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

помощи последних решить задачи и для других, смежных

объектов, подсистем, отраслей в городских условиях. Кро­

ме того, имеется возможность расширить систему, создать сверхобъединения, как показано на рис. 48. Система управ­ ления более надежна. Выход из строя ЭЦВМ одной какойлибо области не остановит функционирования всей АСУ. Функции вышедшей из строя машины временно могут взять на себя ЭЦВМ других областей. Нередко при таких

структурах имеются изменения в конфигурации системы

гивц.

Рис. 48. Схема сверхобъединения вычислительных центров в АСУ

управления. АСУ многоуровневого типа менее чувстви­ тельна к таким моментам. Если в какой-то области проис­

ходят какие-то сдвиги или изменения, то это может сказать­

ся на локальных ее характеристиках, а общие цели и пара­ метры затрагиваются при этом мало. При централизованном управлении эти моменты проходят в системе более сложно, так как нередко меняются большие объемы математическо­ го, а иногда и технического обеспечений.

Многоуровневая концепция построения АСУ может

с успехом быть использована и в двух областях системо­

техники: при разработке алгоритмов решения сложных проблем и на стадии их формулировки для сложных боль­ ших систем. Характерным примером в этом случае может служить декомпозиция крупномасштабных задач оптими­ зации для сложных больших систем. Вся проблема разби­

вается на ряд подпроблем, решение которых менее трудоем­

ко. Процессы проектирования в системотехнике сложных

систем при стратифицированном описании более доступны

и эффективны. Обычно эти процессы начинаются со страты

высшего уровня, где формируются глобальные цели и

функции системы. Затем переходят к описанию более ниже­ лежащих страт уже с конкретными целями и функциями узкого плана. Исследуются взаимосвязи между стратами,

устанавливаются границы функционирования последних

и т. п. Такой подход к решению этих задач конечно более

эффективен и точен в реализации.

В многоуровневых АСУ при правильной координации

работы ЭЦВМ различных уровней управления общий опти­

мум в системе всегда может быть достигнут за счет решения

задач локальной оптимизации в областях. Принцип оценки

взаимодействия может быть применен и в ситуациях, когда перед АСУ ставится задача достижения не общего или ло­

кальных оптимумов, а улучшения за счет координационных

приемов функционирования всей системы. В большинстве

своем в этих ситуациях элементы системы взаимодействуют при наличии внешних возмущений.

Очень важное значение при построении АСУ имеют во­

просы и организации при многоуровневой концепции мощ­

ных вычислительных систем, основанных, что уже отмеча­

лось выше, на принципах мультипрограммирования с раз­

делением времени. В этих системах одна мощная ЦЭЦВМ

будет работать в режиме раздельного обслуживания под­

ведомственных областей и их элементов. Однако для эф­ фективного функционирования таких сложных вычисли­ тельных комплексов необходимы и мощные системы матема­

тического обеспечения, создание которых вызывает пока что определенные трудности на пути их реализации. Поэ­

тому пока что построение АСУ многоуровневого типа, с ис­

пользованием на последних ЭЦВМ для управления боль­

шими системами, является наиболее разрешимой и реаль­

ной задачей. Иерархическая система управления обеспечит наилучшее решение большого многообразия задач путем использования ЭЦВМ на различных уровнях. В принципе здесь можно использовать на всех уровнях однотипные ЭЦВМ. При этом обычно решаются емкие, большие задачи, реализовывать которые можно с меньшей затратой машин­ ного времени. Более целесообразной структурой, в част­

ности для управления системой трубопроводов в условиях

коммунальных хозяйств крупных городов, может служить

иерархическая организация АСУ с использованием на раз­

личных уровнях ЭЦВМ с увеличивающейся сложностью и мощностью в направлении от нижнего уровня к вершине

пирамиды. Поэтому в системе в зависимости от производи­

тельности той или иной машины и ее возможностей и ре­

284

шаются различные задачи управления всем комплексом.

Такие АСУ, представляя собой единые комплексы ЭЦВМ

и других средств вычислительной техники, математического, информационного обеспечений и организационно-техниче­ ских мероприятий, обеспечивают эффективное функциони­ рование всей системы в целом, экономичное решение задач управления трубопроводами коммунальных хозяйств. Обыч­ но на нижнем уровне управления в этих АСУ устанавливают относительно простые, но высоконадежные ЭЦВМ, спо­

собные непосредственно работать с объектом управления

в истинном масштабе времени, а на верхнем уровне управ­

ления в качестве ЦЭЦВМ — машины с системой мульти­

программирования, прерывания программ и мощным мате­

матическим обеспечением. Взаимодействие этой машины

с ЭЦВМ нижележащих уровней заключается в решении задач оптимальных общесистемного характера, планиро­ вания и организации работ на объектах и предприятиях отрасли, т. е. в основном организационно-технических и

экономических проблем управления. При таком исполь­

зовании ЭЦВМ в АСУ последняя будет относительно легко

вписываться в общегосударственную систему управления

Наша промышленность выпускает малые и большие

ЭЦВМ, которые с успехом могут быть использованы при

различных ситуациях построения организационных струк­

тур АСУ. К малым ЭЦВМ относятся «Проминь», «Мир»,

«Наири» и др.

«Проминь» предназначается для автоматизации различ­

ных инженерных расчетов, причем расчетный алгоритм решаемой задачи вводится в машину путем набора команд на бесконтактном магнитном коммутаторе'пульта управле­ ния ее функционированием. ЭЦВМ «Мир» выполняет мно­ гие сложные математические расчеты и операции, включая

задачи линейного программирования, решения сложных

систем линейных и нелинейных дифференциальных уравне­ ний и т. п. Расчетный алгоритм решаемой задачи вводится в машину путем различных слов, чисел и формул. ЭЦВМ

«Наири» предназначается для решения инженерных и эко­

номических задач большого круга. Здесь применяется весь­

ма удобная система автоматического программирования

решаемых задач, использующая язык, близкий к матема­

тическому. Машина располагает внутренней библиотекой подпрограмм, .используемых для решения типовых задач.

285

Выпускается и 'ряд специализированных машин этого класса, которые с успехом используют для автоматизации производственных и технологических процессов. Имеются

иЭЦВМ, специально сконструированные для целей управ­ ления этими процессами. К ним можно отнести машину «Днепр», которая по специальной программе может конт­ ролировать работу самых различных датчиков на управ­

ляемых объектах и выдавать управляющие команды по

соответствующему поддержанию процесса. Программы вво­

дятся в машину с помощью перфолент, результаты контроля

иуправления регистрируются. ЭЦВМ «УМ-1» по своим ка­ чественным характеристикам аналогична машине «Днепр», ВНИИЭМ и другим, но может решать и задачи оптимизации.

Кболее мощным и производительным машинам следует отнести ЭЦВМ серии «Минск». Машина «Минск-22» пред­ назначена для решения планово-экономических и техни­ ческих задач в условиях'автоматизированного и неавтома­

тизированного производства. Она, обладая агрегатной

системой блоков, весьма гибка и применима для самых

различных решений. Достоинством машины является воз­

можность ввода в нее информации во время выполнения раз­

личных расчетов. Она обладает достаточно высокой внеш­

ней и оперативной памятью. Машина «Минск-32» имеет

способность сопрягаться с каналами связи АСУ. Информа­

цию в эти машины вводят с перфолент, перфокарт, а выводят на пишущую машинку, перфокарту и перфоленту. К этой

же серии относится и машина «Минск-23», которая также ориентирована на обработку потоков технико-экономиче­ ской информации. К сожалению, эта машина несовместима

с«Минск-22» и «Минск-32», но является наиболее дешевой ЭЦВМ для своего класса. Информация здесь также вводится

сперфокарт и перфолент.

ЭЦВМ «Урал-11» предназначена для решения планово­

производственных, учетных, статистических, информа­ ционных, технико-экономических и технических — инже­ нерных задач. Результаты вычислений выводятся и фикси­ руются на перфокартах, перфо- и магнитных лентах, на печать и регистрацию в специальных устройствах. Ввод

и вывод информации в машину осуществляется включением

до 16 устройств, выполняющих эти операции. Машина

обладает высоким быстродействием, большой памятью и

надежностью в работе. К этому же классу больших машин можно отнести «БЭСМ-4», «БЭСМ-6 », «М-220», «М-1000»,

«М-2000», «М-4000», «ЕС-1020» и др. В большинстве своем они

2 86

третьего поколения. За 20 лет существования вычислитель­ ной техники ЭЦВМ от поколения к поколению совершенст­

вовались и модернизировались. Если машины первого поко­ ления представляли собой громоздкие ламповые модели,

то уже ЭЦВМ второго поколения были настроены на ми­

ниатюрных полупроводниках диодах и триодах, которые

обеспечивают им 'большое! быстродействие и надежность. Следует отметить, что хотя машины первого и второго по­

коления использовали для решения отдельных задач управ­

ления производственными и технологическими процессами,

они не в полной мере отвечали требованиям построения ком­

плексных автоматизированных систем управления. Машины

первого и второго поколений не обладали необходимыми

средствами сбора и накопления информации, небольшой

памятью и т. п.

С развитием микроэлектроники возможности конструи­

рования более совершенных ЭЦВМ резко повысились. Га­

бариты этих машин уменьшились, их устройства и блоки стали компактнее, надежнее в работе. Они способны ре­

шать более сложные и объемные задачи. Машины третьего

поколения обладают большим быстродействием. К примеру, скорость операций в машине «М-4000» равна 50-миллиард­

ным долям секунды. Машина работает с разделением про­

грамм и способна выполнять одновременно до 15 разных заданий. Она вооружена средствами регистрации и ви­

зуального контроля при помощи телевизионной аппарату­ ры, сопрягается с каналами передачи информации в АСУ, имеет внешние накопители информации на магнитных лен­ тах, дисках, барабанах. ЭЦВМ «М-4000» построена из от­

дельных типовых агрегатов, которые допускают различные

комбинации набора в зависимости от требований ее исполь­ зования. Машины третьего поколения используются в АСУ

весьма эффективно и перспективно. Они отражают состоя­

ние технических средств, и намечено их более широкое раз­ витие в ближайшем будущем.

§ 5. ПРИМЕНЕНИЕ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ В АСУ

Аналоговые вычислительные машины непрерывного действия в органическом единстве с специализированными

устройствами и цифровой техникой занимают достойное

место в автоматизированных системах управления про­ изводственными и технологическими процессами и особенно

287

вАСУТП. Их с успехом применяют и в вычислительных системах.

Ваналоговых вычислительных машинах, нередко назы­ ваемых еще электронными моделирующими устройствами,

влюбой момент времени моделируемый процесс в виде ис­

ходных величин представляется определенными значения­

ми машинных переменных. Именно поэтому эти устройства

нередко и называются вычислительными машинами непре­

рывного действия. Задачи на этих устройствах набираются обычно легче, чем на ЭЦВМ, однако точность результатов

здесь ниже. Серийные аналоговые вычислительные машины

получили в последнее время широкое распространение. Надо

сказать, что для решения инженерно-технических задач

в АСУТП, и особенно по моделированию технологических

динамических процессов, наибольшее распространение и

применение получили именно эти вычислительные устрой­

ства. Целесообразность применения их для расчетов и

анализа нестационарных процессов в трубопроводных систе­ мах коммунальных хозяйств страны очевидна. Решение этих гидрогазодинамических задач на ЭВМ непрерывного дей­ ствия является одной из операций в АСУ, которая требует

специального методического обоснования. Большая точ­

ность решения задач при использовании ЭЦВМ в значи­

тельной степени обесценивается невысокой точностью на­

чальных и граничных условий в практических задачах.

Следует отметить также сравнительно большую трату вре­ мени на подготовку программ и обработку полученных

результатов. Для режимов оперативного управления в АСУ

трубопроводными системами это, конечно, неприемлемо. Все эти трудности устраняются при использовании ЭВМ непрерывного действия.

Эти установки могут быть применены и для систем авто­ матизированного проектирования трубопроводов в ком­ мунальных хозяйствах, а также для определения их ак­

кумулирующей способности. На них можно выполнять

весьма сложные расчеты нестационарных процессов в дей­ ствующих трубопроводных объектах. Для оперативного управления процессами здесь можно применять серийные

аналоговые математические машины непрерывного дейст­

вия типа МН-7, МПТ-9, ЭМУ-8 , ЭМУ-10, МН-17 и др. Как

уже отмечалось, эти математические модели серийного типа

можно рассматривать как различные варианты вычисли­

тельных устройств, в которых исходные математические зависимости, описывающие моделируемый процесс, заме­

298