4. Средства автоматики и телемеханики на водохозяйственных системах. Автоматизированные системы управления и оповещения.

Одна из основополагающих задач внедрения средств автоматики - создание автоматизированных систем управления (АСУ) рациональным использованием водных ресурсов региона. Такие системы могут и должны стать одной из важных составных частей интегрированного подхода к вопросам водоуправления. Имеется целый ряд разработанных и успешно действующих АСУ , созданных в области водопользования и касающихся отдельных задач водоуправления для разных регионов. Тем не менее, по-прежнему, острыми остаются вопросы выбора характера и структуры подобных АСУ, целей и задач, которые перед ними ставятся. Прежде всего, это относится к разработке одной из основных ее частей - системы поддержки принятия решений (СППР). Несмотря на то, что решение указанных и многих других вопросов зависит от специфики региона, водного объекта и от конкретно поставленной (часто достаточно узкой) задачи, многие проблемы, стоящие перед разработчиками СППР, имеют один и тот же характер и поэтому появляется возможность общего подхода к построению подобных систем.

Структура, характер и полнота наполнения СППР управления водными ресурсами региона определяется, прежде всего, теми задачами, которые ставятся перед системой и лишь во вторую очередь имеющимися в наличии моделями, данными, программными средствами и т.д. Остановимся вначале на основных задачах управления и планирования, которые включаются в создаваемую систему, и для которых, с помощью СППР, можно получить приемлемое решение. Для начала необходимо привести классификацию тех задач интегрированного управления, которые необходимо решать управляющим структурам конкретного региона. Такая классификация может быть удобна для создания соответствующих баз знаний СППР (базы знаний по моделям управления и базы знаний по моделям прогноза состояния рассматриваемых водных экосистем), а также должна использоваться для разработки общей внешней оболочки СППР и интерфейса пользователя. Критерии и признаки, которые могли бы лечь в основу подобной классификации, весьма разнообразны. К задачам интегрированного управления относятся:

1. Задачи управления и планирования рациональным использованием водных ресурсов региона в зависимости от характерных времен тех процессов, которыми планируется управлять, и времени, отведенного на принятие и реализацию управленческих решений 1.1. Управление и планирование в условиях чрезвычайных гидроэкологических ситуаций (ЧГС). 1.2. Текущее управление и планирование (”ежедневное” управление водопользованием). 1.3. Долгосрочное (стратегическое) управление и планирование.

2. Управление и планирование в зависимости от характера поставленной задачи. 2.1. Задачи, связанные с гидрологическими и гидродинамическими характеристиками рассматриваемой водной системы. К этому классу задач управления можно отнести те из них, для которых достаточно знать гидрологические и гидродинамические параметры как отдельных водных объектов, так и всей исследуемой водной системы в целом: расходы, скорости течений, уровни водной поверхности и др.

2.2. Задачи, связанные с вопросами качества воды.

2.3. Задачи, связанные с экономическими и социально-экономическими аспектами водопользования.

Приведенная градация задач далеко не полная. Но она отражает основные вопросы управления и планирования водохозяйственной деятельностью и, кроме того, она удобна для создания СППР. Естественно, что реальные задачи управления чаще всего являются комплексными, включающими в себя несколько из приведенных выше в достаточно сложном сочетании. Среди конкретных вопросов, которые должна решать СППР, следующие:

1. накопление, хранение, возможность пополнения и корректировки всей имеющейся информации об экологическом состоянии рассматриваемых водных объектов: данных натурных измерений прошлых лет, текущего мониторинга, топографических, справочно-информационных и т.д.;

2. возможность прогнозирования характера изменения состояния исследуемой водной системы в целом и отдельных составляющих ее экосистем при тех или иных сценариях внешнего воздействия на нее;

3. хранение и пополнение экспертной информации об исследуемой водной системе;

4. возможность осуществления поддержки принятия решений лицами, принимающими или готовящими эти решения.

Производиться это должно путем исследования различных вариантов решений как с помощью прогноза последствий их принятия, так и с помощью исследования базы знаний накопленных экспертных оценок подобных ситуаций. Например, работа над реализацией этого может осуществляться путем анализа имеющихся результатов, полученных по заранее разработанным сценариям и оформленных в виде одной из баз блока экспертных оценок. Сценарии необходимо разрабатывать на основе мнений высококвалифицированных экспертов и пожеланий соответствующих заинтересованных организаций.

Высший уровень организации эксплуатации водохозяйственных систем будет обеспечен при внедрении автоматизации произ­водственных процессов при учете водных ресур­сов, водораспределении и поливах. Внедрение автоматизации в необходимо осуществлять в три стадии: I — применение устройств, облегчающих условия эксплуатации машин и трубопроводов при поливах, гидравлических автоматов и электроподъ­емников на гидросооружениях, расходографов и лимниграфов на постах учета воды, связи и диспетчерских устройств; II — приме­нение датчиков, электромоторов, программников, телемеханики и ЭВМ для диспетчерского управления и устройств для осущест­вления расчетной программы водораспределения и поливов; III — полная автоматизация, при которой данные датчиков поступают в счетно-решающие устройства, где уточняется программа дей­ствий— выбор каналов и трубопроводов для подачи расходов воды и др. и обеспечивается осуществление эври­стической программы в зависимости от сложившихся условий.

Средства получения информации включают различные приборы (датчики) для измерения и контроля уровня, давления, расхода и температуры воды, влажности и температуры почвы и др. Например, уровень воды измеряют и контролируют датчика­ми уровня жидкости; поплавковыми, электродными, акустичес­кими и др.

Поплавковые датчики наиболее распространены при измере­нии уровня жидкости в открытых каналах и закрытых резервуа­рах. Чувствительный элемент такого датчика - поплавок, пере­мещение которого при изменении уровня жидкости передается стрелке измерительного прибора или датчику телеизмерения. При телеизмерении уровня перемещение поплавка преобразуется в выходной электрический сигнал.

Электродные датчики широко применяют для определения (фиксации) дискретных значений уровней, двухпозиционного регулирования, определения скорости изменения уровня. Они просты и надежны в работе. При поднятии уровня воды до электрода или опускании ниже его возникает сигнал, по которому фиксируют уровень воды.

Расход воды в напорных трубопроводах измеряют расходо­мерами (датчиками расхода): индукционными, ультразвуковыми и др.

Для преобразования информации в сигналы и передачи их по одной линии связи на диспетчерский пункт (пункт уп­равления), а также для формирования и передачи диспетчером команд управления производственными объектами (команд включения, отключения, изменения положения и т.п.) исполь­зуют средства телемеханики (от греч. теле - расстояние, ме­ханика - мастерство).

Средства локальной электроавтоматики располагают на автома­тизированных объектах. Они включают электрифицированные подъемники затворов, электроавтоматические регуляторы, меха­низмы отработки задания, датчики контроля технологических параметров, шкафы управления и ящики автоматики, программ­ные и измерительные устройства.

Для систем местной автоматики с дистанционным управлени­ем характерно то, что пункт управления и объекты управления расположены недалеко друг от друга. Расстояние между ними составляет, как правило, десятки и сотни метров. Каждая коман­да управления или передача информации о состоянии объекта управления посылается в отличие от системы телемеханики по самостоятельному проводу (системы телемеханики исключают прокладку индивидуальных проводов для каждой команды).

Средства гидроавтоматики размещают на гидротехнических сооружениях. Они включают регуляторы уровня (давления), ре­гуляторы перепадов уровня, водосливные пороги и сифоны, ре­гуляторы расхода, стабилизаторы расхода.

Средства информационно-управляющих (советующих) систем включают компьютеры, влагомеры, испарители, телефоны, телетайпы и др.

Автоматизированные системы управления и оповещения – решают задачи обеспечения безопасности и своевременного предупреждения населения и персонала крупных водохозяйственных комплексов о надвигающихся природных и техногенных катастроф . Эти системы включают в себя как оборудование позволяющее объективно оценивать обстановку на узлах системы, то есть контрольно-измерительную аппаратуру, анализирующий блок, и систему оповещения, прежде всего линии связи, независимое энергообеспечение и т.д.

Результаты всех видов мониторинга на водохозяйственных комплексах должны быть обработаны, систематизированы и использованы для управления производственным процессом или для осуществления неотложных мероприятий по устранению негативных ситуаций. Важную роль для решения этих задач, а также при обработке возрастающих объемов информации играют методы математического моделирования, прогнозирования, оптимального планирования и оперативного управления на основе АСУ - эксплуатация водохозяйственных систем (АСУ—ЭВХС). Техническое обеспечение АСУ представлено техническими устройствами, предназначенными для сбора, накопления, хранения, передачи, обработки, поиска, обнов­ления и воспроизводства информации для потребителей.

Основные задачи АСУ—ЭВХС следующие:

• проведение многовариантных расчетов и оптимизация планов водопользования и водораспределения в целях наилучшего ис­пользования водных, земельных, трудовых и материальных ресур­сов в масштабах отдельных хозяйств, районов, водохозяйственных систем, бассейнов рек, областей и территориальных комплек­сов;

• накопление комплексной информации о процессах производ­ства, анализ текущей информации, полученной в ходе мониторинга и выявления тенденций в раз­витии;

• осуществление необходимых корректировок в процессе выпол­нения планов и выработки оптимальных решений для оператив­ного управления, обеспечение устойчивой обратной связи по уров­ням управления;

• координация действий всех звеньев, составляющих комплекс­ные системы, участвующие в процессе производства и обслужи­вания, организация взаимодействия с АСУ вышестоящих органи­заций;

• обеспечение эксплуатационной службы на всех уровнях вод­ного хозяйства всеми данными, которые необходимы для прогно­зирования, планирования, оперативного управления и контроля.

Автоматизированные системы управления могут предназначаться и для оповещения при возникновении техногенных и природных катастроф.

Для управления техногенными рисками необходимо собрать информацию, обработать и провести ее анализ, отобразить информацию в виде, удобном для принятия решений, принять решение, передать команду аварийного управления и исполнить ее.

Для обеспечения эффективности управление должно осуществляться в реальном масштабе времени, то есть достаточно быстро, чтобы при возникновении нештатной ситуации процесс не вышел из под контроля.

Всевозрастающее влияние на безопасность работы водохозяйственного комплекса оказывают информационно-вычислительные комплексы и человеческий фактор. Считается, что для снижения рисков необходимо обеспечить рациональное распределение производственно-управленческих функций и размещение надежных информационно-вычислительных систем. Эти устройства, включая те, что хранят и используют данные в электронной форме, обязаны удовлетворять требованиям безопасности, предусматривать адекватные меры на случай возникновения непредвиденных обстоятельств.

Электронная информация об опасных ситуациях должна быть значимой, достоверной, своевременной и поступать в совместимом формате. Другим вариантом информационных систем, но уже для целей коммерческой деятельности предприятия являются оперативно-информационные комплексы.