Проблематика проектирования сложных распределенных сетей Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 681.05

ПРОБЛЕМАТИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЕТЕЙ Молодорич Людмила Ивановна, студент (e-mail: molod555p@bk.ru) Хасанов Алексей Романович, к.т.н., доцент Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, Россия

В данной статье раскрывается необходимость моделирования сетей, также рассмотрены некоторые программные средства для проектирования сетей.

Ключевые слова: математическое моделирование, распределенная система, геоинформационная система

На современных промышленных объектах находится множество различных сетей распределения ресурсов, например, тепловые сети, сети водоснабжения. Эти сети представляют собой мощные системы, обеспечивающие нагрузки различных потребителей. Протяженности трубопроводов таких систем достигают сотен километров, а их диаметры до 1400 мм.

В связи с необходимостью оптимизации расходов разнообразных энергоресурсов на производстве возможно возникновение потребности в изменении структуры самой сети, отдельных ее параметров, например, добавление или удаление потребителя или источника, либо изменение в его структуре [1].

Сложно предсказать результат подобного изменения на крупном производстве без применения специальных методов проектирования систем. В лучшем случае оно приведет к нехватке ресурса на потребителе или группе потребителей, в худшем же - к аварийной ситуации на предприятии.

Для решения задач оптимального распределения энергоресурсов с расчетной оценкой их расхода, а также снижения аварийных ситуаций на различных объектах, производится математическое моделирование сложных распределенных сетей, позволяющее представить процессы, протекающие в реальных объектах в виде набора математических операций [2].

Существуют различные виды программных пакетов, реализующих потребность математического моделирования объектов. Рассмотрим некоторые из них.

Геоинформационная система Zulu позволяет создавать всевозможные карты в географических проекциях, план-схемы, в том числе и схемы инженерных сетей благодаря наличию модулей расширения приложения. К числу таких модулей относятся приложения, позволяющие производить расчет систем теплоснабжения (ZuluThermo), водоснабжения (ZuluHydro), газовых систем (ZuluGas), а так же паропроводов (ZuluSteam) [3].

Рассмотри модуль 7и1иИуёго, который позволяет создавать расчетную математическую модель водопроводной сети. Также этот модуль позволяет решать задачи паспортизации сети, осуществлять топологический анализ, выполнять расчеты различных статических гидравлических режимов.

При работе в геоинформационной системе сеть достаточно просто и быстро заносится с помощью мышки или по координатам. При этом сразу формируется расчетная модель, инженеру остается лишь задать расчетные параметры объектов. Пример системы водоснабжения, построенной в системе Zi.il цНуёго, представлен на рисунке 1._

j Zulu 7.0 - [Шымсент*]

^ H^i1

¡Э Файл Правка Сдой Карта Вид Растр Таблица Задачи Сервис Окно Справка & ' [£Г # & И Ш й Система водоснабжения 9 - & | Ч "« % К | »►

в X

; Ш!

К

Ш ®

LS: В Ш Ч, £1 а О

S \ у. \ У g

¿ЫиНусЬ'О

Система водоснабжения

Поверочный Конструкторский Гщроуцар Сервис

- ■■0 Система водоснабжения + ■■0 Источник 10 ;■■■■ 0 Источник 1

Расчет на | расчетные расксды * | День бщний

[7 Нефиксированный отбор Разрывы сети

Диаметры из консгруктроского расчета Раскраска

Расчет ~] | Настройки | | Справка | | Закрыть

Х:4689673.20 м Y:12547137.17 iu

Рисунок 1 - Изображение окна приложения 7и1иИуёго с водопроводной

системой

Для формирования полнофункциональной модели требуется большой объем исходных данных, который на практике не всегда можно получить оперативно.

Другим программно-прикладным пакетом визуального математического моделирования является У1б81ш, который позволяет осуществлять моделирование как статических, так и динамических систем.

Программно-прикладной пакет У1б81ш содержит множество блоков, применение которых поможет реализовать разнообразные задачи, например, представлять систему в виде передаточных функций, использовать булевы функции, работать с матричным представлением, создавать из непрерывных систем дискретные и другие.

Кроме того, отслеживать процессы системы можно в реальном времени, а также имеется функция экспорта данных из системы или импорта данных в систему. Для работы с этим приложением не требуются навыки программирования на языках высокого уровня, ведь программа состоит из блоков. Однако имеется возможность создавать собственные блоки.

Благодаря возможности моделирования динамических (переходных) режимов сетей, наличию мощного математического аппарата, а так же универсальности применения целесообразно использовать У1б81ш для моделирования сложных распределенных сетей.

Для создания системы необходимо будет сначала представить объекты (насосы, задвижки, трубопроводы, потребители) в виде математических уравнений. Далее эти уравнения набираются в виде стандартных блоков и функций пользователя в среде У^Бт.

Для примера модели, набранной с использованием блоков У1б81ш, на рисунке 2 представлена простейшая схема водоснабжения от источника к потребителю через трубопроводы и узлы слияния и деления потоков, а на рисунке 3 представлена структура блока «Трубопровод».

VisSim - [Пример модели водоснабжения]

File Edit View Simulate Analyze Blocks Tools Window Help

ЕИИ

□ & у

► $

Ш-1 В-1 El-1 И-1 И-1 M-i : IE

►OD

Ю О ® Ш ® ®

label 33- -ti М-;-' EüJ

ОсТ

ш

м нш azj- п> ш s ш

& ш м> -из

н/ст

Н Tpyio" V

Н Труйоциесд >\ Труйоцкесд С > м4

Blk: 930 Rng 0:1000

Л

Рисунок 2 - Изображение окна У1б81ш с системой водоснабжения.

«Трубопровод».

В заключении отметим, что моделирование реальных процессов позволяет спрогнозировать поведение моделируемой системы при тех или иных изменениях в ней, благодаря чему возможно оптимальное использование энергоресурсов.

Список литературы

1. Сеннова, Е.В. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем / Е.В. Сеннова, В.Г. Сидлер. - Новосибирск: Наука, 1987.

2. Введение в математическое моделирование: учебное пособие / под ред. П.В. Тру-сова. - М.; Логос, 2014. - 440 с.

3. Ссылка на электронный ресурс: http://www.politerm.com.ru/zulu/index.htm

Molodorich Lyudmila Ivanovna, student

(e-mail: molod555p@bk.ru)

South Ural State University, Chelyabinsk, Russia

Khasanov Aleksey Romanovich, Cand.Tech.Sci. associate professor

South Ural State University, Chelyabinsk, Russia

THE PROBLEMS OF DESIGN OF COMPLEX DISTRIBUTED SYSTEMS

Abstract. This article describes the need for systems modeling, and discusses some software for complex distributed system design.

Keywords: Mathematical modeling, distributed systems, geographic information system