Upload
emmyunik
View
183
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSITATEA DIN PITESTI
FACULTATEA DE ELECTRONICA, COMUNICATII SI CALCULATOARE
I.O.S.U.D. INGINERIE ELECTRONICA SI TELECOMUNICATII
PROIECTUL PROGRAMULUI DE
CERCETARE ŞTIINŢIFICĂ
CONTROLUL INTELIGENT
DISTRIBUIT AL PROCESELOR
ENERGETICE NUCLEARE
Conducător ştiinţific:
Prof. univ. dr. ing. Ilie POPA
Doctorand:
Ing. Bogdan VENESCU
PITEŞTI
2010
CUPRINS
1. OBIECTIVELE PROIECTULUI DE CERCETARE STIINTIFICA 3
2. MOTIVATIA TEMEI PROPUSE 4
3. ETAPELE DE ABORDARE A TEMEI PROPUSE 8
3.1. Documentarea 8
3.2. Prezentarea temei 19
3.3. Rezultate asteptate in urma cercetarii 24
3.4. Referinte bibliografice 28
3.5. CONŢINUTUL TEZEI DE DOCTORAT ŞI ELEMENTELE PRINCIPALE 29
Pagină 2 din 36
1. OBIECTIVELE PROIECTULUI DE CERCETARE STIINTIFICA
Cunoaşterea reprezintă în special produsul activităţii de cercetare ştiinţifică, o
componentă importantă în ierarhizarea activităţilor pe criteriul calităţii şi al prestigiului
acestora.
Modelul ştiinţific este o formulă care înzestrează societatea şi are o existenţă obiectivă, în
afara persoanelor. Pentru acest motiv trebuie să vorbim de sistemul cercetării ştiinţifice ca
despre un subsistem al societăţii şi de cercetare ca despre o activitate socială. Calitatea
societăţilor ştiinţifice determină direct capacitatea adaptivă a societăţii omeneşti în general.
Scopul acestui proiect de cercetare intitulat „METODE, TEHNICI ŞI ALGORITMI DE
STOCARE ŞI MANIPULARE A DATELOR ÎN SISTEME DE COMUNICAŢII” este dezvoltarea
unor metode şi algoritmi pentru controlul inteligent al bazelor de date în vederea facilitării
lucrului cu acestea, a optimizării funcţionalităţii şi a creşterii securităţii acestor sisteme.
Securitatea bazelor de date şi interogarea acestora, modul de stocare a datelor precum si
modalităţile de preluare si prelucrare a acestora din diverse surse, sunt domenii de cercetare în
care rezultatele obţinute până în prezent, utilizând principiile AIS au arătat că se pot atinge
obiective importante.
Un alt obiectiv al proiectului este dat de modalităţi inteligente de manipulare şi stocare a
datelor prin analizarea, proiectarea şi realizarea unor aplicaţii specifice sistemelor de date în
sisteme de comunicaţii pentru creşterea siguranţei si eficienţei în exploatare.
Pagină 3 din 36
2. MOTIVATIA TEMEI PROPUSE
În ultimii ani tehnologiile bazelor de date au devenit tot mai complexe, integrând tot mai
multe concepte din alte domenii. Este uşor de înţeles faptul că bazele de date joacă în prezent
un rol important în multe domenii în care calculatoarele sunt utilizate.
Datele sunt fapte culese din lumea reală pe bază de observaţii şi măsurători. Informaţia
este rezultatul interpretării datelor de către un anumit subiect şi conferă acestuia capacitatea de
Pagină 4 din 36
a lua decizii. În acest context, un rol important revine bazelor de date, în calitate de mijloc
principal de stocare şi regăsire a datelor, şi, deci, implicit, şi de furnizare a informaţiei.
Sistemele de baze de date pot fi considerate ca fiind cea mai importantă realizare în
domeniul ingineriei programării. Bazele de date constituie cadrul sistemelor informaţionale şi
au modificat fundamental modul de operare al organizaţiilor.
Nu ne putem imagina o afacere de succes in ziua de azi fara implementarea bazelor de date.
Bazele de date sunt folosite in multe aplicatii, acoperind practic intreaga diversitate de
programe pentru calculator. Bazele de date sunt metodele preferate de stocare a in cazul
folosirii multi-utilizator pe scara larga a resurselor, unde coordonarea este un factor esential.
Chiar si utilizatorii singulari le gasesc conveniente si multe programe de email sau
organizatoare personale sunt axate pe baze de date.
Bazele de date pentru pot fi folosite pentru a facilita înţelegerea mai profundă a pieţelor, a
propriei poziţii pe aceste pieţe, ca şi a activităţii concurenţilor, prin culegere de date şi
prelucrarea lor în diverse moduri.Bazele de date privind clienţii şi previziunile de piaţă pot fi
compilate şi analizate astfel încât să redea imaginea completă a relaţiilor dintre organizaţie şi
clienţii ei. Examinarea integrată a acestei informaţii agregate poate ajuta o firmă să-şi înţeleagă
mai bine clienţii, să segmenteze masa de consumatori şi să adapteze mai bine oferta de produse
sau servicii la cerinţele acestora.
Cel mai răspândit tip de baze de date este cel relațional, în care datele sunt memorate în
tabele. Pe lânga tabele, o bază de date relațională mai poate conține: indecși, proceduri stocate,
declanșatori, utilizatori și grupuri de utilizatori, tipuri de date, mecanisme de securitate și de
gestiune a tranzacțiilor etc. Alte tipuri de baze de date sunt modelul ierarhic, modelul orientat
pe obiecte și, mai nou, modelul XML.
Una dintre cele mai importante şi mai frecvente activităţi ale unui departament de
marketing constă în gestionarea unor volume mari de date acumulate de-a lungul timpului, de
consultare a variate baze de date cantitative, de grafică sau multimedia in stare offline sau
online, orientate spre piaţă (marketoriented), date care provin din cercetările de marketing, de la
alte organizaţii şi care impun operativ consultarea interactivă şi de o manieră flexibilă şi
consistentă prin operaţii de integrare, sintetizare şi agregare, de reorganizare şi stocare, de
Pagină 5 din 36
gestionare şi procesare în raport de obiectivele de marketing. Acestea se constituie în surse de
informaţii esenţiale în procesul de fundamentare a deciziilor, atât la nivelul activităţilor de
marketing, cât şi în ansamblul organizaţiei
.
Metoda de organizarea datelor în fişiere clasice, creează trei mari neajunsuri:
Independenţa datelor faţă de programele de aplicaţii.
Frecvent există situaţii în care mai multe aplicaţii folosesc aceleaşi date. Programarea
clasică necesită pentru fiecare program în parte descrierea aceleaşi structuri de date. O
modificare în această structură de date implică refacerea tuturor programelor care au acces la
aceasta. Deşi există posibilităţi de modernizare a programării clasice prin proceduri, funcţii şi
fişiere incluse, totuşi dependenta programului de structurile de date este foarte strânsă în cazul
lucrului cu fişiere clasice, ceea ce duce la greutăţi deosebite în activitatea de dezvoltare a
aplicaţiilor.
Redundanţa datelor din fişierele clasice.
Noţiunea de redundanţă se referă la repetarea unor informaţii.
O aplicaţie conţine în general mai multe fişiere. Acestea au legături între ele prin nişte
date comune. Aceste date comune (redundante) pot la aplicaţii complexe să ajungă în cantităţi
foarte mari. Acest lucru creează pe lângă ocuparea unui spaţiu de memorare inutil, în special
dificultăţi în actualizarea fişierelor (deoarece modificarea unei date comune trebuie să se facă
în toate fişierele care o conţin pe aceasta).
Integritatea datelor.
Noţiunea de integritate se referă la faptul că datele au o anumită structură şi ele trebuie
să respecte anumite corelaţii logice. De exemplu, dacă avem un câmp care reprezintă vârsta
unei persoane, o valoare negativă introdusă în acesta va determina o 'eroare logică' în date.
Integritatea datelor .reprezintă poate cel mai important lucru pentru o aplicaţie
complexă. Fişierele clasice nu au metode speciale de verificare şi protecţie a structurilor logice
(integritatea datelor) care se creează între datele aparţinând unuia sau mai multor fişiere.
Pentru a putea fi exploatată de către utilizatori, o bază de date trebuie să aibă un set de
programe care să permită exploatarea raţională a datelor – un sistem de gestiune a bazei de
date. Sistemul de gestiune a bazelor de date interacţionează cu structura bazei de date,
Pagină 6 din 36
sistemul de calcul, sistemul de operare, programele de aplicaţii şi utilizatorii constituindu-aje
ale tratării prin baze de date:
Spre deosebire de colecţiile de date utilizate în sistemul operaţional (bazele de date) –
orientate spre optimizarea şi siguranţa procesării datelor – datele din depozitete de date sunt
organizate într-o manieră care să permită analiza lor. Rezultă că depozitete de date acoperă un
orizont temporal mai mare, conţine atât date interne, cât şi externe şi este optimizat pentru a
răspunde unor interogări complexe ale unei game diversificate de utilizatori
Utilizarea depozitului de date se face cu aplicaţii specializate de analiză a datelor, dar şi
prin elaborări de rapoarte sau extrageri de date pentru aplicaţii de birotică.
Principalul inconvenient al depozitelor de date este dimensiunea enormă, de ordinul giga
sau teraocteţilor.
Bazele de date sunt utilizate în majoritatea domeniilor……. . Ele prezintă totuşi diverse
limitări legate de :interogare, ,stocarea şi manipularea datelor,strângerea informaţiilor,
securitatea datelor etc.
Interogarea poate constitui de multe ori o problemă deoarece utilizatorul final este limitat în
folosirea limbajului natural atât în cazul interogării cat şi în cazul interpretării informaţiilor
primite.. Această problemă poate fi depăşită prin folosirea unor diverse sisteme instrumentale
inteligente: sistemele bazate pe cunoştinţe, sistemele de programare logică, sistemele expert,
sistemele bazate pe calculul evolutiv (algoritmii genetici, strategiile evolutive şi programarea
genetică), sistemele fuzzy, agenţii inteligenţi, sistemele conexioniste (reţele neuronice
artificiale), sistemele hibride etc.
Tehnologia informaţiilor face permanente modificări mijloacelor de muncă în întreaga lume. Informaţii care erau altădată stocate în depozite pline de dulapuri pot fi accesate acum la o singură apăsare a butonului mouse-ului. Pentru a stoca informaţii în orice mediu imaginabil în zilele noastre sunt folosite sisteme de baze de date
O bază de date poate fi completată cu informaţii manual sau automat. Strangerea
informatiilor dintr-o reţea decalculatoare (sau crawl) se realizează cu ajutorul roboţilor (numiţi
spideri sau crawleri).
Stocarea datelor în special a documentelor multimedia se poate problematică din cauza
dimensiunii acestora. Se impune realizarea unor modalităţi noi de stocare eficientă şi de
manipulare facilă a datelor.
Pagină 7 din 36
Datele sunt fapte culese din lumea reală pe bază de observaţii şi măsurători. Ele constituie orice mesajprimit de la un receptor sub o anumită formă.Colecţia de date reprezintă un ansamblu de date organizat după anumite criterii.Fişierul reprezintă o colecţie de date organizată după criterii calitative, de prelucrare şi scop.Organizarea datelor - reprezintă procesul de definire şi structurare a datelor în colecţii, gruparea lorprecum şi stabilirea elementelor de legătură între componentele colecţiei şi între colecţii.Evoluţia în timp a metodelor de organizare a datelor e legată de soluţiile tehnice de înmagazinare adatelor şi cuprinde nivelele:1. Nivelul I - organizarea datelor în fişiere clasice2. Nivelul II - organizarea mixtă în fişiere3. Nivelul III - organizarea datelor în bazele de date clasice4. Nivelul IV - organizarea datelor în bazele de date relaţionale5. Nivelul V - organizarea datelor în baze de date distribuiteÎn cadrul acestei evoluţii se disting etapele:1. Etapa I - e perioada caracterizată de înregistrarea datelor pe benzi magnetice. Această etapă seapropie mult de sistemul manual de organizare a datelor (îndosariere - Datele sunt organizate, înprincipal, sub formă de fişiere secvenţiale datorită suportului magnetic (benzi)).Caracteristici:a) Structura logică - coincide cu cea fizică. Prin urmare, programatorul trebuie să descrie şiorganizarea fizică a datelor pe suport, lucru incomod, la schimbarea suportului;b) Prelucrarea se face pe loturi;c) Dependenţa aplicaţiilor faţă de date. O modificare în structura datelor sau a dispozitivului dememorare implică modificări ale programelor de aplicaţie şi recompilarea lor;d) Redundanţă mare. În memorarea datelor datorită faptului că aceleaşi date sunt memorateseparat pentru fiecare aplicaţie ce are nevoie de ele;e) Programele realizează numai operaţii simple de intrare/ieşire.2. Etapa II - e caracterizată de înregistrarea datelor pe discul magnetic. Datele se pot organiza acumatât în fişiere secvenţial-indexate cât şi în fişiere cu acces direct.
Pagină 8 din 36
Caracteristici:a) Structura logică nu mai coincide cu cea fizică. Programatorul nu mai trebuie să descrie şiorganizarea fizică a datelor pe suport, acest lucru fiind făcut de către componentelespecializate ale sistemului de operare;b) prelucrarea se face online sau în timp real;c) schimbarea unităţii de memorare nu implică modificarea programelor;d) se menţine redundanţă mare;e) accesul se face la nivel de înregistrare şi nu de câmp în cadrul înregistrării;f) nu se realizează accesul după chei multiple;g) legăturile între fişiere trebuie programate.3. Etapa III - e caracterizată de apariţia bazelor de date. Datele se pot organiza acum sub forma unorfişiere integrate. Acestea permit realizarea mai multor fişiere logice pe baza aceloraşi date fizice.Caracteristici:a) Organizarea fizică a datelor e independentă de programele de aplicaţii;b) Se pot constitui fişiere logice în funcţie de baza de date;c) Se reduce redundanţa datelor fiind posibilă folosirea în comun a aceloraşi date fizice decătre mai multe aplicaţii;d) Accesul la date se face la nivel de câmp;e) E permis accesul după chei multiple;f) Existenţa unor măsuri de protecţie şi securitate a datelor;g) Organizarea datelor e realizată de o componentă software (data management).4. Etapa IV - se caracterizează prin asigurarea independenţei logice şi fizice a datelor faţă deprogramele de aplicaţie. Aceasta se realizează prin intermediul administratorului de baze de date cuajutorul descrierii datelor la un nivel logic global.Caracteristici:a) Datele sunt descrise la nivel logic global.b) Existenţa unor fişiere inverse ce permit răspunsul rapid la întrebări formulate de utilizatori.c) Mărirea gradului de protecţie şi securitate a datelor.d) În afara independenţei fizice a datelor apare şi independenţa logică prin posibilitateaexistenţei unor modificări în structura logică fără a afecta aplicaţiile.e) redundanţa datelor e redusă la minim.1.2.2. Limitele tratarii bazate pe fişiereÎn general acestea sunt marcate de:1. Separarea şi izolarea datelor2. Dublarea datelor
Pagină 9 din 36
3. Dependenţa datelor4. Incompatibilitatea fişierelor5. Interoperarea statică a programelor aplicaţieSepararea şi izolarea datelor• cu sistemele de fişiere e dificilă o prelucrare a datelor atunci când acestea sunt izolate înfişiere separate;• în acest caz programatorul trebuie să sincronizeze prelucrarea a 2 sau mai multe fişierepentru a se asigura că datele extrase sunt cele corecte;• dificultatea e cu atât mai mare cu cât datele necesare sunt în mai multe fişiere.Dublarea datelor• Se manifestă prin faptul că aceleaşi date se pot afla în 2 sau mai multe fişiere în funcţie denumărul aplicaţiilor sau al utilizatorilor.• În această situaţie pot aparea o serie de probleme, cum ar fi:a) creşterea costurilor prin creşterea spaţiului de memorare a datelor;b) apariţia inconsistenţei datelor prin faptul că o anumită dată poate fi memorată doar întrunsingur loc. Atunci când există mai multe copii ale aceleiaşi date e posibil ca prinactualizarea unora dintre ele să existe valori diferite ale aceloraşi date (inconsistenţă).Inconsistenţa mai poate apare şi la introducerea greşită a unor date;c) imposibilitatea introducerii unor standarde;d) imposibilitatea aplicării restricţiilor de securitate;e) imposibilitatea menţinerii integrităţii datelor (consistenţă şi validare).Dependenţa datelorStructura fizică şi stocarea fişierelor de date şi înregistrărilor sunt definite în codul aplicaţiei. Aceastaînseamnă că orice modificare efectuată în structura existentă impune scrierea unui program de tip exeoff(adică un program ce e rulat o singură dată, după care poate fi înlăturat). Acest program trebuie:a) Să deschidă fişierul iniţial pentru a fi citit.b) Să creeze un fişier temporar cu noua structură.c) Să citească o înregistrare din fişierul iniţial, să transforme datele pentru a le încadra în nouastructură şi să scrie fişierul temporar. Acest lucru trebuie repetat pentru toate înregistrăriledin fişierul iniţial.d) Să şteargă fişierul iniţial.e) Să redenumească fişierul temporar cu numele fişierului iniţial.f) Să modifice toate programele ce apelează fişierul iniţial pentru a se conforma noii structuri.
Pagină 10 din 36
Toate aceste operaţii necesită mult timp şi sunt supuse pericolului de apariţie a erorilor.Formate de fişiere incompatibileEste posibil ca fiecare fişier să fie apelat de către un program scris într-un limbaj de programare diferit.În acest caz trebuie ca un programator să scrie un program de transformare a fişierelor într-un formatcomun astfel încât să se poată face prelucrarea datelor din mai multe fişiere, deoarece fiecare limbaj deprogramare necesită un anumit tip de fişier.Interogarea statică a programelor aplicaţie• În cazul în care apar noi cereri de interogare a datelor aflate în fişiere, trebuie rescriseprogramele existente. Astfel, nu se poate răspunde decât la întrebările existente.• În cazul rescrierii programelor pot apare următoarele deficienţe:a) documentaţie limitată şi dificil de întreţinut;b) afectarea securităţii şi integrităţii datelor;c) refacerea datelor după defectarea sistemului e limitată sau inexistentă;d) accesul la fişiere e restrâns la câte un utilizator odată.În concluzie:Limitările bazate pe fişiere se datorează factorilor:a) definiţia datelor e încorporată în programele aplicaţie, în loc să fie stocată separat şiindependent.b) nu există control al accesului şi manipulării datelor, în afara celui impus de către programeleaplicaţie.1.2.3. Avantajele şi dezavantajele sistemelor de gestiune a bazelor de dateAvantaje faţă de sistemele clasice, cu fişiere:1. Controlul redundanţei datelorRisipa de spaţiu care se face prin stocarea aceloraşi informaţii în mai multe fişiere e mult diminuatăprin utilizarea bazelor de date, dar nu complet eliminată datorită altor cereri de îmbunătăţire aperformanţelor.2. Coerenţa datelorDacă un articol de date e înmagazinat de mai multe ori trebuie să se garanteze că toate copiile luivor fi actualizate dacă se reactualizează o valoare a sa (valoarea articolului e aceeaşi pentru toatecopiile sale).3. Mai multe informaţii de la aceeaşi cantitate de dateSe pot obţine prin integrarea fişierelor ce conţin informaţii diferite despre aceleaşi date.
Pagină 11 din 36
4. Partajarea datelorDatele pot fi utilizate de către mai mulţi utilizatori în acelaşi timp. De asemenea se pot facemodificări sau adăugiri la baza de date existentă fără a fi necesară definirea repetată a tuturorcerinţelor referitoare la acestea.5. Integritatea crescută a datelor• se referă la validitatea şi coerenţa datelor înmagazinate• se exprimă prin constrângeri (= reguli de corerenţă)• constrângerile se pot aplica:a) articolelor de date dintr-o singură înregistrareb) relaţiilor dintre înregistrări6. Securitatea crescutăSe realizează prin atribuirea unor nume de utilizatori şi parole ce permit identificarea persoanelorautorizate să folosească baza de date şi impun modalitatea de utilizare a acestor date.7. Aplicarea standardelorSe referă la formatul datelor, convenţiile privind denumirile, documentarea, procedurilor dereactualizare, regulile de acces.8. Reducerea costurilorPrin realizarea integrării se alocă fonduri centralizat şi nu separat fiecărui departament.9. Rezolvarea conflictelorFiecare utilizator va avea propriile cerinţe ce pot intra în conflict cu ale altora. Administratorulbazei de date poate lua decizii ce duc la utilizarea optimă a resurselor.10. Creşterea accesibilităţii datelor şi a capaciţăţii de răspunsSe realizează prin intermediul utilizării limbajelor de programare din generaţia a IV-a (ex. SQL,QBE).11. Creşterea productivităţiiPrin furnizarea unor funcţii ce permit manipularea fişierelor şi a introducerii limbajelor deprogramare din generaţia a IV-a ce reduc mult timpul de programare.12. Independenţa datelorDuce la creşterea capacităţii de întreţinere prin faptul că descrierile datelor sunt separate deaplicaţii.13. Controlul concurenţei este îmbunătăţitSe garantează că dacă 2 sau mai mulţi utilizatori accesează simultan aceleaşi date nu se pierdinformaţii sau nu se alterează integritatea acestora.14. Asigurarea salvării de siguranţă şi a refacerii
Pagină 12 din 36
Prin recuperarea ultimei stări coerente a bazei de date în cazul apariţiei unei defecţiuni hard sausoft.Dezavantaje:1. ComplexitateaTrebuie avute în vedere o serie de mai multe probleme referitoare la date decât în cazul aplicaţiilorclasice. Se face mai întâi o analiză amănunţită a datelor şi apoi a aplicaţiei propriu-zise.2. DimensiuneaSGBD-urile ocupă mult spaţiu pe disc.3. Costula) sistemelor SGBD;b) elementelor hard achiziţionate;c) conversiei aplicaţiilor existente la noul SGBD şi noua configuraţie hard.4. Performanţa redusă în cazul utilizării SGBD-urilor care au un caracter mai general, în locul uneiaplicaţii simple bazată pe fişiere care apelează o singură funcţie.5. Efectul unei defecţiuni e mult mai mare datorită centralizării (o defecţiune minoră afectează toţi
utilizatorii).
Scopul principal al tezei îl constituie proiectarea etapelor unei aplicaţii care utilizând
principiile AIS combinate cu alte ramuri ale inteligenţei artificiale să faciliteze, după o perioadă
de antrenare, lucrul cu o bază de date.
O tehnologie informaţională inteligentă este capabilă să rezolve problemele dintr-un
oarecare domeniu de activitate doar având formularea acestora în limbajul utilizatorului final,
fără a cere suplimentar de la utilizator sau elaborator algoritmul rezolvării acestei
probleme la
calculator. Limbajul utilizatorului final reprezintă o submulţime profesională a limbajuluinatural. Exemple de limbaje ale utilizatorului final pot servi limbajele de lucru alefizicianului, biologului, farmacistului, tehnologului, contabilului etc. utilizate la rezolvareaproblemelor din domeniul respectiv de cercetare.O tehnologie informaţională inteligentă are trei componente:• o bază de cunoştinţe în domeniul de cercetare;• o interfaţă inteligentă;
Pagină 13 din 36
• un rezolvitor de probleme.Etapele rezolvării la calculator a unei probleme cu ajutorul unei tehnologiiinformaţionale inteligente sunt următoarele: utilizatorul calculatorului formulează problema de rezolvat în limbajul utilizatorului final; interfaţa inteligentă traduce formularea problemei în limbajul de lucru al tehnologieiinformaţionale inteligente; rezolvitorul de probleme solicită din baza de cunoştinţe informaţiile necesare pentru rezolvareaproblemei respective; rezolvitorul de probleme, utilizând cunoştinţele obţinute în p., elaborează în mod automatprogramul de rezolvare a problemei formulate; rezolvitorul de probleme lansează programul elaborat în p. ; programul elaborat solicită din baza de date informaţiile necesare pentru rezolvarea problemei; în urma executării programului, este generată soluţia (soluţiile) problemei în limbajulcalculatorului; interfaţa inteligentă traduce soluţiile obţinute în limbajul utilizatorului final.Structura şi principiul de funcţionare al unei tehnologii informaţionale inteligente suntprezentate în fig. 5.O tehnologie informaţională inteligentă poate folosi următoarele sisteme instrumentaleinteligente: sistemele bazate pe cunoştinţe, sistemele de programare logică, sistemele expert, sistemele bazate pe calculul evolutiv (algoritmii genetici, strategiile evolutive şi programareagenetică), sistemele fuzzy, agenţii inteligenţi, sistemele conexioniste (reţele neuroniceartificiale), sistemele hibride etc.Lista sistemelor instrumentale inteligente este în permanentă creştere. Cititorul însuşi
poate elabora un nou tip de tehnologie informaţională inteligentă.
Pagină 14 din 36
ETAPELE DE ABORDARE A TEMEI PROPUSE
3.1. Documentarea
3.2. Prezentarea temei
3.3. Rezultatele aşteptate
3.4. Referinţe bibliografice
3.5. Conţinutul tezei de doctorat
2.1. Documentarea
2.1.1. Sisteme de control distribuit – Concepte de baza.
Notiunea de sistem de control distribuit (sau DCS - Distributed Control System)
desemneaza, în sens foarte larg, orice sistem de control al unui proces dinamic, caracterizat prin
faptul ca elementele de control sunt localizate spatial în vecinatatea subsistemelor controlate si
sunt interconectate într-o retea de comunicatie, care permite monitorizarea si supervizarea
procesului.
SCADA este un acronim pentru Supervisory Control and Data Acquisition - sistem de
control la nivel de supervizare si achizitie de date. Controlul la nivel de supervizare este definit
în opozitie cu controlul în timp real si consta de exemplu în modificarea valorilor prescrise (set-
point values) ale unor regulatoare inteligente, a caror sarcina este sa mentina (în timp real)
valorile masurate ale unor parametri de proces la nivele cât mai apropiate de valorile
prescrise. Schita generala a unui sistem de control distribuit cu supervizare SCADA este
prezentata în figura I.1. Observam prezenta mai multor instalatii tehnologice (procese)
distincte, fiecare având dispozitive de prelevare si transmisie a datelor masurate (senzori,
circuite de conditionare si transmisie), elemente de executie (pompe, motoare, incalzitoare etc.)
elemente de control în timp real (de obicei PLC-uri, controllere PID “inteligente”, sau RTU-
uri), toate interconectate pe un bus de comunicatie cu un punct central de monitorizare si
supervizare echipat cu un dispozitiv HMI (Human-Machine Interface) - de obicei un computer
echipat cu un software special de comunicatie si control.
Un exemplu practic de astfel de sistem este cazul unor rezervoare din
Pagină 15 din 36
industria chimica, echipate cu sisteme de control al temperaturii, nivelelor si debitelor
de admisie si de evacuare. Controlul de tip supervizare are în vedere stabilirea temperaturilor si
nivelelor prescrise pentru fiecare subsistem, precum si momentele când se comanda
umplerea sau golirea rezervoarelor. De notat faptul ca anumiti parametri pot fi transmisi direct
catre computerul din camera de control prin intermediul unor dispozitive denumite RTU
(Remote Terminal Units). Acestea pot transmite si comenzi catre PLC-urile sau direct catre
elementele de executie aferente nivelului de control în timp real al procesului, comenzi care,
uneori, au prioritate fata de comenzile provenind de la bucla locala de control în timp real.
SENZOR - Un senzor este un dispozitiv care masoara o marime fizica sau chimica si o
converteste într-un semnal care poate fi citit de un observator sau de un instrument. Exemplu -
termometrul.
ACTUATOR - Un actuator este un dispozitiv (mecanic, electromecanic, pneumatic,
hidraulic, piezoelectric etc.) destinat sa produca miscarea controlata a unui mecanism sau
sistem. Exemple: releele electromecanice, electro-valvele, etc. TRADUCTOR - în sens foarte
general, un traductor este un dispozitiv care transforma un semnal dintr-o forma în alta. Un
exemplu este difuzorul, care transforma un semnal electric în vibratii audibile ale aerului.
Observam ca, în conformitate cu definitiile de mai sus, atât senzorii cât si actuatoarele sunt
cazuri particulare de traductori.
Pagină 16 din 36
Fig. I.1 Structura generala a unui sistem de control distribuit
Un RTU, sau Remote Terminal Unit este un dispozitiv care asigura conexiunea între un
obiect fizic si un sistem de control distribuit sau SCADA permitând transmisia unor date de
telemetrie sau a unor comenzi. Toate RTU-urile sunt echipate cu una sau mai multe interfete de
comunicatie (seriala, ethernet, etc.), un microcontroller, un numar de intrari si iesiri si un
protocol de comunicatie.
Un PLC, sau Programmable Logic Controller este un dispozitiv echipat cu un numar
variabil de intrari si iesiri digitale si analogice, capabil sa sintetizeze în baza unui program
simplu orice functie de transfer între intrari si iesiri. În ultimii ani, diferentele dintre RTU si
PLC au început sa se estompeze, majoritatea producatorilor oferind în prezent PLC-urî care
Pagină 17 din 36
înglobeaza si functii de comunicare specifice RTU si RTU-urî cu cu facilitati de programare la
nivelul utilizatorului similare cu PLC-urile. De retinut, totusi, ca în cazul RTU, accentul este pe
comunicatie, în timp ce, în cazul PLC, principala functie este cea de control.
HMI - Human Machine Interface - este o componenta software a sistemelor SCADA,
având urmatoarele functii:
a. Sa prezinte datele achizitionate din proces într-o forma sintetica si usor de citit de un
operator uman.
b. Sa permita asocierea grafica a diverselor componente ale instalatiilor tehnologice cu
diversi parametri de stare curenta asociati cu acestea.
c. Sa genereze rapoarte complexe privind istoricul procesului si uneori chiar rapoarte cu
caracter economic (volumul productiei, gradul de incarcare a utilajelor, etc.)
SIGNAL CONDITIONER - Un dispozitiv plasat între sursa de semnal si un aparat de
masura sau control, care face o adaptare între cele doua dispozitive.
Exemple: atenuatoarele, amplicatoare, dispozitive care compenseaza neliniaritatile,
convertoare tensiune-curent.
Termenul Field bus, sau Fieldbus desemneaza o retea industriala, în care coexista
dispozitive de masura si de control/supervizare , care comunica digital între ele. Modul în care
se desfasoara comunicatia între diversele echipamente conectate la un fieldbus, este definit
protocolul de comunicatie al sistemului distribuit. Asa cum se poate observa în figura I.1,
elementul esential în structura unui sistem de control distribuit este unitatea de achizitie de date
si de control în timp real, care, de regula, consta într-un PLC sau un RTU. Stuctura generala
simplificata a unui astfel de dispozitiv este prezentata în figura I.2.
Pagină 18 din 36
Fig. I.2 Structura generala a unei unitati de achizitie de date si control
2.1.2. Sisteme de fabricatie holonice.
Un sistem de fabricaţie holonic (Holonic Manufacturing System – HMS ) este, în
esenţă, un mod de organizare bazat pe integrarea oamenilor, utilajelor tehnologice şi a
calculatoarelor în unităţi autonome şi cooperante în scopul creşterii flexibilităţii, a
configurabilităţii şi robusteţii sistemului la perturbaţii şi la variaţii interne şi externe.
Termenul de “holon“, o combinaţie a două cuvinte greceşti : holos (întreg) şi sufixul on,
sugerând o parte, sau o particulă, a fost propus de Koestler (1967) în contextul sistemelor
ierarhice deschise. Prin acestea, Koestler definea o structură organizaţională generală, care
putea să explice evoluţia şi viaţa sistemelor biologice şi sociale.
Conceptul de holon indică faptul că fiecare “ subântreg “ acţionează conform
principiului lui Ianus: el cooperează cu alte elemente pentru alcătuirea unui întreg mai mare
(sau pentru rezolvarea unei probleme mai complexe) şi, în acelaşi timp, acţionează pentru
realizarea ţelului propriu, tratând situaţiile apărute, fără a aştepta instrucţiuni “de sus“.
Holonul apare astfel ca o formă intermediară, caracterizată prin stabilitate proprie (faţeta de
“ întreg ) şi, în acelaşi timp, prin tendinţa de combinare ( atributul de “ parte “). Celor două
Pagină 19 din 36
faţete le corespund atributele de autonomie şi respectiv cooperare.
Holarhia este o ierarhie de holoni, formată în mod recursiv.
Holarhia se caracterizează prin :
-tendinţa de creştere – posibilitatea şi regulile de interacţiune conduc la formarea automată de
sisteme şi la atragerea altor holoni;
-caracterul dinamic şi existenţa temporară – organismele vii (biologice şi, mai ales, cele
sociale ) îşi pot schimba structura şi sunt disecabile. Ele sunt caracterizate printr-o schimbare
permanentă, iar legăturile dintre holoni pot reprezenta mesaje de comunicare, negocieri sau
chiar agresiuni. Interacţiunile sunt determinate de evenimente interne sau externe. În cazul în
care echilibrul dinamic dintre autonomia şi tendinţele de integrare ale holonilor este perturbat,
holonul poate părăsi holarhia, sau aceasta se autoreorganizează;
-apartenenţa multiplă – un holon poate face parte din mai multe holarhii cu condiţia să respecte
regulile fiecăreia. Unele holarhii pot funcţiona ca ierarhii pure, iar altele pot fi sisteme
heterarhice. În condiţiile heterarhiilor, în cazul unei apartenenţe a unui holon la mai multe
ierarhii pure, pot apărea confuzii, determinate de semnale de coordonare (intervenţii ) din surse
diferite. Pentru aceste situaţii, sunt posibile soluţii bazate pe multiplexarea în timp, sau pe
regulile de prioritate în luarea în considerare a intervenţiilor.
Sistemul de fabricaţie holonic ( Holonic Manufacturing System – HMS ) păstrează
stabilitatea ierarhiilor pure şi exploatează flexibilitatea dinamică a sistemelor heterarhice. HMS
este o holarhie care integrează întreaga gamă de activităţi privind fabricaţia, incluzând
acceptarea comenzilor, proiectarea, producţia şi activităţile de marketing, în scopul de a realiza
o întreprindere de fabricaţie agilă.
HMS nu reprezintă o nouă tehnologie ci, mai degrabă, o încercare de îmbinare şi utilizare a
unor tehnologii existente (comunicaţii bazate pe calculator, reglare descentralizată, agenţi
inteligenţi , diagnoză bazată pe model etc.)
Pagină 20 din 36
2.1.3. Sisteme de control al reactoarelor nucleare
In explozia informationala din ultimele decenii o importanta deosebita au dobandit–o
resursele de comunicatie de care dispun utilizatorii sistemelor informatice in cadrul carora un
loc important il ocupa calculatorul electronic . Culegerea si prelucrarea informatiilor existente
nu s-ar putea executa corect si in timp optim fara existenta calculatorului .
Sistemul informatic reprezinta sistemul informational in care echipamentele , tehnicile
si procedurile de transmitere a informatiei se realizeaza automat.
Orice sistem informatic este format din :
Componente hardware : calculatoare de proces si periferice ;
Componente software : programe de conducere , programe de transmisie si prelucrare a
datelor , programme de interferare cu operatorul .
Sistemele informatice pot fi de gestiune sau proces. În ambele situaţii acestea trebuie să
beneficieze de un suport hardware performant de implementare şi de un mediu software
adecvat dezvoltării aplicaţiilor de conducere.
Energetica tinde spre o structură în care tehnologia informatică şi a cunoştinţelor va
deţine un rol important în sintetizarea soluţiilor privind obţinerea şi utilizarea resurselor. Esenţa
managementului în această perspectivă constă în cunoaşterea corectă a problemelor
decizionale.
În acest context se trece de la mangementul bazat pe intuiţie la cel care ţine cont de
abordarea arhemosistemică, respectiv aplicând principiile cercetării operaţionale. Metoda
cercetării operaţionale presupune parcurgerea următoarelor etape: identificarea, definirea
explicită şi încadrarea problemei, construirea modelului, rezolvarea problemei ţinând cont de
restricţii şi stabilirea soluţiei optime din punct de vedere al criteriilor decizionale.
Adoptarea deciziilor este mult uşurată dacă se face apel la structuri hardware / software
capabile să sintetizeze informaţiile surselor, consumatorilor şi a canalelor de circulatie.
Principalele orientări privind proiectarea şi punerea în funcţiune a sistemelor
informatice destinate supervizării instalaţiilor nuclearo-energetice sunt sintetizate în cele ce
urmează.
Pagină 21 din 36
Sistemul informatic nuclear este un sistem dinamic în timp real cu prelucrare distribuită
a datelor capabil de a superviza procesele nucleare în baza unor scheme descentralizate. Acesta
se supune legii entropiei informaţionale ce cuantifică perturbaţiile sistemului şi al cărei minim
reprezintă optimalitatea.
Resursele hardware ale unui sistem informatic nuclear cuprind; calculatoare - trei
calculatoare de proces ( calculator de control , rezerva ,,calda” a calculatorului de control si
calculator rezerva) , periferice din diferite generaţii, sistemul fiind eterogen şi în continuă
dezvoltare din dorinţa de îmbunătăţire a performanţelor acestuia sau ca rezultat al unor acţiuni
corective.
Structura software a sistemului informatic al centralei nucleare nuclear este reprezentată
de produse program şi proceduri de operare dedicate fie conducerii în timp real a proceselor, fie
procesării / transmiterii fluxurilor de date. Plecând de la conţinutul proiectului de concepere-
realizare şi exploatare fără risc a instalaţiilor nucleare, premisele dezvoltării aplicaţiilor
software au reflectat capacitatea de cuprindere a problemelor reale, modularizarea maxim
posibilă, independenţa relativă a fiecărei aplicaţii cel puţin din perspectiva accesării resurselor
de date şi operaţiilor de I/O, flexibilitatea interfaţării cu operatorul şi cu procesul condus.
Referindu-ne în special la segmentul de conducere al proceselor nucleare trebuie
constatat faptul că întreaga strategie de dezvoltare a aplicaţiilor software în timp real pune
accentul pe toleranţa la defecte şi corectitudinea execuţiei funcţiilor specificate.
Tehnicile de obţinere a toleranţei la defecte se aplică în special executivului de timp
real, ca suport software de instalare a aplicaţiilor de
conducere a proceselor nucleare. Acestea se referă pe de-o parte la suportarea unor defecte
hardware determinând implicit fiabilitatea componentelor software şi pe de altă parte la defecte
software propriu-zise a căror tratare este conformă cu obiectivele securităţii nucleare. Mai
precis, aceasta presupune capacitatea executivului de timp real de a compensa incidentele
software-lui de bază, de a detecta erorile de prelucrare în urma unor acţiuni eronate, de a refuza
accesarea nepermisă a unor resurse de date şi memorie, şi de a limita propagarea efectelor
erorilor software.
Pagină 22 din 36
Pachetul de programe utilizat într-o centrală nucleară reprezintă un prototip cu caracter
general realizat astfel încât prin indicarea unor parametri să se obţină adaptarea la necesităţile
locale ale respectivei unităţi. În aceste condiţii, nu se poate
evita introducerea unor modificări relativ substanţiale în structura de cod şi date a respectivelor
componente software, reprezentând în fapt reflectarea necesităţilor de prelucrare, a
posibilităţilor şi condiţiilor existente în cazuri particulare, operaţii ce au consecinţe asupra
fiabilităţii acestor produse program.
Sistemul inovator de management nuclearo-energetic pune accentul pe conceptul de
securitate adică asigurarea că unitatea nucleară poate suporta impactul defecţiunilor viitoare. În
prezent se dezvoltă multe sisteme bazate pe cunoaştere în vederea îmbunătăţirii capacităţii unui
sistem nuclearo-energetic de a face faţă unor condiţii anormale de funcţionare. Utilizarea
acestor sisteme conferă o nouă dimensiune metodelor de tratare a unei situaţii de urgenţă şi
într-adevăr în această categorie pot fi considerate toate sistemele suport pentru procesarea
alarmelor, diagnostic, remedieri şi refacere de sistem.
In fig. 1 sunt prezentate rezultatele unui studiu efectuat asupra unor sisteme suport
considerate a fi in stadiul de aplicare practica.
Este interesant de observat faptul că sistemele suport pentru planificare şi
proiectare s-au bucurat de multă atenţie, dar cu toate acestea puţine sunt astăzi în stadiul
utilizării practice.
Analiza indică faptul că în anumite domenii strategice de aplicare sunt necesare eforturi
conjugate pentru dezvoltarea şi aducerea la deplină maturitate a sistemelor bazate pe
cunoaştere.
Pagină 23 din 36
Diagnoza erorilorRestaurare sistem
Procesare alarme
Actiuni corective si securitate
Operare asistata
0
2
4
6
8
10
12
14
Fig. 1- Distribuţia sistemelor suport pe domenii de utilizare
În aceste domenii, până la apariţia unei teorii complete, a unui algoritm sau până la
dezvoltarea unui produs software mai mult sau mai puţin standardizat, a fost necesară munca
unui număr important de specialişti şi 20-30 de ani de activitate.
Pentru ca tehnologia sistemelor suport să realizeze beneficii pe termen lung în industria
energetică este important ca aplicaţiile strategice să fie pe deplin dezvoltate.
Personalul de mentenanţă / testare poate fi necesar atunci când se aduc modificări bazei
de cunoştiinţe sau când se adaugă date unui sistem suport. În prezent, sistemele suport
inteligente sunt întreţinute şi testate de către cei care le-au dezvoltat, de ingineri de cunoştiinţe
sau chiar de către distribuitori. În figura 2 este prezentată o analiză a personalului de
mentenanţă pentru 21 de sisteme suport.
Fig.2 Distribuţia personalului de mentenanţă
Pagină 24 din 36
0
1
2
3
4
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
ProgramatorNimeni
Inginer cunostiinteDistribuitor
Din această analiză rezultă faptul că multe sisteme suport necesită încă sprijin de
mentenanţă de la fabricanţi şi distribuitori, situaţie ce va persista până la maturizarea deplină a
tehnologiei şi a comercializării pe scară largă. În cazul în care nu se aduc modificări
substanţiale componentelor sistemului suport, sarcina întreţinerii acestuia poate fi preluată de
către inginerii de cunoştiinţe.
Se poate defini sistemul suport de asistare a deciziilor acel sistem /parte a sistemului
informatic , in care omul-elementul activ si constient in luarea deciziilor – utilizeaza
informatiile , sugestiile si evaluarile calculatorului , pe care le completeaza in mod facil si
natural cu experienta si intuitia sa in procesul de luare a deciziilor.
FUNCTII ALE SISTEMULUI SUPORT:
Gestionarea intr-o maniera operativa a unui anumit volum de date ;
Obtinerea unor informatii privind evolutia sistemului condus si a mediului bazate pe
utilizarea unor modele matematice care pot fi reprezentate pe calculator ;
Prezentarea informatiilor printr-un sistem flexibil de raportare si regasire a acestora;
Facilitarea accesului utilizatorului in conditii cat mai apropiate de modul natural de
comunicare al omului ;
Un sistem ierarhizat de cu prelucrare distribuita trebuie sa asigure realizarea unor functii de
conducere transpuse in anumite module software ce se executa pe anumite centre de
prelucrare .
Pagină 25 din 36
2.2. Prezentarea temei
Dirijarea aplicarii algoritmilor numerici unui proces in scopul atingerii celor mai bune
performante .
Pentru ca tehnologia sistemelor suport să realizeze beneficii pe termen lung în industria
energetică este important ca aplicaţiile strategice să fie pe deplin dezvoltate.
Personalul de mentenanţă / testare poate fi necesar atunci când se aduc modificări bazei de
cunoştiinţe sau când se adaugă date unui sistem suport. În prezent, sistemele suport inteligente
sunt întreţinute şi testate de către cei care le-au dezvoltat, de ingineri de cunoştiinţe sau chiar de
către distribuitori.
În figura 2 este prezentată o analiză a personalului de mentenanţă pentru 21 de sisteme suport.
Din această analiză rezultă faptul că multe sisteme suport necesită încă sprijin de
mentenanţă de la fabricanţi şi distribuitori, situaţie ce va persista până la maturizarea deplină a
tehnologiei şi a comercializării pe scară largă. În cazul în care nu se aduc modificări
substanţiale componentelor sistemului suport, sarcina întreţinerii acestuia poate fi preluată de
către inginerii de cunoştiinţe.
Personalul de întreţinere trebuie să aibă o înţelegere de bază a limbajului de programare
folosit la implementarea sistemului suport. Dacă există un instrument software dedicat
activităţii de mentenanţă acesta trebuie cunoscut şi utilizat. Personalul de mentenanţă trebuie să
înţeleagă definiţiile datelor şi să fie capabil să analizeze rezultatele sistemului suport. O
concluzie importantă ce se desprinde din experienţa practică a utilizării sistemelor suport se
referă la lipsa unui set uniform de
cerinţe de mentenanţă, ceea ce produce variaţii în dezvoltarea personalului şi a instrumentelor
software adecvate.
Conceptual, metodologiile de integrare a sistemelor bazate pe cunoaştere în sistemul
managementului energetic includ abordări adăugate, înglobate şi complet integrate.
Pagină 26 din 36
Abordarea adăugată presupune existenţa unui calculator dedicat pe care rulează sistemul
suport (fig.3.). Acest calculator schimbă informaţii cu sistemul managementului energetic
printr-un canal specific de date. Această abordare poate minimaliza indisponibilizarea
software-lui existent pe perioada implementării şi testării sistemului suport.
Fig. 3 Integrarea adăugată a sistemelor suport
Această abordare prezintă dezavantajele unei mentenanţe mai laborioase şi a unei
interfaţări mai elaborate între sistemul suport şi software-ul de aplicaţie.
Abordarea înglobată presupune includerea sistemului suport în sistemul
managementului energetic existent sau în mediul planificator (fig. 3). ca o aplicaţie
suplimentară pentru suportul existent. În acest caz interfaţa sistemului suport cu utilizatorul
trebuie să fie consistentă şi performantă, deoarece structura ansamblului presupune utilizarea
unui post de lucru unic pentru ambele sisteme.
Această abordare permite sistemului suport accesarea rapidă a datelor disponibile în
sistemul managementului energetic. Totuşi există dezavantajul degradării performanţei
sistemului managementului energetic din cauza sarcinilor sporite prin adăugarea sistemului
suport, dacă suportul hardware de dezvoltare a ansamblului nu posedă caracteristici de
performanţă superioare şi dacă încă din faza de proiectare software-ul de bază nu a fost
conceput cu posibilităţi de extindere funcţională.
Pagină 27 din 36
Fig. 4 Integrarea înglobată a sistemelor suport
Implementarea şi testarea sistemului suport într-o astfel de abordare reclamă un timp
considerabil, perioadă în care sistemul managementului energetic este indisponibil.
Abordarea integrată presupune introducerea sistemului suport într-un mediu de calcul
distributiv. În plus, în acest caz trebuie luată în considerare tendinţa spre o arhitectură de sistem
deschis. Deschiderea sistemului se poate realiza prin descompunerea acestuia în module şi prin
specificarea de interfeţe între acestea.
O abordare ideală de integrare a sistemului suport cu sistemul de management energetic
pe baza arhitecturii în sistem deschis este bazată pe utilizarea LAN (fig. 5).
Fig.5 Implementarea integrată a sistemelor suport
În acest caz sistemele suport pot efectua apeluri de proceduri la distanţă pentru a rula
software de sistem energetic pe alte calculatoare sau a afişa rezultatele pe console aflate la
Pagină 28 din 36
distanţă. Mentenanţa este facilă, iar nivelul degradării sistemului managementului energetic
este scăzut.
Faptul că unele sisteme bazate pe cunoaştere se află în exploatare este important în
procesul dezvoltării tehnologice a acestora. Acestea trebuie să evolueze ca instrumente
software mai mult sau mai puţin standardizate. Beneficiarii se aşteaptă ca sistemele suport să
fie aplicaţii software ce pot fi achiziţionate din comerţ, dar mentenanţa bazelor de date să poată
fi realizată de către personalul propriu. De aici necesitatea dezvoltării unor baze de cunoştinţe
generice pentru aceste sisteme.
Procedurile corespunzătoare de testare şi mentenanţă sunt necesare pentru a avea
garanţia că sistemele bazate pe cunoaştere îşi pot menţine precizia şi performanţele chiar în
condiţiile modificării bazei de date şi posibil, a bazei de reguli.
Tehnologiile de calcul progresează foarte rapid. Ca rezultat implementarea sistemelor
bazate pe cunoaştere va pretinde mai multă flexibilitate pentru a permite adaptarea la noile
medii. Instrumentele software neconvenţionale, cum ar fi cele din inteligenţa artificială, cele
orientate spre obiect sau tehnicile de interfaţare avansate se deplasează spre mediul operaţional
sau de planificare. Acest fapt este însoţit de o tendinţă firească de utilizare masivă a reţelelor de
calculatoare. Dacă sistemele bazate pe cunoaştere nu sunt compatibile cu modificările ce au
loc, conversia la noile structuri hardware şi software poate deveni foarte costisitoare.
Există ramuri ale inteligenţei artificiale ca de exemplu, logica fuzzy sau reţelele neurale,
se bucură de o atenţie deosebită, dar şi-au găsit aplicabilitate numai în domenii specifice ale
sistemului energetic.
Principalele generatoare de sisteme suport sunt : ADVISER, ALIX, SUPORT-EASI,
INTELECT, KEE, LOGICIAN, NEXUS care permit depozitarea expertizelor (acumularea şi
implementarea cunoştinţelor), automatizarea şi îmbunătăţirea deciziilor, învăţarea şi formarea
utilizatorilor, supervizarea on-line a proceselor în vederea rentabilizării tututror activităţilor din
cadrul sistemului condus în timp real. Sistemele suport sunt concepute pe următoarele suporturi
tehnologice : reguli, obiecte structurate (cadre), modele (cercetare operaţională, sisteme fuzzy,
neuronale). Aceste sisteme pot fi integrate, interactive inferenţiale şi pentru consultanţă.
Principalele sisteme suport utilizate în energetică pâna în prezent sunt următoarele :
Pagină 29 din 36
CARGUIDE - supraveghează fluxul circulaţiei într-un sistem complex;
CASES - analizează şi soluţionează operaţia de înlocuire a unor componente din circuitele
secundare din cadrul centralelor nuclearo-electrice;
COSMOS - asistă operatorii în cazul funcţionării defectuoase a acestor centrale;
FRACAS - supraveghează siguranţa CNE împotriva incendiilor;
GCA (Graduate Course Adviser) - asistă la operaţia de întocmire a programelor de învăţământ
în domeniul calculatoarelor;
ARTEX - permite alegerea echipamentelor şi tehnologiilor nucleare prin compararea
variantelorCNE;
PENAUT - asigură managementul exploatării instalaţiilor de irigaţii;
REACTOR - asigură exploatarea reactoarelor nucleare;
PROMAS - asistă în procesul de formare şi exploatare a bazei de cunoştinţe;
SACOM - asigură consultaţii inginereşti în analiza structurală;
SAPIEXT - asistă operatorii la rezolvarea problemelor de exploatare ale CNE.
Implementarea sistemelor suport într-o centrală nucleară prezintă aspecte care diferă
semnificativ de majoritatea aplicaţiilor de acest gen din industrie.
Pentru structurarea şi formalizarea managerială a acestui proces se impune cunoaşterea unor
particularităţi ce sunt prezentate în continuare.
Pagină 30 din 36
2.3. Rezultate asteptate in urma cercetarii
In urma activitatii de cercetare stiintifica vor trebui sa rezulte o serie de tehnici si
algoritmi cu aplicabilitate in sistemele bazate pe achizitie si analiza domeniul nuclear. Pentru
obtinerea de date si dezvoltarea acestor tehnici se vor realiza modele experimentale, pentru
echipamentele care urmeaza sa se constituie in aplicatii practice, ale unor sisteme necesare in
productia si exploatarea combustibilului nuclear.
Principalele roluri ale noului sistem holonic multiagent sunt:
a. Ia măsurile de protecţie necesare în vederea opririi funcţionării centralei nucleare,
de calmare si păstrare a materialelor radioactive şi de minimizare a consecinţelor unui accident
nuclear,
b. Controlează interblocările în vederea asigurării protecţiei împotriva operărilor
eronate, dacă condiţiile necesare pentru operarea sigură nu au fost îndeplinite,
c. Păstrează parametrii centralei nucleare în limitele admise pentru operare, fără a
atinge limitele de securitate,
d. Furnizează şi afisează operatorului de reactor suficientă informaţie pentru
determinarea rapida a stării sistemului de protecţie (autodiagnoză), în vederea luării deciziilor
corecte cu implicaţii în securitatea nucleara.
La proiectarea sistemului holonic multiagent s-a urmărit:
(a) Obţinerea unie fiabilităţi ridicate;
(b) Minimizarea expunerii personalului pe durata operării centralei nucleare;
(c) Clasificarea riguroasă a sistemelor din punct de vedere al securităţii nucleare;
(d) Criteriul defectării unice;
(e) Minimizarea posibilităţii apariţiei defectărilor de mod comun prin separarea fizică,
independenţa funcţională şi diversitatea echipamentelor utilizate;
(f) Utilizarea unor tehnologii certificate, calificate de experienţă şi teste şi introducerea
marginilor de securitate;
(g) Implementarea unor funcţii de securitate nucleară intrinseci şi inginereşti;
Pagină 31 din 36
(h) Aplicarea unor concept de proiectare pentru obţinerea stărilor de defectare sigură.
Încă din faza de proiectare a sistemelor, şi în special pentru sistemul de protecţie,
specialiştii ICN au insistat pentru implementarea riguroasă a unor criterii şi recomandări
internaţionale. Dintre acestea amintim cerinţele specifice de proiectare conţinute în documentul
AIEA SS35-S1, “Code on Safety of Nuclear Research Reactors: Design”, articolele 626 – 634:
“626. Sistemul de protecţie al centralei nucleare trebuie să fie automatic şi independent
faţă de celelalte sisteme. Acest sistem trebuie să conţină un semnal de intrare pentru triparea
manuală a centralei nucleare
627. Sistemul de protecţie al centralei nucleare trebuie să fie astfel proiectat încât, odată
iniţiate, acţiunile necesare de securitate să nu mai poată fi anulate de acţiuni manuale.
628. Acolo unde este fizic posibil, la proiectarea sistemului de protecţie al centralei
nucleare trebuie aplicate criteriile de redundanţă şi diversitate astfel încât fiecare eveniment
postulat să poată fi detectat în cel puţin două moduri diferite.
629. Sistemul de protecţie al centralei nucleare trebuie să conţină cel puţin două canale
complet separate fizic şi independente funcţional astfel încât defectările unice să nu conducă
la pierderea funcţiei de securitate de către sistem.
630. Sistemul de protecţie al centralei nucleare trebuie să fie astfel proiectat încât apariţia
unui defect de mod comun să conducă la aducerea centralei nucleare în stare sigură.
631. Toate componentele sistemului trebuie să poată fi testate.
632. Odată iniţiate de către sistemul de protecţie, acţiunile vor fi îndeplinite până la
finalizare. Nu trebuie să existe posibilitatea autoresetării acestora.
633. Proiectarea sistemului trebuie să asigure posibilitatea stabilirii pragurilor de
declanşare cu o margine de securitate faţă de limitele de operare astfel încât sistemul să poată
controla procesul înainte de atingerea limitelor şi condiţiilor de operare.
În plus, aceste margini trebuie să ia în considerare:
- erorile instrumentaţiei
- incertitudinile de calibrare
- timpul de răspuns al instrumentaţiei şi al sistemului.
634. Prin proiectare se implementează mijloace şi soluţii de împiedicare a bypass-ării
semnalelor de tripare sau interblocare.”
Pagină 32 din 36
Sistemul de control şi monitorizare al centralei nucleare (CMS - Control & Monitoring
System):
• este independent fizic şi funcţional faţă de ,
• nu poate anula o acţiune iniţiată de sistemul holonic multiagent,
• implementează funcţii automate şi manuale, limitări şi condiţii de interblocare.
Interfaţa acestui sistem cu sistemul holonic multiagent este
• unidirecţională (dinspre sistemul de protecţie către sistemul de control şi monitorizare al
centralei nucleare)
• izolată galvanic (izolatori optici sau relee)
Sistemul de control şi monitorizare
oferă operatorului de reactor posibilitatea de monitorizare a variabilelor de proces şi
de control a fluxului zonei active prin intermediul barelor de control şi a
instrumentaţiei.
Este un sistem bazat pe calculator, de clasă 2 de securitate nucleară.
Are încorporată funcţia de control automat al puterii centralei nucleare: la atingerea
nivelului de putere dorit a fi menţinut constant, controlerul automat menţine acest
nivel, cu o toleranţă predefinită.
Criterii proiectare CMS:
a. Simplitate
• Număr redus de componente hardware, cu o diversitate redusă de tipuri.
• Structură de interconectare simplă intre componentele sistemului datorită simplităţii
arhitecturii.
• Număr redus de componente software datorită utilizării aceleiaşi platforme.
b. Fiabilitate şi disponibilitate
• Utilizarea unei metodologii de dezvoltare structurată, verificare intensivă şi testare
de validare.
• Utilizarea unor componente hardware fiabile.
• Existenţa unor surse redundante în unitatea de supervizare.
• Hard disk-uri redundante (RAID 1) pentru stocarea datelor achiziţionate.
Pagină 33 din 36
• Afişarea parametrilor pe două monitoare LCD.
• Existenţa unei surse neîntreruptibile (UPS).
• Reducerea vulnerabilităţii la viruşi prin restricţionarea accesului la unităţile de CD
writer, floppy disk sau la porturile USB şi posibilitatea utilizării unei reţele locale
securizate.
c. Mentenabilitate
• Utilizarea unor produse comerciale consacrate.
• PLC and Sistemul SCADA şi PLC-ul folosite provin de la acelaşi producător
pentru asigurarea compatibilităţii totale şi facilizarea obţinerii asistenţei tehnice pe
plan local din partea producătorului.
• Diversitatea redusă de componente hardware/software conduce la uşurarea
activităţii de mentenanţă.
d. Software utilizat
• Limbaje de programare standard IEC-61131:FBD (Function block diagram), LD
(Ladder diagram), IL (Instruction list).
• Visual Basic sau C pentru programare sub SCADA WinCC (Siemens).
• Sistemul de operare utilizat este Windows XP Professional.
e. Modularitate
Sistemul de control şi operare este modular software şi hardware, permiţând astfel
modificarea uşoară, reconfigurarea, extinderea sau înlocuirea de componente.
f. Capacitate de dezvoltare
• Capabilităţile de dezvoltare nu necesită upgradări ale procesorului, componentelor
hardware sau software sau înlocuiri ale surselor de alimentare.
Platformele hardware şi software selectate oferă posibilitatea construirii unor sisteme total
scalabile şi deschise, astfel încât poate fi extins fiecare nivel: achiziţie I/O, control şi
supervizare.
Pagină 34 din 36
Referinte bibliografice
1. Cornelius T Leondes - Computer Aided and Integrated Manufacturing Systems, A 5-
Volume Set, Volume 3: Optimization Methods, 2003 by World Scientific Publishing Co.
Pte. Ltd.
2. J. A. Rehg, W. Kraebber, Computer-Integrated Manufacturing, Prentice Hall, 2001.
3. Cornelius Leondes - Optimization methods for MANUFACTURING, CRC Press Boca
Raton London New York Washington, D.C., 2001
4. D. H. Nelson, G. Schneider, Applied Manufacturing Process Planning, Prentice Hall,
2001.
5. Paulo Jorge Pinto Leitao - An Agile and Adaptive Holonic Architecture for
Manufacturing Control, PHD These, Department of Electrotechnical Engineering,
Polytechnic Institute of Braganca, Porto, January 2004
6. Matjaž Colnarič, Domen Verber, Wolfgang A. Halang - Distributed Embedded Control
Systems, 2008,Springer-Verlag London Ltd
7. D. L. Goetsch, Modern Manufacturing Processes, Delmar Publishers, 1991.
Pagină 35 din 36
2.4. Conţinutul tezei de doctorat şi elementele principale
1. Introducere. Formularea problematicii. Motivaţie, obiective, descriere sumară a
conţinutului
2. Prezentarea stadiului actual al domeniului temei.
3. Fundamentarea teoretică a temei. Modelare. Simulare. Modele.
4. Dezvoltarea unei aplicaţii originale din domeniul temei:
- modelare;
- simulare;
- implementare;
- interpretare;
- evaluare;
5. Concluzii, contribuţii şi direcţii de dezvoltare.
Pagină 36 din 36