Файл: Баясанов, Д. Б. Автоматизированные системы управления трубопроводными объектами коммунального хозяйства.pdf

чества процессов управления и создавать условия для пол­ ной автоматизации этих процессов. Главной задачей такой

модели является обеспечение необходимой и достаточной информацией непрерывности процесса управления функцио­

нированием различных отраслей коммунальных хозяйств.

Следовательно, сйстема организации управления не может

быть здесь правильно построена без анализа и разработки информационной модели системы. Поэтому исследование

и описание потоков информации в отраслях коммунальных

хозяйств является первоочередной задачей на пути разра­

ботки АСУ. Эти потоки информации возникают в отдельных

элементах системы, формируются и распределяются в соот­

ветствии с функциональными связями, предопределяя тем

самым внутреннюю структуру процесса контроля и управ­ ления. В настоящее время методы исследования, описания, а также классификации потоков информации в АСУ в ка­

кой-то мере разработаны и описаны. Создание подобных ме­

тодик вызвано расширением работ по разработке и внедре­ нию в народное хозяйство страны средств вычислительной техники и АСУ. Изучение потоков информации и разра­ ботка соответствующих информационных моделей имеют своей конечной целью унификацию и оптимизацию этих потоков для приведения их в соответствие с требованиями

задач управления и контроля, а также выявления излиш­

них структурных подразделений и информационных направ­

лений. Для выполнения этих задач необходимо определить:

ческими процессами; куда направляются основные потоки информации, циркулирующей между этими подразделения­ ми; что является содержанием передаваемой информа­ ции — перечень основных параметров и показателей, необ­ ходимых для контроля, анализа и управления производ­ ственными и технологическими процессами.

На основе этих исходных данных можно построить при­

ближенную функциональную модель контроля и управления системы, осуществить ее анализ с целью ответа на вопросы:

насколько передаваемая и получаемая информация необ­

ходима и достаточна для выполнения своих функций каж­ дым подразделением; нет ли излишних промежуточных ин­

станций, направлений и передаваемой информации, кото­

рые можно было бы упразднить; насколько в целом система

передачи информации удовлетворяет требованиям контро­

75

ля и управления в системе; выявление путей возможности информационной оптимизации сообщений. Какая же раз­ ница между существующей информационной сетью и функ­ циональной информационной моделью системы?

Информационная сеть — это логическая взаимосвязь всех существующих в системе источников и приемников информации, направленная на достижение конкретной цели,

характеризуемая своей структурой и поведением. Структу­

ра информационной сети зависит от топографии располо­

жения объектов и предприятий коммунального хозяйства,

технических характеристик компонентов структуры, тех­ нических требований и ограничений, регламентирующих ра­ боту сети.

Функциональная информационная модель представляет собой взаимосвязи всех источников информации в виде ста­ тистических и детерминированных закономерностей, необ­

ходимых для формирования целей и критериев эффектив­

ности функционирования информационной сети. Модель

может представлять собой совокупность систем уравнений,

описывающих внутренние явления и связи в системе; граф,

характеризующих последовательность операций, и взаимо­

связи между ними; таблиц, содержащих информацию о свой­

ствах, отображающих количественные и качественные сто­

роны потоков .информации и характер ее переработки; мат­ риц, элементы которых характеризуют соответствующие свя­

зи между подразделениями и объектами в системе, и т. п. Обычно функциональные информационные модели управ­ ления большими системами, к которым с успехом можно

отнести и комплексы коммунальных хозяйств, стараются

строить по принципу централизации, когда вся информация передается в ГИВЦ, где она перерабатывается и оцени­

вается, а также формируются обратные управляющие воз­

действия. Следует отметить, что централизованное автома­ тизированное управление такими сложными комплексами, как отдельные отрасли коммунальных хозяйств городов и населенных пунктов, встречает значительные трудности. Поэтому и вводится отмеченная выше децентрализация,

наиболее соответствующая требованиям настоящего вре­

мени — децентрализованному контролю и управлению та­

кими системами.

В процессе функционирования системы между управ­

ляющими и управляемыми объектами происходит все время

обмен информацией. Предполагая, что внутренняя струк­

тура подразделений недоступна для наблюдения, можно

76

рассмотреть систему на основании анализа входных и вы­ ходных сообщений.

Подобный метод структурного построения информа­

ционной модели системы в кибернетике называют методом «черного ящика». Этим методом исследуют системы, в кото­ рых анализируются вопросы взаимосвязи между частями

или подсистемами, определяется содержание передаваемой

информации, исходящей от одних подразделений, способы приема ее другими подразделениями и т. п.

Существуют различные методы децентрализации инфор­

мационных систем контроля’и управления для определен­ ного класса больших систем, к которым можно отнести и от­

расли коммунальных хозяйств. Рассмотрим один из них, предложенный Л. С. Ласдоном и Я. Д. Шоефлером. Этот метод имеет положительную особенность, так как сохраняет

преимущества централизованного контроля и управления

в том смысле, что практически любые характеристики систе­

мы могут быть оптимизированы. В этом случае вся система

коммунального хозяйства, включающая в себя объекты

различных отраслей и нескольких уровней контроля и уп­

равления, расчленяется на подсистемы со своими ИВЦП

иРИВЦ, каждая из которых имеет свою систему контроля

иуправления, основанную на присущем ей характеристи­ ческом критерии цели. Этими подсистемами управляет под­ разделение более высокого уровня —ГИВЦ. Здесь отпадает

необходимость всю систему рассматривать в целом, а можно произвести анализ по подсистемам, что заметно упрощает все исследование.

Втаких системах управления на каждом уровне имеются

обычно специализированные вычислительные устройства цифрового типа, а на высшем уровне — управляющая элек­

тронная цифровая вычислительная машина (УЦВМ). Ие­

рархия системы и модели вычислительных устройств, при­ меняемых здесь, должны предусматривать возможность дальнейшего развития системы, т. е. стыковку с любой уп­ равляющей машиной более высокого уровня. Центральная управляющая машина контролирует и координирует работу

специализированных машин подсистем и должна осуществ­

лять оптимизацию производственных и технологических

процессов в системе в целом на основе информационной мо­ дели передачи и приема информации по иерархии между

ееобъектами и подразделениями.

Втаких структурах многоуровневого контроля и управ­ ления, характеризуемых обобщенными параметрами, резко

77

упрощаются операции программирования и перепрограмми­ рования, так как вычисления, связанные с решением задач

оптимизации, распределяются между вычислительными ма­

шинами всех уровней. В связи с тем, что в системах комму­

нальных хозяйств, по всей видимости, еще долгое время

будет существовать двухуровневая иерархия контроля и

управления, рассмотрим алгоритм децентрализованного управления применительно к этому случаю. Для упроще­

ния полагаем, что каждая подсистема оптимизируется от­

дельно от Есех других, причем в соответствии с ее собствен­

ным критерием качества. При этом УЦВМ должна осуществ­

лять такую координацию работы дочерних машин в под­

системах контроля и управления, чтобы общий критерий

качества всей системы был бы в целом оптимальным.

Предположим вначале, что подсистемы связаны произ­ вольным образом, причем допускается любая комбинация

прямых и каскадных информационных связей между ними в иерархической пирамиде. В этом общем случае типовая подсистема может быть изображена схемой рис. 14. Здесь

вектор L i заключает в себя все выходные координаты i-и

подсистемы, связанные с другими подсистемами, вектор

Y i — все выходные координаты, связанные с УЦВМ, век­

тор M i — все входные координаты от УЦВМ. Вектор X t

отражает все . входные возмущения от других подсистем,

вектор D i — возмущения, изменяющие показатели качест­

ва в подсистеме. Полагаем, что возмущения являются сту­ пенчатыми функциями и могут быть определены. Это по­ зволяет рассмотреть процесс динамической оптимизации подсистемы как смену оптимальных статических состояний, что резко упрощает анализ поставленной задачи. При этом статическое поведение подсистемы может быть описано с помощью векторов выходных координат, которые пред­

ставляются в виде функции соответствующих входов, воз­

мущений и управляющих воздействий:

где Ti и S i — векторы, компонентами которых являются непрерыв­ но дифференцируемые функции переменных M t, X i и D i .

Учитывая, что каждый выход подсистемы является вхо­

дом для другой, справедливо следующее уравнение связи:

n

(2.3)

78

где C i j — коэффициент связи, а матрицы связи имеют элементы, представляющие собой единицы и нули.

Функция критерия качества может быть принята в та­

ком виде:

причем эта функция будет максимизироваться путем подбо­

ра соответствующих управляющих воздействий на подси­

стему Mi. Выбор векторов M t зависит от ограничений:

где H i — некоторый вектор.

Максимизация, относящаяся к задачам группирования,

заключается в выборе в каждый момент времени такого зна­ чения (возмущения при этом измеряются и фиксируются)

управляющих воздействий M it чтобы функция цели F при­ нимала максимальную величину.^ Решение этой основной задачи в децентрализованной системе находят следующим образом-. Опустим пока уравнение (2.5). В соответствии с принципом децентрализации разорвем связи между под­ системами. В этом случае поведение каждой подсистемы

следует рассматривать под действием независимых пере­

менных X *. Учитывая, что при постоянных возмущениях t-й член функции (2.4) зависит только от своих независимых

переменных, векторы М, и X, можно отнести лишь к этой подсистеме. Для получения оптимального решения, очевид­ но, необходимо объединить уравнения (2.1)—(2.4), введя

лагранжиан:

79