Структура СППР МОС

С одной стороны, от качества введенной в базы данных информации зависит ее дальнейшее использование, с другой — эта операция является одной из самых трудоемких, поскольку, как правило, требует использования ручных операций. Поэтому в функции блока «Ввод данных» входит организация интерфейса «пользователь — СППР» (обеспечивающего удобный и оперативный ввод данных в систему и позволяющего максимально сократить время на процедуру ввода данных) и организация первичного контроля за корректностью вводимых данных (обеспечивающего защиту от случайных ошибок, опечаток, сбоев при вводе данных и т. п.). [3].

Созданная нами база данных — диспетчерский журнал для оросительной системы — содержит несколько таблиц для каждой насосной станции оросительной системы. В состав базы данных входят таблицы для хранения сведений из заявок, данных, полученных с насосных станций. Структура базы данных позволяет выполнять широкий круг запросов и получать необходимые отчеты.

Основу программного обеспечения системы составляет файловая система, состоящая из набора связанных таблиц формата Access, что наиболее удобно для сотрудников управления оросительной системы, так как не требует наличия более мощного и современного компьютерного обеспечения и не требует особых знаний программного обеспечения. Взаимодействие приложения с конкретной системой управления базой данных происходит посредством Borland Database Engine (BDE) — процессора баз данных фирмы Enterprise.

Для организации управления информационными потоками между файлами базы данных системы и обеспечения создания, ведения, обработки и хранения информации, в состав информационного обеспечения входит и программная составляющая. Это не отдельно выделенный программный модуль или блок программ, а набор программных процедур, относящихся к разным подсистемам и решающих задачи информационного взаимодействия между подсистемами СППР.

Файловая составляющая информационного обеспечения СППР представляет собой совокупность достоверных сведений о структуре оросительной сети, составе гидротехнических сооружений системы, пропускной способности гидротехнических сооружений, результатах расчета внутрихозяйственных и системного планов водопользования, фактических данных о ходе проведения поливов и использовании оросительной воды в хозяйствах.

Все файлы, содержащие показатели водораспределения, генерируются и заполняются по запросу пользователя. Программный интерфейс СППР предусматривает возможность ручного ввода и корректировки значений этих показателей.

Базу данных СППР, точнее рабочее пространство базы данных составляют таблицы типа mdb. Кроме рабочих таблиц, в системе предусмотрено ведение архива. Физически архивный вариант представляет собой отдельный каталог на жестком диске компьютера, где хранится полный набор рабочих таблиц.

При разработке информационного обеспечения систематизированы информационные потоки. Это, в свою очередь, создает предпосылки для построения информационно-справочной системы водопользования региональных Департаментов Мелиоводхозов, а в перспективе и общегосударственной информационной системы водопользования, которая, наряду с другими видами информации, могла бы содержать ретроспективные данные о плановых и фактических показателях эксплуатации оросительных систем.

Программное обеспечение строится на базе имеющихся на рынке программного обеспечения операционных систем и программных средств, обеспечивающих взаимодействие приложения с базой данных. Инструментальное программное обеспечение должно включать средства, обеспечивающие возможность разработки и развития прикладного программного обеспечения. Прикладное программное обеспечение служит для решения конкретных задач, возникающих при планировании водораспределения в управлении оросительными системами.

При разработке программного обеспечения проанализирован состав решаемых задач, разработаны и исследованы различные варианты их решения. Определяющее требование — устойчивая работа программного обеспечения, достоверность получаемых результатов, очевидность и простота пользовательского интерфейса программы.

В соответствии с общей постановкой задачи прикладное программное обеспечение СППР реализует возможность гибкой настройки средств СППР и предусматривает возможность их использования при составлении планов на произвольной оросительной системе.

Универсальность СППР достигается двумя факторами: структурой построения информационного обеспечения и универсальностью алгоритмов. Работа в СППР начинается с запуска специального приложения, называемого «Мониторинг ОС». После запуска приложения открывается окно рабочей области, где диспетчер видит данные, заносимые в диспетчерский журнал.

Настройка средств СППР на оросительную систему осуществляется в процессе заполнения базы данных системы конкретной информацией, которая характеризует административную принадлежность орошаемых земель, структуру оросительной сети, состав гидротехнических сооружений, их технические характеристики и т. д.

Такая база данных позволяет: — автоматизировать документооборот всей оросительной системы; - рассчитывать параметры, оценивающие эффективность работы оросительных систем, и проводить детальный анализ недостатков работы оросительной системы; - заложить информационную основу к автоматизированным экспертным системам, которые на основе математического моделирования будут давать оценку тем или иным управленческим решениям, а также таким системам, как СППР.

Помимо ведения диспетчерского журнала, информационное приложение «Мониторинг ОС» позволяет формировать план водораспределения на оросительной системе на необходимый период. Алгоритм формирования плана водораспределения призван обеспечить предварительную подготовку системы к управлению. Это означает, что службы системы, обеспечивающие центральное управление процессом, должны знать графики подачи воды по каждому из них, а в случае выполнения управляющих функций ЭВМ, эта информация должна быть заблаговременно внесена в память управляющей ЭВМ и являться исходным базисом для всего процесса управления [3].

При входе в режим формирования плана водораспределения создаются файлы, в которых будут храниться данные о заявленных расходах на водоподачу; после чего указывается дата, на которую будет формироваться план водораспределения. Ввод заявок может осуществляться за несколько суток до дня управления, позволяя диспетчеру выполнять эту операцию в удобное для него время и не отрываться от процесса управления в технологически сложные моменты времени. Предусматривается также возможность корректировки плана, если у водопользователей будут для этого объективные обстоятельства. Идентификация субъектов системы управления производится по закрепленным за ними номерам в системе (присвоение таких номеров производится в окне настроек главной формы приложения). Основная задача расчета плана водораспределения — определить режимы работы головной насосной станции, подающей воду в систему, и перегораживающих сооружений, обеспечивающих управление каналами ОС с учетом времен добегания расходов до каждого водовыдела, а также обеспечения командных уровней в бьефах каналов.

Расчет плана водораспределения строится на основе введенных заявок на водоподачу по каждому водопотребителю и имеющихся в информационно-справочной системе пакета данных о ее конфигурации, работоспособности на данный момент времени, времени добегания и т. п.

Расход на i-ом перегораживающем сооружении определяется по формуле:

(1).

где.

— время, на которое производится расчет;

— номер перегораживающего сооружения в системе;

— номер нижележащего перегораживающего сооружения;

— номер водовыдела, лежащего между расчетным и нижележащим сооружениями;

• — время добегания отводовыдела дого сооружения;
• — время добегания отнижележащего перегораживающего сооружения дого сооружения.

При этом для каждого текущего момента времени должно выполняться условие, что.

где.

— максимальная пропускная способностьго перегораживающего сооружения.

Расчет проводится на сутки в почасовом режиме, начиная с 0 часов. При этом рассматриваются все сооружения, начиная с последнего, но делается анализ — водовыдел это или перегораживающее сооружение. Если это перегораживающее сооружение, то на нем определяется суммарный расход всех его нижележащих потребителей, в противном случае суммирования не происходит. Расчет для данного часа заканчивается в том случае, когда приведен расчет для всех сооружений.

Одновременно с этим делается расчет объемов воды, планируемых к забору системы каждым i-ым водопотребителем:

(2).

Проектируемая система управления водораспределением должна быть интегрированной с возможностью подключения в ее состав специализированных функциональных подсистем, поставляемых в комплекте с технологическим оборудованием или разрабатываемых на последующих этапах строительства.

В системе управления необходимо предусмотреть защиту от ошибочных действий персонала по управлению оборудованием и несанкционированного изменения программного и алгоритмического обеспечения системы. Должна быть предусмотрена автоматическая регистрация событий, аварийных ситуаций смены состояний и действий персонала. Система должна создаваться в виде открытой системы, с высокой степенью унификации проектных решений, предусматривающих возможность наращивания функциональных возможностей. Система управления водораспределением должна строиться как трехуровневая, распределенная система в соответствии с технологической структурой объекта:

• — нулевой уровень (уровень распределенного ввода-вывода),
• — нижний уровень (уровень технологических контроллеров),
• — верхний уровень (основной и дублирующий АРМ оператора, АРМ начальника, АРМ диспетчера).

Нулевой уровень системы — распределенные устройства сопряжения промышленного контроллера с объектами (приборы сигнализации, измерения, электрифицированные исполнительные механизмы), должен включать в себя технические и программные средства, осуществляющие:

• — сбор сигналов аварийной сигнализации;
• — сбор сигналов состояния и положения запорной арматуры, насосных агрегатов;
• — измерения уровней в технологических емкостях и резервуарах;
• — выдачи команд управления электрифицированными задвижками и регулирующими клапанами.

Первый уровень автоматизированной системы управления — уровень технологических контроллеров. Для обеспечения высокой надежности системы управления необходимо обеспечить резервирование технологических контроллеров. Один из контроллеров должен быть основным, другой — находиться в дежурном режиме и быть готовым принять управление каналом удаленного ввода-вывода сигналов от технических средств нижнего уровня.

Второй (верхний) уровень системы должен быть реализован на IBM PC совместимых компьютерах автоматизированного рабочего места оператора, диспетчера и специалистов.

С целью обеспечения повышенной надежности системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления, автоматизированное рабочее место оператора должен состоять из двух IBM PC совместимых компьютеров: основного и дежурного.

При сбое в работе основного компьютера оператор должен иметь возможность немедленно переключиться на управление технологическими объектами с дежурного компьютера без потери текущей технологической информации.

Технические и программные средства верхнего уровня автоматизированной системы управления должны обеспечить:

• — прием информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров первого уровня системы управления;
• — сохранение принятой информации в архивах;
• — представление хода технологических процессов в виде мнемосхем на экранах автоматизированных рабочих мест автоматизированной системы управления с указанием текущих значений технологических параметров;
• — прием команд оператора и передача их в адрес технологических контроллеров первого (нижнего) уровня;
• — регистрацию событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и действиями оператора;
• — оповещение оператора станции об обнаруженных аварийных событиях с регистрацией событий и действий оператора в журнале аварий;
• — формирование отчетных документов на основе архивной информации.

Функциональная структура должна представлять собой ряд взаимосвязанных подсистем, классифицируемых по исполняемым функциям:

• — контроля состояния и положения задвижек с электроприводом;
• — контроля состояния и положения регулирующих клапанов;
• — контроля аварийных уровней жидкости в технологических емкостях;
• — управления электрифицированными задвижками;
• — управления регулирующими клапанами;
• — измерения уровней в технологических емкостях;
• — измерения расходов жидкости.

На каждой водопроводной станции регистрируются несколько параметров: расход, давление (для каждого направления) и уровень воды в резервуарах. Первичные преобразователи (датчики давления, уровня, расходомеры) преобразуют реальные физические величины в унифицированные сигналы: 0…5 мА для расхода воды, давление и уровень в сигнал 4…20 мА. Затем унифицированные сигналы поступают на входы регулятора ТРМ138. Наличие у прибора универсальных аналоговых входов позволяет подключать к нему датчики различного типа в произвольной последовательности.

При помощи встроенного интерфейса RS-485 регулятор ТРМ138 передаёт данных на радиомодем НЕВОД-5, который, в свою очередь, отправляет эту информацию на модем-приёмник, установленный в диспетчерском пункте. Приём информации происходит одновременно от трёх радиомодемов, а передача полученных данных осуществляется посредством интерфейса RS-232 на персональный компьютер с установленной системой Master SCADA, которая обеспечивает мониторинг и регистрацию 22 параметров от 3 водопроводных станций. Схема системы мониторинга приведена на рисунке 2.

Радиомодем НЕВОД предназначен для передачи и приёма цифровой информации при работе в составе распределенных сетей телеметрии, управления и автоматизации технологических процессов. Радиомодем представляет собой программно-управляемое приемно-передающее устройство, преобразующее сигналы стандартных последовательных интерфейсов RS-232 или RS-485 в радиочастотные посылки. Гибкая система настройки радиомодемов позволяет программировать их для работы в составе радиосетей самых разнообразных конфигураций.

Рисунок 2.