Разработка информационной системы поддержки принятия решений по проведению наладочных и перспективных мероприятий

1.

Разработка информационной системы
поддержки принятия решений по
проведению наладочных и
перспективных мероприятий в
теплоснабжающих системах
мегаполисов
Научный руководитель: д.т.н.,
профессор: Брейдо И.В.
Соискатель: Томилова Н.И.

2.

2
Актуальность
разработки системы поддержки принятия
решений (СППР) обусловлена как
научными целями расширения
представлений об информационных
процессах режимов эксплуатации
теплоснабжающих систем мегаполисов
(ТСМ), так и практическими целями
создания более эффективных СППР,
внедрение которых способствует
повышению качества работы ТСМ

3.

3
Цель работы
повышение качества работы
теплоснабжающей системы мегаполиса
путем разработки лицами
принимающими решение (ЛПР) с
помощью системы поддержки принятия
решений допустимого режима ТСМ,
регламентированного нормативными
документами

4. Основная идея работы

4
заключается в системная интеграции
информационных и математических моделей,
образующих базы фактографических,
процедурных и продукционных знаний,
посредством которых обеспечивается
построение и развитие корпоративной
интегрированной информационнографической СППР по проведению
наладочных и перспективных мероприятий в
теплоснабжающих системах

5.

Задачи исследования
Формализовать общую задачу анализа,
Разработать
информационные, математические,
процедурные и продукционные
методы и модели,
лежащие в основе СППР, используемой ЛПР при
разработке и планировании аварийных,
сезонных и перспективных режимов
большеразмерных теплоснабжающих систем
переменной технологической структуры для
реально существующих типов данных
5

6.

Объект исследования:
Централизованные теплоснабжающие
системы городов и промышленных
центров Казахстана и стран СНГ
Предмет исследования:
Процессы принятия решений по
проведению наладочных и
перспективных мероприятий в ТСМ
переменной технологической
структуры
6

7.

Постановка задачи исследования
7
X ( x1 ( s j ), x2 ( s j ),...xi ( s j ),...xn ( s j ), ) ,
Дано:
Y ( y1 ( s j ), y2 ( s j ),... y j ( s j ),... ym ( s j ), ) ,
S (s1 , s2 , s3 , s4 ) .
Определить:
Q (Твн, Тг, T1 , T2 , h, Р1 , Р2 , QТП ) extr ,
Твн f (t вн ) (tВН min , tВН max ) ;
i
Т1 f (tн) ;
P2 ( Pmin , Pmax ) ;
Т Г f (t Г ) (t Г min , t Г max );
Т 2 f (T1 );
P1 f (hi ЗД ) 5 м;
i
h f ( hi ) ( hmin , hmax );
НОРМ
QТП f (t Н , t ГР ) QТП
.

8.

Схема принятия решения
Режим:
-расчетный,
-аварийный,
-перспективный
Внешние
воздействия
Расчетная
схема ТСМ
Формализованная модель
задачи
анализа
Расчет
потокораспределения
установившегося
режима
задачи
анализа
Продукционные
знания
стабилизации
гидравлического
режима
распределительных фрагментов
Процедурные
знания
установившегос
я режима ТСМ
Процедурные
знания
стабилизации
гидравлического
режима
магистральных
фрагментов
8
АвтоматизированИзмере- ные средства
нные
мониторинга, анализа
данные и контролинга
режима
Допустимый
режим
Принятие
решения
Недопустимый
режим
ЛПР
(эксперт
режимов)

9.

Концептуальная модель СППР
Режим
Типичные
режимные
ситуации
Мат.модели
движения
теплоносителя
Tгр
Объекты
Мат.модель установившегося режима ТСМ
задачи анализа
Рсх
Метод расчета
потокораспределения
установившегося
режима ТСМ
9
Объект управления:
установившийся режим ТСМ
Tвн,
ТТ
G, P
T2
T1
Температурный график
качественного
регулирования
Tн
Изменить
Продукционные
модели
Подсистема поддержки принятия решений
Изменить
Средства мониторинга,
анализа и контролинга
устан. режима
Субъект управления (ЛПР):
персонал служб режимов ТСМ

10.

Формализация общей задачи анализа
Определить объемный расход
подпитки балансир.источника
Количество насосных агрегатов,
схему их включения
Места установки и
параметры дроссельных устройств
10
Рациональная загрузка систем
водоподготовки источников тепла
Определить полные и пьезом.
напоры в зависимых узлах
Определить подачу и развиваемый напор насосных агрегатов
включает
Определить располагаемые
напоры потребителей
Определить объемные расходы
теплоносителя на участках сети
Возможность вывода
оборудования в ремонт
Узлы водораздела
источников тепла
<<include>>
Места установки
подкачивающих станций
Определить гидравл.сопр.потребителей,
обеспечивающие расчетную нагрузку
Определить потери напора
на участках сети
АИС
Присоединение
новой разнородной нагрузки
Изменить состояние
задвижки
Места установки и характеристики
смесительных насосных станций
Рассчитать установившийся
теплогидравлический режим ТСМ
Места установки аккумуляторных
станций в открытого ГВ
Принять решение
Полный напор балансирующего
источника теплоснабжения
Объемные расходы подпитки в
незав.подпит.узлах
<<extend>>
<<extend>>
ЛПР
<<extend>>
расширяет
Объемные расходы утечки в
заданных узлах
Параметры установившегося
режима ТСМ
Тепловые нагрузки
потребителей
Геодезические
отметки местности узлов
Технологическая
структура СТМ
<<include>>
СППР по проведению наладочных и
перспективных мероприятий
Автоматизир.средства анализа,
мониторинга, контролинга
Измеренные данные
<<include>>
<<include>>
Гидравлические сопротивления
участков сети
Напорно-расходные
характеристики насосов
Режимный
аналитик ТСМ
Промоделировать
принятое решение
Рассчитать установившийся
теплогидравлический режим
Температурные графики качественного
регулирования источников тепла
СППР по проведению наладочных и
перспективных мероприятий

11. Схема построения математической модели установившегося гидравлического режима

11

12.

12

13. Модифицированная узловая модель расчета потокораспределения задачи анализа

13

14.

Сформировать список узловых пар и массивы характеристик
участков, насосных станций, потребителей
Выполнить контроль правильности описания структуры и
характеристик технологических элементов
Схема
итерационного
алгоритма
расчета
потокораспределения
задачи анализа
на основе
модифицированного метода
узловых напоров
Сформировать дерево минимальной длины
Выполнить контроль связности
системы
Формальное
представление
содержательного
описания СТМ
Диагностировать о сути
допущенных ошибках и их
месте расположения в
базе данных
С помощью списка
узловых пар
Выделить несвязные фрагменты,
исходя из опорного узла системы
(узла с заданным напором)
Определить начальные значения расходов
на ветвях дерева
Методом проводки свободных
расходов от оконечных узлов по
ветвям к корню дерева
Определить перепады полных напоров на
ветвях дерева
С помощью гидравлических
сопротивления ветвей,
двигаясь от узла с заданным
напором к конечным узлам дерева
Вычислить полные напоры в узлах
сети
Вычислить поправки узловых напоров.
Уточнить полные напоры в узлах сети
Итеррационной процес МУНО
Вычислить максимальную невязку материального
баланса по множеству линейно-независмых узлов
[ невязка>E1 ]
Вычислить значения расходов на
участках сети
Вычислить пьезометрические
напоры в узлах сети
E1 - абсолютная доустимая
невязка материального
баланса по множеству
линейно-независимых узлов
С помощью прямых и
инверсных характеристик
участков
14

15. Двухуровневая процедура декомпозиции ТСМ

15
Двухуровневая процедура декомпозиции ТСМ
Условия эквивалентности параметров
состояния граничных узлов
qmп q np , qmо q оp
Pmo Ppo , H p Pmп Pmo
q 9 q10 q pp
H Э P9 P10

16. Постановка задачи синтеза допустимого режима магистральных фрагментов ТСМ

Режим насосных
станций (НС)
Давления в узлах
трубопроводной сети ТСМ
Расходы теплоносителя на
участках ТСМ
Режим регулятора
давления (РД)
<<include>>
<<extend>>
Режим регулятора
расхода (РР)
Определить допустимость
режима магистр. фрагмента
Средства мониторинга,
анализа, контролинга
<<extend>>
<<include>>
Параметры у становившегося
режима ТСМ
ЛПР
<<extend>>
<<include>>
Задать место установки и
характеристики РР и РД, НС
Рассчитать параметры
установившийся режим ТСМ
<<extend>>
Задать характеристики
объектов ТСМ
СППР
16

17. Модели стабилизации режима распределительных фрагментов

1 ЕСЛИ (Выбрано двухступенчатое дросселирование
теплового пункта с признаком ступени 2) И
НРК<МАХ(Нмо ,Нмв , Нмгв) ТО
1.1 Выдать сообщение: «Двухступенчатое
дросселирование с признаком ступени 2
нецелесообразно. Установите признак ступени 3 или
1».
1.2 Перейти к обработке следующего теплового пункта.
2 ЕСЛИ (Выбрано двухступенчатое дросселирование
теплового пункта с признаком ступени 3) И (Принято
безэлеваторное или независимое присоединение системы
отопления) ТО
2.1 Выдать сообщение: «Для безэлеваторного или
независимого присоединения систем отопления
двухступенчатое дросселирование реализуется по
схеме признака ступени 2».
2.2 Перейти к обработке следующего теплового пункта.
17

18. Информационные модели локальных представлений предметной области ТСМ

• «Гидравлический режим»
• «Паспортизация технологического
оборудования»
• «Регистрация дефектов оборудования
и формирование заявок на вывод его в
ремонт»
18

19. Описание ЛП «Гидравлический режим»

объектная
спецификация
спецификация
связей
ограничения
целостности
<имя объекта>=
{[имя атрибута 1]:[тип значения атрибута
1]:[выводимость значения атрибута 1];
[имя атрибута 2]:[тип значения атрибута 2]:[выводимость
значения атрибута 2];
.
.
.
[имя атрибута N]:[тип значения
атрибута N]:[выводимость значения атрибута N]},
<иметь в составе>,
<изменить параметры>,
<изменить температурный график>,
<иметь соединение технологических
элементов(топология)>.
На множества значений атрибутов.
На принадлежность диапазону значений.
На символьные значения
На уникальность каждой строки.
На выводимость значений атрибутов.
По существованию.
По связности потокоориентированной трубопроводной сети.
По предотвращению взаимных влияний с помощью блокировок
данных.
19

20.

20
Теплоснабжающая
система
(ТСС)
Район эксплуатации (РЭК)
Магистральный
теплопровод
(МГТ)
Секционированный
участок магистрали
(СУМ)
Т1
{ТСС РЭК МГТ СУМ
УТР ТРБ ТИК}
Компенсатор (КОМ)
ТРБ ПРК}
ТРБ ОПР}
УТР КОМ};
Участок теплопровода
(УТР)
Труба (ТРБ)
Теплоизоляционна
я конструкция
(ТИК)
Прокладка
канальная
(ПРК)
Поддерево
определений
«Магистральный
теплопровод» ЛП
«Паспортизация
технологического
оборудования»:
Опора (ОПР)

21.

21
Подключить новые
объекты
<<include>>
Изменить
топологию сети
<<include>>
<<extend>>
Изменить стратегию Мониторинг
организации
Измеренные
данные
<<extend>>
Режимный
анализ
Правила
допустимости
СППР по проведению
наладочных и
перспективных
мероприятий в ТСМ
<<include>>
<<include>>
<<extend>>
Изменить состояние
объектов ТСМ
<<include>>
Контролинг
режима
<<extend>>
<<include>>
<<include>>
Рассчитать установившийся
режима ТСМ
Синтез допустимого
режима
Правила
вывода
<<include>>
Разработать допустимый
режим ТСМ
ЛПР
<<extend>>
Мультибаза
<<extend>>
<<extend>>
<<extend>>
<<extend>>
Измеренные
параметры режима
Топология сети
Параметры объектов
ТСМ
Параметры окружающей среды
Параметры
теплоносителя
Диаграмма
вариантов
использования
концептуального
уровня СППР

22.

22
Архитектура
СППР

23. Интерфейс компонента «Процессор режимов»

Программные
компоненты СППР:
«Расчетная схема»,
«Процессор
режимов»,
«Редактор отчетов»,
«Пьезометрических
график»,
«Процессор оценки
режимов,
«Редактор
мнемосхем».
23

24. Структура распределенной БД

Приложения
ГИС
СППР
SCADA
Мультибаза
Геобаза
местности
База
анимацио
нных
моделей
База
стандартн
ого
оборудов
ания
База
справочной
информаци
и (нормы,
правила)
База для
моделирования
режимов
(Расчетной схемы
ТСМ)
База
измеренных
сигналов
24

25. Структура БД Расчетная схема

25

26.

26
Архитектура АРМ по использованию СППР

27. Средства поддержки принятия решений

27

28. Основные полученные научные положения, выносимые на защиту

Формализована общая задача анализа установившегося
гидравлического режима теплоснабжающей системы в виде
диаграммы деятельности;
Разработана концептуальная модель СППР по проведению
наладочных и перспективных мероприятий в теплоснабжающих
системах;
Разработано математическое обеспечение СППР, включающее
инверсные модели движения теплоносителя в технологических
элементах ТСМ; модели установившихся гидравлических режимов
задачи анализа ТСМ в терминах режимных ситуаций;
итерационный метод расчета потокораспределения
установившихся режимов теплоснабжающих систем на базе
инверсных моделей; метод стабилизации гидравлического режима
магистрального фрагмента с использованием двухуровневой
декомпозиции ТСМ и продукционные модели стабилизации
гидравлического режима распределительных фрагмента ТСМ;
Разработаны инфологические модели локальных представлений
предметной области «Система централизованного
теплоснабжения» и даталогическая модель программного
компонента «Расчетная схема» СППР;
Реализована СППР по проведению наладочных и перспективных
мероприятий в ТСМ c возможностью интеграции с ГИС и SCADAсистемами.
28

29. Практическая ценность

работы состоит в том, что предложенные методы,
модели, базы фактографических данных,
процедурных и продукционных знаний доведены
до практической реализации в виде
информационно-графических систем поддержки
принятия решений ИГС ТГИД-05 и GID2005kz,
которые внедрены в крупнейших
теплоэнергетических предприятиях Казахстана и
стран СНГ, о чем свидетельствуют
соответствующие акты о внедрении и
свидетельства интеллектуальной собственности.
29

30.

Обоснованность и достоверность научных
положений и выводов основывается на
Корректном использовании моделирования
структуры и динамики больших
теплоснабжающих систем, математической
логики и современной алгебры математического
программирования, методов теории информации
и баз данных, теории гидравлических цепей,
методов системного анализа больших систем
На промышленном внедрении разработанной
СППР в течении десятилетий на предприятиях
тепловых сетей городов Казахстана и СНГ на
множестве структур теплоснабжающих систем
30

31.

31
Апробация работы. Основные положения и
результаты работы докладывались и
обсуждались на 8 Международных
конференциях и симпозиумах.
Публикации. Основные научные результаты
диссертационного исследования
опубликованы в 25 печатных работах, из
них 8 в журналах, рекомендованных
Комитетом по контролю в сфере
образования и науки МОН РК, одной
монографии, 2 свидетельствах
интеллектуальной собственности.

32.

Спасибо за внимание!