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

Гл а в а I. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ, МЕТОДОЛОГИЯ

ИПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ АСУ

§ 1. ОСОБЕННОСТИ ТРУБОПРОВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ КОММУНАЛЬНЫХ ХОЗЯЙСТВ КАК БОЛЬШИХ СИСТЕМ

Коммунальные хозяйства, если иметь в виду широкую *

сеть тепло-, газо- и водоснабжения с источниками транспор­

тируемых по трубопроводам агентов, отличаются в своем

развитии громадным динамизмом и растущей сложностью.

Размещение коммунальных хозяйств обычно приурочивает­

ся к определенным территориальным районам, где распо­

лагаются города и населенные пункты. Одной из основных

особенностей коммунальных хозяйств является зависимость

объемов потребления горячей и холодной воды, газа и их

эффективности от обеспеченности источниками снабжения

(теплоцентрали, газопроводные и водопроводные системы)

и продуктивности последних. Коммунальные хозяйства,

как большие системы, постоянно растут и развиваются, свя­ зи между их звеньями и подразделениями внутри этих систем

усложняются, расширяются и внешние связи, обусловлен­

ные ростом сети предприятий и производств, увеличивается поток информации.

Поэтому в основу весьма ответственных научных разра­ боток по созданию АСУ необходимо заложить системный подход, рассматривая коммунальные хозяйства и их ком­ плексы технологического и экономического характеров как большие системы с компонентами различной сложности и различными характеристиками. Степень организации этих

систем зависит от ряда объективных условий и закономер­ ностей их функционирования и развития, создания рацио­

нальных соотношений и регулирования внутренних и внеш­

них связей, оказывающих на объекты систематические воз­

действия в виде внутренних и внешних возмущений. Сама же организационная форма больших систем обычно выра­

жается в их конкретных внутренних структурах. Именно

в рамках этих структур и происходят процессы дальней­ шего развития и совершенствования больших систем, вы-

9

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