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
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