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

теплоцентрали, водоочистные и водонапорные (ВНС) и га­

зорегуляторные (ГРС) станции как основные звенья в систе­

ме активного и эффективного управления подведомствен­

ными объектами. Возникают необходимость обоснования оптимальных режимов работы технологического оборудо­

вания при нестационарных процессах, а также проблемы разработки новых машинных методов расчета этих про­ цессов, оптимального оперативного, текущего и перспектив­ ного планирования и управления различными отраслями

коммунальных хозяйств, что, собственно, и обусловливает

потребность в новых исследованиях в рассматриваемой об­ ласти.

Большинство задач такого рода требует значительного

количества вычислений, что с усложнением объектов комму­

нальных хозяйств немыслимо выполнить без машинной тех­

ники. Кроме того, без последней немыслимо решить и зада­

чи, связанные с анализом экономической эффективности

работы системы в целом.

Отсюда решение проблемы создания АСУ коммуналь­

ными хозяйствами требует организации современных инфор­

мационных схем, внедрения средств счетно-решающей тех­

ники и дистанционно-программного регулирования на тех­

нологических объектах. На объектах коммунальных хо­

зяйств вопросы создания автоматизированных систем уп­

равления в первую очередь связаны с анализом и синтезом вопросов сбора, передачи, преобразования и переработки информации об основных производственных и технологи­ ческих процессах. Изучение этих объектов как источников

априорной и рабочей информации является новым направ­

лением анализа в этой области по сравнению с существую­ щими методами изучения энергетических процессов. Су­ щественную помощь здесь оказывают методы математиче­ ского моделирования с использованием аналоговых, цифроаналоговых и цифровых счетно-решающих электронных устройств.

Процесс моделирования с использованием вычислитель­

ной техники охватывает две смежные задачи: моделирова­ ние линейной системы и системы с учетом нелинейный

зависимостей. Решение этих задач обеспечивает построе­

ние электрических аналогов для визуального контроля решения задач, предварительной проверки расчетов, свя­

занных с вопросами проектирования систем, а также воп­

росов построения специализированных вычислительных устройств для целей диспетчеризации и управления.

20

Основное содержание научных исследований и приклад­ ных расчетных задач по созданию АСУ заключается в по­ этапном анализе объекта управления с учетом принятых критериев, определения структуры системы и функции

отдельных ее частей с разработкой конкретных алгоритмов управления и программированием задач на принятой в си­

стеме вычислительной машине. Выбор ЭВМ для узла управ­

ления зависит от конкретной задачи управления. Наряду

с отмеченными выше условиями, связанными с объемом вы­

числительных операций, решающим в этом выборе нередко

является необходимость выполнения требований точности

и надежности устройства. Часто все определяется накопи­

тельной памятью машины и ее стоимостью. Поэтому выгод­

нее использовать более простые и сравнительно дешевые

специализированные устройства, однако границы их при­

менения все больше сужаются,' уступая место цифровым

дискретным машинам, так как последние более гибки и дают

больше возможностей для накопления результатов. Можно

применять также комбинированные цифровые и аналоговые

непрерывные устройства.

Автоматизированное управление объектами коммуналь­ ных хозяйств развивается поэтапно. По мере развития систем автоматизированного управления в описываемой области функции их будут непрерывно усложняться, а относитель­ ный потенциал и значимость в общем производственном цик­

ле — возрастать.

Внедрение АСУ позволит повысить эффективность функ­

ционирования всей системы в целом и улучшить ее технико­ экономические показатели на основе: использования науч­

ных, строго расчетных методов управления всей системой

в целом, отдельными производственно-технологическими комплексами и предприятиями; повышения оперативности управления и научной обоснованности планирования, воз­ можности использования принципа многовариантных рас­ четов; оптимизации режимов работы оборудования и тех­ нологических процессов. Основным при этом является обес­ печение условий оптимизации принимаемых решений за

счет своевременной обработки и выдачи минимально необ­ ходимой, но достаточно полной и достоверной информации, ее анализа и разработки рекомендаций с использованием

экономико-математических методов и ЭВМ. Экспериментальная и аналитическая неизученность

трубопроводных объектов коммунальных хозяйств не дает пока в полной мере грамотно завершить разработку общих

21

алгоритмов управления для этих систем, что в какой-то мере тормозит внедрение АСУ с использованием машинной

техники. Поэтому необходимо наметить классы задач и их типовые решения для обширной области систем подобного

рода — объектов с распределенными параметрами. Большой

интерес представляют вопросы изучения работы АСУТП

объектами с одиночными и параллельно работающими ре­

гуляторами. В известной литературе параллельная работа

автоматизированных установок мало освещена, и изучение

этого вопроса в общем комплексе АСУ представляет несом­

ненный интерес. Для практики весьма существенно реше­

ние указанных выше задач как для симметричных, так и для

несимметричных трубопроводных систем коммунальных хозяйств.

Развитие научно-исследовательских работ по созданию

теоретических основ оптимального автоматизированного

управления производственными и технологическими про­

цессами с помощью АСУ в коммунальных хозяйствах с реализацией на вычислительных и моделирующих устрой­

ствах должно опережать работы по созданию и выпуску

специальной аппаратуры и средств технической кибернети­

ки, необходимых для комплексной автоматизации этих

объектов. Правомерность этого положения подтверждается

тем фактом, что при наличии разработанной теоретической

базы и гибкой комбинированной модели имеется возмож­ ность отработки и глубокого анализа общих и локальных критериев управления, что, в конечном итоге, позволит сформулировать четкую техническую политику в создании

АСУ коммунальными хозяйствами. Технические условия

и требования на средства автоматизации и счетно-решающие устройства при этом будут более полными и проверенными.' На основе накопленного опыта алгоритмизации и посте­ пенного внедрения в практику все более сложных алго­ ритмов управления можно будет проверить и возможности (статические и динамические) серийных средств автомати­

ки и вычислительной техники применительно к законам

управления и замкнутым системам АСУ в рассматриваемой области.

22

§ 3. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К АСУ

ИМЕТОДОЛОГИЯ ЕЕ СОЗДАНИЯ

Всвязи с большими задачами, стоящими перед ис­

следователями и разработчиками в деле проектирования

и внедрения АСУ, изучение объектов коммунальных хо­

зяйств в целом и по отраслям как больших технико-эконо­

мических систем, а также критический анализ их особен­

ностей становятся весьма актуальными. Эти особенности

необходимо строго учитывать при комплексном подходе

и в разработке АСУ трубопроводных объектов коммуналь­

ных хозяйств страны. Поэтому и возникает задача формули­

рования общих требований к АСУ и методологических основ

еесоздания.

Основой успешного функционирования любой АСУ

является эффективное и разумное решение комплекса воп­

росов, связанных с информационным, математическим, тех­

ническим обеспечениями системы. Принципиальным поло­

жением при создании АСУ объектами коммунальных хо­

зяйств является организация единой схемы разработок этих

обеспечений для производственных и технологических ком­

плексов на всех уровнях управления. Иначе говоря, все системы управления единого комплекса следует создавать

по единым принципам и схемам сбора, обработки, хранения и выдачи информации, ее анализа и выработки управляю­

щих решений с использованием методов математического

моделирования и ЭВМ. Иерархия системы строится так.

В системе АСУ трубопроводным хозяйством города должно

быть предусмотрено создание: районных диспетчерских пунктов (РДП) с районными информационно-вычислитель­ ными центрами (РИВЦ) на уровне районных управлений раз­ личными службами (теплоснабжение, газоснабжение и водо­ снабжение); центрального диспетчерского пункта (ЦДП) с главным информационно-вычислительным центром на

уровне территориального управления, осуществляющего

управление работой РДП и РИВЦ (рис. 4).

С районных диспетчерских пунктов на ЦДП передается следующая основная информация, характеризующая дея­ тельность РДП и выполнение ими заданий за отчетный пе­

риод: общие объемы агентов, поданных потребителям; заяв­

ки на производство ремонтных работ по объектам трубопро­

водов, на материально-техническое снабжение, на транс­ порт, на производство капитальных -и строймонтажных ра­

23

бот по объектам трубопроводов и на специальную технику;

сведения об аварийных ситуациях на трубопроводах и их

объектах.

ЦДП через РДП осуществляет управление сетью трубо­ проводов и их объектами в соответствии с выданными АСУ

критериями оптимизации, требованиями и ограничениями на технико-экономические показатели.

Конечно, на всех уровнях иерархии технологических комплексов коммунальных хозяйств объемы информацион­

ного и математического обеспечений различны. Поэтому

Рис. 4. Примерная иерархическая струк­ турная схема связей между информацион­ но - вычислительными центрами АСУ трубо­ проводным хозяйст­ вом города

должно быть конкретизировано и их содержание в зависи­

мости от задач данного уровня управления и характера

комплекса. Однако эти изменения объемов и содержания задач не должны затрагивать принципиальных основ обес­ печения единства функционирования АСУ. Также единой должна быть и техническая база АСУ, построенная по иерар­

хическому принципу (см. рис. 4). Эта база для трубопровод­

ного хозяйства сосредотачивается в главном информацион­ но-вычислительном центре (ГИВЦ), для технологических

комплексов — в РИВЦ, для предприятий и отдельных объек­

тов — в информационно-вычислительных центрах пред­ приятий (ИВЦП).

Применение системного метода в разработке рациональ­ ной организации управления комплексами коммунальных хозяйств и принципа оптимизации при синтезе и выборе ре­

шений позволяет построить достаточно логичную управ­

ляющую структуру, основанную на использовании эконо­

мико-математических моделей, математического модели­

рования, электронно-вычислительной техники, современных средств и устройств автоматизации. В этой связи необходи­ ма научная разработка организационных принципов по­

строения и функционирования АСУ, ее состава и структу­

24

ры. АСУ должна состоять из комплекса органически свя­

занных подсистем, которые в зависимости от характера ос­

новных решаемых задач будут относиться к управляющим,

функциональным и обслуживающим. Система делится на подсистемы по организационно-функциональному призна­

ку. Управляющие подсистемы реализуют задачи планиро­

вания и управления во времени, направляют и регламенти­

руют деятельность всех видов производств и технологи­

ческих процессов, входящих в систему, а также функцио­

нальных и обслуживающих подсистем на всех уровнях уп­

равления. В этой связи возникает необходимость научной

разработки комплекса основных задач, решаемых подсисте­

мами АСУ, а также вопросов, связанных с информацион­

ным, математическим и техническим обеспечениями систе­

мы в целом.

Еще раз надо отметить, что АСУ объектами коммуналь­

ных хозяйств необходимо разрабатывать как одну из основ­

ных частей единой общегосударственной автоматизирован­

ной системы сбора и обработки информации и она должна

иметь рациональные внешние связи с АСУ смежных отрас­

лей народного хозяйства (Госплан, Госснаб, ЦСУ СССР)

(рис. 5). Поэтому в начале разработки АСУ необходимо изда­

ние двух основополагающих документов: основных поло­

жений по разработке и внедрению АСУ и координационного

плана по разработке и внедрению АСУ. В этих документах должны быть отражены все указанные выше моменты; они

должны быть согласованы с соответствующими организа­ циями и ведомствами. Особое внимание в них следует уде­ лить моментам рациональной взаимосвязи на уровне пред­ приятий подсистем АСУП и АСУТП в общей АСУ, регламен­ тирующей обмен информации и исключающей параллелизм и дублирование функций.

Характерной особенностью АСУП и ее ролью в общем

плане функционирования АСУ является то, что она призвана

решать задачи оптимального управления и планирования

административно-хозяйственными и производственными комплексами коммунальных хозяйств. АСУТП решает за­ дачу оптимального автоматизированного управления и ре­

гулирования технологическими процессами в системе. Кри­

терии оптимизации в АСУТП должны поступать из АСУП,

а первичная информация о ходе технологических процессов будет направляться, наоборот, из АСУТП в АСУП.

Существенную помощь в реализации вышеуказанных

задач должны оказать методы математического моделирова-

25

ния, разработка электродинамических моделей автомати­ зированных систем управления. Разработка таких моделей

представляет интерес по четырем соображениям.

1. Электромодель позволяет довольно быстро и отно­

сительно точно получить результаты по тем или иным техно­

логическим режимам, которые реализовать расчетным пу­

тем или с помощью дискретных цифровых вычислительных

Рис. 5. Примерная структурная схема информационных связей ав­ томатизированных систем управлений

машин значительно труднее. Внедрение электромоделей мо­

жет расширить рамки и повысить гибкость работы АСУ.

|2 . С помощью электромоделей можно быстро проверить

правильность результатов, найденных расчетным путем

или с помощью дискретных цифровых вычислительных

машин.

3. На базе электромодели можно очень просто осущест­

вить полезный «динамический советчик» для диспетчерских

пунктов АСУ, с помощью которого удастся быстро прове­

рить не только статическое влияние, но и динамические

26

воздействия тех или иных факторов на управляемую систе­

му.

4.Параллельная работа электромоделей и серийных ЭВМ

вАСУ может принести неоценимый результат при решении

задач управления системой.

При разработке электромоделей возникает необходимость обоснования их оптимальных решений, анализа погреш­

ностей, которые позволят подвести базу для использования

средств вычислительной техники в АСУ объектами комму­

нальных хозяйств.

Рассмотрим на примере системы газоснабжения комму­

нального хозяйства города организационные основы по­

строения диспетчерской службы, на базе которой и должна

создаваться АСУ. В настоящее время органом, в котором

сосредоточены оперативное руководство и контроль за па­

раметрами объектов сети газоснабжения, является ЦДП.

Основная задача диспетчерской службы — обеспечение наи­ более целесообразных режимов в газораспределительной

сети, которые необходимы для максимального удовлетво­

рения потребителей горючим газом. В соответствии с этой

задачей диспетчерская служба оперативно руководит рабо­

той отдельных объектов городского газового хозяйства; осуществляет бесперебойную подачу потребителям газа

соответствующего качества; ведет контроль за своевремен­

ной подачей газа организациями, занятыми плановой пода­

чей газа в городской газовый коллектор; проводит работы, связанные с восстановлением нормальных режимов сети при авариях; осуществляет постоянный контроль за состоянием и работой технологического оборудования, включая сред­ ства автоматики и телемеханики. Анализируя режимы рабо­ ты газовой сети, диспетчерская служба периодически вносит

поправки в графики и планы подачи газа потребителям.

На основе этих графиков и планов вырабатывают планы работы установок подачи газа и источников газоснабжения

(газгольдерные и газорегуляторные станции магистральных

газопроводов, подземные хранилища газа, газовые заводы,

промыслы и т. п.).

Анализ суточных, месячных и годовых графиков позво­

ляет заблаговременно менятьтакже режимы газоснабже­

ния контролируемых районов и отдельных промышленных

объектов. Благодаря повседневному контролю за состоя­ нием газораспределительной сети диспетчерская служба

быстро обнаруживает и локализует возникающие утечки

газа. Работники этой службы участвуют в анализе аварий

27

и разработке мероприятий по повышению надежности ра­ боты системы и ее отдельных узлов.

Диспетчерская служба проводит планово-предупреди­ тельные осмотры и, в случае необходимости, осуществляет

ремонт контрольно-измерительной аппаратуры, представ­

ляет ее для периодической государственной поверки. Она

следит также за техническим состоянием газооборудования

на объектах контроля. Диспетчерская служба организует

в составе управления газового хозяйства самостоятельный

отдел, который включает группы сменных диспетчеров и

операторов, режимов, наладчиков контрольно-измеритель­

ных приборов и аппаратуры автоматики и телемеханики,

а также аварийная группа и группа техников по газо­ оборудованию.

В административном отношении диспетчерская служба подчиняется непосредственно главному инженеру управле­ ния газового хозяйства. Сменные диспетчеры и операторы дежурят в три смены. Во время дежурства сменному диспет­

черу подчинен весь аппарат диспетчерской службы. В ве­

чернюю и ночную смены помимо сменных диспетчеров и опе­

раторов на диспетчерском пункте должны дежурить налад­

чик и работники аварийной службы (2—3 человека). Все

распоряжения сменного диспетчера являются обязатель­

ными. Средства телемеханики и связи позволяют диспетчеру

быстро получить точную информацию о выполнении этих

требований и распоряжений. В своих действиях дежурный диспетчер подчинен лишь главному диспетчеру и главному

инженеру управления газового хозяйства.

Регламент работы каждой смены диспетчерской службы

обусловлен соответствующими инструкциями. Ведение сменных регистрационных журналов, оформление приемо­ сдаточных документов и ведомостей является обязательным. В ЦДП сосредоточена и хранится вся техническая докумен­ тация (инструкции, схемы, паспорта и т. п.) на аппаратуру, применяемую в системе газоснабжения.

Таким образом, диспетчерская служба является строй­

ной и гибкой организацией управления газового хозяйства города. Она призвана обеспечить устойчивую, бесперебой­

ную и эффективную, с экономической точки зрения, работу

городского газового хозяйства. Организационная структура управления газового хозяйства показана на рис. 6, а ЦДП—

на рис. 7. Диспетчерская служба в зависимости от объема

и расположения объектов системы газоснабжения строится по одноступенчатой или двухступенчатой схеме. Одноступен­

28

чатую схему применяют в городах при компактном располо­ жении объектов газоснабжения и удаленности отдельных

пунктов от ЦДП не более 10 км.

При растянутых системах газоснабжения для многокон­

турных закольцованных сетей, объекты которых распола­

гаются на расстоянии более 10 км от ЦДП, рекомендуют двухступенчатую схему диспетчеризации. В состав такой

схемы, помимо ЦДП, входят и районные диспетчерские пунк­

ты. За последние годы в связи с ростом газовых хозяйств

Рис. 6. Схема организационной структуры управления газового хозяйства

и объединением ряда схем газоснабжения в единые комплек­ сы намечается переход к двухступенчатым схемам диспетче­

ризации, а в ряде случаев (Москва, Ленинград и Киев)

и к трехступенчатым.

Характерным примером двухступенчатой службы диспет­ черизации является организация газового хозяйства Гер­ манской Демократической Республики. На юге ГДР созда­ на система диспетчеризации, осуществляющая управление и контроль над объектами системы газоснабжения, охваты­ вающей не только газораспределительные сети ряда городов

(Лейпциг, Магдебург, Галле, Цвикау, Эрфурт) и прилегаю­

щие к ним районы, но и источники снабжения (газовые за­ воды и промыслы) и магистральные газопроводы от них

(рис. 8). Районные диспетчерские пункты созданы в городах

29