CC BY
63
УДК 697.31
ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
В.Н.Лосев1, Ю.А Петренко2 1ЗАО «Климат проф», 196128, г. Санкт-Петербург, Варшавская ул., д. 2, кор. 1, лит. «Д 2Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7 Аннотация - Рассмотрены принципы построения моделей сложных технических систем с акцентом на моделировании систем централизованного теплоснабжения (СЦТ). Отмечено, что формирование моделей СЦТ может корректно осуществляться только с участием эксплуатационных организаций, эмпирический опыт которых подлежит анализу с целью выявления формализуемых и неформализуемых явлений.
Ключевые слова: теплоснабжение; функционирование системы; механизм сбора информации; описание состава и свойств; формирование модели; оперативно-диспетчерское управление
PRINCIPLES OF MODELLING THE CENTRALIZED HEAT SUPPLY SYSTEMS
V.N.Losev, ro. A Petrenko Joint-Stock Company «the Climate prof»,
1196128, St.-Petersburg, the Warsaw street, 6. 2, barks. 1, lit. «D» St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky, 7 The summary - Principles of construction of models of difficult technical systems with accent on modeling the centralized heat supply (CHS) systems Are considered. It is noticed that formation of CHS models can be carried correctly out only with participation of the operational organizations which empirical experience is subject to the analysis for the purpose of revealing of the formalizable and non-formalizable phenomena.
Keywords: a heat supply; system functioning; the mechanism of gathering of the information; the description of structure and properties; model formation; operatively-dispatching management
Метасистема теплоснабжения
Санкт-Петербурга, как макрообъект управления в целом, так и ее отдельные составляющие (системы различной организационной принадлежности или оперативного подчинения), обладают большинством характерных признаков сложных технических систем (СТС):
1. Существует единая цель функционирования системы.
2. Система состоит из сравнительно большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Элементы могут быть типовыми, т.е. правила их внутреннего функционирования и взаимодействия с окружением могут совпадать.
3. К системе применим принцип декомпозиции: СТС можно расчленить (не обязательно единственным образом) на конечное число частей, т.н. подсистем СТС, в свою очередь допускающих деление на конечное число более мелких подсистем, и т.д. до в пределе элементов
СТС, неделимых объективно или в соответствии с принятыми допущениями.
4. Взаимодействие элементов в системе осуществляется путем обмена веществом, энергией, данными.
5. Допустим неединственный характер функционирования системы.
6. Управление системой носит иерархический характер. Т.е., имеется подчиненность частей системы в виде наличия неравноправных связей между ее элементами, когда воздействие в одном из направлений оказывают гораздо большее влияние на элемент, чем в другом.
7. Могут быть выделены интегральные свойства системы, отсутствующие у любого из отдельных ее элементов или их совокупностей (изделий, сборочных единиц, агрегатов, подсистем).
Укрупненная схема взаимодействия объекта управления (ОУ) и системы управления (СУ), в данном случае - системы централизованного теплоснабжения (СЦТ) и организации, эксплуатирующей данную СТС, представлена на рис.1. Под
"окружающей средой" (ОС), в данной постановке, можно понимать любые природные и (или) техногенные факторы, существующие объективно и не входящие в состав СТС, но прямо или косвенно оказывающие влияние на ее функционирование.
В хозяйственной деятельности организации, эксплуатирующей СЦТ, явно или неявно используются различные модели ОУ. Замещение объекта-оригинала (системы СЦТ) моделью вызвано необходимостью корректного формализованного описания задачи, допускающей таковой подход, с целью применения для анализа логического и математического аппарата, обеспечивающего целостный подход к анализу ОУ.
данные о состоянии ОУ
Рисунок 1 - Укрупненная схема взаимодействия с объектом управления
Следует признать, однако, что часть процедур считается неформализуемой. Такие процедуры требуют организации интерактивного взаимодействия модели и пользователя. Одной из проблем является достижение оптимального соотношения процедур двух видов.
В настоящей работе авторы делают попытку рассмотреть принципы построения моделей СТС, акцентирую внимание на моделировании СЦТ.
В зависимости от решаемых задач изменяется состав и назначение моделей СТС. На рис. 2 представлены возможные цели использования моделей СТС теплоснабжения, а также путь их эволюционирования "от простого к сложному".
Несмотря на необходимую нормативную регламентацию практически всех действий, связанных с проектированием, строительством, эксплуатацией и ремонтом (реконструкцией, модернизацией) СЦТ, работа предприятий сохраняет многие черты научного исследования.
Одним из этапов исследования является построение механизма сбора ин-
формации о СТС и окружающей среде. Целям описания состава и свойств СТС служат модели, обеспечивающие т.н. "паспортизацию" подсистем и элементов СТС в терминах, характерных для некоторой предметной области. В частности, для инженерных коммуникаций СЦТ характерно выделение и описание линейных и узловых сооружений, источников теплоснабжения, управляющих устройств, вспомогательных систем (дренирование, электрохимической защиты (ЭХЗ), связь и т.п.).
"паспортизация“, сбор и хранение данных о состоянии СТС
прикладные расчеты: теплогидравлические, диагностические и т.д.
оперативно-диспетчерское управление, производственные мероприятия, изменения в СТС
Рисунок 2 - Назначение моделей СТС ЦТС
Данные модели обеспечивают возможности сбора и хранения условнопостоянной ("паспортизация") и условнопеременной, в т.ч. хронологически привязанной информации о значениях количественных и качественных характеристик элементов СТС. Также подлежат описанию и измерению производственные мероприятия и иные события, вызывающие изменение свойств СТС или ее отдельных элементов.
В целом, описательные (измерительные) модели деятельности эксплуатационной организации достаточно хорошо описываются уже ранее формулируемой [1] " объектно-событийной парадигмой" применительно к хозяйствующему субъекту (рис. 3).
Рисунок 3 - Объектно-событийная связь
Подсистемы и элементы, имеющие количественное (и качественное) описание, могут быть объектами численного
анализа, т.е. могут подлежать оцениванию. Известной спецификой коммуникационных СТС, и СЦТ в частности, является необходимость расчета режимов по-токораспределения теплоносителя в системах транспортирования к потребителю. Использование для этих задач математического аппарата теории графов стало уже тривиальной задачей. Под прогнозированием подразумевается предсказывание оценок состояния или характера его изменения всей СТС или отдельных ее элементов (совокупностей элементов) в будущем на основании данных о их состоянии в прошлом и настоящем. Прогнозирование особенно важно, как результирующий этап в задачах совместной обработки информации о вредных действующих факторах и отказах элементов СТС.
Задачи оперативно-диспетчерского управления (ведение режимов работы; производство переключений, пусков и остановов устройств; локализация аварийных участков; управление подключением потребителей), планирования производственно-технических мероприятий и т.п. решаются в составе моделей, соответствующих уровню планирования и управления. Несмотря на колоссальное многообразие возможных ситуаций, практически все они сводятся к универсалии: событие (планируемое или фиксируемое) приводит к предопределенному изменению свойств соответствующих
элементов или их совокупностей в составе модели СТС.
Характерной особенностью моделирования СТС является то, что планирование и управление тесно связаны с оцениванием и прогнозированием. Характерный пример: планирование переключений насосов и (или) запорной арматуры на основе оценивания гидравлического режима работы трубопроводной сети.
Задачи синтеза на стадии эксплуатации СТС не рассматриваются и могут представлять интерес только при автоматизированном стратегическом планировании развития системы и для разработчиков принципиально новых способов организации СЦТ или ее подсистем.
Важной особенностью СТС является существование т.н. жизненного цикла (life cycle), т.е. упорядоченной последовательности именованных состояний, в которых может находиться элемент (подсистема) СТС, и характеризующихся обусловленным набором параметров и правил взаимодействия с другими элементами СТС.
Характерный обобщенный жизненный цикл элемента (подсистемы) СЦТ приведен на рис. 4. Его состав может меняться в зависимости от новизны, ремонтопригодности, возможности регулирования соответствующего элемента (подсистемы) СТС. Определение жизненного цикла является условием корректности формирования даже описательных моделей.
Рисунок 4 - Укрупненный жизненный цикл элемента (подсистемы) СЦТ
Рассмотрим из чего формируется модель СТС. Возможные виды объектов моделирования представлены на рис. 5.
СТС может быть, в соответствии с принципом декомпозиции, подразделена на подсистемы различных уровней и эле-
менты этих подсистем (элементы и подсистемы могут иметь физическое воплощение или же быть абстрактными, понятийными). Все это представляет собой элементы СТС и их структуру. Взаимодействие элементов СТС между собой описывается при помощи правил отношения и правил поведения. Жизненные
циклы элементов СТС находят свое воплощение через совокупность состояний. Деятельность системы описывается через совокупность функций. Эволюция в модели СТС обеспечивает возможности синтеза. Данный раздел наиболее труден и обычно не реализуется.
Рисунок 5 - Объекты моделирования
Неуклонное распространение
средств микропроцессорной техники и, как частного случая, компьютерных систем и соответствующего ПО, ставит перед организациями ТЭК задачу осмысленного использования существующих решений прикладных программноаппаратных комплексов, а также тесного взаимодействия с разработчиками по развитию средств моделирования СТС ТЭК. Очевидно, что именно эксплуатационная организация является преимущественным источником информации о фактическом характере функционирования СТС в целом и ее отдельных элементов и имеет наиболее полное представление:
• о фактическом изменении свойств элементов (подсистем) СТС в процессе эксплуатации;
• о фактических повреждениях элементов (подсистем) СТС в процессе эксплуатации;
• о фактических методах мониторинга состояния СТС;
• о фактических методах ведения хозяйственной деятельности.
Формирование моделей СЦТ, направленных (см. рис.2) на оценивание и прогнозирование, а тем более планирование может корректно осуществляться только с участием эксплуатационных организаций, эмпирический опыт которых подлежит анализу с целью выявления формализуемых и неформализуемых явлений, первые из которых подлежат информационному описанию в модели СТС, а вторые - учету там же в виде возможности директивного вмешательства.
Литература
1. Верховский Д.Д., Лосев В.Н., Стрелова М.Д. Информационное обеспечение задач повреждаемости территориально распределенных инженерно-технических систем // Энергонадзор-информ, № 1, 2002, СПб. - с. 21_23.
1 Лосев Владимир Николаевич, старший системный администратор ЗАО «Климат проф», Тел. (812) 327-12-00, E-mail: info(aiklimat-prof.ru
2 Петренко Юрий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовой техники» СПбГУСЭ, тел.: (812) 3684289, E-mail:[email protected]
