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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 114

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Совершенно очевидно, что благодаря своей способности к обобщениям ЭВМ в контурах управления сложными ком­ плексами позволяют реализовать высшую форму автомати­

зации сбора, обработки информации и вырабатывать управ­

ляющие воздействия. С учетом их применения здесь уже

речь идет о реализации в той или иной форме кибернети­

ческой системы управления производственно-хозяйствен­

ной и технологической деятельности предприятий и объек­

тов коммунальных хозяйств. Решение же вопроса о приме­

нении той или иной вычислительной машины или специа­ лизированного устройства, построенного на счетно-реша­

ющих элементах, в АСУ связано с проведением специальных

исследований для каждого конкретного уровня управления

с учетом всех особенностей производственного и техноло­

гического характера.

Как уже отмечалось в предыдущей главе, решение прак­

тически любых математических задач в АСУ можно провес-

сти на ЭЦВМ, причем с любой необходимой для практи­

ческих случаев и целей точностью. Однако высокая точ­ ность машин дискретного действия при решении задач АСУ коммунальных хозяйств для многих их объектов (особенно трубопроводных) не является таким уж ценным качеством, так как начальные и граничные условия большинства прак­ тических задач задаются обычно с невысокой точностью. Параметры моделируемых производственных и технологи­

ческих процессов в отдельных отраслях и всей системе в це­ лом часто тоже известны неточно. Поэтому для решения практических задач управления достаточно иметь решения уравнений того или иного управляемого процесса с точ­

ностью до 5—6 %. Точность серийно выпускаемых про­

мышленностью вычислительных машин непрерывного дей­ ствия вполне достаточна для выполнения отмеченных выше требований. Кроме того, сложность программирования ЭЦВМ, большая трата времени на подготовку задач и обра­ ботку полученных результатов заставляют всегда весьма

критически подходить к вопросу их использования и при­

нимать решения в зависимости от конкретных условий. Серийно выпускаемые промышленностью аналоговые вычислительные машины непрерывного действия позволяют

с достаточной для инженерной практики точностью моде­

лировать системы обыкновенных дифференциальных урав­

нений. Моделирование переходных процессов, которые опи­

сываются системой нелинейных дифференциальных урав­

нений в частных производных, осуществляется здесь после

242


линеаризации этих уравнений при помощи метода конечных разностей. Как показывает опыт, использование вычисли­

тельных машин непрерывного действия для расчетов, ана­

лиза и управления процессами в некоторых объектах ком­ мунальных хозяйств (особенно для трубопроводных си­ стем) является весьма эффективным н вполне приемлемым для инженерной практики. В этом случае решаются в ос­ новном технологические задачи.

Иначе обстоит дело со сложными большими системами,

когда объектом моделирования и управления служат не­

стационарные технологические процессы в многосвязан­

ных, многоконтурных схемах, а также при решении задач

технико-экономического и планового характера. Здесь эффективность и преимущества вычислительных машин не­ прерывного действия отступают на задний план, уступая место ЭЦВМ, без которых решать аналогичные задачи прос­ то невозможно и экономически недопустимо.

В АСУ нередко применяют и специализированные вы­

числительные машины как непрерывного, так и дискретного

действия или их комбинации (комбинированные машины).

При этом необходимо более тщательно исследовать производ­ ственный или технологический процесс, подлежащий управ­

лению, с точки зрения затрат времени на обучение управле­

ния этим процессом по отношению к общему времени проте­

кания последнего.

Если обратиться к терминологии теории игр, то сущ­ ность задачи состоит в оценке времени, затрачиваемого на обучение какой-либо игре, по отношению к общему вре­ мени, в течение которого она протекает, пока не меняются ее правила. Дело в том, что при малой величине этого от­

ношения применение специализированной вычислительной

машины не оправдано, так как последняя будет работать только в течение очень короткого срока. Если указанное отношение возрастает, то использование специализирован­ ной машины становится более рациональным, но при этом всегда следует учитывать и перспективу развития АСУ, которая нередко бывает решающим фактором при выборе типа ЭВМ. В целом, по-видимому, целесообразно иметь спе­

циализированные вычислительные машины на уровне

АСУТП в системах непосредственного управления техно?

логическими процессами на предприятиях, а на более вы­

соких уровнях АСУ — другие вычислительные машины, ко­

торые можно объединять в работе со специализированной машиной.

243


Применение ЭВМ в АСУ для управления производствен­ ными и технологическими процессами должно быть выгодно с технико-экономических позиций. Попытки беспорядочно­ го использования ЭВМ в различных отраслях промышлен­ ности и хозяйства как в СССР, так и, в особенности, за ру­ бежом, привели к тому, что на многих объектах и системах,

оснащенных локальными устройствами местной автоматиза­

ции, т. е. элементами АСУТП, относительно надежно обес­

печивающими регулирование и управление, не оправдались.

Капиталовложения и эксплуатационные затраты на уста­

новку и работу ЭВМ и связанные с этим расходы по созда­ нию специального оборудования и вспомогательных уст­

ройств могут оказаться выше, чем полученный эффект от

улучшения производственного или технологического процес­

са. Поэтому определение областей экономической целесооб­

разности внедрения ЭВМ в качестве управляющего элемента технологических и производственных процессов является

важнейшей задачей разработчиков технического обеспече­

ния АСУ.

Эффективность использования денежных средств в на­

родном хозяйстве (в том числе средств, затрачиваемых на

внедрение новой техники), в соответствии с действующими

в СССР законоположениями, определяется путем минимиза­

ции следующего функционала:

" - 2

(4.1)

/!= 1

где Эг — эксплуатационные затраты в элементе системы; K i — ка­ питаловложения в этот же элемент; ср — номинальный срок оку­ паемости элемента; i — номер элемента.

Предположим, анализируется два варианта работы ка­

кого-либо объекта. Первый вариант содержит в себе только

локальную систему автоматического регулирования пара­ метров объекта и опишется формулой:

i = m

i = т

 

П = 2

Эга + 2

Kj а

(4.2)

Сра

г = 1

i =

1

 

Второй вариант предполагает внедрение для этого же

объекта АСУ с управляющей ЭВМ в контуре автоматизи­

рованного управления теми же параметрами. В этом случае справедливо равенство

244


i= m

 

 

 

 

2

 

£4 А гм

 

 

 

 

 

 

П*

Эш + 2

 

 

(4.3)

 

 

 

i= 1

4=

1

 

 

 

где Я а

и Лм, 9 ia

и 3 ;М,

/С,-а и К ш <

^га и o iM —

соответственно

экономические функционалы,

эксплуатационных

затрат,

капитало­

вложений ' и

номинальные сроки окупаемости

элементов систем

управления

без применения и с применением ЭВМ.

 

 

Принимая во внимание, что

 

 

 

 

 

 

 

•Эш ==‘Э;а Н~ A3jM>

 

 

(4.4)

ИЛИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

7(га “Ь А^См>

 

 

(4.5)

можно уравнение

(4.3)

записать в следующем виде:

 

Л м = 2

(3(а +

ДЭ,м) +

^ а + Д^г;

(4.6)

 

 

 

 

 

 

г= 1

 

 

г= 1

 

 

 

 

Анализ

равенств

(4.4)

и

(4.5) показывает,

что

ДЭгм и

А К ш

представляют собой соответственно изменения экс­

плуатационных расходов и капиталовложений при переходе

от системы локальной автоматизации к АСУ с управляющей

ЭВМ. Величина А5*M может

быть выражена

формулой

Д'Эгм = Э,м. м +

ДЗгт. м,

(4.7)

где Э;м,м — эксплуатационные расходы собственно ЭВМ и связан­ ных с нею устройств; A3;T.M— снижение эксплуатационных расхо­ дов в технологической схеме объекта, вызванные применением ЭВМ в системе управления.

Применение ЭВМ в качестве управляющего элемента

в АСУ объектом целесообразно; когда выполняется условие:

АЛ = Л м— Л а < 0.

(4.8)

Вычтя из уравнения (4.6) уравнение (4.2) и произведя необ­ ходимые подстановки, получаем: -

I= т

А П — ^

(Зш . м -Ь А Э ^ . м)

i ~

1

+

i — т

K ia+ ДЛгм

 

2

(4.9)

 

 

 

 

i ~ 1

Полагая при этом, что сроки окупаемости локальной системы автоматического регулирования и АСУ с исполь­

245


зованием ЭВМ примерно одинаковы, т. е. сг,-а « а,-м, на­ ходим приближенную зависимость:

 

i — т

 

 

 

 

~

£ *

(^гм. м "Ь

м +

“ 1*

(*4.10)

 

\

 

о/м ./

 

При этом, учитывая также, что обычно справедливо нера­ венство

|ЛЭгТ. м | > ^ 5 ; м - м + ^ j >

(4-П)

можно утверждать, что эксплуатационные затраты в си­ стеме могут быть снижены за счет увеличения абсолютной величины ДЭгт.м, т - е- снижения эксплуатационных расхо­ дов в результате оптимизации технологического режима.

Для локальных систем автоматического регулирования

возможное изменение параметров технологического про­

цесса определяется степенью неравномерности соответст­

вующих регуляторов. Чаще всего общая неравномерность

процесса не превышает2—4%. В этих условиях зависимость между эксплуатационными затратами Д3,-Т.м и парамет­

рами, характеризующими технологический процесс, обыч­

но является линейной. Внедрение в АСУ машинной тех­

ники управления не исключает из контуров системы регу­

ляторы, непосредственно контактирующие с технологиче­ ским процессом. Роль ЭВМ в этих системах заключается

в периодической корректировке регулирующей аппаратуры,

периодической подстройке параметров управляющих воз­

действий на технологический процесс. В соответствии с этим

снижение эксплуатационных расходов линейно зависит от изменений параметров системы:

Д3,'т . м = K

i х - \ - К % у + •••

+ У ; г г >

(4.12)

где K i , /<2........... ,

К п — капиталовложения в элементы системы.

Рассматривая

эту

зависимость,

можно отметить,

что

чем выше изменение независимых переменных параметров

в системе х, у,.....,z, тем больше может быть и снижение экс­ плуатационных расходов, а диапазон этих изменений будет

шире в системе АСУ с ЭВМ, чем в обычных локальных си­

стемах автоматического регулирования, учитывая отмечен­

ные выше особенности последних.

Во-многих реальных случаях, когда изменение незави­

симых переменных параметров технологического процесса чрезмерно велико, зависимость (4.12) может становиться и

246