книги из ГПНТБ / Баясанов, Д. Б. Автоматизированные системы управления трубопроводными объектами коммунального хозяйства

Там же даны значения постоянной времени Т, вычислен­

ные по двум ближайшим табличным значениям решения:

Из данных табл. 2 видно, что величина Т быстро дости­

гает расчетного значения, да и с самого начала отличается от него незначительно. Дело в том, что решение уравнения (3.61) с начальными и граничными условиями (3.69) очень быстро приближается к функции, определенной уравнением (3.67), что было подтверждено экспериментом.

Для решения конкретных задач управления большими

многосвязанными и закольцованными газовыми сетями в коммунальных хозяйствах в условиях АСУ необходимо знать параметры статических и динамических режимов газо-

передачи. Только при этих условиях можно оптимально

управлять описываемым комплексом. Покажем, как разра­

батывают алгоритм и программу расчета нестационарных

процессов применительно к ЭЦВМ «Урал-2» (аналогичным

образом можно решить задачу и применительно к другим

типам ЭЦВМ). Приведем и методику решения конкретных задач переходных процессов как по элементам газовой си­

стемы, так и по газопроводным кольцам в целом. Программа решения этих задач предполагает газовую сеть любой слож­

ности с учетом работы управляемых ГРС и ГРП в различ­ ных ее точках. Она решает нелинейные дифференциальные уравнения (3.31) для всех участков закольцованной газовой

сети с учетом схемы их соединений. Решение осуществляют

на ЭЦВМ одновременно для всех участков системы. Про­

грамма обеспечивает простоту ввода в машину информации

опараметрах отдельных участков, о порядке их соединения,

оначальных и граничных условиях. Она является хорошей основой для выяснения путей оптимизации режимов газо­ снабжения, разработки стратегии и методов управления и

регулирования потоками газа по городским трубопроводам,

а также может служить машинной базой для целей оператив­

ного управления работой сложного комплекса газоснабже­ ния в общей системе АСУ.

Краткое описание программы. Работу с программой начинают с внесения необходимой информации в ее вспо­

могательный блок автоматического ввода, в блок занесения в числовую зону новых значений давлений газа в точках разветвлений газопроводов. Затем вспомогательный блок

170

автоматического ввода вычисляет количество точек развет­ влений, двойное число труб и точек разбиений, число точек

разветвлений плюс число труб и т. п. Эти показатели управ­

ляемой системы газоснабжения необходимы для нормаль­

ной работы отдельных блоков программы. Их вводят после

расчета в соответствующие ячейки памяти ЭЦВМ. Для осу­

ществления реализации программы по зонам: печати,

команд, констант, предварительной, числовой, перевода чис­

лового материала из двоичной системы в десятичную и об­

ратно предусмотрены команды цикла, отбора определенных

ячеек, посылок в них и т. п. Эти команды вводятся из пред­ варительной зоны, потому что для каждой задачи содер­ жание команд должно меняться.

Перед переводом и печатью числовой зоны проверяют перевод числового материала из десятичной системы в двоич­

ную, извлечения корня, перевода из двоичной системы в де­

сятичную. Для этого из числовой зоны берется число 16,

переводится в двоичную систему, извлекается из него ко­

рень, переводится в десятичную систему и заносится в чис­

ловую зону. При печатании числовой зоны по значению

корня судят о правильности работы программы.

Перед печатанием числовой зоны освобождается ячей­

ка времени, вычисляются граничные условия, если в этом

есть необходимость. Эту операцию производят путем пере­

несения нуля из числовой зоны в ячейку времени. Для вычисления граничных условий из предварительной зоны

берется определенная команда. Если вычисления гранич­ ных условий не требуется, то используется команда безус­ ловной передачи управления следующей ячейкой. После перечисленных выше операций печатают числовую зону. Печать числовой зоны до решения задачи необходима для сравнения информации числовой зоны при t = Ос програм­

мным решением. После печати числовой зоны числовой ма­

териал переводится из десятичной системы в двоичную, что необходимо для предстоящих арифметических действий

над ним. До начала вычислений изменяется содержание

ячейки времени на At, чтобы при следующей печати число­ вой зоны было известно время, которому эти значения со­

ответствуют. В ячейку автоматического останова вносится

команда для изменения цикла времени, что необходимо

для учета работы этого блока программы.

Для начала счета на ЭЦВМ необходимо еще занести число времени. Затем в условном коде на ЭЦВМ реализует­

ся цикл времени. Вновь учитываются граничные условия,

171

вернее их изменение в зависимости от времени. Затем под­ готовляются вспомогательные ячейки с помощью блока ав­

томатического ввода информации. В программе предусмот­ рена возможность взятия команд из зоны команд и констант

из числовой зоны. Перед циклом точек разветвления со­

ответствующие ячейки, которые должны быть использо­

ваны, очищаются. Если имеется одна точка разветвления газопроводов и нет необходимости учета кольца газопровод­

ной сети, то рассчитывают эту точку. При решении задач

для газопроводов с несколькими точками разветвления

в одну из ячеек, с содержанием которой затем идет сравне­

ние, заносится соответствующее число. С этой ячейки и

начинается цикл. Затем осуществляется, переход на цикл

расчета самих труб. В этот цикл предварительно вводится

число труб первой точки разветвления в условном коде

логичные коэффициенты в порядке последовательного сче-

ft'D

та вычисляют и для других труб. Коэффициент 2Д^ (1) пер­

вой трубы необходим как исходный для расчета давления

в последней точке разветвления труб и в случае наличия

газопроводного кольца. Операцию запоминания коэф-

/г(1>

фициента 2Д^ (1) осуществляют в программе блока учета

первой трубы в определенной ячейке. Далее рассчитывают

тh(i)

параметр Дj • Этот блок программы работает в сле­

дующем порядке. Содержимое ячейки с нулевой отметкой

складывается с содержимым первой ячейки, в которой рас-

Л<!)

полагается значение коэффициента ^д7 б<ГГЗатем эта сумма

посылается в следующую ячейку, где также осуществляется последующее суммирование. Таким образом, в конечной ячейке N образуется сумма коэффициентов всех труб точки разветвления газопроводов. Трубы пересчитываются с по­

мощью специальной стандартной программы по самостоя­

тельному алгоритму. Прежде чем осуществляется счет по этой программе, в блоке подготовки проводится ряд опе­ раций, в результате которых в нее заносится соответству­ ющий числовой материал. Спомощью этой программы вычис­

ляются новые значения давлений Р в точках разбиения газо­

172

труб. Содержимое нулевой ячейки М г складывается с пред­ варительно полученным произведением, для расчета которо­ го используется команда зоны, где указано значение дав­ ления точки разветвления первой трубы. Полученная сумма вновь направляется в ячейку N х, где она складывается со

Следующая операция производится в блоке вычисления новых давлений в точках разветвлений газопроводов, кото­

рые рассчитываются после завершения цикла счета количест­

ва труб. Ввиду того что в процессе счета количества труб

должны меняться команды, то для реализации последней

операции в программе предусмотрен блок изменения содер­

жания вспомогательных ячеек блока учета труб.

После операции счета количества труб первой точки

разветвления газопроводов изменяется содержание вспо­

могательных ячеек и вступает в работу блок учета количест­

ва труб последней точки разветвления. При расчете неко­

торой промежуточной точки разветвления газопроводов

(не первой и не последней) осуществляется предварительный

в определенной ячейке блока располагается коэффициент последней трубы предыдущей точки разветвления.

Полученное произведение заносится в ячейку N х и только

после этого начинается счет труб следующей точки развет­

вления газопроводов. При этом в ячейку N x посылается

значение последней просчитанной трубы, которая вхо­

дит как в первую, так и во вторую точки разветвлений га­

зопроводов. Лишь после этих операций программа дает воз­

можность перейти к счету других труб второй точки раз­

ветвления. Дальше осуществляется переход к третьей, чет­

вертой и другим точкам разветвлений газопроводов. При этом если имеется не кольцевая, а разветвленная цепь га­

173

зопроводов, то последняя точка разветвлений рассчитывает­

кольцевой системы газопроводов или ее отсутствие. В этот

блок заносится признак, характеризующий систему при наличии кольца, а при отсутствии последнего вводится

нуль. При наличии кольцевой системы рассчитываются па-

ченные результаты заносятся в определенные ячейки. По-

последующей и входящей в предыдущую точку разветвле­

ния. Лишь после этих предварительных вычислений данных

сумм начинают рассчитываться остальные трубы последней точки разветвления.

Когда значения в точках разветвлений газопроводов установятся, в программе предусматривается специальный блок останова машины. После окончания счета всех точек разветвлений числовой материал из двоичной системы пере­ водится в десятичную. Вычисленные новые значения давле­ ний в точках разветвлений заносятся в числовую зону. За­

тем в программе предусмотрена новая проверка переводов

из десятичной системы в двоичную и обратно, а также опе­ рации извлечения корня. На этом счет параметров газо­ проводов системы для времени t -|- At заканчивается. При этом следует отметить, что в начале счета время t бралось равным нулю. Для следующего счета, т. е. при времени

(t + At) + At, изменяют содержание ячейки времени

на At. Так осуществляется вторая ступень счета на ЭЦВМ, третья и т. д.

Программа предусматривает возможность расчетов и при

наличии в газопроводной сети компрессорных, газорегуля­

торных станций или газорегуляторных пунктов. В этом случае используются блоки стандартной подпрограммы и

постоянных величин для различных вспомогательных опе-

174

раций. При этом следует отметить, что программа рассчита­ на на расширение своих возможностей за счет использо­

вания команд безусловной передачи сведений на соответст­ вующие ячейки, которые располагаются во всех узловых

точках программы как в случае наличия кольцевой газо­ проводной системы, так и для разветвленной или отдельного узла трубопроводов. Вся программа располагается в ячей­

ках 0600— 1624. Величина программы граничных условий

зависит от изменения последних. Числовая зона занимает

т — число всех труб, М — число точек разветвлений газо­

проводов. В числовую зону числа заносятся в десятичной системе.

Зоны предварительная, команд 'и констант занимают

ячейки с 7163 и ниже. Число этих ячеек равно (13 + М +

м

+ т + 2 тф), где тф — число труб, составляющих

Ф= 1

Ф— точку разветвления. В процессе реализации програм­

мы на ЭЦВМ используются еще ячейки: необходимые и вспомогательные, рабочие, ввода в стандартную программу,

стандартной программы, сравнения и др. Необходимые и

вспомогательные ячейки отличаются тем, что последние под­

готавливаются к работе блоком автоматического ввода,

Число необходимых и вспомогательных, а также рабочих

обходимых ячеек, 2 М — число ячеек сравнения, k — чис­

для трубы с наибольшим разбиением. Число же всех ячеек,

которые используются при реализации программы, включая

Ф = 1

Расположение рабочего материала. Под рабочим мате­ риалом имеется в виду та информация, которая содержится

в зонах числовой, предварительной, команд и констант.

Ниже наглядно опишем расположение рабочего материала

по соответствующим ячейкам машины.

а) Числовая зона

1640 — число 16.

2 — нуль (в эту ячейку заносится и корень из 16).

175

4 — число 2 М — 2 (признак последней точки разветвления или одной точки разветвления).

6 — признак кольца ( 1 0 0 1 ) или признак разветвления (нуль).

1670PQ1 (значение давления в нулевой точке разбиения первой трубы). 1670 + ( 2 , п 1)в Р п (значение давления в % точке разбиения первой

трубы).

1672 + ^nJgPo1 (значение давления'в нулевой точке разбиения вто­ рой трубы).

Предварительная зона служит для печати материала, перевода его из одной системы в другую и обратно, вычисления граничных условий. Информация из предварительной зоны для решения каждой задачи меняется. Зона констант содержит в себе информацию о чис­ ле точек разветвления и труб в каждой точке разветвления, числе точек разбиения каждой трубы. При составлении этой зоны необхо­ димо учитывать, что не для первой точки и не для последней точки разветвления труба, которая входит в предыдущую точку разветв­ ления, не учитывается; для последней точки разветвления в случае кольцевого газопровода не учитывается труба, которая входит в предыдущую точку разветвления, и труба, входящая в первую точ­ ку разветвления. Зона команд составлена с помощью команды 42. При ее составлении надо учесть, что первую информацию, начиная со второй точки разветвления, берут для трубы, которая входит также и в предыдущую точку разветвления. Исключение состав­ ляет последняя точка разветвления в случае кольцевого газопрово­ да, где вторая по порядку информация относится к первой трубе.

176

условий при t — 0)

— 22 номер ячейки, куда передается число 4, управление (если

7167 — 22 0727 0 (если граничные условия не изменяются в зависи­ мости от времени).

— 2 2 номер ячейки, куда передается управление для вычисле­ ния изменения граничных условий

7170 — 56 номер последней ячейки числовой зоны 4 для 10 7171 — 02 номер последней ячейки числовой зоны 4 для печати чис­

ловой зоны 7172 — 25 разность между последней и первой ячейкой числовой

зоны 4 для печати числовой зоны 7173 — 02 номер последней ячейки зоны команд 0 для печати зон

177

В состав программы входит подпрограмма граничных

условий, состоящая из двух частей—вспомогательной и глав­ ной. Значение вспомогательной части состоит в том, чтобы

с помощью команды безусловной передачи управления пере­

дать последнюю дальше, минуя главную часть, при неизме-

няющихся граничных условиях; при изменении граничных

условий управление передается в главную часть для вы­

числения новых значений граничных условий. В главной

части подпрограммы граничных условий они вычисляются

и заносятся в числовую зону.

Назначение вспомогательного блока заключается в вы­

числении чисел точек разветвлений, -точек разветвлений плюс числа труб, труб в удвоенном виде, удвоенное число

точек разбиения. Для решения этих задач вначале освобож­

даются необходимые ячейки, вычисляющие число точек

разветвлений, которое затем заносится в ячейку 0544 для ввода команды цикла расчета труб. После этой предвари­ тельной операции переходят к вычислению вышеуказанных

величин. Для этого используются команды 02 А 0,01 ВО, 16 АО. Содержание ячейки меняется в цикле, что и позволяет автоматически вычислять необходимые числа. Блок зани­

мает ячейки 0604—0655.

Основной блок автоматического ввода заносит в вспо­ могательные ячейки нужное содержание, чтобы затем ис­

пользовать команду 30 АО, в результате чего в программу

вводится необходимая информация. Блок располагается в ячейках 0760—1000.

Блок предварительного ввода информации подготавли­ вает к работе остальные блоки программы. При этом в опре­

деленные ячейки заносятся нужные команды из предвари­ тельной зоны.

После автоматического останова и занесения в числовую зону давлений в точках разветвлений для следующего сче­

та необходимо занести значения давлений в ячейки, в кото­

рых находятся уже величины давлений точек разбиения, являющихся и точками разветвлений системы. Для этого

используется информация зоны команд. В блок-схеме авто­ матического останова машины вначале вычисляется число

178

2 М , с которым затем сравнивается числовое содержание

ячейки Ю. До начала работы блока останова вычисленные

значения давлений в точках разветвлений заносятся в опре­ деленные ячейки, в которых эти показатели запоминаются. В блоке автоматического останова начинается сравнение новых значений давлений со старыми, которые находятся в числовой зоне. Вначале сравниваются показатели для первой точки. В случае равенства числового содержания

ячейки Ю е числом 2М цикл времени изменяется и, чтобы

при следующем счете вновь не вносился тот же цикл вре­

мени, в ячейку 1421 заносится команда безусловной передачи

управления в блок занесения новых значений давлений в точках разветвлений в зону сравнения чисел. Эта опера­ ция необходима для нового сравнения уже при другом, увеличенном на At, времени. Затем расчет ведут еще для какого-то времени, после чего машина останавливается. Этот останов через некоторое время, после наступления

установившегося процесса движения газа в газопроводах,

необходим для регистрации небольших колебаний, если они

имеются, и для того, чтобы быть убежденным в стационар­

ности режима.

В блок-схеме стандартной подпрограммы вначале в ячей­

ки ввода заносится информация из числовой зоны о значе­

в вычислениях нет необходимости, то программа обеспечи­

вает работу блока занесения новых значений давлений в точ­

ках разбиений труб в числовую зону. Параметры крайних точек труб вычисляются в том случае, если в них задаются

граничные условия второго рода.

Числовой материал и рабочие ячейки стандартной под­ программы расположены следующим образом:

179