（机械电子工程专业论文）基于gprs的变频系统监控决策支持管理平台的设计.pdf

基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的设计 摘要 随着工业叁动化、计算机网络技术的发展，变频控制系统在工监生 产中，特别在油暖抽油机监控系统中获得越来越广泛的应用，而且随着 通用无线分组业务( g p r s ) 的发展，为移动用户和数据网络之间提供一种 链接，为移动用户提供高速无线l p 通信功能，从而实现将变频控制系统的 控制信息帮反馈信息以臻包的形式通过i n t e m e t g p r s 无线传输给监控平 台，实现对抽油机等电机终端设备的无线远程监控。 在现代油田工业实际应用中，除了需要实时监控变频器，以及由变 频器驱动的抽漓机等电视终端的各种状态外，还需要麓根据采集到的电 机状态数据和设备资料信息，制订对抽油机综合评价指标体系，提高油 田抽油机等设备管理决策的科举性。当前油田的抽油机远程变频监控系 统和关于设备的决策支持系统都是独立的系统，造成了油田管理帮监控 一体化的瓶颈，不莉于漓圈企业生产效率的提高，因此需要一种能将这 两种系统进行无缝结合的监控决策支持系统，使油田实现企业的信息化。 本文将首先分析变频系统常用的行业油田抽油机系统的监控流程的 特点，重点根据油暖自动化信息系统建设的方略，采用c i m s ( 计算桃集 成制造系统) 的设计思想，提出通用的监控决策支持管理平台的设计构 架，将油田自动化信息系统建设的变频监控系统、抽油机决策支持管理 系统，油田企业的e r p 管理系统、进行高度集成，建设成为含e r p ( 企业 资源计划) 管理思想，决策支持管理系统，s c a d a ( 工业监控帮数据采 集) 的管理和监控一体化的通用监控决策支持管理平台。 然藤将最先进的g p r s d t u 无线网络技术应用到抽油机变频系统中， 应用d t u 透明传输的功能，使远程监控的抽演枧对象参数f 如电流、电压、 频率，有效功率，无效功率等数据及故障报警信号1 ) 通过g p r s 无线方式实 时传输给平台的变频监控系统，实现同时对不同地点的抽油机进行远程 监控，通过数据库的存储技术，能够及时掌握终端的运行状况，对采集 的数据进行综合分析，然后结合抽油机设备的基本信息，通过决策支持 管理系统，对抽油机指标进行综合评价，为企业生产的高效，管理的统 一性提供有力的技术支持。 最后选择具备硬件死区功能，支持多路s p w m 输出的凌阳公司的1 6 位变频专用单片机( s p m c 7 5 f 2 31 3 a ) 作为变频控制器的主要组成部分， 提出改进后的固定正弦数组，定时值非实时计算s p w m 载波输出算法， 减小谐波分量所占能量的比重，使正弦波的输出平滑，从而能更有效的 减少抽油机电机负载的损耗，提高负载寿命。 关键词：监控决策支持管理平台，c i m s ，决策支持系统，c s 和b s ， g p r sd t u ，变频调速，定时值非实时计算算法 d e s i g no fd 册r 疆rm o n i t o r 王n gd e c i s 羔o ns u p p o r t m a n ag e m 匝n ts y s t e mb a s e do ng p r s a b s t r a e t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r i a la u t o m a t i o na n dc o m p u t e rn e t w o r k t e c h n o l o g y , t h ev a r i a b l ef r e q u e n c yc o n t r o ls y s t e mi ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ，p a r t i c u l a r l yi nt h eo i l f i e l dp u m p i n gu n i tm o n i t o r i n gs y s t e m ，w a sm o r ea n dm o r e w i d e l yu s e d ，a n dw i t ht h e d e v e l o p m e n to f g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ( g p r s ) ，i tp r o v i d eal i n kb e t w e e nu s e r s a n dm o b i l ed a t an e t w o r kf o rh i 曲一s p e e dw i r e l e s si pc o m m u n i c a t i o n sf u n c t i o n s ， t h e r e b ya c h i e v i n gi n v e r t e rc o n t r o ls y s t e mi n f o r m a t i o na n df e e d b a c ki nt h ef o r mo fi p p a c k e t st ot h ei n t e m e t ，g p r sw i r e l e s st r a n s m i s s i o nt o 也em o n i t o t i n gp l a t f o r m s a n d a c h i e v ew i r e l e s sr e m o t em o n i t o r i n gf o rt h ep u m p i n g u n i t ，a n do t h e re l e c t r i c a ld e v i c e s i nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no fm o d e mo i li n d u s t r y , i na d d i t i o nt ot h er e a l t i m e m o n i t o r i n gc o n v e r t e ra n dp u m p i n gd r i v e nb yt h ei n v e r t e rs u c h 。a st h ev a r i o u ss t a t e m o t o rt e r m i n a l s ，b u ta l s on e e d st ob ec o l l e c t e di na c c o r d a n c ew i t ht h eh i s t o r i c a ld a t 瓠 e q u i p m e r i td a t aa n di n f o r m a t i o n , t h ef o r m u l a t i o np u m p i n go nt h ec o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m , r a i s et h eo i lp u m p i n ge q u i p m e n t ，s u c ha st h es c i e n t i f i cn a t u r e o ft h em a n a g e m e n td e c i s i o n m a k i n g a tp r e s e n to i l f i e l dp u m p i n gf r e q u e n c yr e m o t e e q u i p m e n tm o n i t o r i n gs y s t e ma n dt h ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ma r ei n d e p e n d e n t s y s t e m s ，r e s u l t i n g i nt h em a n a g e m e n ta n dc o n t r o lo ft h eo i l f i e l d i n t e g r a t i o n b o t t l e n e c k s ，m a k et h ed e t r i m e n to fo i l f i e l dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo ft h ee n t e r p r i s e ，s o n e e d i n gac a l lt h i ss e a m l e s sc o m b i n a t i o no ft h et w os y s t e m sm o n i t o r i n gd e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m , s ot h a tt h eo i l f i e l de n t e r p r i s ei n f o r m 越i o n a tf i r s t ，t h i sp a p e rw i l la n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eo i l f i e l dp u m p i n gc o n t r o l s y s t e m sw h i c hc o m m o n l yu s et h ei n v e r t e rs y s t e m 。a n dm a i n l yi na c c o r d a n c ew i t ht h e c o n s t r u c t i o no fo i l f i e l da u t o m a t i o ni n f o r m a t i o n s y s t e m ss t r a t e g y , u s i n gc i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) d e s i g n i n gi d e a ，p u tf o r w a r dac o m m o n s u p p o r td e c i s i o n m a k i n gc o n t r o lm a n a g e m e n tp l a t f o r m , i tw i l lb ec o m p o s e do f a u t o m a t e di n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o no i l f i e l df r e q u e n c ym o n i t o r i n gs y s t e m ，p u m p i n g m a n a g e m e n td e c i s i o ns u p p o as y s t e ma n dt h eo i lf i e l do fe r pe n t e r p r i s em a n a g e m e n t s y s t e m ，m a k i n gt h e mf o rah i 曲d e g r e eo fi n t e g r a t i o n ，w i t hab u i l d i n ge r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) m a n a g e m e n tt h i n k i n g ，d e c i s i o ns u p p o r tm a n a g e m e n t s y s t e m ，s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n d m a n a g e m e ma n dm o n i t o r i n go ft h ec o m m o n p l a t f o r m d a t a a c q u i s i t i o n ) i n t e g r a t i o no ft h e c o n t r o ld e c i s i o ns u p p o r tm a n a g e m e n t t h e nu s i n gt h em o s ta d v a n t e dg p r s d t uw i r e l e s sn e t w o r k t e c h n o l o g yf o rt h e p u m p i n gf r e q u e n c ys y s t e m ，t h ea p p l i c a t i o no fd w t r a n s p a r e n tt r a n s m i s s i o nf u n c t i o n s ， a l l o w i n gt h er e m o t em o n i t o r i n go fp u m p i n gp a r a m e t e r s ( s u c ha sc u r r e n t ，v o l t a g e ， f r e q u e n c y , a c t i v ep o w e r , p o w e rv o i dd a t aa n df a u l ta l a r ms i g n a l ) t ou s i n gg p r s w i r e l e s sr e a l t i m et r a n s m i s s i o nt ot h ef r e q u e n c ym o n i t o r i n gs y s t e mp l a t f o r m ，a n d a c h i e v i i n go nt h ep u m p i n gu n i tf o rr e m o t em o n i t o r i n ga tt h es a m et i m ei nd i f f e r e n t l o c a t i o n s ，t h r o u g ht h ed a t a b a s es t o r a g et e c h n o l o g y , w ew i l lg r a s pt h eo p e r a t i o n so ft h e t e r m i n a l i nt i m e ，m a k ea c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sf o rt h ed a t ac o l l e c t e d a n dt h e nw i t h t h eb a s i ci n f o r m a t i o no fp u m p i n ge q u i p m e n t ，t h r o u g ht h em a n a g e m e n td e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m ，m a k et h ep u m p i n gc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r s ，s ot h a t i m p r o v et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n th i g h l y , a n du n i f ym a n a g e m e mt op r o v i d es t r o n g t e c h n i c a ls u p p o r t f i n a l l y , w ec h o i c et h eh 骶d w a r ew h i c hs u n p l u sc o m p a n yp r o d u c e s 饿em c ul6 f r e q u e n c y ( s p m c 7 5 f 2 3 13 a ) v a r i a b l ef r e q u e n c yc o n t r o l l e r , i th a v et h ed e a d z o n e f u n c t i o n a l i t ya n ds u p p o r ts p w mm u l t i c h a n n e lo u t p u t ，s ou s i n gi ta sak e yc o m p o n e n t o ft h es y s t e m ，t h e nw ep r o p o s em o d i f i e ds i n ea r r a yo ff i x e d ，r e g u l a rn o n v a l u e r e a l - t i m ec a l c u l a t i o na l g o r i t h ms p w mc a r r i e r o u t p u t ，r e d u c i n gt h eh a r m o n i c c o m p o n e n to ft h ep r o p o r t i o no fe n e r g y , s m o o t hs i n ew a v eo u t p u t ，s oi tw i l lb em o r e e f f e c t i v e l yt or e d u c ep u m p i n gm o t o rl o a dl o s s ，i n c r e a s e dl o a dl i f e k e y w o r d s ：m o n i t o r i n gd e c i s i o ns u p p o r tm a n a g e m e n tp l a t f o r m ，c i m s ， c sa n db s ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，g p r sd t u ， t i m i n go fn o n r e a l - t i m ec a l c u l a t i o na l g o r i t h m 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我掰知，除了文中特剐加以标注和致谢中所罗列的内容以於，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得= l k 京邮电大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：至篮煞逮 关予论文使用授权的说骧 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保鼹和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工佟麴知识产权单位属= 艺京邮电大学。学校有权保留并向匡 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以 公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇 编学位论文。保密的学位论文在解密后遵守此援定 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密质适用本授权书。非保密论文注释： 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 幺杰遗匿麓：盈塑垒! 呈递堡 导师签名： 日期：2 里! 墨垒；a 翊旦 一 基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的设计北京邮电大学硕士学位论文2 0 0 8 1 1 课题的背景和意义 第一章绪论 当前，变频系统已经广泛的应用于油田等各大中型企业，变频调速技术节能效果和控制稳 定可靠有了很大发展，变频控制系统越来越趋向模块化，提供了丰富的接口，如r s 2 3 2 ，r s 4 8 5 ， 而且随着通用无线分组业务( g p r s ) 1 1 9 】的发展，g p r sd t u 的无线传输终端得到了越来越广泛 的应用，为无线变频监控系统【2 l j 的发展提供了可靠的保证，让我们可以更加的专著于上层监控 平台的设计，使变频监控系统向着稳定性，通用性，松耦合性，以及良好的扩展性发展。在现 代油田工业实际应用中，除了要不断的提高变频系统的性能外，还需要实时监控抽油机状态， 以及变频器控制其状态，保证设备能连续运行，并能根据反馈的信息，对抽油机指标体系进行 综合评价。 而且随着e r p 企业管理系统【l o 】与监控系统的越来越多的业务结合，迫切的需要能将抽油机 变频监控系统、抽油机决策支持管理系统，油田企业的e r p 管理系统进行无缝的融合，提高企 业的生产和工作效率，为此，设计一套能将企业管理决策和工业监控统一在一起的通用监控决 策支持管理平台，对油田企业有着很深远的意义。 为了更有效的设计通用监控管理平台，本文首先分析油田抽油机的发展背景，监控系统和 设备的特点，然后采用c i m s ( 计算机集成制造系统) 的设计思想，在系统设计过程中注重系 统的监控流程和业务管理决策流程旧的结合设计，体现相同点的通用性，不同点的扩展性， 并能为其他的管理系统的无缝接入，设计良好的接口。 1 2 课题来源及本文的主要研究内容 本课题来源于首信集团某油田信息化建设项目，目标是通过分析油田抽油机系统监控流 程，抽油机决策支持管理系统，油田企业的e r p 管理系统的特点，设计基于c i m s 思想的通用 监控决策支持管理平台，将上述三个系统进行无缝结合，采用g p r s 无线通信的方式，实现对 抽油机状态的监控，同时为其他的监控系统的加入，提供良好的接口，使后续的开发不需要对 上层的通用监控决策支持管理平台做太多改动，就能实现新的功能。 本文研究的主要内容如下： ( 1 ) 油田抽油机变频系统监控流程，抽油机决策支持管理系统【l o 】的分析，主要介绍基于 g p r s 技术的抽油机监控系统的流程的特点，总结所要监控的参数对象，然后结合抽 油机设备的特点，对抽油机综合评价基本理论和决策支持系统进行深入剖析，阐述了 评价的指标建立、评价方法选择、权重的得出以及决策支持系统的类型、结构、模型 库等理论，为后面的通用监控决策支持管理平台建立提供理论依据。 ( 2 ) 基于c i m s 思想的通用监控决策支持管理平台的功能实现，详细介绍了流程c i m s 的 基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的没计北京邮电人学硕上学位论文2 0 0 8 体系结构、层次结构，提出了基于e r p 集成管理下的油田抽油机变频系统监控流程， 抽油机决策支持管理系统的设计思路，从而得出通用监控决策支持管理平台的总体结 构设计方案。 ( 3 ) 介绍基于g p r s 技术的数据传输，g p r sd t u 无线终端的功能实现，a t 命令的设置。 ( 4 ) 采用s p m c 7 5 f 2 3 1 3 a t 5 】工业级变频控制的应用芯片，产生六路不同占空比的p w m 输 出，这六路p w m 输出形成s p w m 信号，作为功率驱动板的控制信号，在控制信号的 作用下功率驱动板上的i p m 将输出三相s p w m 电压，为抽油机等三相异步电动机供 电，从而驱动电机运行，并采用改进后的固定正弦数组，定时值非实时计算算法，提 高s p w m 的载波频率，减少谐波能量，减小对抽油机电机的损耗。采用串口通信的方 式，实现与d t u 的串口通信连接，定义与变频监控系统的通信的帧格式，实现对抽 油机的各种状态的监控。 ( 5 ) 详细设计通用监控决策支持管理平台，对油田e r p 集成管理系统，油田抽油机变频系 统监控流程，抽油机决策支持管理系统进行分析，完成总体设计和框架的搭设，并介 绍了所采用的关键技术，详细阐述数据库和模型库建立过程。 实现能够及时掌握抽油机电机的运行状况，对采集的数据进行综合分析，然后结合抽 油机设备的基本信息，通过决策支持管理系统，对抽油机指标进行综合评价，为企业 生产的高效，管理的统一性提供有力的技术支持。 基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的设计北京邮电大学硕士学位论文2 0 0 8 第二章油田抽油机监控决策支持系统平台分析 油田抽油机系统已经广泛的应用于油田等各大中型企业，为了使油田企业实现信息自动化， 设计了包含油田e r p 集成管理系统，油田抽油机变频监控系统，抽油机决策支持管理系统三个 主模块的通用监控决策支持管理平台。 其中抽油机决策支持管理系统的决策指标数据的来源，很大一部分来自于油田抽油机变频 监控系统通过g p r s 无线传输技术采集到终端的抽油机的三相电压，电流，运行状况等实时数 据，所以这两个部分关联性比较紧密，在本章节中我们将主要介绍通用监控决策支持管理平台 的油田抽油机变频监控系统的监控流程，抽油机决策支持管理系统；介绍变频监控系统c s 与 b s 混合架构的模式，抽油机综合评价基本理论和决策支持系统进行深入剖析，阐述了评价的 指标建立、评价方法选择、权重的得出以及决策支持系统的类型、结构、模型库等理论，与油 田e p r 集成管理系统的无缝集成，从而更有效，合理的建设通用监控决策支持管理平台。 所以，本章将首先分析抽油机所具有的特性，论述抽油机变频监控系统和决策支持管理系 统的设计思路，为与e r p 集成管理系统的结合提供良好的模块支持。 2 1 油田抽油机变频监控系统 抽油机无线变频监控系统是通用监控平台系统架构中的底层通信模块，在本模块的设计中 因为考虑到对传输数据的及时性的要求，采用了c s 与b s 的混合架构模式，系统构架如图 2 - 1 所示： 薹努“”麓卜謦、一亚i 砷扮，嵫曼 ：j 瞄一翱一番一专网雩一悖黧统 i f 0 7 7肆海。t 璃辫渺 r 。- t ”2 ，矿n 、”二穸l | 、i 薅一翱一多睚s q 裂， 图2 - i系统结构图 在本设计中变频器采用凌阳科技公司的工业级s p m c 7 5 f 2 3 1 3 a 1 6 位微控制器芯片，其核 心采用凌阳公司的1 1 n s p t m 微处理器，集成了多功能i o 口、同步和异步串行口、a d c 、定时 基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的设计北京邮电大学硕士学位论文2 0 0 8 计数器等功能模块，以及多功能捕获比较模块、b l d c 电机驱动专用位置侦测接口、两相增量 编码器接口、能产生各种电机驱动波形的p w m 发生器等特殊硬件模块。利用这些硬件模块 支持，s p m c 7 5 f 2 3 1 3 a 可以完成诸如家电用变频驱动器、标准工业变频驱动器、变频电源、 多环伺服驱动系统等复杂应用。( 在后面章节将详细介绍s p m c 7 5 f 2 3 1 3 a 1 6 位微控制器芯片 变频功能具体实现) 。 2 1 1 抽油机概述 有杆抽油系统包括电动机、抽油机、抽油杆、抽油泵、井下管柱和井口装置。抽油机是油 田生产的主要设备，它与抽油杆、抽油泵配套，组成有杆抽油系统的地面设备。游梁抽油机由 电动机、减速器和四连杆机构组成。它具有历史悠久、结构简单，使用可靠、操作维护方便、 在恶劣的自然环境中能够长期可靠安全运行等特点，使其在油田开采过程中得到了广泛的应 用。目前抽油机主要有常规型游梁抽油机、异相型游型抽油机、前置型游梁抽油机、双驴头型 游梁抽油机、链条抽油机。链条抽油机是我国自行研制的一种结构独特的无游梁抽油机。游梁 式抽油机按平衡方式分为：游梁平衡、曲柄平衡、复合平衡、气动平衡。 游梁式抽油机的工作过程是由动力机( 通常为电动机或柴油机、天然气支动机) 经过传动皮 带将调整旋转运动传递给减速器，经三轴两级减速后，由曲柄连杆机构将旋转运动变为游梁的 上下摆动。挂在驴头上的悬绳器通过抽油杆带动抽油泵柱塞作上下往运动，将井液汲至地面。 游梁抽油机基本结构由减速箱、游梁、横梁、连杆、曲柄、底座、支架、变频电机等组成。 所以s p m c 7 5 f 2 3 1 3 a 1 6 变频控制器直接与抽油机的变频电机相连，实现对抽油机的控制。 2 1 2 变频监控系统的工作流程 变频监控系统实现的流程如下： ( 1 ) 由在v c + + 6 0 平台开发的基于s o c k e t j i 恿信【冽的c s 模式中，通过带有t c p i p 协议栈 的g p r sd t u 的透明传输的功能，实现与s p m c 7 5 f 2 3 1 3 a 变频控制器的无线通信，然后根据双 方定义的帧格式，完成电机的电量参数( 三相电压、电流、功率因数，有功功率、无功功率和 频率) 的采集与处理，如果抽油机发生窃电、停井等故障，则变频控制器发出报警数据，实时 的传输给变频监控系统，实现数据源头抽油机变频电机等设备状态的自动采集，并能对抽油机 的转速，频率等状态进行远程的控制。 ( 2 ) 然后通过s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库【2 】的存储技术，采用b s 架构方式，通过浏览器进入 变频监控系统b s 模块，就能够全面的掌握抽油机电机的运行状况，对采集的数据进行综合分 析，然后结合抽油机设备的基本信息，通过决策支持管理系统，对抽油机指标进行综合评价， 为企业生产的高效，管理的统一性提供有力的技术支持。 工作流程如图2 2 所示： 4 摹于g p r s 的变频系统姨挣决簧支持管理平台的设计j k 京邮电大学硕七学位论文2 0 0 8 变频监控系统( c s 模块) p = 今匝丑。冷 s p 蛐珂5 f 2 3 1 3 a 变 抽油机 频控制器 电动机 。介 s o c k 耵诵信 串口通信 。 u s q l s e r v e ：数据库吲变频监控系统( 聃模块) hl e 浏览器 图2 - 2 工作流程框架图 综上所述，通过变频监控系统我们就可以将抽油机电机的各种状态参数存入数据库中，然 后结合抽油机的减速箱、游梁、横梁、连杆、曲柄、底座、支架等组成部分的设备信息，通过 抽油机决策支持管理系统，对抽油机系统进行综合评价。 2 2 抽油机决策支持管理系统 决策支持系统是管理信息系统进一步发展的产物【1 2 】，随着计算机的普及，各种数据信息积 累，为决策奠定了基础。近年来，随着科学技术的不断发展，网络技术的普及，社会各个部门 之间的联系越来越来紧密，相互之间的影响也越来越复杂，以及各种信息量的增加，管理决策 不再停留在手工和人脑的基础上，单纯依靠决策者的洞察力、理智和经验，己不能满足决策的 需要。决策支持系统作为管理领域信息系统1 4 】的重要方面已成为计算机管理应用的热点和主要 发展方向【1 5 1 。 正确的决策来源于科学的评价，评价是决策的关键。综合评价通常指对被评价对象所进行 客观对象所进行的客观、公正、合理的全面评价。按系统的观点，可抽象地表述为：在若干个 系统中，如何确认哪个系统的运行( 或发展) 状况好与差，它是对研究对象功能的一种量化，可 以利用统计数据去描述不同对象功能的差异。各种评价结果还可以用来研究对象的结构，并为 优化结构指明方向。 2 2 1 综合评价决策研究的发展趋势 目前国内外常用的综合评价方法分为：专家评价法、经济分析法、运筹学和其它数学方法。 综合评价的研究有以下几个趋势： ( 1 ) 改进现有综合评价方法王烷尘先生在多目标决策方法中引进了可能度和满意度的概 念、定量描述及其并合成某个相关属性的可能一满意度的方法和算式，使得“需要”和“可能 这一对概念得以进行定量的描述和运算。h m a e d a z a e l d u k a k , h j z i m m e r m a n n 将模糊集理论 引入多目标决策方法中构成模糊决策方法，用于不良定义的决策问题的求解 p j m v a n l a a r h o v e n r n x u 等则对a h p 方法作了某些扩展和改进。 ( 2 ) 综合运用多种综合评价方法。郭仲伟先生等则将聚类分析和模糊综合评判方法应用于 基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的设计北京邮电大学硕十学位论文2 0 0 8 宏观质量评估之中，取得了较好的应用效果。m j j w a n g 提出一种将a b ，同模糊集综合运用 的评价方法，并在检查官的测试选择中得到了很好的应用。目前，这方面的尝试还较少，而要 有效地求解多层次多目标复杂对象系统的综合评价问题，就必须针对问题的不同侧面应用不同 的方法，因此，就有必要探讨多种方法综合运用的问题。王洗尘先生在文献中将“综合原则 或“结合原则”归结为系统科学或系统工程方法在理论上的说法或在实践中的现象之一。 ( 3 ) 探索新的综合评价方法虽然目前己有一些综合评价方法较好地考虑和集成了评价过 程中的各种定性与定量信息，但是这些方法在应用中仍摆脱不了综合评价过程中的随机性、评 价专家主观上的不确定性及认识上的偏差，因此，需要有一类方法，既能充分考虑评价专家的 经验和直觉思维的模式，又能降低综合评价过程中人为的不确定性因素。张文泉等在文献 1 8 】 中根据嫡( e n - 仃o p y ) 的性质，把多指标评价方案固有信息的客观作用与决策者经验判断的主观 能力量化并结合为一个复合权值集，从而建立了一种基于嫡的决策评价模型，并在投资项目方 案排序中得到了较好的应用。 ( 4 ) 构建集成式智能化评价支持系统目前，这方面的尝试可以说才刚刚开始，国外虽出现 了一些评价系统，但这些系统的集成化程度和智能化程度都是较低的，而且这些系统中的方法 基本是多目标决策有关方法。当然，c c wh i t e i i i 指出将决策分析方法同专家系统结合将进一 步增强系统的问题求解能力和人机交互友好性。钱学森先生提出的处理复杂系统的方法一从定 性到定量的综合集成方法( m e t a s y n t h e s i s ) 的基本思想，要对复杂对象系统进行有效的综合评 价，就必须将评价专家( 群体) 的经验和知识、评价指标的数据信息、多种综合评价方法、相关 的先进技术( 如人工智能、专家系统、人工神经网络、计算机信息处理技术等) 、计算机软硬件 有机结合起来，从而构成集成式智能化评价支持系统。 2 2 1 与变频监控系统的集成 抽油机是油田生产的重要工具，是油田企业创造效益的主要设备，也是国家能源生产的重 要保证。抽油机购置时的选型、设备运行的阶段评价以及设备报废更新是油田设备管理的重难 点问题。科学地评价抽油机综合情况，不仅可以满足生产，提高效益，减少能耗，增加产出， 而且可以节约成本，降低费用。当前，国内外抽油机市场生产厂家多，种类杂、性能不一，购 买时，对各类抽油机的使用性、经济性、安全性等分析不够，缺乏科学评价，造成买得起，用 不起的现象，整体寿命周期费用偏高，最终造成资源和资金的巨大浪费。同时，油田企业大部 分抽油机使用年代长，面临更新换代，正确的评价使用中的抽油机，适时地淘汰运行费用过高 的设备，对安全生产，增加效益，提高企业竞争力有重要意义。 结合前述的油田抽油机无线变频监控系统得到的抽油机的状态返回的历史记录和抽油机 的其他设备信息，对抽油机决策支持管理系统详细的分析，将这两套系统在基于n e t 平台的 b s 方式进行系统集成，为与e p r 集成管理系统的无缝集成，从而更有效，合理的建设通用监 控决策支持管理平台。 后面章节将在此基础上综合运用数据库技术、软件系统开发技术、d s s 等理论和方法，探 6 基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的设计 北京邮电大学硕士学位论文2 0 0 8 讨研究了综合评价决策支持系统在抽油机决策中的应用，并用软件实现了综合评价决策支持系 统。 抽油机综合评价决策往往是抽油机设备的购置、更新的重要依据。正确的评价结果，不仅 能提高企业产品质量，增加企业综合效益，也能调动生产厂家提高设备综合性能的积极性。本 文将结合抽油机的技术、经济、社会、安全等方面对企业的影响，系统地分析综合评价理论体 系，建立评价指标体系。 2 3 小结 本章介绍了本设计中抽油机变频监控系统和抽油机决策支持管理系统，主要讲解了基于 g p r s 技术的抽油机变频监控系统的流程的特点，总结所要监控的参数对象，然后结合抽油机 设备的特点，结合数据库结构，b s 架构，对抽油机综合评价基本理论和决策支持系统进行深 入剖析，阐述了评价的指标建立、评价方法选择、权重的得出以及决策支持系统的类型、结构、 模型库等理论，从而将抽油机变频监控系统，抽油机决策支持管理系统与油田企业的e r p 集 成管理系统无缝接入提供理论依据，为后面章节对通用监控决策支持管理平台设计做准备。 7 基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的设计北京邮电大学硕士学位论文2 0 0 8 第三章基于c i m s 思想的监控决策支持管理平台的设计思路 自从上世纪七十年代c i m s ( 计算机集成制造系统) 的概念提出以来，集成的观点已经深 入人心并被广泛的运用到各个行业，c i m s 也从当初传统的离散制造加工业向连续生产监控过 程的流程企业发展，并已逐步成为流程企业自动化发展的一个新趋势。在c i m s 系统的建设中， 集成化已经成为系统建设的关键。 本系统中，如何建设成为基于油田企业的e r p 集成管理系统，同时包含抽油机变频监控系 统和抽油机决策支持管理系统的管控一体化的大型c i m s 监控管理决策支持平台系统，对油田 自动化信息化建设具有重要的意义。 3 1c i m s 概述 c i m s 是英文c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 的缩写，直译为计算机集成制造系 统，美国制造工程师协会的计算机和自动化系统( c a s a s m e ) 首先使用了这一术语。顾名 思义，c i m s 是基于c i m 哲理建成的复杂人机系统，但由于目前c i m s 本身在不断发展和完 善，至今还没有权威性的定义，一般定义为“c i m s 是通过计算机硬软件，综合运用现代化管 理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产的全部过程中有关 人、技术、经营管理三方面要素及其信息流、物流和价值流有机地集成并优化运行的复杂大 系统 。c i m s 的核心是“集成，是人、经营和技术的集成，这包括：企业各种经营活动 的集成、企业各个生产系统与环节的集成、各种生产技术的集成、企业部门组织间的集成和 各类人员之间的集成。在c i m s 的研究和实施过程中必须强调“信息流”和“系统集成 两 个最基本的观点。 c i m s 的上层管理与底层工业控制是否完美的衔接，是c i m s 集成成功与否的一个重要标 志。工业监控系统正是目前解决这个问题的最佳方案，然而传统的工业监控系统存在明显的 缺陷，如开放性不好，网络通信不透明，数据采集速度差等。这些都满足不了企业对底层自 动化控制和管理的越来越高的要求，既难于与上层管理系统集成，也不能满足企业对现场数 据实时性的要求。这就要求找到一种新的工业监控和数据采集的模式，来满足现代企业c i m s 管理控制一体化的要求。 目前比较通用的c i m s 分为了单纯考虑生产过程问题的过程控制系统( p c s ) 、单纯考虑 企业经营管理问题的经营计划管理( b p s ) ，以及考虑生产与管理结合问题的中间层制造执 行系统( m e s ) 。如图3 1 所示： 基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的设计北京邮电大学硕士学位论文2 0 0 8 经营计划管理b p s 制造执行系统m e s 过程控制系统p c s 图3 - 1b p s m e s p c s 三层结构模型 使流程企业c i m s 中原本难以处理的具有生产与管理双重性质的信息问题得到了解决。最 下层的控制系统p c s 聚焦于生产过程，以秒为单位监视生产设备的运行状况，控制整个生产 过程。m e s 管理整个工厂，考虑工厂整体平衡，注重产品和批次，以分、时为单位跟踪产品 的制造过程。经营计划系统以相同产品为处理对象，焦点在于定货、交货期、成本、和顾客的 关系等，以月、周、日为单位。在流程企业综合自动化系统中，m e s 起着将从生产过程产生 的信息和从经营管理活动中产生的信息，以及生产管理活动中产生的信息进行转换、加工、传 递的作用，是生产活动与管理活动信息集成的重要桥梁和纽带。 3 2 基于c i m s 思想的监控管理决策支持平台 油田的企业信息化系统的要求有其自身的特点，所以在设计针对油田抽油机的监控管理决 策支持平台的时候要重复考虑到油田企业的特殊性，所以在设计时，充分吸取c m s 三层结构 架构，提出了新的三层架构，如图3 2 所示： 油田企业e r p 集成管理系统 抽油机决策支持管理系统 抽油机变频监控系统 图3 - 2 监控决策支持管理平台的三层架构图 监控管理决策支持平台系统的主要设计目标是通过计算机技术，网络通讯技术，决策支持 技术，g p r s 无线监控技术，建成包含油田变频监控系统，同时建成决策支持技术的e r p 信息 系统，实现计算机在远程控制、计算机数据采集与企业主要生产经营管理业务的数据集成，建 成一个能够覆盖，并支持企业决策的高效、便捷的企业信息系统。该系统不仅涉及变频监控系 统的管理，也支持企业产品开发、系统集成方案设计，管理决策的管理，以帮助油田等企业建 立集监控、生产、系统集成一体化的企业供应链，系统应具有高度的信息集成度。通过对信息 的统一管理和控制，以便高效地利用信息资源，实现整体的优化，系统应既有横向综合，也有 纵向综合，既有基本数据处理方面的功能用于支持日常业务处理，同时还要提供许多信息分析 及决策支持功能，以辅助不同层次的企业决策。在系统建设过程中应该强调和注意：提高系统 9 基于g p r s 的变频系统监控决策支持管理平台的设计 北京邮电大学硕士学位论文2 0 0 8 集成性，增强数据共享能力，将实现信息集成放在重要位置；加强多种技术的综合运用，尤其 是加强与科学管理原理和方法【1 6 】的综合运用；增强系统对分析、决策、控制方面的支持。 本系统的设计按照“统一规划、统一标准、统一数据库”的原则建设，系统方案必须整体考虑 网络通讯、系统安全等问题，保证实时数据库标准开放，使整个系统具有极高的可靠性与实用性。 系统设