книги из ГПНТБ / Баясанов, Д. Б. Автоматизированные системы управления трубопроводными объектами коммунального хозяйства
.pdfВ результате мы имеем дело с обычной двухуровневой системой, свойства которой могут быть проанализирова ны. Рассмотрим методику последовательного упрощения, следуя И. Д. Пирсону, применительно к многоуровневым организациям, где она дает весьма существенный эффект. Сущность методики заключается в выделении доминирую щих для того или иного уровня АСУ свойств и особенностей системы и последовательной модификации вычислительной
процедуры на различных уровнях. Сама идея последова
тельного упрощения может быть обоснована, хотя формаль
ной теории здесь пока и нет.
Проанализируем некоторую скалярную переменную,
характеризующую размерность функции, определяющей
поиск решения в системе АСУ или ее подсистемах. Предпо ложим, что для некоторой подсистемы i величина этой раз мерности равна щ, а сама функция поиска решения k {щ).
Пусть по иерархии АСУ на следующий уровень управления
передается некоторая упрощенная модель этой размерности
гщ, |
где 0 < е < 1. При этом для трехуровневой иерархии |
при |
определенном значении имеется неравенство |
которое превращается в равенство лишь при линейности
функции k (га) и когда е = 0. Этот случай очевидно харак
терен для одноуровневой АСУ, когда 8 = 0. Очевидно, при нелинейности функции k (х) = xN, где N > 1, нера
венство будет удовлетворяться при определенном значении
8 . Следовательно, необходимость в иерархическом по строении АСУ возникает всегда при возрастании функции поиска быстрее ее линейной зависимости и при передаче с нижних уровней управления на вышележащие упрощен ных моделей этих функций. Декомпозиция системы в много уровневую иерархию зависит от целого ряда факторов, при чем методика этого разбиения может быть определенным образом обоснована. Рассмотрим этот вопрос для линейных
систем имея в виду, что любая нелинейная система в прин ципе может быть с той или иной степенью приближения
линеаризована, а изложение материала для линейной ин терпретации несколько упрощено и более доступно.
Пусть имеется некоторый класс систем, который может
быть описан некоторой совокупностью подсистем, опреде
ляющих сдвоенную линейную систему, удовлетворяющих
следующим равенствам:
300
2/г V + 1 ) = A i iji (t) + Bi mt (t) + Ci xt (t) |
(4.49; |
И |
|
N |
|
x i ( t ) = 2 [ N i j y j i n + M i j d j i t ) ] , |
(4.50) |
/= 1 |
|
определяющих сдвоенную линейную систему.
Здесь для г подсистемы АСУ: y t (t) — вектор размерности
пг выходного состояния; т г (/) — вектор размерности lt уп
равления; xt (t) — вектор размерности s£ взаимодействия
по входу; dt |
(t) — вектор размерности k t входного возмуще |
|||
ния; |
t = |
0, 1, 2, |
..., Т — 1 — дискретные моменты времени; |
|
i = |
1, 2, |
..., |
N |
— индексный номер подсистемы. Полагаем, |
что rrii (t) относится к некоторому компактному подмноже
ству E li |
множества |
т. |
е. mt (/) 6 Q* <= E li, y t |
(t), |
xt (/), |
|||
mi (t) — некоторые |
матрицы |
состояний; N tj |
й |
M tj — |
||||
матрицы |
связи. |
|
|
|
|
|
|
|
Пусть далее на каждую подсистему наложено ограниче |
||||||||
ние, определяемое в |
виде |
гг мерного пространства: |
|
|||||
|
|
R i l y i ( t ) , x t ( t ) , |
mi (0, i ] > |
0, |
|
(4.51) |
||
а общий функционал критерия цели в АСУ будет; |
|
|||||||
|
N |
f |
Т — 1 |
ft [ft W. |
|
|
|
|
ЧЛЛ = |
2 |
ft[ft (HI + |
2 |
(0. mt (0, |
t] |
(4.52) |
||
|
i = |
1 l |
t = 0 |
|
|
|
|
|
Основной задачей АСУ является максимизация этого
функционала. При этом функция Лагранжа определяется
в следующем |
виде: |
|
|
|
ff |
( |
г—1 |
|
|
Ф = 2 |
f t ( r ) + P i ( 0 ) ' [ f t - f t ( 0 ) ] + |
2 |
| /*(0 |
+ |
/= 1 |
N |
t = |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2 N ij У} (0 + М б‘ dJ W — Xi (О + |
|||
|
-/= 1 |
|
|
|
+ рг (/ + 1 ) ' Иг У1 { ! ) + Bi m t (t) + Сг (t) - |
|
|||
|
— Уl (t + 1)1 + иг {t + 1) ' R i (t) |
[ 1 . |
(4.53) |
|
В соответствии с теорией о седловых точках, если г/°, х°, т°,
р°, и0, гР определяют оптимальное решение в системе,
то для других значений у, х, т, р, и, v в области определе
ния АСУ будут справедливы следующие неравенства:
Ф (у, х, т , р°, м°, v° ) < Ф (у °, х°, т ° , р°, и v°) <
301
< Ф (г/°, х ° , |
т ° , |
р, и, v ); |
Ф ( у0, х °, т ° , р°, и 0, о °)= min j |
max |
[Ф ( у, х, т , р , и , и)]1. (4.54) |
Предполагается, что АСУ описывается уравнениями (4.49)
и (4.50) и управляется как в целом, так и по подсистемам.
Исходя из разделимости функции Лагранжа, можно пре
небречь взаимосвязями в системе, описываемыми уравне ниями (4.50), и рассматривая v в качестве независимого па
раметра, произвести максимизацию критерия цели для
каждой подсистемы АСУ. Очевидно, эта операция может
быть произведена для всех N подсистем общей системы
управления, однако здесь следует учитывать еще следу
ющие ограничения:
\y°i (v), |
xf (v), |
mi |
(v)] = max jg* [yt(T)] + |
|||||
|
|
|
|
|
x , |
m |
{ |
|
T — |
1 |
|
|
|
mi(t), |
|
|
|
Ф 2 |
h l y t ( t ) . |
x t ( t ) , |
t ] + v i ( t + |
l ) ' x |
||||
f = |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
■ N |
|
Nijyj W— ■4 (t) |
|
|||
|
2 |
|
(4.55) |
|||||
при условии |
|
./= |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
yi{t + \)=Aiyi(t) + Bi mi (t) + Ci Xi(t)\ |
||||||||
|
|
|
|
уi ( 0 ) = а г, |
|
|
(4.56) |
|
|
Rilyi(t), |
|
t] > 0. |
(4.57) |
||||
|
X i ( t ) , m i ( t ) , |
|||||||
Решение этих задач предусматривает следующие связи с ре шением общей задачи АСУ. Предполагается, что у\ (н), х\ (v), т? (v), pi (v), u° (v) определяют решение задачи управления для i подсистемы для заданного v. Можно ут верждать, что если v = о0, то все эти величины будут удов летворять и решению общей задачи АСУ. При этом для
всех V i(t ) £ E l‘ |
при |
|
|
|
|
|
i = l, |
2, |
.... N-, |
t = 1, |
2, |
..., Т |
|
|
N |
( |
|
|
|
|
Ф ° < |
2 W l s r / M , x U v ) , m ( v ) ) + |
|||||
|
i = 1 |
l |
|
|
|
|
|
N |
T |
— 1 |
|
|
-I |
+ 2 |
|
+ |
|
|
(4-58) |
|
|
/=i г=о |
|
|
I |
||
где равенство имеется только |
при |
v = |
xfi. |
|||
В этих моментах заключается основная суть декомпо
зиционной процедуры, согласно которой строится иерар хическая организация АСУ.
§ 7. ПОДГОТОВКА БАЗЫ ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ АСУ, ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ И ИСПОЛНИТЕЛИ*
Разработка и внедрение АСУ является сложной ком
плексной проблемой, требующей для своей реализации
специальной подготовки, так как ее осуществление может
быть проведено только на базе хорошо организованной сис
темы управления с обоснованной технологической линией
информационного обеспечения с использованием средств вычислительной техники, автоматики и оргтехники. Обыч
но организация машинных систем обработки информации,
а тем более управляющих, требует либо унификации работы
однотипных объектов при использовании общих алгоритмов
ипрограмм, либо составления в каждом конкретном случае
специальных алгоритмов и программ математического обес
печения. Следует отметить, что первый путь подготовки базы для реализации АСУ более правильный, но он трудно
осуществим, так как требуется изменение всего установив шегося порядка функционирования объектов. Второй ва риант реализуется в плане деятельности предприятий и объ
ектов проще, но при этом резко увеличиваются объемы и
сроки работ по организации машинных систем обработки информации. Поэтому второй вариант менее эффективен, чем первый. Базу для внедрения АСУ желательно подго
тавливать сразу в двух направлениях: при минимальном изменении сложившейся документации на объекте конт роля и управления разрабатывают алгоритмы и программы для каждого конкретного случая. Наряду с этой операцией по получению новых данных разрабатывают машинную систему обработки информации уже с изменением функцио
нальных связей и порядка деятельности объекта.
Затем унификация организационных форм и самого процесса управления должна быть распространена на все объекты отрасли, что приведет к совершенствованию всей базы для реализации АСУ. Особо следует обратить внимание
на анализ информационных потоков в системе, создания новых методов их прогнозирования с учетом. существую
щих в настоящее время. Выполнение этих работ, включая
иразработку самой АСУ, возможно только при широком
участии специалистов различных профилей: организаторы производства, технологи, математики, экономисты, социо
логи, специалисты по экономической и технической кибер
* Параграф написан канд. техн. наук Т. В. Баясановой.
3 03
нетике, связи и т. п. Особое место в этих работах, которые
необходимо вести по общему координационному плану и
при едином научном и методологическом руководстве, долж на занять разработка принципов построения различных документов и сообщений и минимизация содержащейся
вних информации. Должны быть рассмотрены и методы формализации процессов управления в системе и подготов ка их к алгоритмизации и программированию.
Организационные положения разработки и внедрения
АСУ обычно охватывают целый комплекс задач, связанных
с порядком работ над проблемой, для решения которой обыч
но привлекаются научно-исследовательские, проектно-кон
структорские институты и специализированные монтажные организации. Намечают и головную организацию по проб леме, ответственную за ее разработку. Эта организация уточняет состав исполнителей, сроки и очередность работ, составляет координационный план разработки и реализа ции АСУ и осуществляет связь с заказчиком. Послед
ний обычно принимает совместно с исполнителями уча
стие в разработке технического задания на систему и ее
подсистем' и подготавливает базу для их внедрения. В функ ции головной организации также входит оказание научно-
методической консультации по всем этапам разработки
АСУ, контроль финансирования работ по проблеме, участие
вприеме законченных по этапам работ, контроль проектной
документации и т. п. Головная организация ответственна и за опытную отладку системы и ее работоспособность при
эксплуатации. В ходе выполнения работ по проблеме голов
ная организация уточняет конкретные задачи и вносит из менения. В некоторых случаях для решения оперативных вопросов по разработке и, особенно, внедрению АСУ органи зуются оперативные группы в составе представителей отрас ли и исполнителей, которые работают по специальному плану, согласованному в заинтересованных инстанциях.
Для проведения работ, рассмотрения и утверждения раз
личных проектов АСУ и их внедрения, утверждают основ ные формы документации, куда входят протоколы рассмот рения технического задания, титульные листы технического
ирабочего проектов, справки об обеспечении финансиро
ванием научно-исследовательских и проектных работ, прото
колы рассмотрения рабочих проектов на Научно-техниче
ском совете и коллегии министерства или ведомства, про
токолы утверждения рабочих проектов, акты о монтаже полного комплекса средств технического обеспечения,
304
акты внедрения мероприятий по подготовке объектов к функционированию в условиях АСУ и др.
Нередко различные научно-исследовательские органи
зации разрабатывают и рекомендуют для использования при разработке и создании АСУ целенаправленные методи ческие указания. К примеру, лабораторией экономики и организации производства Московского инженерно-эконо мического института им. С. Орджоникидзе разработаны
методические указания «Организация проектирования авто
матизированных систем управления для промышленных
предприятий». Эти указания содержат материалы по орга
низации проектирования АСУП для дискретных промышлен ных производств всех типов и объемов выпускаемой про дукции. В методике изложены основные принципы органи зации и функционирования АСУП; которые разработаны на основе обобщения и дальнейшего развития имеющегося опы та проектирования. В них нашли отражение такие вопросы,
как цели и общие принципы, построения АСУП, классифи
кации систем управления, принципы построения органи
зационной структуры АСУП, основные методы обработки
информации в условиях функционирования АСУП и т. п.
Как указывают авторы, основное внимание при разра
ботке методики было уделено определению состава, содержа ния и взаимосвязи проектных работ по созданию АСУП.
Они рекомендуют следующий состав проектных работ, которые, включая и подготовительные, разделены на четыре раздела, каждый из которых по существу является само стоятельным этапом проектирования АСУП.
I. Анализ существующей системы управления и раз работка функциональной и информационной моделей.
II. |
Разработка основных положений системы и органи |
зация |
работ по ее созданию. |
III. |
Разработка организационно-технической части сис |
темы. |
|
IV. Разработка проектов совершенствования органи зации и механизации работ по функциям управления.
В свою очередь все проекты, отнесенные к четвертому
разделу, разбивают на восемь подразделов.
1. Планирование, обеспечение и учет технической под
готовки производства.
2 . Планирование, учет и регулирование процессов про изводства.
3. Планирование, учет и регулирование материального обеспечения производства.
305
0 3
о
•о
г
со
с_^
-s]
4. Планирование и учет основных средств и поддержа
ние их в рабочем состоянии.
5. |
Планирование и учет труда и заработной платы. |
6 . |
Планирование и учет себестоимости продукции, |
7. |
Планирование и учет финансово-сбытовой деятель |
ности предприятия.
8 . Плановые балансы затрат на производство и сводная
бухгалтерская отчетность.
Каждый из перечисленных выше подразделов включает все работы, в процессе выполнения которых последователь но преобразуется одна и та же исходная информация. Такой подход к систематизации в НИЛ МИЭИ и обусловил вклю
чение отдельных проектов по технико-экономическому пла нированию и бухгалтерскому учету в разные подразделы.
Единые принципы их разработки должны быть установлены
при выполнении проектных работ по определению основ
ных положений организации и функционирования АСУП.
Работы, связанные с определением себестоимости, состав
лением балансов затрат на производство и разработкой
вопросов сводной бухгалтерской отчетности, выделены в са
мостоятельный подраздел, как являющиеся по своему содер жанию синтезированными.
Описанная методика включает также рекомендации по
содержанию и организации выполнения работ, входящих
в различные разделы. В рекомендациях по каждой работе здесь нашли отражение задачи и основные направления их выполнения, входящая и выходящая информационная за висимость и взаимосвязь проектных работ между собой, состав охватываемых управленческих работ и возможные
виды средств вычислительной и оргтехники, необходимой
для их выполнения и реализации. На рис. 52 представлен
рекомендуемый НИЛ МИЭИ график проектирования АСУП
для промышленных предприятий. Здесь под шифром 11 сгруппированы проектные работы раздела I проектирования АСУП, под шифром 21 — раздела II, под шифром 31 —раз дела III, под шифром 41—1 подраздела раздела IV, под шифром 42—2 подраздела раздела IV, под шифром 43—3 подраздела раздела IV, под шифром 44—4 подраздела раз дела IV, под шифром 45—5 подраздела раздела IV, под шиф
ром 46—6 подраздела раздела IV, под шифром 47—7 подраз
дела раздела IV, под шифром 48—8 подраздела раздела IV.
Так можно охарактеризовать состояние и перспективы
развития проблемы создания автоматизированных систем
управления трубопроводных объектов городских ком
308
мунальных хозяйств, которые с технико-экономических и
социальных позиций являются мощными средствами ускоре
ния темпов технического прогресса в описываемой области, создавая условия для резкого повышения эффективности
производственных. и технологических процессов. Можно
с уверенностью сказать, что преимущества социалистиче ской системы позволят в кратчайшие сроки выполнить здесь большие задачи по совершенствованию планирования и
управления, намеченные директивами XXIV съезда КПСС,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ба я с а н о в Д. Б. Автоматика и телемеханика в газоснаб жении. Баку, Азеручпедгиз, 1961.
Ба я с а н о в Д. Б. Состояние проблемы телеавтоматизации газовых систем и перспективы ее развития. В Сб.: «Материалы
республ. конф. по газификации». Ташкент. Изд. АН Узб. ССР, 1961. Б а я с а н о в Д. Б. Автоматическое управление магистраль
ными газопроводами. Л., «Недра», 1964.
Ба я с а н о в Д. Б. Работы Азербайджанского политехни ческого института в области автоматики и кибернетики систем транс порта и распределения газа. «Газовое дело», 1965, № 5.
Ба я с а н о в Д. Б. Основные направления развития и методо логия кибернетики газовой промышленности. В сб. «Вопросы вы числительной техники». Изд. АН Азерб. ССР. Баку, 1967.
Б а я с а н о в Д. Б., К е р и м о в 3. А. Постановка пробле мы развития и исследования схем газоснабжения «ГРС — городской газовый коллектор» как объектов автоматического регулирования
и управления. В |
сб.: «Вопросы технической кибернетики». Изд. |
АН Азерб. ССР. Баку, 1969. |
|
Б а я с а н о в |
Д. Б., Г у р в и ч Г. М. Автоматическое ре |
гулирование и управление в городских газовых сетях. М., Строй-
издат, |
1970. |
А |
л е к с а н д р о в А. В., Б а я с а н о в Д. Б. Применение |
электронно-вычислительных машин для расчета и управления в си
стемах дальнего транспорта газа. М., «Недра», |
1970. |
Б а я с а н о в Д. Б., С п а с и б у х о в |
В. М. К вопросу |
оценки функционирования сложной системы газоснабжения. В сб.: «Использование газа в народном хозяйстве». Изд. института Гипрониигаз МКХ РСФСР. Саратов, 1971.
Б а я с а н о в Д. Б., Б ы к о в а 3. Я- Расчет и проектиро вание городских газовых сетей среднего и высокого давления. М., Стройиздат, 1972.
Ко р н и л о в Ю. Г. Автоматизация и телемеханизация газо вых систем. Киев. Гостехиздат, УССР, 1961.
Ко р н и л о в Ю. Г. Теоретические основы автоматического регулирования. Киев, «Техника», 1965.
Т е м п е л ь Ф. Г., М а с л о в В. М. |
Оптимальные пара |
|
метры технологического процесса транспорта |
газа для эксплуати |
|
рующейся трубопроводной системы. Л., |
«Недра», 1970. |
|
Основы организации проектирования |
АСУ предприятиями. М., |
|
изд. Московского инженерно-экономического института им. С. Орд
жоникидзе, |
1969. |
D. |
Decomposition, |
coordination and multile |
|||
P e a r s o n |
J . |
||||||
vel System, |
«JE E E |
Trans. Syst. and Cybernet.», |
1966, № 1. |
||||
L a s d o n |
L. |
S., |
S c h o e f f l e r |
J . |
D. |
Decentralized plant |
|
control. «JSA». Trans»., 1966, No. 2. |
D. |
and |
T a k a h a r a J . |
||||
M e s a r o v i c |
M. |
D., M a с k о |
|||||
«Structuring of multilevel systems», presented at the JFAC Symp. on Multivariable Control Sys., Diisseldorf, 1968.
M e s a r o v i c |
M. |
D., |
M a c k o D . |
and |
T a k a h a r a |
J . |
||
«Two coordination principles |
and their |
application |
in |
large scale sy s |
||||
tems control», Proc. of the 4 th JFAC Congr., Warsaw, |
1969. |
J . |
||||||
M e s a r o v i c |
M. |
D., |
M a c k o |
D. |
and |
T a k a h a r a |
||
Theory of Multi-Level, Hierarchical Systems. New Jork, Academic Press, Inc., 1970.
310