Датчики и системы, № 12, 2019

Sensors and Systems, N 12, 2019

С О Д Е Р Ж А Н И Е и А Н Н О Т А Ц И И

C O N T E N T & A B S T R A C T S

ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

THEORY AND CONSTRUCTION PRINCIPLES OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Дмитриевский А. Н., Дуплякин В. О., Еремин Н. А., Капранов В. В.

АЛГОРИТМ СОЗДАНИЯ НЕЙРОСЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ В СИСТЕМАХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОСЛОЖНЕНИЙ И АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН … 3

DOI: 10.25728/datsys.2019.12.1

Аннотация: Рассмотрен алгоритм построения нейросетевой модели для повышения эффективности процесса строительства нефтяных и газовых скважин. Использованы данные, получаемые в режиме реального времени при бурении, на основе которых построена нейросетевая модель для предотвращения осложнений и аварийных ситуаций. Приведена классификация осложнений; описан метод их прогноза, обоснован выбор оперативных и эффективных методов их предупреждения с применением нейросетевого моделирования. Значительная часть работы посвящена предварительной обработке данных, выбору системы признаков для каждого осложнения, нормировке входных данных. Приведен список значимых параметров из рассматриваемого набора данных для каждого из осложнений, а также приведены временные зависимости изменения некоторых из них в ходе возникновения осложнения типа “прихват”.

Ключевые слова: бурение нефтяных и газовых скважин, геолого-технологическая информация, большие данные, предотвращение аварий и осложнений, нейронные сети, искусственный интеллект, доверенность данных, автоматизированная система, строительство скважин, нейросетевое моделирование.

Dmitrievsky A. N., Duplyakin V. O., Eremin N. A., Kapranov V. V.

ALGORITHM FOR CREATING A NEURAL NETWORK MODEL FOR CLASSIFICATION IN SYSTEMS FOR PREVENTING COMPLICATIONS AND EMERGENCIES IN CONSTRUCTION OF OIL AND GAS WELLS

Abstract: The article is devoted to the algorithm for constructing a neural network model to increase the efficiency of the process of construction of oil and gas wells. The work used data obtained in real time during drilling. Based on these data, a neural network model is proposed to prevent complications and emergencies. The article presents the classification of complications; describes the method of their prediction, justifies the choice of operational and effective methods of their prevention using neural network modeling. A significant part of the work was devoted to preliminary data processing, the selection of a system of features for each complication, and the normalization of input data. The article provides a list of significant parameters from the considered data set for each of the complications, as well as the time dependences of the changes in some of them during the occurrence of a complication of the “stick” type.

Keywords: drilling of oil and gas wells, geological and technological information, big data, prevention of accidents and complications, neural networks, artificial intelligence, data power of attorney, automated system, well construction, neural network modeling.

Жиленков А. А., Черный С. Г.

ПОВЫШЕНИЕ СТЕПЕНИ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ В СЛОЖНЫХ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ СИСТЕМАХ СЕТЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ … 11

DOI: 10.25728/datsys.2019.12.2

Аннотация: Рассмотрены методы повышения отказоустойчивости сетевых систем управления на примере системы хранения данных типа “мягкое облачное хранилище”. На основе моделей прогнозирующего управления предложена новая модель системы управления, способная противостоять негативным сетевым эффектам, таким, например, как временные задержки и потеря пакетов. Представлен инструмент для тестирования новой модели системы управления методом внесения неисправностей.

Ключевые слова: сеть, отказоустойчивость, тестирование, ошибка управления

Zhilenkov A. А., Chernyi S. G. Increasing fault tolerance in complex hardware-software network control systems

Abstract: The article discusses methods for increasing the fault tolerance of network management systems using the example of a soft cloud storage system as a storage system. Based on predictive control models, a new control system model has been proposed that is able to withstand negative network effects such as time delays and packet loss. A tool was also developed for testing a new model of the fault management system.

Keywords: network, fault tolerance, testing, control error

Аракелян Э. К., Пащенко Ф. Ф., Андрюшин А. В., Сабанин В. Р., Косой А. А., Кудинов И. Ю.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НАГРУЖЕНИЯ ЭНЕРГОБЛОКОВ ТЭС ПОСЛЕ ПРОХОЖДЕНИЯ НОЧНОГО ПРОВАЛА ГРАФИКА ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ … 18

DOI: 10.25728/datsys.2019.12.3

Аннотация: Представлена разработка методических положений и предложен алгоритм выбора оптимальной последовательности и траектории нагружения энергоблоков ТЭС при выходе станции из ночного провала суточного графика электрической нагрузки. В отличие от ранее применяемых методик в предлагаемой методике помимо расхода топлива, рассчитываемого по расходной характеристике каждого энергоблока, учитываются также неучтенные дополнительные динамические потери топлива, обусловленные переходными и нестационарными процессами в оборудовании. В качестве критерия выбора оптимальной стратегии нагружения энергоблоков предлагается использовать минимальный расход топлива в процессе нагружения станции. Показано, что поставленная динамическая задача имеет ряд существенных отличий от традиционных статических задач оптимального распределения нагрузки станции, в том числе: распределение между генерирующими энергоблоками не текущей нагрузки, а выработку электроэнергии в процессе изменения нагрузки станции; необходимость одновременного обеспечения двух балансов – по конечной мощности и по выработке электроэнергии станции в период изменения нагрузки. Приведено описание алгоритма для решения поставленной задачи с применением динамического программирования.

Ключевые слова: выбор, оптимальная стратегия, набор нагрузки, нестационарные потери топлива, алгоритм, особенности, методика, алгоритм, динамическое программирование, экономия, расход топлива.

Arakelian E. K., Pashchenko F. F., Andriushin A. V., Sabanin V. R., Kosoi A. A., Kudinov I. Iu.

METHODOLOGICAL PROVISIONS FOR OPTIMAL CONTROL OF THE PROCESS OF LOADING TPP POWER UNITS AFTER NIGHT-TIME VALLEY

Abstract: The paper considers developing methodological provisions and an algorithm for selecting the optimal sequence and loading path of TPP power units when recovering from a night-time valley of the daily load pattern. In contrast to the previously used methods, in addition to fuel consumption calculated by the flow characteristic of each power unit, the proposed method also takes into account additional dynamic fuel losses unaccounted for by these characteristics due to transient and non-stationary processes in the equipment. It is proposed to use the minimum fuel consumption in the process of loading the station as a criterion for choosing the optimal loading strategy for power units. It is demonstrated that the dynamic problem to solve has a number of significant differences from traditional static problems of optimal distribution of the station load, including: distribution among generating power units not the current load, but the generation of electricity in the process of changing the station load; the need to simultaneously ensure two balances - in terms of final power and power generation of the station during a period of load change. The description of the algorithm for solving the problem using dynamic programming is given.

Keywords: selection, optimal strategy, load set, non-stationary fuel losses, algorithm, features, methods, algorithm, dynamic programming, saving, fuel consumption.

***

Подлепецкий Б. И.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ БАЗИС РАЗРАБОТОК ДАТЧИКОВ И СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МИКРО - И НАНОТЕХНОЛОГИЙ … 24

DOI: 10.25728/datsys.2019.12.4

Аннотация: Дан анализ развития и состояния информационного базиса в области электронного приборостроения. Сформулированы рекомендации по подготовке научных публикаций в изданиях, индексируемых в ведущих базах данных и знаний. Приведена информация о международных конференциях по разработкам датчиков и систем на основе микро- и нанотехнологий.

Ключевые слова: информационный базис, научные публикации, датчики и системы, микро- и нанотехнологии.

Podlepetsky B. I.

INFORMATION BASIS FOR DEVELOPMENT SENSORS AND SYSTEMS BASED ON MICRO- AND NANOTECHNOLOGY

Abstract: The analysis of the development and state of the information basis in the field of electronic instrumentation is given. Recommendations were made for the preparation of scientific publications in information sources indexed in leading data bases and knowledge bases. Information about international conferences on the development of sensors and systems based on micro- and nanotechnology is provided.

Keywords: information basis, scientific publications, sensors and systems, micro-and nanotechnology.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Мусаев Р. Ш., Здобнов С. А., Трофимов А. А., Цибизов П. Н.

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДАТЧИКОВ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ДЛЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ … 30

DOI: 10.25728/datsys.2019.12.5

Аннотация: Рассмотрены основные направления развития датчиков для систем мониторинга и контроля технически сложных объектов ракетно-космической техники. Предложены варианты расширения эксплуатационных возможностей, увеличения точности и надежности перспективных датчиков. Проведен анализ тенденций совершенствования систем телеизмерений, контроля, диагностики и управления. Рассмотрены проблемы, связанные с развитием технологии изготовления датчиковой аппаратуры. Изложены основные тенденции развития технологии датчиков.

Ключевые слова: ракетно-космическая техника, датчиковая аппаратура, дестабилизирующие факторы, интеллектуальный датчик.

Musaev R. Sh., Zdobnov S. A., Trophimov A. A., Tsibizov P. N.

STAGES OF DEVELOPMENT AND BASIC IMPROVEMENT TRENDS OF PHYSICAL QUANTITIES SENSORS INTENDED FOR SPACE-ROCKET HARDWARE

Abstract: Basic development trends of sensors intended for monitoring systems and control over complicated objects of the space-rocket-hardware were considered. Different options for operation capacities extension as well as accuracy and reliability of perspective sensors increasing were proposed. Improvement trends analysis of telemetry, control, diagnosis and driving systems was performed. Problems connected with a technology development of the sensor and transforming equipment were considered. Basic improvement trends of sensor technologies were stated.

Keywords: space-rocket hardware, sensor equipment, destabilizing factors, smart sensor.

Дунаев В. С.

СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ … 39

DOI: 10.25728/datsys.2019.12.6

Аннотация: Приведено описание прибора для измерения малых перемещений, возникающих при деформации облученных образцов при механических испытаниях в экспериментальных исследованиях, направленных на обоснование работоспособности конструкционных материалов и тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Прибор разработан на базе микроконтроллерной техники и больших интегральных микросхем. Разработана также программа, реализованная в виде интерфейса оператора с компьютером, которая взаимодействует с прибором, инициируя измерение начальных данных и принимая измеряемые данные в рабочем режиме.

Ключевые слова: дифференциально-трансформаторный преобразователь, микроконтроллер, программа для микроконтроллера, программа управления и обработки данных для компьютера, алгоритмы вычислений.

Dunaev V. S.

INSTRUMENT FOR MEASURING SMALL MOVEMENTS AT THE BASE OF THE MICROCONTROLLERS

Abstract: The article describes the device for measuring small movements that occur during the deformation of irradiated samples during mechanical tests in experimental research aimed at substantiation of serviceability of structural materials and fuel elements of nuclear reactors. The device is designed based on microcontroller technology and large-scale integrated circuits. Also developed a computer program, implemented in the form of the operator interface computer which communicates with the device, initiating the measurement of the initial data and taking the measured data in operating mode.

Keywords: differential transformer transducer, a microcontroller, a microcontroller, a control program and processing data for the computer algorithms for computing.

Зверев А. С., Любимов В. В.

ГРАДИЕНТОМЕТР ДЛЯ ГИДРОМАГНИТНЫХ СЪЕМОК … 46

DOI: 10.25728/datsys.2019.12.7

Аннотация: Рассмотрен градиентометрический метод изучения магнитного поля Земли – один из основных методов, используемых при гидромагнитной съемке. Он реализуется путем синхронного измерения значений модуля или составляющих вектора магнитной индукции (ВМИ) датчиками, разнесенными на некоторое расстояние (“измерительную базу” ИБ), и последующего вычисления градиента поля в направлении этой ИБ. Представлено описание конструкции опытного образца градиентометра для гидромагнитных наблюдений, который позволяет измерять градиент не только модуля ВМИ, но и его составляющие (компоненты) с применением жестких или гибких ИБ различной длины и положения. Прибор позволяет контролировать параметры буксировки: скорость, положение и глубину погружения буксируемых гондол, а также синхронизировать данные, измеренные разными датчиками, с данными GPS.

Ключевые слова: магнитное поле, гидромагнитная съемка, магнитометр, градиентометр, феррозондовые датчики, буксируемые гондолы.

Zverev A. S., Lyubimov V. V.

GRADIOMETER FOR HYDROMAGNETIC SURVEYS

Abstract: Gradientometric method to study the Earth's magnetic field, one of the main on hydromagnetic survey used is realized by simultaneous measurement of the values of the module or the components of the magnetic induction vector (MIV) sensors apart on some distance (“measuring” base – MB), and then calculate the field gradient in the direction of the MB. The work describes the design of prototype gradientometer for hydromagnetic surveys, which allows you to measure not only the gradient module MIV, but its components using rigid or flexible MB of varying lengths and provisions. The device allows you to control the settings for towing: speed, position, and depth of towed vehicles, as well as synchronize data measured with different sensors with GPS data.

Keywords: magnetic field, hydromagnetic surveys, magnetometer, gradiometer, fluxgate sensors, towed vehicles.

К 80-ЛЕТИЮ ИНСТИТУТА ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИМЕНИ В. А. ТРАПЕЗНИКОВА РАН

TO THE 80TH ANNIVERSARY V.A. TRAPEZNIKOV INSTITUTE OF CONTROL SCIENCES OF RAS

Пащенко А. Ф., Дургарян И. С., Лясковская И. В.

РАБОТЫ ИНСТИТУТА ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПО СОЗДАНИЮ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ … 51

DOI: 10.25728/datsys.2019.12.8

Аннотация: Приводится краткая история работ по управлению энергетическими объектами, проводимыми ИПУ РАН, начиная с 1980-х годов. Дается описание проведенных работ по созданию автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) электрических станций, в первую очередь, атомных электростанций (АЭС). Отмечена роль сотрудников ИПУ, внесших наибольший вклад в развитие данной проблематики, представлены основные достигнутые результаты. Показано, что данные работы дали развитие новым направлениям, в том числе методам предикторного управления и систем на основе знаний, нейронечетким моделям и системам; интеллектуализации процессов управления; использованию методов искусственного интеллекта; созданию интеллектуальных систем принятия решений, новых технологических и вычислительных средств. В статье дается представление о текущих фундаментальных и прикладных разработках института в направлении интеллектуализации процессов управления тепловыми и атомными электростанциями, в том числе выполненным при поддержке Российского научного фонда, РФФИ и РАН.

Ключевые слова: традиционная энергетика, АЭС, ТЭС, АСУ ТП, датчики и устройства автоматики, логические и вычислительные устройства, системы поддержки оперативного персонала, системы принятия решений, оптимальное управление, регуляторы, нейронные сети, нечеткие регуляторы.

Pashchenko A. F., Durgaryan I. S., Lyaskovskaya I. V.

WORKS OF ICS FOR CREATING CONTROL SYSTEMS IN ENERGETICS

Abstract: The paper presents a brief history of works on the control of energy facilities carried out by ICS RAS since the 1980s. A description is given of the works carried out to create automated control systems for thermal and technological processes (ACS TP) of power plants, primarily nuclear power plants (NPP). The role of ICS employees who made the greatest contribution to the development of this problem is noted, the main results achieved are presented. It is shown that these works provided development of new directions, including methods of predictor control and knowledge-based systems, neuro-fuzzy models and systems; intellectualization of control processes; the use of artificial intelligence methods; the creation of intelligent decision-making systems, new technological and computing tools. The paper an overview of the current fundamental and applied developments of the institute in the branch of the intellectualization of control processes of thermal and nuclear power plants, including those carried out with the support of the Russian Science Foundation, RFBR and RAS.

Keywords: traditional energetics, nuclear power plants (NPP), thermal power plants (TPP), automated control systems (ACS), logical and computing devices, decision-support systems for operational personnel, decision-making systems, optimal control, fuzzy controllers.

***

УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ В ЖУРНАЛЕ “ДАТЧИКИ И СИСТЕМЫ” В 2019 г.  … 62

INDEX OF ARTICLES PUBLISHED IN THE JOURNAL "SENSORS AND SYSTEMS" IN 2019