречающиеся в соединении с природным газом.

30. Годовой отчет - Официальный финансовый документ, отражающий финансовое состояние компании. В денежном выражении балансовый отчет отражает, чем владеет компания, ее долги и степень владения компанией ее акционерами.

31. Дивиденд - Выплата на акции и облигации. Дивиденд может быть постоянный (фиксированный), как у облигаций; и меняющийся, в зависимости от финансового состояния компании.

32. Дилер - Финансовая компания или частное лицо, которые занимаются куплей и продажей ценных бумаг, а не в качестве агента. Вознаграждение дилера - разница между ценой покупки и продажи, агента (брокера) - комиссионные .

33. Добыча нефти третичными методами - Добыча нефти или газа из части пласта, залегающего над той его частью, из которой может осуществляться добыча первичными или вторичными методами. Обычно требует сложных технологий, как, например, подогрев пласта для уменьшения вязкости нефти или инжекция химикатов для растворения нефти.

34. Доказанные запасы Оценочные запасы углеводородов, которые могут быть извлечены в будущем из известных пластов нефти или газа при существующем экономическом и техническом уровне, исходя из геологической и технической информации.

35. Извлекаемые запасы - Часть нефти или газа в пласте, которые можно добыть используя доступную в данный момент технологию.

36. Инсайдер - Лицо, в силу своего положения имеющее доступ к финансовой и др. важной информации, недоступной широкой публике. Покупки и продажи ценных бумаг, производимые инсайдерами, строго контролируются, регистрируются и публикуются.

37. Институциональный инвестор Организация, деятельность которой сосредоточена на инвестировании. Примером ИИ могут служить пенсионные фонды, страховые компании, банки.

38. Искривленная скважина Скважина, пробуренная с постепенным отклонением ствола от вертикали (с целью достичь различные части пласта с одной платформы).

39. Катализаторы - Вещества, изменяющие скорость химической реакции и не входящие в состав конечных продуктов. Катализаторы обеспечивают энергетически менее затрудненные пути реакции, что позволяет эффективно использовать сырье.

40. Книжная стоимость - Определяется путем сложения всех активов и последующего вычитания пассивов, налогов, облигаций и др. долговых обязательств. Результат делится на количество обыкновенных акций.

41. Кислотная обработка Метод стимулирования, при котором кислота нагнетается в малопроницаемый пласт, расширяя размеры пор и увеличивая поток нефти.

42. Нефть Горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли; важнейшее полезное ископаемое. Сложная смесь алканов, некоторых цикланов и аренов, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений. Различают легкую (0,65-0,87 г/см3), среднюю (0,871-0,910 г/см3) и тяжелую (0,910-1,05 г/см3) нефть. Теплота сгорания 43,7-46,2 МДж/кг (10 400-11 000 ккал/кг). Нефть классифицируют по содержанию S на малосернистые (до 0,5% S), сернистые (0,5-2% S) и высокосернистые (св. 2% S). Используют издавна (с 6-го тыс. до н. э.). Путем перегонки из нефти получают бензин, реактивное топливо, осветительный керосин, дизельное топливо, мазут".

43. Нагнетательные скважины - Скважины, использующиеся для поддержания пластового давления.


Приложение 4.

Рис.1. Форма «Главная форма»

Рис.2. Вывод отчёта по дате

Рис.3. Вывод результатов запроса отчёта

Рис.4. Вывод параметров отстойника

Рис.5. Вывод результатов запроса параметров

Запросы

1. Отчёт о работе за определённое число.

Рис.6. Диалог ввода даты.

SELECT Отчёт о работе.[Номер буллита в системе], Отчёт о работе.[Среднее значение межфазного уровня], Отчёт о работе.[Среднее значение коэффициента обводнённости сед], Отчёт о работе.[Среднее значение коэффициента обводнённости несед], Отчёт о работе.[Среднее значение по расходу воды], Отчёт о работе.[Среднее значение по выдаче нефти],  Отчёт о работе.[Поломки]
FROM Отчёт о работе
WHERE (((Отчёт о работе.[Дата])=[“Дата”]));

2. Параметры отстойников.

SELECT Параметры отстойников.[Объем буллита], Параметры отстойников.[ Диаметр буллита], Параметры отстойников.[Длина буллита]

FROM Параметры отстойников

WHERE (((Параметры отстойников.[Номер отстойника])=[“Номер отстойника”]));


Приложение 5. Графический материал.






















  

              






                          

                            

                      

     


    

    




     


    

                    


Приложение 6. Текст выступления.

Мой проект называется «АСУТП управления нефтяным отстойником».

Широкое распространение сложных автоматизированных технологических комплексов, включающих в себя объекты управления технологическими процессами, остро поставили задачу сокращения сроков их разработки и внедрения при соблюдении условий обеспечения высокого качества проектов. Одним из наиболее эффективных средств решения поставленной задачи является использование имитационного моделирования и тренажеров в системах отладки АСУТП.

В настоящее время в развитии имитационного моделирования сложных систем преобладают две тенденции: разработка универсальных систем автоматизированного конструирования имитационных моделей для объектов произвольного вида; создание узкоспециализированных моделей разового применения.  Использование универсальных средств автоматизации моделирования имеет следующие недостатки: каждый раз требуется заново выполнять формализацию и описание модели на специализированном языке; вновь решать вопросы о ее информационном обеспечении, структуризации входных данных, обработке и интерпретации результатов моделирования.  

Отстойник -  аппарат для разделения неоднородных жидких сред (суспензий, эмульсий) под действием гравитационных сил. Отстойники разделяются по характеру работы – на периодические и непрерывные, по способу удаления осадка – с механическим и гидравлическим удалением, по направлению движения среды – вертикальные, горизонтальные, радиальные.

В горизонтальном отстойнике для эмульсий, обе жидкости после разделения могут быть выведены из аппарата, поэтому отстойник работает непрерывно.

Информационная технология управления процессом обезвоживания нефти предполагает построение начальной математической и структурной моделей, которые полностью (но приближённо) описывают процессы, происходящие в системе с данными параметрами.

Можно обозначить следующие задачи АИС:

  •   Формирование структуры водонефтяной эмульсии.
  •  Определение скорости седиментации.
  •  Определение оптимального межфазного уровня.

С работой нашей системы, так или иначе будут связаны следующие актанты:

1. Оператор

2. Старший оператор

3. Директор

4. Администратор базы данных

5. Слесарь КИПиА

6. Компьютер

Не все действующие лица могут воздействовать на систему напрямую. Например директор может только выражать требования к качеству работы, которое старший оператор обязан будет обеспечить. Слесарь не следит за работой системы, он занимается ремонтом и профилактическими работами по графику и в случае необходимости.

Математическая модель процессов, происходящих в отстойнике достаточно точна, чтобы использоваться на производстве. Для каждой задачи имеет смысл сделать свою математическую модель, т.к. это предоставить возможность изменять определённые данные только в одной подсистеме, что ускоряет процесс вычислений в целом.

Основной для данной математической модели формулой является формула Стокса, определяющая скорость седиментации глобул воды.

Для того, чтобы можно было применить эту формулу, нужно сформировать приближённую модель структуры водонефтяной эмульсии. Эта модель будет содержать n элементов – глобул воды с определёнными радиусами. После нахождения скорости седиментации, можно определить процентное содержание седиментированных водяных глобул и неседиментированных водяных глобул, которые будут подаваться вместе с выходной нефтью. При определении межфазного уровня используется градуировочная таблица, определяющая заполненность буллита.


Приложение 7. Презентация.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79366. Семейное право 110.5 KB
  Права и обязанности родителей и детей. Словарь: Семейное право - система правовых норм регулирующих личные и производные от них имущественные отношения возникающие из брака кровного родства принятия детей в семью на воспитание.
79367. Свято Святого Миколая 505 KB
  Виростають діти і добра казка зникає а Миколай залишається. Хто це Кожен пам’ятай Це святий наш Миколай Діточок він всіх згадає Їм дарунки посилає Він вже близько вже іде Наша пісня хай гуде Пісня Ой хто хто Миколая любить Жив колись давно на світі Десь у Азії юнак Роздавав дарунки дітям...
79369. Свято ввічливих і вихованих дітей 2.37 MB
  Мета: Вчити ввічливому спілкуванню з ровесниками, дорослими. Збагачувати словниковий запас учнів, узагальнити знання учнів про правила поведінки вдома, в школі, в громадських місцях. Виховування в учнів ввічливість, чемність, доброзичливість.
79372. Збережемо книги 44.5 KB
  Мета: закріпити знання та вміння учнів щодо правил поведінки з книгою, виховувати любов і бережливе ставлення до книги, відремонтувати підручники. Обладнання: роздатковий матеріал у вигляді коміксу, пам’ятка для учнів, щодо збереження книг, ножиці, клей, папір, клейка стрічка.