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

лей, как уже отмечалось в предыдущем параграфе, суще­ ствуют различные мнения, среди которых распространено, в частности, и следующее: все данные справочного харак­ тера необходимо хранить централизованно в одном месте, что позволяет при различных расчетах использовать обоб­ щенные и неискаженные показатели. Как показывает уже накопленный опыт разработки, внедрения и функциони­

рования АСУ производственными и технологическими про­

цессами в различных отраслях народного хозяйства, та­

кой подход может быть оправдан в небольших системах

малоуровневого плана. В таких системах, как АСУ, различ­ ными отраслями коммунальных хозяйств, имеющих иерар­ хическую структуру управления и контроля, вопрос о цент­

рализации хранения справочной информации вообще лишен

практического смысла, так как в этом случае каналы связи информационной сети были бы, очевидно, целиком за­

гружены огромным количеством сообщений, передаваемых

в различных подсистемах. Наиболее вероятно, что кана­

лы связи в этом случае вообще не справились бы со своими

функциями.

Очевидно, система хранения справочных данных долж­

на носить смешанный характер, т. е. совмещать в себе цент­

рализованный принцип хранения информации с децентрали­

зованным. Причем вопрос о методе хранения должен быть

решен конкретно для каждого показателя в зависимости от частоты его использования, количества потребителей, мест

их расположения и т. п. При всем этом задача сохранения

достоверности информации остается одной из важнейших при построении информационной системы АСУ.

Внедрение интегрированной системы обработки, инфор­ мационных данных немыслимо сразу в полном объеме привнедрении АСУ. Поэтому необходим четкий план поэтапной реализации этих задач. Однако построение общей системы

обработки данных на информационной модели должно пред­

шествовать всем этапам ее внедрения, так как лишь только в этом случае будет получена удовлетворительная стыковка решаемых здесь задач.

рактеризующих объем этой информации, необходимы дан­

ные по всем предприятиям и ‘ объектам трубопроводной,

отрасли коммунального хозяйства. Часто такими данными при проектировании информационной системы не распола­

121

Г л а в а III. ВОПРОСЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУ

§ 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУ

Математическое обеспечение АСУ, его информационно­ вычислительных центров со сложными ЭВМ представляет собой весьма трудоемкую и объемную область разработки и реализации автоматизированных систем управления. Это целиком и полностью следует отнести и к АСУ коммуналь­

ных хозяйств, где разработка математического обеспечения,

исходящая из общих принципов построения этой системы

как единого комплекса с органически входящими в нее от­

раслевыми подсистемами (производственными, технологи­

ческими и т. п.) и принятой иерархии управления, является

одной из важнейших предпосылок к успешному функциони­ рованию всего комплекса. По данным мировой практики

разработки и внедрения АСУ стоимость математического обеспечения таких систем составляет в настоящее время около половины всех ассигнований на создание комплекса, и эта доля имеет тенденцию к возрастанию. В этой связи

стараются создавать такое техническое оборудование АСУ,

включая и средства вычислительной техники, при котором

разработка математического обеспечения всего комплекса

была бы как можно проще и стоила бы дешевле. Однако реализация этой задачи весьма сложна и трудновыполнима. Поэтому пока стоимость разработки математического обес­

печения АСУ зависит от решения целого ряда задач, свя­

занных с вопросами приближения машинных языков к про­ блемно-ориентированным языкам и использования специ­ альных управляющих процессоров в ЭВМ, которые смогутосуществить в значительной мере работу программы-дис­ петчера в АСУ, составляющей одну из основных частей мате­

матического обеспечения. Разработка проблемно-ориенти­

рованных языков, в отличие от машинно-ориентированных,

позволяет упростить задачи их программирования и авто­ матизации этих процессов. Система автоматизации про­

123

граммирования является одним из важных элементов мате­

матического обеспечения АСУ. Проблемно-ориентирован­ ные языки позволят повысить универсальность внутренних алгоритмических языков современных машин и упростить операции пользования ими при программировании тех или иных задач управления.

Помимо программ, алгоритмических языков в состав ма­ тематического обеспечения АСУ должны входить математи­

ческие модели производственных и технологических про­

цессов, алгоритмы обработки информации, предназначен­

ной для решения задач контроля и управления в системе.

Исследования показывают, что в связи с недостаточностью полной информации по отраслям коммунальных хозяйств для формирования управляющих воздействий на систему для ее восполнения необходимо использовать матема­

тические методы статистического анализа, теории игр

и вероятности. Задачей математического обеспечения яв­ ляется более полная разработка методики уменьшения

избыточности получаемой или рассчитываемой информации,

учитывая ограниченные возможности памяти вычисли­

тельных машин, а также возрастающие требования уско­

рения вычислительных работ на информационно-вычисли­

тельных центрах АСУ, которые нередко основаны на чис­

ленных методах расчета. Разработка алгоритмов контроля

и управления, обеспечивающих возможность оптимизации производственных и технологических процессов в системе, является также одной из сторон комплекса математическо­ го обеспечения АСУ.

Трубопроводные системы коммунальных хозяйств, как будет показано ниже, представляют собой линии с распре­ деленными параметрами, технологические процессы в ко­ торых описываются сложными системами нелинейных диф­ ференциальных уравнений в частных производных, допу­

скающих оптимизацию с учетом использования известного

принципа максимума. Для реализации задачи оптимизации в составе математического обеспечения АСУ должны быть

соответствующие программы и алгоритмы. К ним относятся

программы ввода, компоновки, вывода, контроля и передачи данных, хранения и защиты информации, организации опе­

рационных систем, позволяющих одновременно выполнять

расчеты по нескольким программам. Создание таких про­

грамм-диспетчеров, регулирующих работу вычислительных комплексов АСУ, позволит эффективнее использовать оборудование информационно-вычислительных центров

124

в системе. Они обеспечивают параллельную работу раз­

личных частей системы и позволяют решать на ЭВМ по­

следовательно несколько задач, создавая условия для реа­ лизации в АСУ режимов мультипрограммирования.

В математическое обеспечение АСУ должна входить раз­

работка специальных программ-трансляторов или интер­

но-ориентированные и т. п. Математическое обеспечение

реализует основную задачу АСУ, т. е. управление контро­

лируемой системой на основе анализа состояния комплек­

са на логической математической модели при помощи си­

стемы алгоритмов, определяющих порядок и содержание

действий, логических операций и математических расче­ тов, производимых с целью выработки управляющих воз­

действий на производственные и технологические про­

цессы. Следует отметить, что в настоящее время реализация

этих задач в системах управления различными объектами, предприятиями и подразделениями в отраслях коммуналь­ ных хозяйств осуществляется по-разному, исходя из спе­ цифических особенностей той или иной отрасли, установив­ шихся традиций, уровня подготовки производства и т. п. В этой связи возникает много субъективных и интуитивных факторов, не подтвержденных расчетами, над которыми не­

редко превалирует элемент искусства и интуиции. Учиты­ вая, что в результате функционирования АСУ в системе

принимаются часто весьма ответственные решения, связан­

ные с ходом ее дальнейшего развития на перспективу и боль­

шими капитальными затратами (перспективное или текущее

планирование), создаются условия, повышающие качество управляющих воздействий на комплекс и исключающие из них субъективные факторы, которые являются одной из основных задач реализации математического обеспечения. Создание обобщенной математической модели управления системой, реализующей глобальный функционал управле­ ния комплексом, а также ряда частных математических моде­

лей отдельных элементов управления с локальными функ­

ционалами, основывается на использовании методов иссле­ дования операций.

Теория исследования операций сводится к применению

научно обоснованных приемов для решения таких задач,

реализация которых классическими методами затруднитель­

на. Эта дисциплина обеспечивает построение символических

или физических моделей систем с целью управления или

125

предсказания (прогнозирования) поведения реальных объ­ ектов путем решения задач на их моделях. С теорией ис­ следования операций тесно связаны несколько важных математических дисциплин, имеющих, однако, свои специ­ фические особенности, которые учитываются при разра­ ботке математического обеспечения АСУ. В число этих дис­ циплин в первую очередь входят линейное, нелинейное,

динамическое, геометрическое и эвристическое програм­

мирования. Реализация перечисленных дисциплин в ма­

тематическом обеспечении АСУ имеет своей целью нахож­

дение оптимальных решений задач управления системой, не рассматриваемых в обычном математическом анализе. Эти задачи обычно аналитически выражаются в виде ли­ нейных и нелинейных уравнений с наложенными на них ограничениями. В динамическом и эвристическом программированиях рассматриваются более сложные меняющиеся

соотношения, для анализа которых неприменимы обычные

линейные и нелинейные методы.

При построении математических моделей широко ис­

пользуют и теорию логических цепей, которые представляют

собой вычислительные устройства, построенные из простых

элементов, выполняющих логические или алгебраические

преобразования. Логические цепи являются весьма удоб­

ным средством при построении специализированных мате­

матических моделей различных технологических про­ цессов.

Решение вопросов оптимизации производственных про­

цессов в системе также тесно связано с математическим моде­ лированием — созданием экономико-математических моде­ лей оперативного управления, текущего и перспективного планирования в системе. Экономико-математические модели этих процессов должны обеспечить, как составная часть математического обеспечения АСУ, единую последователь­

ность обработки технико-экономической информации и вы­

работки управляющих воздействий или рекомендаций для принятия решений как по всему комплексу в целом, так и по каждой из входящих в него подсистем. Должны быть

учтены особенности и объемы информации на каждом уров­

не управления производственными процессами в системе,

что должно найти свое отражение в соответствующих

моделях.

Эти особенности и объемы информации в АСУ необходимо анализировать в соответствии с общими принципами обще­ системного анализа применительно ко всем иерархическим

126