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

мен. Предположим, что каждая область-система газоснаб­

жения будет характеризоваться следующими показателями:

машиной

|область 1 ------—-----^\обмастьin\ _

а уравнение баланса прихода и ухода газа в области M t может быть представлено так:

Очевидно, этих уравнений будет столько, сколько областей

имеет система газоснабжения. Помимо этого из условий

нормального функционирования всей системы необходимо, чтобы суммарный межобластной обмен газом:

Одной на задач АСУ таким комплексом является нахожде­ ние оптимальных величин возможных обменов газа между

областями, при которых затраты на общий процесс газо­

снабжения в системе станут минимальными. Очевидно,

общие затраты в системе газоснабжения при этом будут

равны аналогичным величинам по областям:

27b

Система будет иметь оптимальные характеристики, еслй минимизировать выражение (4.43) с учетом условия, при

котором переменные системы Qnl, ..., Qnm и Qorl, •••> Qo.rm

будут удовлетворять уравнениям баланса (4.42) и (4.41). Такие проблемы, как уже отмечалось выше, можно ре­ шать централизованным подходом, используя в АСУ одну

мощную ЭЦВМ. Можно применить и двухуровневую кон­

цепцию с ЭЦВМ в каждой области-районе газоснабжения и центральной (ЦЭЦВМ) машиной во главе иерархической пирамиды, как показано на рис. 46. Это типичный пример

двухуровневой организационной структуры АСУ. При

Рис. 47. Схема взаимо­ связей структурных эле­ ментов в АСУ

такой структурной организации каждая из машин решает

строго определенную часть общей задачи минимизации функционала (4.43). Распределение обязанностей между

машинами можно строить на основании принципа предска­ зания взаимодействий. Остановимся на нем и на некоторых положениях общей теории использования ЭЦВМ в АСУ более подробно.

Установление взаимодействия между отдельными эле­ ментами управления на различных уровнях иерархии АСУ

является одним из ключевых вопросов теории организа­

ционной структуры этих комплексов. Очевидно необходи­ мо, чтобы управляющие элементы более высоких уровней некоторым образом влияли и определяли бы функциониро­ вание аналогичных звеньев нижних уровней системы. Эта проблема в теории АСУ носит название координации управ­

ления. Теория координации пока развита для двухуровне­

вых систем, имеющих т элементов управления на уровне, связанном с управляемым процессом, и одним координи­

рующим элементом на верхнем уровне АСУ. Очевидно,

в дальнейшем из таких двухуровневых модулей можно

сложить любую многоуровневую систему, хотя здесь имеют­

279

ся и свои, пока не решенные, трудности. По аналогии со схемой рис. 46 рассмотрим наиболее важные особен­

ности теории координации на примере обобщенной схемы

рис. 47. Здесь управляющие элементы нижнего уровня

Cj и С 2 непосредственно управляют процессом, сообщая

ему управляющие воздействия иг и и 2. На вышележащем

уровне координирующий элемент С0 управляет работой

системы в целом управляющие сигналы иг и и 2 будут опре­

деленным образом зависеть от U 1 и U 2 соответственно, т. е. u 1 = u1 ( U 1) и u 2 = u 2(U 2). Однако при этом следует

учитывать, что сами управляющие сигналы « х и и 2 долж­

ны осуществлять локальные задачи управления объектами

и S j управляемого процесса. В проблеме координации функционирования ЭЦВМ в организационной структуре

АСУ следует различать следующие две ее характеристики:

а) координируемость элементов системы, которая ис­

ходит из следующего положения. При наличии некоторого

множества параметров координации С — {у} система ко­ ординируема, если существует хотя бы один элемент у в С,

при котором и х (у) и и 2 (у) будут удовлетворять, помимо

локальных целей, также и общей задаче управления, т. е.

локальным и глобальному критериям оптимального функ­ ционирования АСУ;

б) стратегия координации элементов системы, заклю­ чающейся в следующем. При наличии АСУ, координируемой как при реализации локальных, так и глобальных крите­ риев оптимального функционирования системы, необходимо решить вопрос выбора стратегии действий для более, эф­ фективной реализации указанной задачи. Этот вопрос са­ мым существенным образом зависит от выбора рода обрат­ ных связей между управляемым процессом и управляю­

щими элементами нижнего уровня иерархической струк­

туры АСУ, что определит перечень и объем информации, необходимой на уровнях иерархии для эффективного функ­ ционирования системы. При анализе структур координа­ ции следует учитывать, что на нижнем уровне управления

АСУ и особенно на уровне объектов управления элементы

последних бывают взаимосвязаны. Здесь между элементами (см. рис. 47), когда общий процесс S управляется некоторым

сигналом и — f(ult и 2), наблюдаются взаимосвязи zx и z2. В стратегии координации функционирования элемен­

тов АСУ можно различать следующие три основные под­

280

хода. Первый из них является некоторым фундаментом,

регламентирующим контакты между ЭЦВМ различных уров­

ней АСУ, и носит название п р е д с к а з а н и я в з а и ­

м о д е й с т в и й этих элементов системы. Если в некото­ ром управляющем сигнале у; в системе, состоящей из ряда

компонентов, будет иметь место некоторый член а ь обус­ ловливающий собой взаимодействие входного параметра с самим управляемым процессом s;, то всегда можно выб­

действия элементов системы можно сформулировать так.

т. е. взаимодействия элементов АСУ являются точно пред­ сказуемыми.

Второй подход содержит здесь р а з д е л е н и е в з а и ­

м о д е й с т в и й элементов системы. Этот принцип мо­

жет быть использован в ситуации, когда координирующая

ЭЦВМ в АСУ предписывает элементам нижнего уровня

выбирать некоторое взаимодействие иг с управляемым про­ цессом, удовлетворяющее локальный критерий функцио­ нирования. При этом для любого сигнала у ЭЦВМ нижнего

ст в и я элементов системы. Здесь координирующая ЭЦВМ

всистеме предписывает элементам нижнего уровня учиты­

вать взаимодействия входов как дополнительные возму­

щения, действующие в входных точках управляемого про­

цесса. Предположим, что диапазон возможных взаимодей­

ствий представляет собой подмножество V] 6 V t. Предпо­

ложим при наличии управления и (у) = / [их (у^, и 2 (у2)],

действующего как и прежде, zx (у) и z2 (у) будут обозначать при этом взаимодействия сигналов в входных точках управ­

ляемого процесса s. При этом принцип оценки взаимодейст­ вия элементов системы формулируется так. Управление

и (у) = / [«i.(yi), и г (у2) ] будет удовлетворять общей гло­

бальной цели в системе, если

Следовательно, при наличии управляющего сигнала в си­

стеме у, при котором будут удовлетворяться уравнения

(4.44), (4.45) или (4.46) и иметь место оптимальное управ­

ление и(у), можно говорить о координируемости АСУ, т. е. о наличии правильного взаимодействия между ее элементами и, в частности, ЭЦВМ на различных уровнях иерархической организационной структуры. Вернемся теперь к задаче, представленной на рис. 46. С учетом ска­ занного выше, в системе обязанности между ЭЦВМ можно по

разным уровням сформулировать так. Каждая ЭЦВМ об­

ласти-района газоснабжения будет решать задачу выхода наУпт F t (QUi) по Qni при условии выполнения уравнения

(4.41). ЦЭЦВМ при этом формулирует и выдает величину z*, которая является опорным уровнем взаимообмена. Оче­

видно, при этом будет соблюдаться и фактор минимизации уравнения (4.43). Нередко такая многоуровневая схема

управления с использованием ЭЦВМ на каждом уровне

при наличии ЦЭЦВМ во главе пирамиды иерархии АСУ является предпочтительней, нежели централизованная сис­ тема. Можно привести некоторые экономические, техни­ ческие и эксплуатационные моменты, говорящие в пользу этого положения.

При многоуровневом использовании ЭЦВМ в схеме АСУ

на решение той или иной задачи обычно затрачивается меньше машинного времени и необходимы устройства с мень­ шим объемом памяти. При сложных автоматизированных системах управления в верху иерархической пирамиды по­ требуется машина с колоссальной памятью и большими

возможностями в смысле решения задач управления, что

пока практически трудно осуществить. Вот почему созда­

ние в АСУ ГИВЦ, КИВЦ и РИВЦ является вполне обос­

нованным и необходимым мероприятием. В коммунальных

системах создание многоуровневых АСУ с использованием ЭЦВМ на различных уровнях управления позволит при

282