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

ражающие их содержание в тот или иной момент времени.

Эти процессы прогрессивны только тогда, когда они проте­ кают на основе и с учетом объективных закономерностей

развития не только самих систем, а факторов их порождаю­

щих, в нашем случае — возникновения и развития городов

и населенных пунктов. В этой связи коммунальные хозяй­

ства следует рассматривать как единства входящих в них

частей, подсистем, имеющих органические связи между

собой и внешними системами и комплексами систем. Эти­

ми частями в первую очередь должны служить объекты га- зо-, водо- и теплоснабжения, коммунальные предприятия

иучреждения, составляющие основу коммунальных хо­ зяйств городов и населенных пунктов. Развитие этих систем

исвязанные с ним процессы и представляют взаимодействия

их различных составляющих элементов и частей в целом, находящихся под воздействием внутренних и внешних воз­

мущений.

Эти возмущения можно разделить на два класса воздей­

ствий на систему. К первому классу следует отнести управ­

ляющие возмущающие воздействия, стремящиеся упорядо­

чить функционирование системы. При этом характер воз­ действий здесь может иметь вид как автоматизированных, так и ручных операций. Второй класс воздействий объеди­

няет сигналы, стремящиеся дезорганизовать систему. К этим возмущениям обычно относятся различные изменения на­ грузок от потребителей, факторы, порождающие изменения планов, структур и т. п. Оба эти класса возмущений вызы­

вают возникновение в системах нестационарных, динами­

ческих процессов, имеющих различные особенности. Если первые стремятся стабилизировать систему, то вторые, обыч­ но наоборот, создают элементы неустойчивости в ее работе. Создание условий нормального функционирования системы в ее развитии, заключающихся в обеспечении устойчивости как в статике, так и в динамике, и выражается в противодей­

ствии сил упорядочения силам дезорганизации работы. Если

система в любой момент времени находится в состоянии ста­ тической или динамической упорядоченности, то можно го­

ворить о ее стабильности, прогрессивности, явившихся ре­

зультатом правильного взаимодействия этих противопо­

ложных сил, при котором управляющие сигналы превали­

руют над силами дезорганизации и подавляют реакцию от­ рицательного характера последних. Лучшего эффекта здесь

обычно добиваются при автоматизированном воздействии

сигналов управления на систему. Автоматизация вообще

10

характерна для объектов коммунальных хозяйств. При ав­ томатизированном производстве усиливается процесс его

интенсификации, при котором происходит резкое укрупне­ ние мощностей отдельных объектов коммунальных хо­ зяйств, а нередко и целых комплексов.

Одной из основных особенностей коммунальных хо­

зяйств является также и то, что объемы деятельности их

объектов во многом определяются чисто случайными фак­ торами (в первую очередь временем года, месяца и недели),

которые обусловливают колебания бытовой нагрузки по­

требителей. Последние повышают динамизм работы произ­

водственных-и технологических линий в системе. Поэтому

в рамках того или иного города или населенного пункта из­

менения объемов основного производства подразделений

коммунальных хозяйств все время корректируются и ниве­ лируются. Таким образом, особенности функционирования

различных отраслей коммунальных производств и послужи­

ли основой-для создания территориальных подразделений,

Газогидродинамический комплекс этих систем имеет в вы­ ходных точках небольшое число агентов — горячая и хо­

лодная вода, пар, газ, а сами системы представляют собой сложные сети трубопроводов и входящих в них элементов.

Технологические процессы трубопроводного транспорти­

рования агентов являются непрерывными и имеют свои спе­ цифические особенности, свойственные этим объектам.

Величина и характер неравномерности существенно за­

висят от суток недели и месяца, поэтому при решении вопро­ сов управления необходимо уделять серьезное внимание оп­ ределению максимальных часовых расходов и расчетных графиков суточного потребления. Из-за рассредоточенности контролируемых . и управляемых объектов в городских условиях, а также вследствие специфичных условий рабо­

ты аппаратуры автоматики и. телемеханики к системе управ­

ления в этих случаях предъявляются особые требования.

Возникают задачи, требующие как экспериментального, так и теоретического, изучения статических и динамических

свойств объектов контроля и управления.

Наиболее эффективное решение вопросов управления

режимами давления в системах тепло-, газо- и водоснабже­

ния может быть достигнуто при анализе основного управ­

ляемого процесса — неустановившегося движения агента в распределительных трубопроводах. Что же представляют

11

собой физически эти системы? В качестве примера возьмем

систему газоснабжения.

Городские газовые сети являются инженерными соору­

жениями, содержащими распределительные, дворовые и внутридомовые газопроводы, газорегуляторные пункты

(ГРП), отключающие устройства, аппаратуру регулиро­

вания и контроля, запорную и предохранительную арма­

туру. Эти сети, состоящие в основном из газопроводов низ­

кого давления, являются конечными сооружениями в систе­ ме, которая берет свое начало от источников газоснабжения

(газовые, газоконденсатные или нефтяные промыслы, заво­

ды). Газопроводы низкого давления служат для распределе­

ния газа на небольшие расстояния (порядка 1 км) и обеспе­

чивают подачу газа жилым и общественным зданиям, а так­

же мелким промышленным предприятиям и коммунальным

объектам. Кроме того, эти сети должны обеспечивать бес­

перебойную подачу газа в необходимом потребителю коли­

честве, при установленных режимах давления.

Основные инженерно-технические сооружения город­ ских газовых сетей — ГРП — устанавливают на террито­ рии городов, населенных пунктов, промышленных и ком­ мунально-бытовых предприятий.

В городской системе распределения газа газопроводы являются основными металлоемкими сооружениями. В за­

висимости от размеров газоснабжения на их создание за­ трачивается 75—90% всех капитальных вложений в стро­ ительство систем распределения газа. Из общей протяжен­ ности газопроводов системы газоснабжения обычно 70—

80% составляют газопроводы низкого давления и только'

20—30% — газопроводы среднего и высокого давления. Поэтому изучение работы сети низкого давления, режимы которой влияют на работу газовых приборов коммунальнобытовых потребителей в большей степени, чем режимы сетей высокого и среднего давлений, имеет большое технико-эко­ номическое значение.

В газоснабжаемом городе или его районах имеются по­

требители, которые требуют газ различных давлений. Так,

для многих промышленных предприятий необходим газ среднего или высокого давления, а для жилых и общест­

венных зданий разрешается пользоваться газом только низ­

кого давления. Этим в основном и определяется многосту­

пенчатость систем газоснабжения: двухступенчатые, состоя­ щие из сетей низкого и среднего или из низкого и высокого давлений (рис. 1); трехступенчатые, включающие газопро-

12

воды низкого, среднего и высокого давлений (рис. 2); много­ ступенчатые, в которых газ также подается по газопроводам

высокого, среднего и низкого давлений (рис. 3).

В практике наиболее распространены двух- и трехсту­ пенчатые системы распределения газа. Одноступенчатые

системы применяют очень редко и только для районов с чис­

лом жителей в несколько сот человек, а многоступенчатые

лишь в крупных городах (Москва, Ленинград и Киев). Для надежности и бесперебойности газоснабжения в настоящее время используют кольцевые системы газоснабжения, кото­ рые подают газ потребителям по крайней мере из двух точек.

Основной задачей персонала диспетчерской службы АСУ, обслуживающей ГРП, является наблюдение за работой регу­

ляторов, контрольно-измерительных приборов и предохра­

нительных устройств (гидравлических затворов). Для этой

дели ГРП обслуживают специальные бригады обходчиков. Часто коммунально-бытовые ГРП обособленных промышлен­

ных районов города территориально совмещены с диспет­ черскими пунктами, которые контролируют в системе АСУ

снабжение газом крупных промышленных предприятий.

13

Коммунально-бытовые ГРП обеспечивают газом нужды на­

селения, проживающего в этих районах, и имеют более зна­ чительные суточные расходы газа по сравнению с ГРП, рас­

положенными в центральной части города. Для наблюде­ ния за работой газопроводов (обычно высокого давления) и управления режимами распределения газа диспетчерские (районные) пункты имеют трехсменное дежурство операто­ ров.

сокого давления (городской газовый кол­

Одной из важных особенностей газоснабжения комму­ нального хозяйства является неравномерность расходова­

ния газа всеми потребителями — бытовыми, коммуналь­

ными и промышленными. Этот расход газа в силу опреде­ ленных причин колеблется по месяцам года, суткам недели

и часам суток. В зависимости от перепада температур, перио­

да года, потребления газа различают неравномерность: се­ зонную (по месяцам года), суточную (по суткам недели), ча­ совую (по часам суток). Основным фактором, влияющим на режимы газоснабжения в городских газовых сетях, являются суточные графики потребления газа, представляющие собой кривые расхода газа через отдельные ГРП и ГРС, послед­ ние из которых располагаются на входах в городские газо-

распределительные газопроводы.

Неравномерность расхода газа обусловливается большим

числом факторов. Главными являются: климатические усло­

вия, уклад жизни населения той или иной местности, вре­ мя работы предприятий и учреждений, состояние жилого фонда, степень газификации потребителей различных кате­

14

горий и т. п. Большое влияние на неравномерность потреб­

ления газа городом оказывает доля и характер промышлен­

ной нагрузки. До настоящего времени не существует точных аналитических формул, которые позволили бы рассчитать неравномерность газопотребления с учетом всех факторов, влияющих на нее, несмотря на то, что неравномерность газо­ потребления является важным экономическим показателем работы всей системы газоснабжения. Поэтому анализ не­

равномерности потребления газа обычно осуществляют на

основе обработки и изучения статистических данных по тому или иному району или городу в целом.

Неравномерность потребления газа городом обычно

обусловливает режим работы магистрального газопровода,

а в отдельных случаях и режимы работы источников газо­

снабжения — нефтегазовых промыслов.

Существенную роль на выравнивание неравномерности

газопотребления должны оказывать буферные промышлен­ ные потребители, которые могут потреблять газ во время его

минимального расхода другими потребителями и сокращать или полностью прекращать его расходовать в периоды уве-. личенного расхода, например коммунально-бытовыми по­

требителями. Буферными потребителями обычно являются

крупные промышленные предприятия или электростанции, которые легко переходят с одного вида топлива (газа) на другой (мазут). Неравномерность газопотребления города

по месяцам зависит от доли потребления газа коммунально­

бытовыми потребителями и промышленностью, а также от

расходования газа буферными промышленными предприя­ тиями и электростанциями, работа которых в определенных

пределах и мере (в зависимости от доли их газопотребле­

ния) может выравнивать годовой график газопотребления города.

Учет неравномерности газопотребления по' месяцам года имеет большое значение для правильной эксплуатации си­ стемы газоснабжения как для всего города в целом, так и для отдельных его участков. Он позволяет правильно плани­

ровать подачу газа от ближайших источников и работу от­ дельных газоснабжаемых участков.

Так в общих чертах можно оценить некоторые особен­

ности отрасли газоснабжения как составной части комму­

нального хозяйства города с позиций больших систем. Этим мы ограничимся в описании свойств коммунальных хозяйств

как больших систем, чтобы вернуться к рассматриваемому вопросу ниже.

15

§ 2. СОСТАВ И СТРУКТУРА АСУ, КОМПЛЕКС ОСНОВНЫХ РЕШАЕМЫХ ЗАДАЧ

За последнее время теория и практика автоматизи­

рованного управления производственными и технологи­ ческими процессами сделали громадные успехи. Главное заключается не только в создании элементов и узлов новой техники, но и в повышении степени автоматизации процес­ сов управления производственными и технологическими

режимами на объектах и в отраслях коммунальных хозяйств

вцелом. В этой связи следует отметить, что появились прин­

ципиально новые формы работы систем оперативного,

текущего и перспективного управления. Современные уст­ ройства автоматизированного управления могут запоми­ нать, сопоставлять, выбирать и даже находить оптимальные режимы управляемых процессов, причем все эти операции

вАСУ осуществляются автоматически с минимальной за­ тратой времени.

Развитие автоматизированного управления в различных

отраслях коммунальных хозяйств сопровождается интен­

сивным расширением фронта научных работ по киберне­

тике, автоматике и экономике. Технико-экономическая эф­

фективность оптимального автоматизированного управле­

ния производственными и технологическими процессами

здесь весьма существенна.

Остановимся на некоторых вопросах состава, структуры

АСУ трубопроводных объектов коммунальных хозяйств

городов и населенных пунктов, комплексе решаемых ею задач, проблемах развития и анализа автоматизированных систем управления и организации их в описываемой области. Выше было сказано, что коммунальные хозяйства представ­

ляют собой сложный комплекс инженерных сооружений

иобъектов, требующих не только экспериментального, но

итеоретического анализа для установления оптимальных условий их эксплуатации и получения максимально воз­

можного экономического эффекта в условиях автоматизи­

рованного управления. Учитывая многопрофильность ' коммунальных хозяйств, сложность заключается в том, что

появляется необходимость более четкого разграничения ме­

тодов руководства в различных отраслях, освобождение

руководства верхнего уровня от решения вопросов, связан­ ных с оперативным управлением непосредственно произ-

16

водственными трубопроводными объектами, и создания воз­

можности для него сосредоточить свое внимание в основном

на решении вопросов планирования перспективного разви­ тия, технического прогресса, организации и экономики. Такое более четкое разграничение реально только тогда, когда отрасли коммунальных хозяйств будут располагать единой, целенаправленной АСУ, обеспеченной аналитиче­

ской и достоверной информацией о состоянии хозяйства, достаточной для принятия решений и поступающей свое­

временно.

Естественно, при этом необходимо усиление внимания

к разработке мероприятий по объединению разработок в об­ ласти управления отдельными отраслями коммунальных

хозяйств в единую схему АСУ, рационализации и унифика­

ции кодов и шифров, повышению комплексной эффектив­ ности инженерно-технических и административно-управлен­ ческих работ, созданию условий для их единой научной ор­

ганизации с использованием современных способов обработ­

ки, поиска и выдачи информации, логических поисковых

систем, экономико-математических методов и электронновычислительной техники. Особое внимание должно быть

уделено вопросам построения комплексной системы АСУ

коммунальных хозяйств как части ОГАС, ее рациональной

увязки с аналогичными АСУ Госплана, Госснаба и ЦСУ

СССР.

На какой же базе строится АСУ объектов коммуналь­ ных хозяйств городов и населенных пунктов?

В мировой практике, что уже отмечалось выше, большое распространение получили организационные системы или системы административно-хозяйственного планирования и управления (АСПУ), объединяющие автоматизированные

системы управления предприятиями (АСУП) и отраслевые

автоматизированные системы управления (ОАСУ), осно­ ванные на применении ЭВМ, где объектами управления яв­ ляются люди и их коллективы. В этих системах решают все задачи, связанные с отдельными управленческими опера­ циями до полной автоматизации документооборота, когда

вторичные документы отчетов, плановых заданий и самих

планов, финансовых и бухгалтерских отчетностей выдают­

ся автоматически на вычислительных устройствах большо­

го быстродействия. В магнитной памяти ЭЦВМ в этих си­ стемах создаются информационные модели объектов управ­ ления, которые содержат всю информацию, необходимую

для решения задач управления. Первичные данные вводят

17

вЭЦВМ заранее, что предотвращает повторный ввод одних

и тех же показателей и параметров объектов управления.

Вмагнитную память ЭЦВМ в АСУП и ОАСУ вводятся

все самые подробные данные, характеризующие объекты коммунальных хозяйств: кадровые, плановые, нормативные,

номенклатурные, материальные, сведения о запасах, пе­

речнях оборудования, помещений и т. п. Таким образом,

вАСУ может быть создана библиотека машинной информа­

ции о всех запасах, ресурсах и возможностях предприятий

и объектов управления.

Внедряются и автоматизированные системы управления

технологическими процессами (АСУТП), где ЭВМ дают воз­

можность решать задачи оптимизации, обеспечивая наибо­

лее эффективные режимы работы управляемых объектов и инженерных сооружений. Это обычно самонастраиваю­

щиеся гибкие системы управления, обладающие возмож­

ностями быстрой замены алгоритмов и программ, вводимых

в ЭВМ, что дает возможность быстро перестраивать систему управления для выполнения новых задач под контролем че­ ловека. Именно в этом и заключается существенное отличие АСУТП от систем обычной автоматики, которые практически без участия человека функционируют в строго определен­

ных режимах, настроенных на регулирование вполне опре­

деленного технологического процесса по неизменным пара­

метрам и характеристикам.

Естественно, что АСУТП служат составной частью об­ щей системы АСУ на самом нижнем уровне управления, т. е.

на уровне объектов и предприятий. В этой связи следует от­

метить, что и система автоматизированного управления ком­ мунальным хозяйством в целом представляет собой органи­ ческое единство своих двух взаимосвязанных частей: орга­ низационной системы или системы административно-хо­ зяйственного планирования и управления (АСПУ); системы управления технологическими процессами (АСУТП). Обыч­

но АСУ, являясь частью системы управления тем или иным

комплексом объектов, служит средством повышения эффек­ тивности протекающих здесь процессов экономического, производственного и технологического характера, обеспече­

ния установленных объемов производства с наименьшими

затратами живого труда на основе современных достижений

науки, техники и передового опыта. АСУ необходимо

создавать не под задачи, уже решаемые в той или иной от­

расли, а под задачи, которые должны быть решены, но не могут быть реализованы без АСУ.

18

Используя современные метрды, средства и устройства для достаточно глубокого анализа и синтеза производствен­

но-хозяйственных, технологических и других ситуаций,

автоматизированная система управления должна обеспе­ чивать своевременное получение, обработку, поиск и выдачу аналитической и интегральной информации, необходимой

идостаточной для принятий оптимальных решений по уп­

равлению производством, разработки оптимальных планов

ит. п. Управление в АСУ представляет собой прежде всего

процесс преобразования информации. Информация о состоя­

нии объектов управления передается и воспринимается уп­

равляющей системой, перерабатывается последней в соот­

ветствии с заданной целью управления и в виде оформлен­ ных управляющих воздействий возвращается на объект, где реализуется управляющий процесс. АСУ обеспечивает руководителей отдельных служб коммунального хозяйства города своевременной, концентрированной и достоверной

информацией о состоянии производства, тенденциях его

развития, рекомендации по принятию решений для опера­

тивного, текущего и перспективного управления.

Одной из предпосылок создания АСУ является прогрес­

сивная база структуры управления производственными и технологическими системами коммунальных хозяйств,

учитывать конкретные особенности объектов коммунальных хозяйств, которые отличают ее от других производств,

а именно организация хозяйства и управления, характер

основных производственных и технологических процессов, применяемая техника, оборудование и т. п. Характерной

чертой АСУ является выработка оптимальных рекомендаций

и управляющих воздействий на управляемые объекты, основанные на многовариантных расчетах на ЭВМ. При этом окончательные решения по управлению принимают соответствующие руководители.

Разумное сочетание принципов централизации и децент­

рализации управления здесь весьма усложняется, когда создаются закольцованные и взаимосвязанные технологи­

ческие системы, составляющие комплекс коммунальных

хозяйств. Работа этих систем весьма сложна и специфична.

Для поддержания оптимальных технологических режимов

в АСУ должны быть в первую очередь использованы район­ ные насосные перекачивающие станции (РНПС), газорегу­

ляторные пункты (ГРП) и на уровне источников питания

19