Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2005, №14

УДК 621.382 
 
 
ВЫБОР МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ 

АСУ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МОДЕЛИ 

 

Петриченко Г. С. – к. т. н., доцент 

Крицкая Л. М. – к. т. н., доцент 

Нарыжная Н. Ю. – ассистент 

Кубанский государственный технологический университет  

 

В статье предлагается подход к выбору метода прогнозирования технического 

состояния сложных систем АСУ в зависимости от вход-выходной модели. Приведенная 

на основе использования системного анализа классификация методов прогнозирования 

дается впервые. 

The choice of diagnostic method of complicated ASU system depending on its model. 

The way of choosing the diagnostic method of technical statement of complicated ASU 

system is mentioned in this article and it depends on its enter or non – enter model 

classification of diagnostic methods given on the basic of usage of system analysis is given 

for the first time. 

 

В процессе эксплуатации сложных технических систем возникает 

проблема определения их состояния в заданный момент времени. В связи с 

этим актуальны задачи контроля их технического состояния и определения 

запаса ресурса в настоящий и будущий моменты времени. Определение 

запаса ресурса в будущий момент времени проводится с целью 

недопущения выхода за заданный допуск и предотвращения внезапного 

отказа. 

В статье предлагается подход к выбору метода прогнозирования 

технического состояния сложных систем АСУ в зависимости от вход

выходной модели. Приведенная на основе использования системного 

анализа классификация методов прогнозирования дается впервые. 

Применительно 
к 
эксплуатации 
сложных 
систем 
метод 

прогнозирования технического состояния АСУ – совокупность правил и 

приемов, используемых для определения запаса ресурса в заданный 

интервал (момент) времени прогнозирования. 

В соответствии с приведенным определением понятие метода 

прогнозирования в формализованном виде может быть представлено в 

виде системы. 

Выбор метода прогнозирования заключается в следующем: 

>
=<
M
M
M
n
A
,
Y,
X
M
, 

где 
n
M  – формализованное описание метода как системы; 

M
X
 – описание исходных данных; 

M
Y
 – описание результатов применения метода; 

M
A
 – множество операций метода, задаваемых на описании исходных 

данных для получения результатов метода, 

)
X
(
A
Y
M
M
M =
. 

В 
качестве 
исходных 
данных 
метода 
прогнозирования 

рассматривается информация о результатах наблюдения за предыдущим 

поведением объекта, подлежащего прогнозированию, а именно изменение 

его состояния за определенный предыдущий интервал времени. При 

массовом прогнозе в качестве исходных данных метода рассматривается 

изменение состояния однотипных объектов в интервале времени, а в 

качестве выходных данных рассматривается описание результатов 

применения метода в момент времени прогнозирования. 

О 
состоянии 
множества 
объектов 
принимается 
заключение 

отдельного объекта, при этом индивидуальные особенности объекта в 

конкретных условиях не учитываются. 

Выбор 
метода 
прогнозирования 
может 
включать 
ряд 

последовательно выполняемых этапов: 

1) 
определение 
класса 
эксплуатационной 
модели 
изделия 

вычислительной техники; 

2) 
определение 
вида 
прогнозирования 
состояния 
изделия 

вычислительной техники. В качестве видов прогнозирования технического 

состояния изделия вычислительной техники выделяются: 

а) метод индивидуального прогнозирования, выполняемый на 

множестве моделей класса 
)
Y
,
A
,
X
(
M
III

и
, где Х – входные параметры, А 

– преобразующий оператор, 
III
Y
 – измеренные (регистрируемые) значения 

выходных сигналов; 

б) метод массового прогнозирования, выполняемый на множестве 

моделей класса 
)
Y,
A
,
X
(
M
II

м
, где 
II
Y
 – допустимые (по аналогии по 

другому объекту или какой-то норме) значения параметра выходных 

сигналов; 

в) экспертный метод прогнозирования, выполняемый на множестве 

моделей класса 
)
Y,
A
,
X
(
M
I

э
, где 
I
Y  – неконтролируемые значения 

параметра выходных сигналов. 

Для определения вида прогнозирования используется граф-дерево 

выбора метода прогнозирования, представленное на рисунке 1, где 

указаны все возможные классы моделей изделия вычислительной техники 

и соответствующие им методы прогнозирования: 

 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1 – Классификационная схема выбора методов 

прогнозирования 

 
3) 
формирование признаков модели в виде заданной длины 

выборки значений временного ряда, заданного интервала упреждения, 

заданных весов значений временного ряда. Этот этап выполняется 

разработчиком или заказчиком; 

4) 
выбор метода индивидуального прогнозирования проводится 

на основе полученного класса эксплуатационных моделей и класса 

прогнозных моделей. 

В 
соответствии 
с 
приведенной 
классификацией 
методов 

прогнозирования 
дерево 
выбора 
методов 
прогнозирования 
можно 

изобразить следующим образом (рис. 2): 

 
 
 
 
 

Рисунок 2 – Дерево выбора методов прогнозирования 
 
С помощью приведенной классификации можно выбрать методы 

прогнозирования для любого объекта АСУ, подвергающегося прогнозу. 

 

УДК 681.3 : 622.24 

 

МОДИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ  

ВНУТРИСКВАЖИННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ДАВЛЕНИЯ  

И ТЕМПЕРАТУРЫ 

 
Видовский Л. А. – доцент  

Параскевов В. Н. – ст. преп. 

Кубанский государственный технологический университет 

 

В статье рассмотрена модернизация внутрискважинного измерителя давления и 

температуры, разработанного на кафедре ВТ и АСУ КубГТУ. Модернизация позволяет 

увеличить продолжительность записи параметров давления и температуры; программ
но в широких пределах изменять периодичность записи параметров.  

 

Современные  системы контроля и автоматизации технологических  

процессов бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин достаточ
но совершенны. Разработаны математические модели различных техноло
гических ситуаций и физико-химических процессов,  реализованы алго
ритмы управления, компьютерные системы для сбора информации и реа
лизации управляющих воздействий.  

Базовыми параметрами, подлежащими контролю практически во 

всех технологических процессах нефтегазодобывающей отрасли, являются 

давление и температура. Существует широкий спектр средств для измере
ния этих параметров в наземных условиях, однако для измерений внутри 

скважины на забое, межколонном и заколонном пространстве применимы 

лишь немногие специально разработанные приборы,  а для измерений гор
ного давления в цементном камне крепи скважины практически отсутст
вуют. 

В настоящее время контроль давления в отдельных пластах много
пластовых залежей не проводится в необходимом объеме как из-за низких 

метрологических характеристик погружных  скважинных преобразовате
лей давления, так и из-за их недостаточного количества. 

В течение ряда лет на кафедре ВТ и АСУ разрабатывается методоло
гия идентификации термобарометрических процессов взаимодействия с 

окружающей средой подземных нефтегазовых объектов (скважин, трубо
проводов, нефтегазохранилищ). Инструментальной составляющей методо
логии является проблемно-ориентированная АИС, использующая для из
мерения специально разработанные магнитоупругие датчики давления (ав
торское свидетельство). 

Разработан вариант АИС [1; 2] с электрическим каналом связи меж
ду наземной аппаратурой и скважинным прибором (СП), а также вариант 

АИС с автономным СП, имеющим встроенную электронную память. 

В АИС с каналом связи используется разработанный  во ВНИИКР
нефть под руководством А. Л. Видовского заколонный измеритель давле
ния и температуры ЗИД-1,  который может быть опущен в скважину в 

кольцевой зазор не менее 20 мм. В зависимости от модификации скважин
ного снаряда возможно измерение температуры и одного из следующих 

давлений:  

- жидкой (газообразной) фазы среды, 

- твердой фазы среды,  

- полное давление [3]. 

Давление и температура в виде электрических сигналов передаются 

к наземной регистрирующей аппаратуре по каротажному геофизическому 

кабелю. Наличие канала связи позволяет осуществлять контроль в реаль
ном  времени, а также передачу информации от датчика, который невоз
можно извлечь назад из среды измерений (например, датчик в цементном 

камне заколонного пространства), однако существенно  усложняет тари

ровку датчиков и, главное, спуск в скважину. К тому же стоимость каро
тажного кабеля превышает стоимость самого спускаемого в скважину сна
ряда. 

Для исключения проблемы канала связи в тех технологических си
туациях, где это допустимо, для расширения области применения был  

разработан автономный погружной внутрискважинный измеритель давле
ния и температуры ВИД-1 [4; 5], представляющий собой металлический 

цилиндр диаметром 32  и длиной 1200 миллиметров. Управление опросом 

датчиков давления и температуры и записью считанных данных в память 

выполняет электронная схема, собранная на стандартных дискретных ло
гических элементах.  

Пределы измерения давления от 20 до 400 атм., температуры – от 20 

до 80 градусов. 

Предел допускаемой основной приведенной погрешности в процен
тах от верхнего предела измерений  по давлению 2 %; по температуре – 1,5 

%. 

Интервал времени между записями в память показаний датчиков ус
танавливается перед запуском прибора и может составлять 2 сек.,4 сек., 8 

сек., 16 сек., 1 или 2 минуты. 

Спуск измерителя  может быть осуществлен на проволоке через луб
рикатор в фонтанные скважины, либо его креплением непосредственно на 

насосно-компрессорных  трубах и спуском-подъемом во время плановых 

ремонтов.  

Время пребывания измерителя в скважине определяется емкостью 

запоминающего устройства, интервалом между измерениями, емкостью 

источника питания и может  составлять до 7 суток. Запоминающее устрой
ство имеет автономное питание и сохраняет информацию даже при отклю
чении основного источника.  

Развитие технологий производства электронных компонентов позво
лило разработать модернизированный вариант внутрискважинного изме
рителя давления и температуры. В модернизированном ВИДе опросом 

датчиков давления и температуры управляет микроконтроллер. В качестве 

датчика давления использован 10-битный цифровой температурный датчик 

фирмы Analog Devices AD7416,  позволяющий измерять температуру в ин
тервале –40 ºС ÷ +125 ºС с погрешностью ±2 ºС. Датчик имеет встроенный 

последовательный интерфейс 
C
I 2
 для связи с микроконтроллером. 

Генератор датчика давления собран на двух транзисторах по стан
дартной схеме LC генератора. Индуктивность L1 является обмоткой маг
нитоупругоферритового сердечника – чувствительного элемента датчика 

давления. 

В качестве элементов памяти используются электрически перепро
граммируемые элементы памяти фирмы Atmel AT24C256 объемом 256 

Кбайт. Прибор позволяет применять элементы памяти любого объема в 

количестве до 4 элементов. Элементы памяти работают в диапазоне темпе
ратур –55 ºС÷125 ºС, выдерживают не менее 100000 циклов записи, сохра
няют данные после снятия напряжения питания не менее 40 лет и имеют 

встроенный последовательный интерфейс 
C
I 2
 для связи с микроконтрол
лером. 

В качестве микроконтроллера управления используется микрокон
троллер фирмы Atmel Attiny12, способный работать в диапазоне темпера
тур –40 ºС÷ +85 ºС (в промышленном исполнении). Микроконтроллер ра
ботает в диапазоне частот 0±4 Мгц, потребляя при этом на частоте 4 Мгц в 

активном режиме не более 2,2 Ма, а в режиме пониженного энергопотреб
ления 0,5 Ма. Микроконтроллер имеет встроенную флэш-память объемом 

1 Кбайт для хранения микропрограммы управления. На рисунке 1 приве
дена схема модернизированного ВИД. 

Рисунок 1 – Схема модернизированного ВИД 

 

Модернизированный ВИД выполнен в виде металлического цилинд
ра диаметром 25 мм и длиной 500 мм. 

После подъема измерителя из скважины он подключается к компью
теру, осуществляется считывание информации из запоминающего устрой
ства, восстановление по тарировочным характеристикам датчиков кривых 

изменения во времени давления и температуры. Дальнейшая интерпрета
ция осуществляется совместно с геологическими службами  НГДУ. 

Устройство подключается к компьютеру через LPT-порт, считывание 

и запись информации обеспечивает драйвер. Интервалы и порядок опроса