автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация управления материальными потоками и оборудованием городских очистных сооружений и систем

На правах рукописи

ЕВСТАФЬЕВ КИРИЛЛ ЮРЬЕВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ И ОБОРУДОВАНИЕМ ГОРОДСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ И СИСТЕМ

Специальность 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (строительство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете (МГСУ)

Научный консультант доктор технических наук, профессор Рульнов Анатолий Анатольевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Барский Родион Георгиевич доктор технических наук, профессор Беркут Андрей Ильич доктор технических наук, профессор Марсова Екатерина Вадимовна

Ведущая организация Научно-производственный центр

«Энерготех» Минпромэнерго РФ, г. Москва

Защита состоится 27 февраля 2006 г. в 11— часов на заседании диссертационного совета Д212 138 01 Московского государственного строительного университета по адресу 115114, г Москва, Шлюзовая набережная, д. 8, ауд 528.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета по адресу. 129337, г Москва, Ярославское шоссе, 26

Автореферат разослан «2^» января 2006 г

Ученый секретарь диссертационного сове

¿от- <г

12597/д

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В общей проблеме охраны окружающей среды от естественного и антропогенного воздействий, рационального использования и воспроизводства природных ресурсов борьба с загрязнением водоёмов бытовыми и производственными сточными водами является исключительно актуальной. Социально-экологическая сторона проблемы во многих случаях удачно совмещается с чисто экономической, поскольку огромное количество безвозвратно теряемых ценных веществ может, при их оптимальном извлечении и использовании, значительно пополнить сырьевые ресурсы страны.

Выполняя указания законодательных органов о необходимости дальнейшего усиления охраны окружающей среды, директивные органы постановили усилить работы по изучению, проектированию и строительству высокоэффективных водоочистных сооружений и устройств Возросшие в связи с этим требования к качеству их эксплуатации выдвинули необходимость значительного расширения круга задач, решаемых с позиций системного подхода на базе достижений теории управления, методов моделирования и оптимизации инженерно-экологических процессов и систем

Однако, специфика технологических схем, трудности контроля и управления очистными сооружениями долгое время не позволяли качественно автоматизировать эти объекты на базе известных методов. Поэтому весьма важной является разработка теоретической и методологической базы управления с учётом особенностей структуры и взаимосвязей оборудования, свойств обрабатываемых потоков и побочных продуктов очистки и обусловленных этими свойствами особенностей технологического контроля Решение этой проблемы стало особенно актуальным в последние годы в связи с принятием Госдумой РФ федеральных законов «Об охране окружающей среды» (1997 г), «Об отходах производства и потребления» (1998 г ) и вводом в действие новых стандартов, норм и правил (ГОСТ Р 17.4 3.07-2001, СНиП 2.01 28-95; СанПиН 2.17.573-98), значительно ужесточивших нормы допустимых загрязнений водоемов.

Работы по созданию очистных сооружений, автоматизированных в том смысле, который теперь вкладывается в общепринятое понимание термина «АСУ ТП», начались более 20 лет назад практически одновременно различными организациями в строительстве, коммунальном хозяйстве и ряде отраслей промышленности Большое количество публикаций, многочисленные доклады на федеральных и ведомственных конференциях и семинарах, специальные разделы на российских и международных выставках свидетельствуют об огромном масштабе этих работ. Тем не менее результаты каждого нового исследования вызывают неослабевающий интерес специалистов. Это обстоятельство объясняется многими причинами, основная из которых связана с тем, что принципы управления очистными сооружениями, хотя они и основываются на фундаментальных положениях теории управления, настолько тесно связаны со спецификой обрабатываемых материальных потоков и, соответственно, управляемых объектов, что автома-

газированной системой оказывается в значительной степени оригинальной

Практически все современные очистные сооружения состоят из большого числа разнотипных машин и аппаратов, связанных между собой сложной технологической схемой. Характер этих связей весьма различен-сточные воды, сырой и избыточный ил, суспензии и сброженные осадки, обрабатываемые в одних аппаратах, поступают в следующие по ходу процесса сооружения; побочные продукты очистки, получаемые на одном участке системы, утилизируются на другом; исходные, промежуточные и конечные потоки распределяются между различными потребителями. Поэтому задача автоматизации управления такими природоохранными системами состоит не только в поддержании наиболее эффективного режима в каждом аппарате или сооружении в отдельности, но и в том, чтобы установить между элементами технологической схемы связи, обеспечивающие оптимальную работу всей системы в целом.

Практическое решение всей комплексной задачи управления такой сложной системой связано с большими трудностями, причиной которых является высокая размерность исходной задачи Поэтому обычно общая задача автоматизации управления разбивается на несколько подзадач, при этом создается многоуровневая система управления, так называемая интегрированная АСУ ТП. В этих многоуровневых системах подсистемы управления материальными потоками играют роль нижнего высокочастотного каскада В коммунальном хозяйстве больших городов и в системах водоснабжения крупных промышленных предприятий и промузлов обычно насчитывается несколько десятков, а иногда и сотен, таких подсистем Качество управления потоками в таких системах существенно влияет на точность отработки управляющих воздействий в АСУ ТП, а значит и на качество управления технологическими процессами на верхних уровнях иерархии Кроме того, нестабильность потоков вызывает ухудшение режимов работы многих агрегатов и сооружений, что связано с дополнительными непроизводительными затратами реагентов и энергии.

Свойства обрабатываемых потоков воды, ила, осадков, пульп весьма неблагоприятны для реализации автоматических измерений и управляющих воздействий В этих условиях надежность, живучесть и энергоемкость подсистем управления потоками во многом определяют эксплуатационные характеристики всей интегрированной АСУ ТП Однако до настоящего времени не исследована зависимость эффективности управления системами водоочистки от структуры подсистем и способов управления потоками и оборудованием, вследствие чего отсутствуют научно-обоснованные методы синтеза этих подсистем Таким образом, задачи исследования и разработки алгоритмов и систем управления потоками являются актуальными и важными для развития и совершенствования АСУ ТП очистных сооружений, повышения их эффективности и улучшения эксплуатационных характеристик

Настоящая работа выполнялась в соответствии с учебным планом обучения автора в докторантуре МГСУ в рамках межвузовской программы «Градостроительные основы архитектуры и строительства» (задание 7.2 -Разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий и конструкций высо-

коэффективных систем водоснабжения и водоотведения, кондиционирования микроклимата и теплоснабжения) и межвузовской научно-технической программы «Строительство» (научное направление 7 1 - Совершенствование систем водо-, газо-, тепло- и энергоснабжения населенных пунктов, зданий и сооружений)

Научно-техническая гипотеза. Гипотеза исследований предполагает возможность существенного повышения эффективности создания и функционирования водоочистных сооружений на основе использования современных методов и моделей изучения технологических систем, измененных подходов к оценке и реализации структур и технических средств управления материальными потоками и оборудованием.

Цель исследования - получение научных и методических результатов, дающих инженерам разработчикам и проектировщикам современных систем автоматизации очистных сооружений совокупность новых знаний, представлений и навыков, позволяющих в короткие сроки создавать системы управления потоками и оборудованием с более высокими потребительскими свойствами.

Задачи исследования:

- анализ взаимодействия подсистем управления потоками и оборудованием с подсистемами более высоких уровней иерархии управления очистными сооружениями;

- разработка и исследование методики обоснованного выбора на стадии проектирования АСУ ТП технического обеспечения управления потоками с учётом энергоёмкости управления и эксплуатационных затрат,

- исследование условий частотной декомпозиции подсистем управления потоками на высокочастотную и среднечастотную части, разработка математических моделей этих частей и их линейных приближений с учётом свойств применяемых на очистных сооружениях насосных агрегатов, воздуходувных машин и систем технологического контроля;

- разработка методики оценки точности управления потоками, учитывающей параметры управляемого технологического процесса, нагнетателей, регулируемого электропривода, гидравлических сетей и характеристики возмущающих воздействий при оптимальных параметрах контуров управления;

- формулирование и исследование характеристического показателя эффективности одноконтурной и каскадной структур подсистем управления потоками; разработка методики структурного синтеза этих подсистем для САПР АСУ ТП, основанной на использовании этого характеристического показателя;

- разработка алгоритмов и систем управления потоками и оборудованием в процессах аэробной очистки сточных вод в аэротенках, анаэробного сбраживания осадков в метантенках, механического обезвоживания осадков в вакуум-фильтрах и центрифугах, а также распределения потоков между параллельно работающими машинами и аппаратами;

- экспериментальная проверка научных результатов и практических разработок.

Объект исследования: информационное и техническое обеспечение автоматизированного управления технологическими системами очистных сооружений

Предмет исследования: структуры, модели и алгоритмы управления потоками и технологическим оборудованием в процессах очистки и обработки осадков сточных вод

Методологические основы исследования: теория автоматического управления; теория функциональных систем; системотехника инженерно-экологических объектов; методы математического моделирования и оптимизации технологических процессов и оборудования, работающих в нестационарных условиях под воздействием случайных возмущений.

Научной новизной обладают следующие результаты исследований' метод определения затрат энергии на управление материальными потоками с учётом их нестационарной составляющей, зависящей от дисперсии колебаний управляемого потока, и способ выбора экономически целесообразного технического обеспечения подсистем управления, основанный на применении этого метода;

математические модели подсистем управления материальными потоками в качестве нижнего уровня иерархической АСУ ТП очистных сооружений, способы частотной декомпозиции этих моделей и линейные математические описания их высокочастотной и среднечастотной составляющих;

экспоненциально-степенная аппроксимация частотных характеристик подсистемы управления потоком, аналитическое описание зависимости параметров аппроксимации от параметров нагнетателей, линейной модели управляемого объекта, схемы оперативного контроля и характеристик возмущений;

метод определения дисперсии колебаний управляемых параметров технологических процессов водоочистки и участвующих в них материальных потоках воды, воздуха, осадков и суспензий;

критерий целесообразности каскадной структуры подсистем управления потоками и основанная на его применении методика структурного синтеза подсистемы на стадии проектирования АСУ ТП очистных сооружений;

аналитические модели процессов аэробной очистки сточных вод в аэро-тенках с пневматической аэрацией и анаэробного сбраживания осадков в ме-тантенках с помощью острого пара, критерии их статической оптимизации и способы управления в режиме непосредственного цифрового управления;

принцип координации работы оборудования для механического обезвоживания осадков в вакуум-фильтрах и центрифугах и разработанные на его основе способы оптимального распределения потоков между параллельно работающими агрегатами.

Практическая значимость исследований. Значимость исследований состоит в том, что разработанная на их результатах методика синтеза подсистем управления потоками и оборудованием в АСУ ТП очистных сооружений позволяет в каждом конкретном случае определить экономически рациональный способ реализации управляющих воздействий, технические средства и структуру подсистем управления материальными потоками (воды,

реагентов, суспензий, теплоносителей) и технологическим оборудованием (насосы, воздуходувки, фильтры, центрифуги). Предварительные ориентировочные расчёты показывают, что использование полученных результатов позволит не только повысить технико-экономические результаты работы очистных сооружений за счёт снижения более чем на 15% затрат электроэнергии, но и существенно сократить сроки и стоимость НИР и ОКР для проектируемых объектов, а также модернизировать структуры организационно-управленческих задач и соподчинённости диспетчеров и технологов цехов очистных сооружений. На рис 1 приведена методологическая схема исследований

Реализация результатов исследований. На основе полученных практических результатов для научно-производственных фирм и проектных организаций подготовлены рекомендации по выбору способов и технических средств управления материальными потоками и оборудованием в автоматизированных технологических системах очистки и обработки осадков городских и производственных сточных вод Они используются в практической работе ряда организаций ФА по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству и Минпромэнерго РФ, а также в учебном процессе при подготовке в МГСУ инженеров по специальностям: 2102 - Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве, 2908 - Водоснабжение, водо-отведение, рациональное использование и охрана водных ресурсов, 2913 — Механизация и автоматизация строительства

Достоверность результатов. Полученные результаты достигнуты и подтверждены применением обоснованных и адекватных методов теоретических и экспериментальных исследований, физическими и вычислительными экспериментами с моделями реальных технологических систем водообра-ботки в широком диапазоне условий их эксплуатации, приемлемой сходимостью результатов моделирования с результатами эксплуатации систем

Апробация работы. Основные выводы и предложения диссертации докладывались на многих международных, российских и ведомственных научных конференциях и семинарах, в числе которых могут быть названы: 2-я -7-я научно-практические конференции «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 1999 - 2004); 13-я и 15-я международные научные конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Санкт-Петербург, 2000, 2002); международные научно-технические конференции «Интерстроймех» (Волгоград, 2003, Воронеж, 2004,); научно-практическая конференция «Строительство и экология» (Пенза, 1999); научно-техническая конференция «Актуальные проблемы современного строительства» (Санкт-Петербург, 2000), XII международный симпозиум «Теоретические проблемы строительства» (Жилин, Словакия, 2004) На конкурсе Совета предпринимателей при Мэре и Правительстве Москвы "Лучшие из Лучших" работа удостоена специального диплома, а её автору присвоено почётное звание "Лучший молодой преподаватель (учёный) г Москвы в 2005 году"

1. Научно-техническая гипотеза

Использование современных методов системного анализа и моделей изучения технологических систем, измененных подходов к оценке и реализации структур и технических средств управления материальными потоками позволят существенно повысить эффективность создания и функционирования водоочистных сооружений

2. Цель исследования:

Получение научных и методических результатов, дающих инженерам разработчикам и проектировщикам современных систем автоматизации очистных сооружений совокупность новых знаний, представлений и навыков, позволяющих в короткие сроки создавать системы управления потоками и оборудованием с более высокими потребительскими свойствами

3. Объект исследований:

системы управления материальными потоками и оборудованием в АСУ ТП очистных сооружений

4. Предмет исследований:

структуры, модели и алгоритмы управления потоками и оборудованием в процессах очистки и обработки осадков сточных вод

5. Задачи исследований:

-ашшиз взаимодействия подсистем управления потоками и оборудованием с подсистемами более высоких уровней иерархии, -разработка и иолт^довачие методики обоспгтянного выбора технического обеспечения управления потоками с учетом энергоемкости управления и эксплуатационных затрат;

-исследование условий частотной декомпозиции подсистем управления потоками на высоко- и среднечастотную части, разработка математических моделей этих частей и их линейных приближений -разработка методики оценки точности управления потоками, учитывающей параметры управляемого технологического процесса, -формулирование и исследование характеристического показателя эффективности одноконтурной и каскадной структур подсистем управления потоками и разработка методики их структурного синтеза,

- разработка алгоритмов и систем управления потоками и оборудованием реальными процессами очистки и обработки осадков сточных вод,

- пповепка научных результатов и тактических оазпаботок

7. Результаты, составляющие научную новизну:

- метод определения затрат энергии на управление потоками с учетом их нестационарной составляющей и способ выбора экономически целесообразного технического обеспечения подсистем управления,

- математические модели подсистем управления потоками в качестве нижнего уровня иерархической АСУ ТП, способы частотной декомпозиции этих моделей и матсматичсскис описания их частотных составляющих,

- экспоненциально-степенная аппроксимация частотных характеристик подсистемы управления потоком, аналитическое описание зависимости параметров аппроксимации от параметров оборудования и объекта,

- метод определения дисперсии колебаний управляемых параметров систем водоочистки и участвующих в них материальных потоках,

- критерий целесообразности каскадной структуры управления и основанная на его применении методика структурного синтеза подсистемы,

- математические модели ряда реальных процессов водоочистки; методы их статической оптимизации и способы управления в режиме НЦУ.

- принцип координации работы оборудования и способы оптимального распределения потоков между параллельно работающими агрегатами

6 Методологические основы.

-теория автоматического управления;

-теория функциональных систем;

-системотехника инженерно-экологических объектов,

-методы математического моделирования и оптимизации технологических процессов

8. Практическая значимость

методика синтеза подсистем управления позволяет' -определить: экономически рациональный способ реализации управляющих воздействий, технические средства и структуру подсистем управления материальными потоками и технологическим оборудованием,

-сократить сроки и стоимость НИР и ОКР для проектируемых объектов, -модернизировать организационно-управленческие структуры и задачи сопод-чиненности диспетчеров и технологов сооружений, повысить технико-

экономические показатели за счет снижения более чем на 15 % затрат электроэнергии

Рис. 1. Методологическая схема исследований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 50 работ, в том числе 9 работ в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов исследований докторских диссертаций.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав основного текста, общего заключения и списка литературы, насчитывающего 218 наименований Объём работы 286 страниц, в том числе основной текст - 224 стр, рисунки - 47 стр , перечень литературы -15 стр

Основные положения. На основании теоретических исследований и практических разработок на защиту выносятся следующие основные положения:

1 В иерархических АСУ ТП очистных сооружений и систем экономически обоснованный синтез подсистем управления потоками (нижних высокочастотных каскадов) должен производится с учетом влияния их работы на качество управления технологическими показателями водообработки, стабилизируемыми среднечастотными подсистемами, формирующими сигналы изменений заданий подсистем управления потоками, а также с учетом качества их стабилизации и энергоемкости управления.

2 В числе затрат на управление, сопоставляемых при выборе способа технической реализации управляющих воздействии ка материальный поток (дросселирования потока с помощью регулирующего органа или изменения скорости регулируемого электропривода нагнетателя), важнейшими являются энергетические затраты на управление При их вычислении следует учитывать не только стационарные составляющие, зависящие от паспортных параметров нагнетателей и расчётных характеристик гидравлической сети, но и нестационарную составляющую, пропорциональную дисперсии колебаний управляемого потока. Вес этой составляющей необходимо определять аналитическим выражением, связывающим её с указанными параметрами насосных или воздуходувным агрегатов и характеристик транспортирующих сетей

3 Частотная декомпозиция математических моделей подсистем управления потоками позволяет выделить высокочастотную и среднечас-тотную части моделей Параметры линейной аппроксимации высокочастотной части зависят от параметров нагнетателей, воздухопроводной или гидравлической сети; описание этой зависимости формализовано по результатам факторного эксперимента, поставленного на нелинейной модели Оно однозначно определяет оптимальные значения параметров настройки формирователя управляющих воздействий в высокочастотном контуре стабилизации потока по показаниям расходомера; выражения для расчёта оптимальных значений могут быть получены анализом передаточных функций элементов контура Линейная модель среднечастотной части включает' модель канала управляющего воздействия технологического процесса, управляемого среднечастотной подсистемой АСУ ТП; ключ, замыкающийся с частотой дискретного аналитического контроля; звено запаздывания

на время обработки и анализа проб, формирователь управления

4 Квадратичные амплитудо-частотные характеристики (АЧХ - квадраты модулей передаточных функций) высоко- и среднечастотной час-гей линеаризованной модели подсистем управления потоками имеют колоколообразную форму; их можно аппроксимировать произведением экспоненциальной и степенной функций частоты (подвергнуть экспоненциально-степенной аппроксимации), коэффициенты которых однозначно определяются параметрами моделей высоко- и среднечастотной частей. Аналитическое описание этой однозначной зависимости получено обработкой результатов исследований частотных характеристик моделей, что позволило получить систему соотношений, по которым рассчитываются оценки дисперсий колебаний расхода и технологического показателя качества очистки при оптимальной настройке обеих частей подсистемы.

, 5. При оптимальном распределении и координации нагрузок между параллельно включенным оборудованием задачу управления следует ставить, как нахождение нагрузки насосов или воздуходувных машин, минимизирующей затраты электроэнергии, при условии что' суммарная нагрузка всех нагнетателей равна заданной производительности системы (ограничение типа равенства); напор, создаваемый каждым нагнетателем, должен быть не меньше сопротивления гидравлической (или воздухопроводной сети (ограничение максимальной нагрузки типа неравенства); устойчивая работа нагнетателя ограничивается только при нагрузках больших значения экстремально возможного напора (ограничение минимальной нагрузки типа неравенства). При управлении группой параллельно включенных нагнетателей одинакового типа необходимо вначале снижать нагрузку на одном произвольно выбранном агрегате, начиная с максимально допустимой до минимально допустимой, и после его разгрузки разгружать следующий и т.д. Для параллельно включенных нагнетателей разного типа следует максимально нагружать одни агрегаты, максимально нагружать другие, полностью выключать из работы третьи и частично загружать один из нагнетателей, в случае, если общая нагрузка близка к максимальной, снижать следует нагрузку того нагнетателя, производная характеристики которого имеет наибольшее значение.

6. Результаты научных исследований и разработок, защищающие положения 3-5, являются теоретической базой методики выбора целесообразной структуры управления материальными потоками и оборудованием очистных сооружений и систем Эта методика предписывает последовательность вычислительных процедур, на заключительной стадии которой вычисляется характеристический показатель -линейная комбинация указанных выше дисперсий для сравниваемых вариантов структуры В зависимости от этого показателя делается заключение о целесообразности либо одноконтурной структуры, в которой команды на изменение управляемого потока формируются по

результатам дискретных запаздывающих измерений стабилизируемого технологического параметра, либо каскадной структуры, в которую дополнительно вводится высокочастотный каскад стабилизации управляемого потока, включающий измеритель расхода 7. Эффективность разработанной методики доказана на примере её применения при решении задач автоматизации действующих и проектируемых очистных сооружений и систем очистки сточных вод в аэротенках, анаэробного сбраживания осадков сточных вод в метан-тенках и механического обезвоживания в фильтрах и центрифугах непрерывного действия

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проанализировано значение проведенных исследований и достигнутых результатов в ряду других работ, посвященных решению задач автоматического и автоматизированного управления технологическими процессами, протекающими в очистных сооружениях и системах Обоснованы актуальность, научная и практическая значимость диссертации, сформулирована её цель, изложены методы достижения этой цели, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу роли подсистем управления потоками очистных сооружений, а также перспективам развития структур, моделей и алгоритмов управления этими подсистемами Результаты изучения особенностей технологических схем водоочистки, вопросов частотной декомпозиции задач управления и проведенный анализ методов управления потоками в иерархических АСУ ТП позволил сформулировать две основные задачи, которые необходимо решить при синтезе указанных подсистем

Трёхуровневая иерархия АСУ ТП обусловлена частотной декомпозицией общей задачи управления очистными комплексами При этом подсистемы управления материальными потоками играют в иерархических системах управления двоякую роль.

С одной стороны эти подсистемы являются своеобразными интеллектуальными исполнительными элементами среднечастотных подсистем управления, участвуя в подавлении нежелательного воздействия среднечастотных возмущений 2С (колебаний показателей состава и физических свойств обрабатываемых потоков, реагентов и других исходных материалов, а также изменений характеристик технологического оборудования) на изменение показателей У технологических режимов (главным образом - показателей состава промежуточных потоков, получаемых на управляемом технологическом участке), стабилизируемых среднечастотными подсистемами ФУу (см рис 2) В этом смысле качество управления материальным потоком 0 численно можно оценить дисперсией О(У) стационарных случайных колебаний величины У относительно заданного значения У3, вызванных колебаниями управляемого потока 0 Дисперсия Б(У) линейно связана с переменной частью вп себестоимости обработки загрязненных потоков - удельными затра-

тами материалов и энергии на 1 м3 очищаемых потоков воды С другой стороны подсистемы стабилизации материальных потоков выполняют функции нижней ступени иерархии управления, противодействуя нежелательному влиянию высокочастотных возмущений Ъ<± (параметров энергосети, питающей насосы и воздуходувные машины, создающие управляемые потоки 0; изменения момента статического сопротивления тет на валу двигателя нагнетателей вследствие износа подшипников и изменения сопротивления сальников) на угловую скорость вращения ш вала привода насосов и воздуходувок и возмущений (колебаний характеристик гидравлической сети, на которую работает нагнетатель, создающий управляемый поток 0) на поток О С этой точки зрения качество управления потоком можно оценить дисперсией 0(0) стационарных случайных колебаний потока 0(0 относительно значений 03, заданных упомянутой выше среднечастотной подсистемой управления величиной У^) Дисперсия 0(0), также как и дисперсия В(У), линейно связана с переменной частью себестоимости обработки загрязненных потоков

13»

Кя«

0»з1

»5

01 ГС

АЭ тп

Кл2

__А.

-ФУ,

Ы

Кл,

''-ФУ г)«-1

Кл,-

СРУГ

Тк

Клг

ТФУ,|

Клг

>УГ*

Тж

Клт

Та

37

цч У)

Рис 2 Варианты структуры системы управления материальным потоком

Таким образом, при синтезе подсистемы управления потоками следует стремиться к минимизации линейной комбинации дисперсий 0(0) и Б(У) Весовые коэффициенты этой комбинации а! и а2 характеризуют степень влияния каждой из дисперсий на величину себестоимости вц Наиболее эффективным будет тот вариант структуры системы управления потоком, кото-

рый обеспечит минимальное значение критерия I,:

1,=[а1 ЕКОа + ОвЕКУ.) + ДвпЛ Ш1П, (1)

где ¡= 1 2 3 4 номер варианта структуры схемы управления, ДЭ^ - разность затрат на приобретение, монтаж и эксплуатацию измерительных приборов в ¡-ом варианте по сравнению с первым (наиболее дешевым, его считаем базовым)

Частотные диапазоны, в которых действуют высокочастотные и среднечастотные Ъс возмущения, могут отличаться более чем на два порядка, что существенно затрудняет синтез подсистемы

Можно в значительной степени разделить задачи борьбы с возмущениями Хн, 2С, введя в подсистему кроме Еу измерителя У, еще и измерители Е\. и Е0 угловой скорости ю и потока Q и построив систему управления по каскадному принципу управление (в схеме на рис 2 сигнал изменения напряжения иу на входе автоматизированного электропривода АЭ нагнетателя, создающего управляемый поток С! в гидравлической системе ГС) формирует блок ФУ^ по сигналу измерителя Е±ч, задание N этому блоку формирует блок ФУр по сигналу расходомера а задание 9, блоку ФУ0 изменяет блок ФУ у по результатам изменения величины У Однако, затраты на приобретение, монтаж и последующую эксплуатацию измерителей Е^ и Ед могут оказаться неоправданными, если однокаскадная подсистема, формирующая управление Еу непосредственно по результатам измерения величины У, обеспечит достаточно малые величины дисперсий Б((3) и Б(У)

В значительно большей степени на затраты, связанные с управлением материальными потоками влияет выбор способа реализации управляющего воздействия В практически важных для инженерной экологии случаях необходимо выбрать один из двух возможных способов воздействия на управляемый поток' изменением гидравлического сопротивления в системе ГС или изменением скорости вращения вала нагнетателя в АЭ Первый из этих способов связан с меньшими капитальными затратами при его реализации, однако энергетически более выгоден второй способ.

С учётом указанных влияний различных характеристик подсистемы управления потоком на себестоимость, синтез этой подсистемы может бьггь разделен на две автономно решаемые задачи'

- выбор экономически целесообразного способа реализации управляющего воздействия в подсистеме (разработка, исследование и апробация методики такого выбора - первая цель настоящей диссертационной работы),

- выбор рациональной структуры подсистемы и рационального числа измерителей в ней (разработка методики такого выбора на стадии проектирования представляет собой наиболее сложную задачу теоретических и экспериментальных исследований и поэтому в настоящей работе рассматриваются все её отдельные фрагменты, посвященные обоснованию возможных направлений решения)

Вторая глава посвящена описанию результатов разработки и апробации методики выбора экономически целесообразного варианта реализации управляющих воздействий в подсистемах управления материальными пото-

ками очистных сооружений (сопоставлялись два основных варианта управления дросселированием управляемого потока с помощью регулирующего органа с исполнительным механизмом (вариант ДП) и изменением угловой скорости вращения вала двигателя нагнетателя с помощью автоматизированного электропривода (вариант АЭ)

При сопоставлении вариантов сравниваются три составляющие затрат: приведенные капитальные затраты Б'к на приобретение и монтаж технических средств; затраты Б'т на обслуживание, текущие, ремонтные и восстановительные работы; непроизводительные затраты Я'э электроэнергии на транспортировку воды, раствора или суспензии, связанные с управлением Вариант ДП принят в качестве базового, по отношению к нему рассчитываются на стадии проектирования АСУ ТП очистных сооружений изменения А8'к, А8'т, А8'э, каждой из составляющих затрат, вызванные заменой базового варианта ДП на вариант АЭ Если Дв' = (АБ'к + Д8'т+ А8'э)< 0, то такая замена считается целесообразной

Затруднения, связанные с расчётом изменения затрат Д8'э электроэнергии при нестабильной во времени величине расхода 00), преодолены анализом нелинейных характеристик насосного агрегата и гидравлической сети с учётом среднегодовых оценок неслучайных характеристик стационарных случайных колебаний расхода Получены соотношения, которые связывают среднегодовую экономию энергии при замене варианта ДП вариантом АЭ с характеристиками насосного агрегата, гидравлической системы и параметрами случайных колебаний 0(0'

ДРср = ДР(СЬ) + 0,5(Э2 ДР/Э02р(0) (2)

АР = [у(Нсг + Кю02)/Ю2((11 + <№)] --г[Но-(Но-ниои)((^/д2НйМ)]2У102(а1 + £12д2хнст+Ко02) (3).

где АРСр - среднегодовая разность потребляемых от сети мощностей при использовании вариантов АЭ и ДП; Нном, <3Н0М - номинальные значения напора и производительности нагнетателя, Но - напор, создаваемый нагнетателем при 0=0; Яо - гидравлическое сопротивление сети при полностью открытом дросселе; у - плотность транспортируемого потока; ¿1 и с^ - коэффициенты параболической аппроксимации характеристики нагнетателя СМЩ); д2АР/Э(32 - значение второй частной производной, вычисленной в точке 0 = Оср

Соотношения (2), (3) отличаются от ранее известных тем, что они учитывают нестационарную составляющую потерь электрической энергии, зависящую от дисперсии 0(0) колебаний управляемого расхода 0 относительно его среднего значения 0Ср. Учёт этой составляющей, как показано в диссертации увеличивает величину экономии Дв' более чем на 15%

Оценка погрешности вычисления величины ДБ' показала, что неточность определения гидравлического сопротивления действующих трубопроводов при их нормальной эксплуатации в условиях функционирования очистных сооружений несущественно ухудшает точность обычных проектных расчетов традиционными методами.

На основе полученных результатов разработана методика проектного оценивания сравнительной экономической эффективности способов технической реализации управления материальными потоками очистных сооружений, включающая этапы анализа технологической схемы и структуры объекта управления, выявления управляемых потоков и определения их характеристик, расчётного определения параметров нагнетательных агрегатов и гидравлических линий, выбора технических средств для сравниваемых вариантов управления и проектного расчёта величины Ав' с применением указанных выше соотношений для определения экономии электроэнергии По этой методике проведён анализ и выбор целесообразных способов управления для 26 систем водоснабжения и водоотведения Установлено, что примерно для 62% подсистем управления материальными потоками, обследованных при участии сотрудников НПЦ «Энерготех», (16 подсистем из 26) целесообразно применять автоматизированные элеюроприводы нагнетателей (вариант АЭ).

Таким образом, применение разработанной методики позволяет научно обоснованно уже на стадии проектирования АСУ ТП очистных сооружений выбрать технические средства для управления материальными потоками.

В третьей главе приведены результаты исследования структуры математической модели подсистемы управления материальными потоками, и среднечастотной подсистемы, стабилизирующей параметры технологического режима процесса в СВВ и выдающей задание подсистеме управления потоком.

На основании анализа принятых при создании АСУ ТП методов математического моделирования управляемых процессов в СВВ, описания характеристик возмущений и свойств известных моделей агрегатов и сооружений определена структура модели, позволяющая сопоставить эффективность применения одноконтурного и каскадных вариантов подсистемы управления потоками Определены целесообразные алгоритмы формирования управлений в каскадах этой подсистемы, установлено общее количество параметров М, характеризующих математические модели' насосных и воздуходувных станций - управляемых нагнетателей (УН); гидравлических и воздухопроводных сетей (ГВС); технологических процессов водоочистки (ТПВО); измерителей (Е) и формирователей управлений (ФУ) в контурах подсистемы; свойства высокочастотных возмущений на привод нагнетателя и гидровоздухопроводную сеть Ъо, а также среднечастотных возмущений на показатель качества обработки воды Показатель Э, технико-экономической целесообразности замены одноконтурного варианта системы (¡=1) одной из модификаций двухкаскадного варианта ^ = 2, 3) с применением измерителя расхода Е<2 или скорости вращения электродвигателя нагнетателя Еш или же трёхкаскадным вариантом 0 = 4) с использованием обоих этих измерителей зависит от разности дисперсий [Г>(0,) -Б^)] и [Е>(У,) - 0(У])] (второй индекс указывает номер сопоставляемого варианта), которые, в свою очередь, определяются параметрами М'

Э, = э/ [{Б(0,) -0(0,)}, {ВД - 0(У,)}] = Э,(М), \ = 2,3,4 (4)

Разработана имитационная модель системы управления потоками, позволяющая экспериментально определить функцию Э,(М), однако необходимый для этого факторный эксперимент практически нереализуем из-за большой размерности вектора М и сложности эксперимента с генерацией, по меньшей мере, пяти взаимно некоррелированных стационарных случайных процессов с заданными функциями спектральной плотности и оптимальной настройкой трёх формирователей управлений для каждого из пробных комплектов параметров М в ходе эксперимента

Практическую осуществимость функции Э,(М) позволила обеспечить двухэтапная частотная декомпозиция математической модели. В ходе декомпозиции были использованы следующие свойства модели- линеаризация модели ТПВО, обычно используемая при синтезе среднечастотных подсистем АСУ ТП очистных сооружений, позволила установить, что разности дисперсий, стоящие под знаком функции Э,\ а значит и функции Э,(М), не зависят от параметров среднечастотных возмущений 2у и канала модели технологического процесса, характеризующих влияние возмущения Ъх на технологический показатель У;

- существенное отличие диапазонов частот, в которых действуют каскады систем управления, позволяют считать, что сигналы изменения задания, формируемые на верхнем уровне, отрабатываются практически без искажения каскадом нижнего уровня с коэффициентом усиления, равным единице;

- допустима линеаризация нелинейной модели высокочастотной части подсистемы управления потоком (сочетание блоков УН и ГВС)

Оказалось, что для определения этой функции вместо модели, имитирующей поведение нелинейной системы (рис 3), достаточно исследовать трансформированную линейную модель (рис 4) Эта упрощенная модель состоит из последовательно соединенных линейной модели высокочастотной части подсистемы (канала, характеризующего влияние эквивалентного высокочастотного возмущения на измерения ДО управляемого расхода) и линейной модели среднечастотной части (канала, содержащего линейный оператор Ьгпвсг, характеризующий влияние изменений Д(? на изменения ДУ величины качественного показателя процесса У, и линейную модель средне-частотного контура управления).

Аналитическое исследование этой линейной модели затруднено наличием прерывателя Кл-У, обусловленного дискретным запаздыванием контроля показателей У на большинстве аэрационных и водопроводных станций В то же время, качественный анализ амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) высокочастотной и среднечастотной частей модели показал, что квадратичные АЧХ имеют колоколообразную форму, каждую из которых можно приближенно описать уравнением:

А2(со) = а юье"с<') (5)

где а, Ь, с коэффициенты, однозначно связанные с координатами моделей Ьвч№ Ьгпвр измерителя величины У и формирующего фильтра возмущения Ъ.

Дисперсии Б(У,) и Б(0,), а значит и функции Э;(М), могут быть выражены в виде аналитических функций от этих коэффициентов.

Рис. 3. Структура подсистемы управления материальным потоком в АСУ ТП СВВ.

Рис.4. Структура трансформированной питейной модечи подсистемы управления материальным потоком.

Таким образом, анализ функций Э,(М), выступающих фактически в роли показателей относительной эффективности любого 1-го (1 = 1,2,3,4) варианта по сравнению с базовым, открывает возможность научно обоснованного выбора рациональной структуры подсистемы управления в АСУ ТП СВВ

Четвертая глава содержит результаты анализа и экспоненциально-степенной аппроксимации частотных характеристик подсистем управления потоками, завершающих комплекс теоретических исследований, необходимых для разработки методики и математического обеспечения структурного синтеза подобных подсистем при проектировании АСУ ТП очистных сооружений

Практическое применение этой методики сводится к выполнению ряда следующих обязательных процедур:

□ определению вектора Мвч паспортных параметров нагнетателя (насоса или воздуходувной машины), электропривода и расчётных параметров гидравлической или воздухопроводной сети;

□ расчёту составляющих вектора вд нагнетателя и сети по соот-

ношениям типа 0д = ^ (Мвч);

□ определению параметров формирующих фильтров высокочастотных возмущений и расчёту параметров а/ и с^ экспоненциальных аппроксимаций квадратичных АЧХ этих фильтров по соотношениям типа сг

п определению вектора ©у параметров линеаризованной математической модели канала «изменения Д(} управляемого потока - изменения АУ управляемого технологического параметра» ТПВ и параметров схемы дискретного запаздывающего технологического контроля;

□ расчёту координат Нвч и Нсч характеристик точек квадратичных АЧХ высокочастотной и среднечастотной частей подсистемы управления потоком по соотношениям типа НВч ^ч (©о), Нсч ~ (@д);

□ расчёту параметров а^, Ь0, ау, Ьу, су экспоненциально-степенных аппроксимаций квадратичных АЧХ высоко- и среднечастотной частей системы, связанных соотношениями с координатами НВч и Нсч;

□ расчёту дисперсий колебания расхода О и технологического показателя У для одноконтурного ИХС^) и Б(У 1)] и каскадного [О(СЬ) и 0(Уг)] вариантов подсистемы управления потоком;

п определению характеристического показателя

Э = ау[ГХУ2) - 0(У,)] + аоРХСЬ) - 0(00] + Л^, (6)

где ау и а<з - весовые коэффициенты; АС2 - приведенные к 1 м3 обработанной воды затраты, связанные с приобретением, монтажом, наладкой и эксплуатацией расходомера

Если Э < 0, то целесообразно использовать каскадный вариант с контуром стабилизации расхода 0, если Э > 0, то его применение не оправдывается повышением эффективности всей АСУ ТП

Соотношения получены обработкой факторных вычислительных экспериментов, проведенных с помощью разработанной нелинейной математической модели.

Для определения функции Гвч были получены аналитические выражения для расчёта оптимальных параметров настройки высокочастотного формирователя управлений, обеспечивающих быстрое затухание переходных процессов с малыми перерегулированиями в контуре обработки результатов измерений расхода 0 С учётом полученных выражений нашли аналитическое описание квадратичной АЧХ этого контура; вычислили координаты НВч характерных точек и методом наименьших квадратов аппроксимировали линейной функцией ГВч зависимость этих координат от параметров ©д. Аналогичным способом формализовали нелинейной функцией 17 связь параметров с2 экспоненциальных аппроксимаций квадратичных АЧХ формирующих возмущений с параметрами @2 этих фильтров.

Квадратичные АЧХ экспериментально определены на линейной модели среднечастотной части системы управления при разных сочетаниях значений параметров ©у этой модели Предварительно для каждого сочетания были найдены оптимальные значения параметров настройки формирователя

средне- частотных управлений Связь координат Нсч характерных точек ко-локолообразной квадратичной АЧХ среднечастотной части системы с параметрами аппроксимировали функциями ^ч

Расчёт дисперсий колебаний расхода О и показателя У производился по соотношениям полученным применением экспоненциально-степенной аппроксимации по методике, описанной в гл 3 Достоверность оценок дисперсий проверена серией экспериментов на имитационной модели подсистемы управления потоком в широком диапазоне возможных значений параметров подсистемы

В пятой главе описаны результаты использования предложенной методики при разработке подсистем автоматического управления потоками для АСУ ТП аэробной (биологической) очистки городских и промышленных сточных вод в аэротенках-смесителях с пневматической системой аэрации

Для анализа, уточнения и оценки достоверности методики была разработана математическая модель процесса представляющая собой систему дифференциальных уравнений мгновенных материальных балансов по трём основным компонентам (субстрату, активному илу и кислороду), учитывающим кинетику процесса по известной модели Маккини. С помощью разработанной модели предварительно были исследованы статические характеристики аэротенка, с учётом вида и свойств которых сформулирована и решена задача его статической оптимизации при изменяющихся расходе и составе сточных вод.

Полученные результаты позволили установить условия выбора оптимальной структуры подсистемы управления подачей сжатого воздуха в аэро-тенки и доказать экономическую целесообразность применения для рассматриваемой СВВ варианта структуры, предусматривающей дополнительный каскад обратной связи по расходу потребляемого воздуха Выявленный вариант структуры использован при создании подсистемы управления оптимальным распределением потоков воздуха между параллельно работающими аэротенками, приведенной на рис 5 Разработанная подсистема управления обеспечивает минимальные затраты электрической энергии на очистку за счет координации кислородных режимов в аэротенках с режимами работы воздуходувной станции и учета изменений общей нагрузки технологической системы по количеству обрабатываемых сточных вод.

Дополнительные исследования по выбору технических средств управления для практической реализации полученной подсистемы управления были выполнены путём сравнения супервизорного режима управления с режимом непосредственного цифрового управления (НЦУ) Результаты сравнения аналоговой и цифровой систем на примере управления концентрацией растворенного кислорода (КРК) приведены на рис 6, где кривая 1 показывает изменение расхода сточных вод на входе в аэротенк, кривая 2 -изменение расхода воздуха, кривая 3 - изменение КРК

между параллельно работающими аэротенками.

Частота работы регулирующего органа в аналоговой системе составила 160 раз/сутки, в цифровой - 44 раз/сутки, Таким образом очевидны преимущества применения НЦУ - частота работы регулирующего органа (с электроприводом) снижается почти в 4 раза, а максимальное отклонение управляемой переменной (КРК) - в 2 раза.

В диссертации показано, что несомненным преимуществом обладает также и НЦУ процессом активации ила в системах "аэротенк-отстойник", где обычно имеют место значительные колебания концентрации взвешенных твёрдых веществ (КВТВ) в жидкости, находящейся над илом. Эти колебания при водят к ухудшению качества очистки (из-за недостатка или избытка активного ила), распадению хлопьев (из-за избыточной аэрации) или образованию плотной массы (из-за недостаточной аэрации) с заносом ила в отстойник

Р, К ИРК.

Рис. 6. Характеристики качества управления концентрацией растворённого кислорода (КРК) в аэротенках. а) аналоговая система; б) цифровая система.

КВТВ, мг/л

Врмл суток

Рис.7. Характеристики качества управления концентрацией взвешенных твердых частиц (КВТВ) с помощью системы управления в режиме НЦУ.

Результаты работы подсистемы управления этим процессом приведены на рис 7, где кривая 1 показывает изменение плотности возвратного ила, кривая 2 - изменение расхода поступающих на очистку сточных вод, кривая 3 - изменение величины КВТВ при управлении в супервизорном режиме, кривая 4 - изменение величины КВТВ в режиме НЦУ

Для реализации алгоритма управления предложено использование

микро-ЭВМ, которая, базируясь на величине КВТВ плотности возвратного ила, вычисляет объём ила, подлежащий сбросу, и формирует соответствующее управляющее воздействие на исполнительный механизм, поддерживая тем самым «возраст» ила на заданном уровне.

Таким образом, поддержание с помощью систем НЦУ стабильных значений КРК и КВТВ в аэротенке способствует существенному повышению качества выходных материальных потоков и снижению количества электрической энергии, расходуемой на проведение процесса очистки сточных вод.

Шестая глава посвящена описанию результатов моделирования и решения задачи статической оптимизации процесса сбраживания осадков сточных вод в метантенках Изучение и последующий анализ технологических особенностей этого сложного процесса показали, что для достижения поставленной цели управления потоками при стабилизации осадков наиболее целесообразным является применение комбинированного (экспериментально-аналитического) метода математического моделирования, в котором удачно совмещается универсальность теоретического и удобства экспериментального подходов построения моделей.

Выявленные основные вещества и элементарные стадии, лимитирующие суммарную скорость процесса и определяющие качество образующихся целевого и побочного продуктов (сброженного осадка и биогаза), позволили разработать динамическую модель, основу которой составили уравнения мгновенных материальных балансов по микроорганизмам, субстрату, диоксиду углерода в жидкой и газовой фазах, а также уточнённое уравнение биохимической кинетики Уточнение, связанное с необходимостью учёта влияния температуры на скорость роста микроорганизмов, потребовало составления (в принятой при математическом моделировании форме) уравнения теплового баланса метантенка При этом по экспериментальным данным была доказана возможность представления уравнения зависимости константы скорости от температуры в виде полинома второй степени. Путем сравнения экспериментальных и расчетных данных по изменению субстрата и микроорганизмов на выходе объекта была проведена идентификация параметров и установлена адекватность упрощенной модели реальному процессу. Количественная оценка адекватности показала, что воспроизводимость экспериментальных данных составляет более 90%.

С помощью разработанной математической модели исследованы свойства статистических режимов процесса в широком диапазоне изменения возмущающих и управляющих воздействий, при этом участки статистических характеристик по качеству выходных потоков были представлены в виде проекции допустимой рабочей области на плоскость независимых параметров Анализ статистических характеристик в пределах выделенных участков показал принципиальную возможность и целесообразность оптимизации процесса даже при несовпадении технологических и экономического опти-мумов.

На основе результатов изучения специфических особенностей функционирования системы сбраживания обоснован и сформулирован критерий оптимальности, в качестве которого принят приведённый доход, представ-

ляющий разность между стоимостью произведённого побочного продукта (биогаза) и затратами на его получение в процессе сбраживания осадков. Одна из полученных статических поверхностей по принятому критерию оптимальности представлена на рис. 8 С учетом вида этой поверхности задача оптимизации была сформулирована следующим образом найти значения управляющих воздействий (расхода осадков Р, и расхода пара Сп), обеспечивающих максимум дохода

Д = (Ц,Р,+ Ц1<Зп) ->шах (7)

при соблюдении ограничений на степень сбраживания и качество биогаза

А = А (Рь 8о, Х0, Оп) > А Бо, з (8)

СН4 = {2 (Гь Бо, Хо, Оп) 2 (СН4) з (9)

и выполнении условий физической реализуемости по расходу пара (Оп 2

* , Оп шах) "Д" Сруб)

Рис.8. Статическая поверхность по критерию оптимальности «доход» при содержании субстрата в осадках Зо »334 м/л.

В диссертации показано, что максимальное значение критерия находится вне области допустимых управляющих воздействий, а его субоптимальное значение - на границе области в точке пересечения наложенных ограничений. С учётом выявленных особенностей и конфигурации допустимой рабочей области предложен упрощённый алгоритм поиска оптимума, который сравнительно несложно может быть реализован с помощью простейших вычислительных устройств.

Доказана целесообразность при оперативной оптимизации процессов сбраживания осадков применения предложенного нами метода частотной декомпозиции задачи с помощью метода иерархического управления, основанного на разделении возмущений на высоко-, средне- и низкочастотные в зависимости от результатов сопоставления их частотных спектров с частотными характеристиками управляемых технологических аппаратов сбраживания

Исследована задача управления тепловым режимом метантенка, как совокупность подзадач борьбы с возмущающими воздействиями разных частот. Показано, что как для технологической схемы подогрева осадков с помощью "острого" пара, так и при использовании внешних теплообменников в иерархической системе управления могут отсутствовать стабилизирующие высокочастотные подсистемы, но обязательным является наличие стабилизирующих среднечастотных и оптимизирующих низкочастотных подсистем.

В седьмой главе рассмотрены и решены задачи автоматизации управления потоками и оборудованием систем обезвоживания осадков сточ- * ных вод.

В результате анализа структуры себестоимости обезвоживания методами фильтрования и центрифугирования была выделена переменная часть себестоимости 8П, отличие которой от известной «технологической себестоимости» заключается в том, что в ней вместо общих затрат можно использовать затраты лишь на материалы, реагенты и энергию (затраты на рабочую силу, амортизацию оборудования и накладные расходы не зависят от оперативного управления, рассчитываются не чаще одного раза в месяц и могут не включаться в число технологических затрат). Поэтому экономическая эффективность процессов обезвоживания осадков за время Т вначале была представлена в виде:

т т

вп =| (Орвр+ОэЗэ+лОтвт^ /1 0(Со - С)А, (10)

0 0 , где Бр, вэ, (Зт - расходы, соответственно, реагентов, топлива и электроэнергии; Бр , , Зт - стоимость единиц реагентов, топлива и электроэнергии; г|-степень рекуперации тепла после сушки осадков; О - количество обезвожен- * ных осадков; С0 , С - концентрация твердого в осадках до и после их обработки.

Этот показатель целесообразно использовать в роли критерия качества управления в диспетчерском режиме В автономном режиме динамические отклонения от заданных значений концентраций твёрдого осадка приводят к увеличению показателя 8П. Применяемые обычно интегральные квадратич-

т

ные критерии качества автоматического регулирования в форме | Ь2 ск не

о

позволяют оценить этот экономический ущерб, что за1рудняет алгоритмизацию управления процессами обезвоживания в автономном режиме

Ограничения, налагаемые особенностями оборудования на техноло-

гический режим обезвоживания, часто исключают возможность работы в области оптимальных значений режимных параметров, при которых достигается экстремум показателя экономической эффективности Чаще всего указанная ситуация возникает вследствие интенсификации и повышения производительности процесса без замены основного оборудования.

Пусть, например, в момент проектирования оборудования зависимость показателя эффективности вп от управляемого режимного параметра У имела вид, показанный кривой 1 на рис. 9. Естественно, что при этом оборудование было рассчитано так, чтобы предельно допустимое значение Уп, выбираемое, например, исходя из прочности фильтров или центрифуг, было несколько больше оптимальной величины У0!ГГ1, при которой достигается минимальное значение %тт Пусть после интенсификации процесса обезвоживания на рассматриваемом участке зависимость 8(У) приняла вид 2 При этом в выбранной ранее рабочей точке Уош1 удельные затраты снизились, т.е. 82(УООТ1) < 81тш. однако оптимальный режим, при котором в2 = 82тш, в этом случае не может быть реализован без замены оборудования, так как для выбранной ранее аппаратуры величина параметра У = У0П]2 уже не принадлежит области допустимых значений (Уош2> Уп)-

Рис.9. Характеристика вп{У) в различных режимах работы системы управления.

Примером такого положения может служить режим непрерывного фильтрования осадков на барабанных вакуум-фильтрах. Экономически оправданному снижению удельного сопротивления при принятых в настоящее время дозировках хлорного железа и извести препятствует резерв мощности дозаторного отделения и расчётное давление, принятое при проектировании

оборудования фильтрации

Обычно превышение допустимого значения Уц приводит к возникновению аварийной ситуации (например, при управлении шнековой центрифугой превышение допустимого значения величины крутящего моменте на валу редуктора неизбежно вызовет аварию машины) Поэтому при наличии ограничений, исключающих возможность минимизации показателя вп, процесс выгодно вести при таком значении У=У3, чтобы обеспечивалось минимальное отличие заданного значения У3 от предельной величины Уп и в то же время исключалась возможность перехода через допустимый предел при случайных, даже кратковременных отклонениях параметра У от заданного значения У3.

С этой точки зрения наилучшей следует считать такую систему управления, при которой достигается минимум максимума абсолютной величины разности |У0) - У31 при самых неблагоприятных сочетаниях возмущающих воздействий, так как такая система позволит максимально приблизить величину У3 к предельному значению У.. без опасности аварийного нарушения установленного ограничения Таким образом, оптимальная система управления должна минимизировать функционал'

; = шах{Ь[(а + Ь)8§пЬ + Ь-аЛ, (11)

где коэффициенты а и Ь учитывают экономический «вес» величины Ь=У(1)~ У3 разных знаков. В случае, когда допустимые значения ограничены сверху неравенством У<Уп, необходимо назначить Ь>а, так как ущерб от аварийного состояния при превышении уп значительно превышает убытки от снижения величины У относительно У3.

Соотношение (11) было использовано для синтеза оптимальных систем управления обезвоживанием осадков в фильтрах и центрифугах непрерывного действия, а также при модернизации действующих систем управления и оценки экономического эффекта, который можно получить в случае их дальнейшего усовершенствования.

Восьмая глава посвящена вопросам перспектив развития и практического использования результатов исследований при разработке систем управления крупным организационно-технологическим комплексом водооб-работки.

В диссертации идеология управления такими объектами рассмотрена на примере цеха обезвоживания осадков, состоящего, как правило, из последовательно включенных участков (отделений) механической обработки, определяющих эффективность работы участка термической сушки Последний относится к производствам с постоянной нагрузкой и большими взаимодействующими материальными и энергетическими потоками, нарушения равновесия между которыми, вызванные колебаниями параметров обрабатываемого сырья (прежде всего влажностью осадка), приводит к существенным технологическим потерям (росту удельных расходов реагентов, топлива, энергии и пр.)

Обработка и анализ данных эксплуатации ряда действующих цехов

обезвоживания за длительный период показали, что значительным колебаниям подвержены как часовые, так и сменные и суточные значения основных параметров промежуточного продукта фильтрования и центрифугирования По отчётным данным ряда очистных сооружений получена кривая регрессии производительности сушильных установок Ф в зависимости от расхода обрабатываемых осадков в отделении механического обезвоживания Б'

Ф = -352 + 2,5160- О, ООКШ2 (12)

Близость этой зависимости к линейной позволила определить средний коэффициент корреляции, который равен ~ 75, что свидетельствует о заметном влиянии на производительность других, случайных факторов

Превышение плановой производительности (абсолютной и удельной) при сохранении средних месячных норм указывает на запас мощностей оборудования и технологических возможностей, которые, однако, не могут быть использованы постоянно ввиду случайных и резких спадов нагрузки.

Количественной мерой колебания нагрузок служит величина среднеквадратичного отклонения производительности участка механического обезвоживания и соответствующей сушильной установки, полученная при обработке суточных отчетных данных. Для отделения механического обезвоживания эта величина аио = 8,9%, для сушильного асо ~ 8,1% Распределение плотности отклонений производительности этих участков цеха близко к нормальному закону, поэтому единовременные отклонения могут достигать 20% Следовательно, повышение стабильности процесса обработки осадков в отделении механического обезвоживания должно дать существенный эффект как в отношении качественных показателей процесса сушки, так и в отношении увеличения их производительности.

Основные возмущения процесса обезвоживания возникают из-за переменного состава осадков, несовершенства режима группового (диспетчерского) управления и низкой надежности используемого оборудования Возмущения первой группы частично компенсируются системами управления технологическими процессами и соответствующими операторами; возмущения второй и третьей групп могут устраняться только руководством смен или цеха, поскольку здесь возникает задача согласования работы основных машин и аппаратов и вспомогательных участков. Так, экспериментальные величины, полученные на действующих фильтрах, экстраполированные на полностью работающий участок механического обезвоживания, дали следующие значения остановов (интенсивностей отказов)'

ДАт=1 ч.)~5ед./мес. (13)

£Р( Дт;) = 50 ед /мес. (14)

Лт= 1

Иными словами, в среднем при стационарной работе участка может быть около двух остановов аппаратов в сутки С учётом такого же числа пусков оборудования режим на участке механического обезвоживания будет перестраиваться до четырёх раз в сутки только из-за возмущений в процессе фильтрации осадков Из совокупности данных по остановам оборудования

получены значения частных (#,) и общецехового (К) коэффициентов простоя фильтрующих аппаратов Оказалось, что величина К не бывает менее 10%, что свидетельствует о весьма низкой работоспособности оборудования, а также и неудовлетворительной организации работ.

Обобщение данных по колебаниям производительности, интенсивности отказов и коэффициентам простоев позволило сделать выводы о необходимости и возможности прогнозирования и оперативного устранения как случайных нарушений технологического режима, так и нарушений работоспособности оборудования цеха. Правильность этих выводов подтверждена полученными статистическими характеристиками причин выхода из строя оборудования в цехах городских станций аэрации. Прогноз работы фильтров и центрифуг может повлечь за собой целесообразное перераспределение эксплуатационного и ремонтного персонала и корректировку графика ремонтов в соответствии с известной надёжностью узлов технологического оборудования

Собранные данные подтвердили большое значение возмущений второй и третьей групп, а их обработка привела к формулированию двух актуальных направлений совершенствования режима оперативного управления всем цехом:

• повышение эффективности работы руководителей смен и цеха по управлению процессами обезвоживания на отдельных участках и цеха в целом (устранение нарушений технологических режимов в фильтрах, центрифугах и сушилках; изменение нагрузок оборудования по внутренним причинам или по условиям потребления и т.п.) - технологическое направление,

• упорядочение и организация деятельности всего персонала цеха для обеспечения заданной производственной надёжности (организация текущих, плановых и аварийных ремонтов; оперативное планирование работы цеха и т.п.) - диспетчерское направление.

Экономическая задача управления состоит в обеспечении высокой рентабельности обработки осадков, определяемой по уравнению:

Ре = (Пр - 0,66 Фцр )/Фщ>, (15)

где Ре - рентабельность; Пр - прибыль; ФПр - производственные фонды

Основная управляемая переменная в (15) - это прибыль, которая в общем виде является целевой функцией производства побочных продуктов обезвоживания осадков:

ПР = ЦЦ^)-(£3, + 3П) (16)

где Ц и Щ - цена и количество /'-того побочного продукта, 3, и Зц - затраты по участкам обезвоживания и полная по объекту в целом. Задача управления в этом случае сводится к обеспечению

Пр = тах или Пр = Пр0, (17)

где Про - плановая прибыль.

Составляющие правой части выражения (16) связаны между собой через себестоимость Бц Технологические и стоимостные показатели меха-

нического обезвоживания входят в ЕЗ, Таким образом цель управления этим процессом является составной частью целевой функции отделения сушки осадка

Если принять для упрощения, что затраты на механическое обезвоживание не зависят от затрат на сушку, то связь между этими участками сводится к количеству и качеству промежуточного продукта - частично обезвоженного осадка Если при этом попутный продукт (фильтрат) в экономическом отношении также отнести к участку механического обезвоживания, то общую целевую функцию этого технологического участка можно записать в виде:

G(t) = U(t); Sn(t) —► min, <18)

где G(t) - текущая производительность цеха по целевому продукту; U(t) -текущие требования по производительности, Sn(t) - переменная (управляемая) часть себестоимости

На основании (18) и структуры цеха формируются целевые функции работы (алгоритмы управления) технолога и диспетчера отделения механического обезвоживания Отделение сушки получает в виде частично обезвоженного осадков некоторое количество целевого продукта'

G = a2C,V, (i=l, 2,..., n) (19)

f~i

где a - постоянный коэффициент; С, V - влажность и объём осадка; п - число работающих фильтров (или центрифуг).

Технологическая задача управления отделением механического обезвоживания состоит в обеспечении соответствия средней нагрузки по кеку требованиям участка сушки, выполнения накладываемых сушкой ограничений по качеству обрабатываемого осадка и уменьшения до минимума колебаний основных параметров кека, т.е в обеспечении условия'

G (t) = U(t), (20)

где G (t) средние значения производительности участка механического обезвоживания по кеку в интервале постоянства U(t/ Тогда U(t) - G(t) = ±AGH (t) (21)

|AGH(t)|<AG0, (22)

где AGh (t) отклонение фактической текущей производительности от заданной, AG0 - допустимый предел рассогласования по нагрузке

В соответствии с (18) требуется также снизить до минимума затраты на механическое обезвоживание, Анализ затрат на этом участке показывает, что наибольшими являются затраты на коагулянты (флокулянты) и электроэнергию (около 70%), а стоимость фильтрата в ряде случаев обеспечивает снижение общих затрат примерно на 15%. Минимизация технологических затрат на механическое обезвоживание достижима главным образом в результате максимально возможного количества образующегося кека в каждом аппарате и уменьшении его потерь с фильтратом, те снижения удельного

расхода реагентов и увеличения фильтрата Таким образом, переменная часть технологической себестоимости для отделения в целом

Sn = fl£G„ Щ) —min , (23)

где G„ Q, - нагрузка и производительность /-того аппарата.

Очевидно, что выполнение условия Sn(t) = min возможно, в частности, при оптимальном распределении нагрузок между параллельно работающими фильтрами (центрифугами) с соблюдением (21) и (22). При этом нормальная работа цеха как объекта управления возможна при наличии резерва по производительности- потенциального - в виде резерва оборудования по нагрузке и реального - в виде резервного аппарата Такая гарантированная работоспособность может быть записана в виде'

G(t) + AGp(t) > U(t), (24)

где AGp(t) - резерв производительности

С учётом (21)422). AGP > AG0 (25)

Обеспечение условия (25) - цель работы сменного диспетчера (начальника цеха), достигаемая координацией работы всех цеховых служб и сменного технолога в соответствии с задачами оперативного U(t) и перспективного U плана Организационная структура цеха приведена на рис. 10.

Производственный процесс

Рис. 1D Организационная структура цеха механического обезвоживания.

Применение современных УВМ позволяет ставить задачу о разработке алгоритма работы диспетчера типа «совета», который по аналогии с функцией цели работы технолога при выполнении условия (25) должен иметь цель обеспечить минимум себестоимости организации обработки осадков и получения побочных продуктов:

Sn о = f (¿Gp, Sn, Рц, Pß) -> min , (26)

где Рц - резервы цеховые (материалы, рабочая сила); Рв - резервы внешние

Алгоритм диспетчерского управления (алгоритм восстановления и распределения резерва) был сформулирован на основе теории массового обслуживания.

С учётом существующего опыта организации управления, а также изложенных выше соображений разработана структура соподчинённости цехового сменного персонала и структура связи деятельности технолога (Т) и диспетчера (Д) в системе управления цехом (рис 11)

Основной эффект от применения средств централизации, вычислительной и оргтехники - это упорядочение информации о событиях, происходящих в цехе, увеличение скорости «обращения» этой информации, т е скорости ликвидации нежелательных явлений

ТП

ЭП

Ф-1

U(t)

и

U(t)

U(t)

3

Рис. 11 Структура задач и соподчинённости сменных диспетчера и технолога цеха обезвоживания.. (1 - объект управления; 2 - группа алгоритмов подготовки и распределения резерва; 3 - группа алгоритмов обеспечения заданной нагрузки; ТП - технологические показатели; ЭП - эксплуатационные показатели; 11(1) - текущие требования по производительности).

На начальных этапах разработки и освоения автоматизированной системы управления цехом обезвоживания (АСУ ЦО) наиболее целесообразными, на наш взгляд, являются автономно-этажный (независимость работы локальных систем и цеховой АСУ) и автономно-структурный (независимость работы структурных единиц АСУ) принципы Это диктуется как результатами наших исследований приведённых в предыдущей главе, так и надёжностными характеристиками и различными сроками освоения средств автоматизации К основным функциям АСУ ЦО можно отнести'

• централизованный сбор, обработка и представление технологической и диспетчерской информации; оперативный автоматизированный учёт;

• расчёт и анализ основных технико-экономических показателей (ТЭП);

• определение текущих средних технологических и эксплуатационных характеристик оборудования обезвоживания, а также накопление данных по аварийным ситуациям для определения их причин,

• улучшение условий организации всех форм деятельности технического персонала и связей между ними

Основные функции управления на данном уровне развития АСУ ЦО реализуются человеком Применение современных технических средств автоматизации не может исключить необходимость в действиях обслуживающего персонала, поэтому система диспетчепизации должна способствовать лучшей организации деятельности персонала цеха для получения целенаправленного производственного эффекта

Вопросы автоматизации участка сушки осадков нами подробно не рассматривались, поскольку модели, алгоритмы и структуры управления практически всеми сушильными агрегатами (барабанные, кипящего слоя, распылительные и др) широко известны и детально описаны в научно-технической литературе Поэтому сочленение системы управления механическим обезвоживанием осадков с системой управления сушкой не представляет принципиальных трудностей и не требует постановки и проведения дополнительных исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация посвящена актуальной научной проблеме - созданию методологии комплексного решения задач проектной и оперативной оптимизации управляемых инженерно-технологических систем жизнеобеспечения городов и крупных населённых пунктов Работа содержит результаты исследований по теоретическому обобщению и решению важной хозяйственной и социально-экологической задачи повышения эффективности мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов

Научный аспект проблемы заключается в разработке теоретико-прикладных основ системного анализа, построении математических моделей и систем управления специальным развивающимся классом технологических объектов - процессов санитарной очистки природных и сточных вод Работа по методологии синтеза осуществлялась с учётом законов РФ, государствен-

ных стандартов, строительных норм и правил по вопросам водоснабжения и водоотведения; проводилась в соответствии с межвузовской научно-технической программой «Строительство» и планами НИР МГСУ Она выполнялась более 8 лет и носит новаторский характер Полученные научные и практические результаты могут бьггь сведены к следующему 1 Результаты системно-структурного анализа взаимодействия отдельных участков очистных сооружений дают основание считать, что технологические схемы этих инженерно-экологических комплексов представляют собой сложные системы, состоящие из многоаппаратных взаимосвязанных подсистем, объединенных непрерывными прямыми потоками обрабатываемых сточных вод и глубокими обратными связями, которые образованы рециркулирующими потоками ила, осадков и теплоносителей Требования, предъявляемые к качеству очищенных вод и образующихся побочных продуктов очистки (биогазу и удобрениям), диктуют необходимость совершенствования техники проектирования схем автоматизации и высокой точности управления составом материальных потоков основных технологических систем, в то время, как количественные показатели этого состава можно определять лишь дискретно, с запаздыванием результатов измерений на время транспортирования и обработки проб в лаборатории

2. В современных условиях эффективным средством достижения высокого качества функционирования очистных сооружений является применение специальной модификации частотной декомпозиции задачи управления, которая основана на хронологическом разделении основных режимов работы технологических систем. Большую часть времени системы работают в режиме автономной стабилизации состава очищенных и промежуточных потоков воды на выходе машин и аппаратов в рамках достаточно узких ограничений величин этих показателей При этом устраняется неблагоприятное влияние относительно высокочастотных возмущений на показатели эффективности очистки и получения побочных продуктов

В тех случаях, когда низкочастотные возмущения (в частности, значительные изменения состава очищаемых вод и производительности оборудования) приводят к неустранимым в рамках указанных ограничений дисбалансам основных и оборотных потоков, комплекс переводится в диспетчерский режим управления. В этом режиме формируются новые ограничения, исходя из условий оптимального взаимодействия машин и аппаратов в составе комплекса, после чего наступает период автономного управления технологическими системами.

3. Для синтеза алгоритмов автономного и диспетчерского режимов работы требуется разная форма математического описания технологических систем Алгоритмы высокочастотного автономного управления основаны на приближенном математическом описании материальных и энергетических балансов отдельных машин и аппаратов (или их групп) в нестационарных условиях в предположении об идеализированном гидродинамическом режиме массообмена, диффузионной (или химической) природе лимити-

рующей стадии гетерофазных превр зящего (или ускоряющего) эффекта

ишмшшшын учёта тормо-ло-

С.П«иИ»г I •» Ш а» '

г*

кальной кинетики Низкочастотное диспетчерское управление реализуется на базе математического описания стационарного режима управляемого технологического участка исходя из того, что достаточно высокое качество автономного управления обеспечивает малость средних скоростей изменения показателей эффективности процессов водообработки за время между двумя соседними периодами диспетчерского управления

4 Анализ изменений показателей технологической и экономической эффективности технологических систем водообработки позволяет установить, что для органически взаимосвязанного процесса их проектной и оперативной оптимизации в качестве критерия следует использовать сводный экономический показатель оптимальности в виде «переменной части технологической» себестоимости единицы обрабатываемых потоков, характеризующий как организованность (технологическую упорядоченность) системы, так и общие затраты, связанные с её созданием и эксплуатацией (экономическую упорядоченность) При этом необходимо исходить из различных способов рассмотрения независимых переменных' деление переменных на группы по их принадлежности к отдельным объектам управления должно дополняться разделением этих переменных на основе их воздействия на объект с использованием технологических (экологических) и экономических показателей оптимальности Первая группа переменных должна содержать параметры, способные повышать организованность системы при неизменных затратах на водообработку; вторая - параметры, способные повысить эффективность объекта только за счёт увеличения материальных или энергетических затрат.

Предложенный критерий оптимальности и классификация переменных показывают, что одну и ту же цель (например, повышение степени очистки сточных вод) можно достичь либо интенсивным, либо экстенсивным воздействиями на систему. В первом случае повышение качества достигается за счёт наведения порядка в системе, во втором - за счёт увеличения затрат Принятое деление переменных показывает также, что при решении задач оптимизации экстенсивными воздействиями следует пользоваться, когда интенсивные воздействия уже исчерпаны.

5 Сформулированный сводный показатель эффективности без каких-либо Изменений может использоваться в роли критерия качества управления в диспетчерском режиме В то же время, в автономном режиме динамические отклонения от заданных значений параметров могут привести и к увеличению значения данного критерия Предложенная методика выявления связи традиционных критериев качества стабилизирующего управления с величиной сводного экономического показателя позволяет определять условия при которых автономный режим управления может оказаться эффективнее диспетчерского Для случаев, когда, вследствие существующего соотношения цен на реагенты, энергию и побочные продукты водообработки, экономически неравноценны положительные и отрицательные отклонения управляемых параметров от заданных значений предложено вводить коэффициенты, учитывающие экономический «вес» величин разных знаков

6. Совокупность результатов теоретических исследований, отмеченных в п п 1-5, составляет основу новой методики математического моделирования и комплексного решения задач оптимизации технологических режимов, автоматического и автоматизированного управления изучаемого класса природоохранных систем по единому или взаимообусловленным критериям оптимальности Разработанная методика применима как для разработки оптимальных структур и анализа функционирования действующих систем управления, так и для прогнозирования оптимальных режимов и создания систем управления при проектировании новых технологических комплексов водоочистки.

7 Эффективность применения методики в первом из указанных в п 6 направлений показана на примере подсистем управления материальными потоками в технологических схемах очистных систем Новизна полученных результатов заключается в том, что подобная задача впервые рассмотрена с точки зрения четырех аспектов экономической эффективности' энергоемкости реализации управляющих воздействий на материальные потоки; ущерба, наносимого станциям водоочистки непостоянством исходных потоков; ущерба, наносимого колебаниями показателей технологических режимов, обусловленного непостоянством промежуточных потоков, дополнительными затратами, связанными с необходимостью измерения расходов веществ при стремлении повысить точность управления потоками. Все четыре составляющие эффективности измеряются показателями, непосредственно связанными с себестоимостью водообработки Результаты анализа роли подсистем управления потоками дают основание для автономного решения двух подзадач:

- выбора экономически оправданного способа реализации управляющего воздействия на поток его дросселированием с помощью регулирующего органа либо изменением скорости вращения ротора насоса или воздуходувной машины, транспортирующих поток посредством регулируемого электропривода;

- выбора рациональной структуры (одноконтурной или каскадной) подсистемы управления материальным потоком

8. Первая из приведенных в п 7 подзадач решена сопоставлением единовременных и текущих затрат при двух разных способах управления в зависимости от параметров нагнетателя и гидравлической системы, по которой транспортируются вещества, и средних значений расхода и статического напора, преодолеваемого нагнетателем Получено новое соотношение между непроизводительными затратами электроэнергии на реализацию управляющих воздействий и указанными выше параметрами, отличающееся от ранее известных нестационарной составляющей, пропорциональной дисперсии колебаний расхода транспортируемых веществ

Для решения второй подзадачи разработана и исследована нелинейная математическая модель подсистемы управления потоком (как нижнего высокочастотного уровня иерархической АСУ ТП), с учётом её взаимодействия с подсистемами среднего уровня, стабилизирующими технологический режим объекта Декомпозиция и линеаризация этой модели по-

зволили исследовать отдельно частотные характеристики двух её частей: высокочастотной, описание которой характеризуется параметрами нагнетателя, гидравлической системы и формирующих фильтров высокочастотных возмущений, и среднечастотной, описание которой характеризуется параметрами канала управляющего воздействия в линейной модели управляемого объекта и параметрами типичного для очистных сооружений дискретного запаздывающего контроля за показателями технологического режима.

9. Доказана возможность применения экспоненциально-степенной аппроксимации квадратов амплитудно-частотных характеристик высокочастотной и среднечастотной частей линейной модели подсистемы управления потоками, благодаря чему получены соотношения, позволяющие определить на стадии проектирования АСУ ТП оценки дисперсий колебания расходов веществ и обусловленных ими колебаний технологического режима при оптимальной настройке контуров управления По результатам этих исследований разработана методика структурного синтеза подсистемы управления потоками Выбор одноконтурной (с формированием управлений только по результатам дискретного запаздывающего контроля) или каскадной (с дополнительным измерением расхода вещества) структуры по этой методике зависит от знака характеристического показателя, вычисляемого по указанным выше оценкам дисперсий колебаний потоков и технологических показателей, которые могут быть получены при использовании сравниваемых структур с оптимально настроенными контурами формирования управлений.

10 Достоверность результатов исследований и эффективность использования на практике разработанной методики доказана на примерах автоматизации управления тремя основными технологическими процессами очистных систем: аэробной очистки сточных вод в аэротенках с пневматической системой аэрации; анаэробного сбраживания осадков сточных вод в метантенках с помощью острого пара; механического обезвоживания осадков методами фильтрования и центрифугирования.

Для первой из этих систем, на базе построенной математической модели и графо-аналитического метода оптимизации, разработаны новые способы управления процессом в режиме НЦУ и оптимального распределения нагрузки в параллельно работающих аэротенках, позволяющие значительно повысить качество очистки и уменьшить эксплуатационные расходы.

Для второй системы, с помощью созданной модели, учитывающей влияние температуры на процесс сбраживания, и разработанных условий частотной декомпозиции, предложена научно-обоснованная методика выбора рациональной структуры системы управления тепловым режимом процесса.

Для третьей технологической системы, на основе вариационного подхода к математическому описанию связи между издержками обработки осадков, динамическими свойствами объекта и возмущающими факторами сформулирован экономически обоснованный критерий качества

управления оборудованием и предложены достаточно простые оценки этого критерия, применимые как для синтеза структуры, так и для расчёта экономической эффективности системы управления На основе полученных результатов исследований разработаны новые способы адаптивного автоматического управления обезвоживанием осадков в барабанных вакуум-фильтрах и центрифугах непрерывного действия с помощью современных микропроцессорных устройств.

11 Результаты теоретических исследований и практических разработок отдельных систем водоочистки положены в основу создания новой стратегии оперативного управления организационно-технологическим комплексом (цехом механического обезвоживания осадков), при практической реализации которой предложено различать автономный и диспетчерский режимы работы. В первом из них управление отдельными машинами и аппаратами следует осуществлять независимо друг от друга, во втором -должно вырабатываться новое задание лпя стабилизирующих подсистем

По характеру полученной кривой регрессии производительности участка сушки в зависимости от количества механически обезвоженного осадка (близости её к линейной) и величине среднего коэффициента корреляции определено влияние на производительность цеха не только переменного состава осадков и несовершенства режимов группового управления, но и низкой надёжности оборудования Анализ данных по колебаниям производительности, интенсивности отказов и вычисленным коэффициентам простоя оборудования позволил доказать необходимость и возможность прогнозирования и оперативного устранения случайных нарушений технологического режима и работоспособности оборудования Для реализации этих мероприятий предложены технологическое и организационное направления совершенствования режима управления цехом Показано, что технологическое направление должно быть связано с повышением эффективности работы руководителей смен и цеха по управлению процессами обезвоживания на отдельных участках и цеха в целом, а организационное направление с упорядочением деятельности всего персонала цеха для обеспечения заданной производственной надёжности С учётом этих выявленных особенностей предложена новая организационная структура цеха и разработана структура задач и соподчиненности сменных диспетчера и технолога, на основе которых сформулированы основные функции АСУ цеха.

12 Научные и практические результаты диссертации рекомендованы заинтересованным фирмам и организациям для проектирования новых и модернизации действующих систем управления технологическими системами и крупными комплексами водоочистных сооружений, они используются также в учебном процессе при подготовке в МГСУ специалистов по автоматизации инженерно-экологических систем строительства и коммунального хозяйства

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах. книги и брошюры

1 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А. Теоретические основы моделирования технологических процессов -М - МГСУ, 2001, 62 с

2 Евстафьев К. Ю., Горюнов И. И. Технологические процессы и оборудование. -М.. МГСУ, 2001, 38 с.

3 Евстафьев К. Ю. Разработка оптимальных структур подсистем управления материальными потоками в АСУ ТП водообработки (автореф канд дисс) - М • МГСУ, 2001,19 с

4. Евстафьев К. Ю. Разработка оптимальных структур подсистем управления материальными потоками в АСУ ТП водообработки. (кандидатская диссертация). -М.: МГСУ, 2001, 143 с.

5 Рульнов А. А., Евстафьев К. Ю., Горюнов И. И. Автоматизация и управление инженерными системами и сооружениями - М. МГСУ, 2002, 182 с.

6. Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А. Экстремальные задачи в АСУ ТП - М.: МГСУ, 2003,42 с.

7 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А. Математическое моделирование природоохранных технологических процессов - М • МГСУ, 2002, 26 с

8 Рульнов А. А., Евстафьев К. Ю., Горюнов И. И. Автоматизация инженерных систем зданий и очистных сооружений - М 2004, 210 с

9 Рульнов A.A., Евстафьев К.Ю., Горюнов И.И. Автоматическое регулирование Учебник - М • Инфра-М, 2005, 215 с.

10. Рульнов A.A., Евстафьев К.Ю. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения. Учебник, (в печати) -М.. Инфра-М, 2006, 246 с

11 Евстафьев К. Ю. Структуры, модели и алгоритмы управления материальными потоками и оборудованием очистных сооружений - М • КОПИ-центр, 2005, 287 с.

Статьи в научно-технических журналах и сборниках

12 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А. Оптимальное распределение потоков в системах биологической очистки сточных вод - В сб. «Автоматизация технологических процессов, строительных машин и оборудования» - М МГСУ, 1999, с.44-48.

13 Евстафьев К. Ю. Математическое моделирование и оперативная оптимизация инженерно-экологической системы биологической очистки сточных вод. - В сб. «Строительство и экология», г Пенза, ПГАСА, 1999, с 50-52

14 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Гордеев М. А. Непосредственное цифровое управление технологическими параметрами в системе биологической очистки сточных вод. - В сб «Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве» - М: МГСУ, 2000, с 41-44

15. Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А. Исследование структуры математической модели подсистемы управления потоками в системах водоснабжения и водоотведения. - В сб. «Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве». - М : МГСУ, 2001, с.23-27

16 Евстафьев К. ГО., Рульнов А, А. Оценка эффективности управления потоками в системах очистки природных и сточных вод - В сб «Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве» -М МГСУ, 2001, с 28-30.

17 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Сунцев Д. А. К управлению технологией очистки природных и сточных вод по технико-экономическим показателям. - В сб. «Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве». -М/ МГСУ, 2002, № 1, с.25-27.

18. Евстафьев К. Ю., Рульнов А.А., Айрапетов А. К. О целесообразности автоматической оптимизации режимов работы природоохранных технологических систем - В сб «Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве» - М • МГСУ, 2002, № 1, с. 33-36

19. Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Сунцев Д. А, Последовательность выбора и проектирования схем автоматизации систем водоснабжения и водоотведения В сб «Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве». -М.: МГСУ, 2002, № 1, с 45-48.

20 Евстафьев К. Ю., Сунцев Д. А. Процесс механического обезвоживания осадков сточных вод на фильтрах как объект автоматического управления. - В сб «Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве». - М МГСУ, 2002, № 2, с 32-36

21. Евстафьев К. Ю., Сунцев Д. А. Автоматизация процесса механического обезвоживания осадков сточных вод на барабанных вакуум-фильтрах. - В сб. «Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве». - М.: МГСУ, 2002, № 2, с 41-44.

22 Большакова В. А, Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Шнлкина С. В.

Особенности управления переключательным процессом при сорбционной очистке сточных вод - В сб «Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве» - М 1 МГСУ, 2003, с 42-47.

23. Евстафьев К. Ю., Сунцев Д. А. Основные закономерности изменения затрат на обработку осадков сточных вод при использовании фильтров и центрифуг-В сб.«Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве». - М. МГСУ, 2003, с.47-52

*24 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Сунцев Д. А. Вопросы управления оборудованием цеха механического обезвоживания осадков сточных вод - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2003, №10, с. 50-51.

*25 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Сунцев Д. А. Автоматизация управления цехом обезвоживания осадков сточных вод - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2003, №11, с. 10-11

*26 Евстафьев К. Ю. Моделирование и оптимизация процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2004, №1, с 50-51.

*27 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А. Повышение качества управления очисткой сточных вод с помощью цифровых систем - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2004, №1, с. 70.

*28 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А. К выбору способа управлений потоками в системах очистки природных и сточных вод. - Известия ВУЗов сер. «Строительство», 2004, №2, с 88-92.

*29 Евстафьев К. Ю. Математическая модель автоматизированной насосной установки. - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2004, №6, с 70.

*30 Евстафьев К, Ю„ Рульнов А. А. Системно-информационный подход к оптимизации очистных сооружений - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2005, №3, с 90 .

*31. Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Юлдашева Д. К. Математическое описание процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод в ме-тантенках. - Известия ВУЗов, сер. «Строительство», 2005, №3, с.77-82.

32 Евстафьев К. Ю. Основные принципы разработки автоматизированных технологических комплексов очистки природных и сточных вод - В сб «Автоматизация технологических процессов и систем» - М ■ МГСУ, 2005, с. 46-50.

*33 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Юлдашева Д. К. Расчёт и анализ статических характеристик процесса сбраживания осадков в метантенках. - Известия ВУЗов сер «Строительство», 2005, №5, с.72-75.

*34 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Юлдашева Д. К. Статическая оптимизация процесса сбраживания осадков в метантенках,- Известия ВУЗов сер. «Строительство», 2005, №6, с.58-61.

35 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А. Особенность разработки АСУ ТП водоочистных сооружений. - В сб «Автоматизация технологических процессов и систем» - М.: МГСУ, 2005, с. 50-54.

*36 Евстафьев К. Ю. Системы автоматического управления процессом обезвоживания осадков - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2005, № 7, с. 44-45.

Доклады на научно-технических конференциях и семинарах

37 Евстафьев К. Ю. Алгоритм оперативного управления аэротенками. - В сб тр 2-ой научно-практ конф «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» -М.' МГСУ, 1999, с. 39-41

38 Евстафьев К. Ю., Гордеев М. А., Зайцев В. А. К разработке алгоритмического обеспечения АСУ ТП очистки природных и сточных вод. - В сб тр 3-ей научно-практ конф «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» -М.: МГСУ, 2000, т.З, с. 36-40

39 Евстафьев К. Ю., Зубков А. В., Колеснкцккй С. А. - В сб тр 3-ей научно-практ конф «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М МГСУ,2000, т.З, с 9-10

40 Евстафьев К. Ю., Гордеев М. А., Определение целесообразности автоматической оптимизации режимов работы очистных сооружений. - В сб тр. межд. науч. конф «Актуальные проблемы современного строительства». - Санкт-Петербург, СПбГАСУ, 2000, с. 32-34.

41 Рульнов А. А., Евстафьев К. Ю., Зайцев В. А. Оценка эффективности инженерно-экологических систем очистки сточных вод и отходящих газов. - В сб. тр. 13-ой межд науч конф «Математические методы в технике и технологиях» - Санкт-Петербург, РАН - МО РФ, 2000, с. 63-64.

42. Евстафьев К. Ю. Моделирование и оптимизация распределения потоков в системах биологической очистки сточных вод - В сб. тр 13-ой межд науч конф «Математические методы в технике и технологиях» - Санкт-Пеггербург, РАН - МО РФ, 2000, с. 64-65

43 Евстафьев К. Ю., Зайцев В, А. Управление материальными потоками в системах многоступенчатой очистки сточных вод и дымовых выбросов, -В сб тр 4-й научно-практ конф. «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М • МГСУ, 2001, т 3, с 11-12.

44 Евстафьев К. Ю. К выбору способа и структуры подсистемы управления потоками в системах водоснабжения и водоотведения В сб тр 15-ой межд науч конф «Математические методы в технике и технологиях» -Санкт-Петербург, МО - РАН РФ, 2002, с. 81-82

45 Айрапетов А. К., Евстафьев К. Ю., Зайцев В. А. Построение динамической модели очистки дымовых газов и получения из них строительного гипса, - В сб. тр 5-й научно-практ. конф. «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М.. МГСУ, 2002, с 72-73

46 Евстафьев К. Ю., Сунцев Д. А. Задачи оперативной оптимизации природоохранных технологических комплексов очистки сточных вод. - В сб тр 5-й научно-практ конф «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М МГСУ, 2002, с 116-117.

47 Евстафьев К. Ю., Рульнов А. А., Сунцев Д. А. Адаптивное автоматическое управление центрифугой непрерывного действия. - В сб тр межд научно-техн. конф «Интерстроймех-2003» -Волгоград, 2003, с 13-15

48 Евстафьев К. Ю. Выбор технических средств управления материальными потоками в системах водоснабжения и водоотведения - В сб тр 6-й (1-й межд) научно-пракг. конф «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М • МГСУ, 2003, кн 1, с 118-120

49. Рульнов А. А., Евстафьев К. Ю., Горюнов И. И. Основные принципы разработки систем управления строительно-технологическими процессами - В сб тр. XI1 Российско-польско-словацкого симпозиума «теоретические основы строительства». -г.Жилина, Словакия, 2004, с. 251-254.

50 Евстафьев К. Ю. Автоматизация процесса обезвоживания осадков сточных вод в центрифугах непрерывного действия - В сб тр 7-й (2-й межд) научно-практ конф «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М МГСУ, 2004, кн 1, с 219-222

51 Евстафьев К. Ю. Математическое описание работы осадительных и фильтрующих машин. - В сб. тр. межд. научно-техн. конф. «Интерстрой-мех-2004» - Воронеж, 2004, с. 130-132.

* - работы автора, опубликованные в научно-технических журналах, в которых по решению ВАК РФ должны публиковаться основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора наук.

КОПИ-ЦЕНТР св 7 07-10429 Тираж 100 экз. Тел. 185-79-54 г Москва, ул Енисейская д 36

»26325

РНБ Русский фонд

2006-4 29174

п

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

ПОДСИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ В АСУ ГП

ВОДООЧИСТНЫ X СООРУЖЕНИЙ.

1.1. Анализ особенностей технологических систем очистных сооружений как объектов управления

1.2. Декомпозиция задачи управления технологическими системами водоснабжения н аодоотведсиня —.

IJ, Иерархическая структура подсистем управления потоками в технологических системах обработки воды.

1.4, Нагнетатели, насосные н воздуходувные станции в структуре АСУ ТП оч кстпых сооружений

1.5, Выводы по главе 1 .-.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

НАГНЕТАТЕЛЕЙ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕ

ДЕНИЯ«

2.1. Разработка методики исследования выбора экономически рационального варианта управления —.

2.2. Сравнение и оценка экономической эффективности способов и технических средств управления потоками

2.3. Апробация разработанной методики выбора и оценки эффективных способов управлений материальными потоками

2.4. Выводы по глаае 2„.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ПОДСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ

3.1. Общая характеристика нелинейной модели подсистемы управления потоком.

3.2. Частотная декомпозиция математической модели системы управления потоком .-.—

33. Экспоненциально-степенная аппроксимация частотных характеристик упрощённой линеаризованной модели системы управления потоком .»

3.4, Выводы по главе3 .

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ В АСУ I I I ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ

4.1, Этапы исследования линейной модели подсистемы управления потоком. .w,

4.2, Экспоненциально-степенна* алпрокснмаадя квадратичной АЧХ высокочастотной части системы,.,.—.

4J. Экспоненциально-степенная аппроксимация квадратичной АЧХ среднечастотной части системы,,,.

4.4, Методика оценки эффективности и выбора оптимальной структуры систем ы управленкя потоком. i

4.5. Выводы по главе

5. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ

И НАГНЕТАТЕЛЯМИ В СИСТЕМАХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

СТОЧНЫХ ВОД В А ЭГОТЕНКАХ.,.

5.1. Подсистема управления потоком воздухом а аэротенках-смесителях с пневматической системой аэрации

5.2. Подсистема управления потоками в системе параллельно включённых апротенков

5.3. Непосредственное цифровое управление технологическими параметрами работы протаю.

5.4. Оптимальное распределение потоков между нагнетателями в насосных н воздуходувных станциях очистных сооружений.——

5.5- Выводы по главе 5 .ПО

6. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНЫМИ И ТЕПЛОВЫМИ ПОТОКАМИ В СИСТЕМАХ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ

ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОЛ В МЕТАНТЕНКАХ

6.1. Подсистема управления потоком "острого" пара при одноступенчатом сбраживал ии осадков & мстантеккзл .„——„—.—

6.2. Поиск оптимальных значении материальных н тепловых потоков в мстантенках

6.3. Частотная декомпозиция задачи управления системами одноступенчатого сбражи вания осадкой.

6.4. Подсистема управления потоками при подогреве осадков с помощью внешних теплообменников .—.

6.5- Выводы по главе

7. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ И ОБОРУДОВАНИЕМ В СИСТЕМАХ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКОВ

СТОЧ11Б1Х ВОД

7.1. Машины и аппараты механического обезвоживания осадков как объекты автоматического управления

7.2- Микропроцессорные адаптивные системы управления процессами обезвоживания осадков.w»—*.,.„„..

7.3. Уточнение задачи оперативного повышения эффективности и разработка нового критерия качества управления .—.„.„„,„.—.

7.4. Определение эффективности систем унраадения гю экономическим критериям качества управления ,.„

IS. Оценка эффективности автоматической стабилизации нескольких взаимосвязанных величин—.

7.6. Уч£т характера возмущений при оценке качества стабилизации процессов обечвожншш

7.7, Выводы по главе 7.,.♦„♦».«*♦«.««.

S. ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ И РАЗРАБОТКЕ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ

ВОДООЧИСТКИ. в.]. Выбор и обоснование автономного н диспетчерского режимов управления.„„„.—.

8.2. Разработка структуры системы автоматизированного управления технологическими участками обезвоживания осадков . 24,

8.3. Особенности организации оператианого управления участком механического обезвоживания осадков.-.

8.4. Автоматизированное управление цехом механического обезвоживания и термической сушки осадков —.—.„„.

8.5. Выводы но главе 8.

В общей проблеме охраны окружающей среды от естественного и антропогенного воздействий, рационального использования и воспроизводства природных ресурсов борьба с зафязнением водоёмов бытовыми и производственными сточными водами является исключительно актуальной. Социальноэкологическая сторона проблемы во многих случаях удачно совмещается с чисто экономической, поскольку огромное количество безвозвратно теряемых ценных веществ может, при их оптимальном извлечении и использовании, значительно пополнить сырьевые ресурсы страны.Выполняя указания законодательных органов о необходимости дальнейшего усиления охраны окружающей среды, директивные ведомства постановили усилить работы по изучению, проектированию и строительству высокоэффективных очистных сооружений и устройств. Возросшие в связи с этим требования к качеству их эксплуатации выдвинули необходимость значительного расширения круга задач, решаемых с позиций автоматизированного управления на базе достижений теории технического управления, методов математического моделирования и оптимизации технологических процессов.Однако, специфические особенности технологических схем, трудности контроля и управления очистными сооружениями долгое время не позволяли автоматизировать эти объекты на базе известных методов. Поэтому уже в восьмидесятые годы прошлого века весьма важной являлась разработка теоретической и методологической базы автоматизированных комплексов с учётом особенностей структуры и взаимосвязей оборудования, свойств очищаемых потоков и побочных продуктов очистки и обусловленных этими свойствами особенностей технологического контроля.Решение этой проблемы стало особенно актуальным в конце девяностых годов в связи с принятием Госдумой РФ федеральных законов "Об охране окружающей среды" (1997 г.), "Об отходах производства и потребления" (1998 г.) и вводом в действие новых ГОСТа (Р 17.4.3.07-99) и СанПиНа (2.17.573-98), значительно ужесточившими нормы допустимых загрязнений водоёмов.Работы по созданию очистных сооружений, автоматизированных в том смысле, который теперь вкладывается в общепринятое понимание термина "АСУ ТП", начались более 20 лет назад практически одновременно различными организациями строительства, коммунального хозяйства и ряда отраслей промышленности. Большое количество публикаций, многочисленные доклады на федеральных, ведомственных и межведомственных конференциях и семинарах, специальные разделы на российских и международных выставках свидетельствуют об огромном масштабе этих работ. Тем не менее, результаты каждого нового исследования вызывают неослабевающий интерес специалистов. Это обстоятельство объясняется многими причинами. Основная из них связана с тем, что принципы управления очистными сооружениями, хотя они и основываются на фундаментальных положениях общей теории управления, настолько тесно связаны со спецификой обрабатываемых потоков городских и производственных сточных вод и, соответственно, управляемых объектов, что разработка каждой новой автоматизированной системы оказывается в значительной степени оригинальной.Дело в том, что практически все современные очистные сооружения состоят из большого числа разнотипных машин и аппаратов, связанных между собой сложной технологической схемой. Характер этих связей может быть весьма различным: сточные воды, сырой и избыточный ил, суспензии и сброженные осадки обрабатываемые в одних аппаратах, поступают в следующие по ходу процесса сооружения; побочные продукты очистки, получаемые на одном участке системы, утилизируются на другом; исходные, промежуточные и конечные материальные потоки распределяются между различными потребителями.Задача автоматизации управления такими природоохранными системами состоит не только в том, чтобы поддерживать наиболее эффективный режим в каждом аппарате или сооружении в отдельности, но и в том, чтобы установить между элементами технологической схемы связи, обеспечивающие оптимальную работу всей системы в целом.Практическое решение всей комплексной задачи управления такой сложной системой связано с большими трудностями, причиной которых является высокая размерность исходной задачи. Поэтому обычно общая задача автоматизации управления разбивается на несколько подзадач, при этом создается многоуровневая система управления, так называемая интегрированная АСУ ТП. В этих многоуровневых системах подсистемы управления материальными потоками играют роль нижнего высокочастотного каскада. В коммунальном хозяйстве больших городов и в системах водоотведения крупных промышленных предприятий и промузлов обычно насчитывается несколько десятков, а иногда и сотен, таких подсистем.Качество управления материальными потоками в таких системах существенно влияет на точность отработки управляющих воздействий в АСУ ТП, а значит и на качество управления технологическими процессами на верхних уровнях иерархии. Кроме того, нестабильность потоков вызывает ухудшение режимов работы многих агрегатов и сооружений, что связано с дополнительными непроизводительными затратами реагентов и энергии.Свойства обрабатываемых потоков воды, ила и осадков весьма неблагоприятны для реализации автоматических измерений и управляющих воздействий. В этих условиях надежность, живучесть и энергоёмкость подсистем управления материальными потоками во многом определяют эксплуатационные характеристики всей интегрированной АСУ ТП. Однако до настоящего времени не исследована зависимость эффективности управления очистными сооружениями от структуры подсистем и способов управления материальными потоками, вследствие чего отсутствуют научно-обоснованные методы синтеза этих подсистем.Таким образом, задачи исследования и разработки алгоритмов и систем управления материальными потоками являются актуальными и важными для развития и совершенствования АСУ ТП очистных сооружений, повышения их эффективности и улучшения эксплуатационных характеристик.Настоящая работа выполнялась в соответствии с учебным планом обучения автора в докторантуре и планами НИР и ОКР кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий Московского государственного строительного университета в рамках межвузовской программы «Градостроительные основы архитектуры и строительства» (задание 7.2 - Разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий и конструкций высокоэффективных систем водоснабжения и водоотведения, кондиционирования, микроклимата и теплоснабжения) и межвузовской научно-технической программы «Строительство» (научное направление 7.1 - Совершенствование систем водо-, газо-, тепло- и энергоснабжения населенных пунктов, зданий и сооружений).Цель работы - получение научных и методических результатов, дающих инженерам, разработчикам и проектировщикам современных систем автоматизации очистных сооружений совокупность новых знаний, представлений и навыков, позволяющие создавать в короткие сроки системы управления потоками с более высокими потребительскими свойствами.Для достижения поставленной цели: — выполнен анализ взаимодействия подсистем управления потоками воды и воздуха с подсистемами более высоких уровней иерархии управления очистными сооружениями; — произведена декомпозиции задачи синтеза подсистем управления потоками на автономно решаемые подзадачи выбора экономически целесообразного способа реализации управляющих воздействий и структурного синтеза подсистемы; — разработана и исследована методика обоснованного выбора на стадии проектирования АСУ ТП технического обеспечения управления потоками с учётом энергоёмкости управления и эксплуатационных затрат; — исследованы условия частотной декомпозиции математической модели подсистемы управления потоками на высокочастотную и среднечастотную части, разработаны математические модели этих частей и их линейные приближения с учётом свойств применяемых на очистных сооружениях насосных агрегатов, воздуходувных машин и систем технологического контроля; — разработана методика оценки точности управления потоком, учитывающая параметры управляемого технологического процесса водообработки, воздуходувок, насосов, регулируемого электропривода, воздухопроводной и гидравлической сетей и характеристик возмущающих воздействий при оптимальных параметрах контуров управления; — предложен и исследован характеристический показатель эффективности одноконтурной или каскадной структуры подсистемы управления потоками; разработана методика структурного синтеза этих подсистем для САПР АСУ ТП, основанная на использовании этого характеристического показателя; — разработаны алгоритмы и системы управления потоками в процессах аэробной очистки сточных вод в аэротенках, анаэробного сбраживания осадков в метантенках, механического обезвоживания осадков в вакуум-фильтрах и центрифугах, а также распределения потоков между параллельно работающим оборудованием; — экспериментально проверены основные научные результаты.В перечисленных исследованиях и разработках были использованы методы линейного синтеза управления, нелинейного программирования при параметрической оптимизации систем, методы теории случайных процессов, методы оптимального моделирования факторных экспериментов и методы математического моделирования технологических процессов, работающих в нестационарных условиях под воздействием случайных возмущений.Научной новизной обладают следующие основные результаты выполненных исследований: • метод определения затрат энергии на управление потоками с учётом их нестационарной составляющей, зависящей от дисперсии колебаний управляемого потока, и способ выбора экономически целесообразного технического обеспечения подсистем управления, основанный на применении этого метода; • математические модели подсистем управления потоками воды и воздуха в качестве нижнего уровня иерархической АСУ ТП ВиВ, способы частотной декомпозиции этих моделей и линейные математические описания их высокочастотной и среднечастотной частей; • экспоненциально-степенная аппроксимация частотных характеристик подсистемы управления потоком, аналитическое описание зависимости параметров аппроксимации от параметров нагнетателя, линейной модели управляемого объекта, схемы технологического контроля и характеристик возмущений; • метод определения дисперсии колебаний управляемых параметров технологических процессов водообработки и участвующих в них материальных потоках воды, воздуха и суспензий; • критерий целесообразности каскадной структуры подсистемы управления потоками и основанная на его применении методика структурного синтеза подсистемы на стадии проектирования АСУ ТП очистных сооружений; • принцип координации работы оборудования и разработанные на его основе способы оптимального распределения потоков между параллельно работающими машинами и аппаратами водообработки.Практическая значимость разработанной методики синтеза подсистем управления потоками в АСУ ТП очистных сооружений состоит в том, что она позволяет в каждом конкретном случае определить экономически рациональный способ реализации управляющих воздействий, технические средства и структуру подсистем управления потоками воды, воздуха, реагентов и теплоносителей. Предварительные ориентировочные расчёты показывают, что использование полученных результатов позволит не только повысить техникоэкономические показатели работы станций водообработки за счёт снижения более чем на 15% затрат электроэнергии, но и существенно сократить сроки и стоимость НИР и ОКР для проектируемых систем, а также модернизировать структуры организационных задач и соподчинённости диспетчеров и технологов цехов очистных сооружений.На основе полученных практических результатов для научнопроизводственных фирм и проектных организаций подготовлены рекомендации по выбору способов и технических средств автоматического управления потоками при очистке и обработке осадков сточных вод. Эти же результаты используются в учебном процессе при подготовке в МГСУ инженеров по специальностям: 21.02 - Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве, 29.08 - Водоснабжение, водоотведение, рациональное использование и охрана водных ресурсов, 29.13 - Механизация и автоматизация строительства.Теоретические исследования и практические разработки выполненные автором в 1997-2005 г.г. и составили предмет настоящей диссертации. Результаты, полученные в ходе этих исследований, опубликованные в книгах и брошюрах, статьях в журналах и научных сборниках и апробированные на научных конференциях, симпозиумах и семинарах, позволяют защищать следующие основные положения: 1. Экономически обоснованный синтез подсистем управления материальными потоками в иерархических АСУ ТП очистных сооружений (нижних высокочастотных каскадов) должен производится с учётом влияния работы этих подсистем на качество управления технологическими показателями, стабилизируемыми среднечастотными подсистемами, которые формируют сигналы изменений заданий подсистем управления потоками, а также с учётом энергоёмкости управления и качества стабилизации потоков. Задачу синтеза следует разделить на две автономно решаемые подзадачи: выбора способа реализации управляющего воздействия на поток и выбора оптимальной структуры подсистемы.2. Среди затрат на управление, сопоставляемых при выборе способа технической реализации управляющих воздействий на материальный поток (дросселирование потока с помощью регулирующего органа или изменение скорости регулируемого электропривода нагнетателей), важнейшими являются энергозатраты на управление. При их вычислении необходимо учитывать не только стационарную составляющую, зависящую от паспортных параметров нагнетателей с регулируемым электроприводом и расчётных характеристик гидравлической сети, но и нестационарную составляющую, пропорциональную дисперсии колебаний управляемого потока. Вес этой составляющей определяется аналитическим выражением, связывающим её с указанными параметрами насосного или воздуходувного агрегата и сети.3. Частотная декомпозиция математической модели подсистемы автоматического управления потоком позволяет выделить высокочастотную и среднечастотную части модели. Параметры линейной аппроксимации высокочастотной части зависят от параметров нагнетателей, воздухопроводной или гидравлической сети: описание этой зависимости формализовано по результатам факторного эксперимента, поставленного на нелинейной модели. Они однозначно определяют оптимальные значения параметров настройки формирователя управляющих воздействий в высокочастотном контуре стабилизации потока по показаниям расходомера; выражения для расчёта оптимальных значений могут быть получены анализом передаточных функций элементов контура.Линейная модель среднечастотной части включает: линейную модель канала управляющего воздействия технологического процесса, управляемого среднечастотной подсистемой АСУ ТП ВиВ; ключ, замыкающийся с частотой дискретного аналитического контроля; звено запаздывания на время обработки и анализа проб; формирователь управления.4. Квадратичные ам плиту до-частотные характеристики (АЧХ - квадраты модулей передаточных функций) высокочастотной и среднечастотной частей линеаризованной модели подсистем управления потоками имеют колоколообразную форму; их можно аппроксимировать произведением экспоненциальной и степенной функции частоты (подвергнуть экспоненциально-степенной аппроксимации), коэффициенты которых однозначно определяются параметрами моделей высокочастотной и среднечастотной частей. Аналитическое описание этой однозначной зависимости получено обработкой результатов исследований частотных характеристик моделей, что позволило получить систему соотношений, по которым рассчитываются оценки дисперсий колебаний расхода и технологического показателя при оптимальной настройке обеих частей подсистемы.5. При оптимальном распределении нагрузок между параллельно включёнными нагнетателями задачу управления следует ставить, как нахождение нагрузки насосов или воздуходувок, минимизирующей затраты электроэнергии, при условии что: суммарная нагрузка всех нагнетателей равна заданной производительности системы (ограничение типа равенства); напор, создаваемый каждым нагнетателем, должен быть не меньше сопротивления гидравлической сети (ограничение максимальной нагрузки типа неравенства); устойчивая работа насоса обеспечивается только при нагрузках больших значения экстремально возможного напора (ограничение минимальной нагрузки типа неравенства).При управлении группой параллельно включенных нагнетателей одинакового типа необходимо вначале снижать нагрузку на одном произвольно выбранном аппарате, начиная с максимально допустимой до минимально допустимой, и после его разгрузки разгружать следующий и т.д., а для параллельно включенных нагнетателей разного типа следует максимально нагружать одни аппараты, минимально нагружать другие, полностью выключать из работы третьи и частично загружать один из нагнетателей; в случае, если общая нагрузка близка к максимальной, снижать следует нагрузку того нагнетателя, производная характеристики которого имеет наибольшее значение.6. Результаты научных исследований и разработок, защищающие положения 3-5, являются теоретической базой методики выбора целесообразной структуры подсистемы управления потоком. Эта методика предписывает последовательность вычислительных процедур, на заключительной стадии которой вычисляется характеристический показатель - линейная комбинация указанных выше дисперсий для сравниваемых вариантов структуры. В зависимости от знака этого показателя делается заключение о целесообразности либо одноконтурной структуры, в которой команды на изменение управляемого потока формируются по результатам дискретных запаздывающих измерений стабилизируемого технологического параметра, либо каскадной структуры, в которую дополнительно вводится высокочастотный каскад стабилизации управляемого потока, включающий измеритель расхода.Эффективность разработанной методики доказана на примерах её применения при автоматизации очистки сточных вод в аэротенках, анаэробного сбраживания осадков в метантенках и механического обезвоживания в фильтрах и центрифугах.

S.5. Выводы по главе 8.

1. Обработка и анализ данных эксплуатации очистных сооружений убедительно показали, что значительным колебаниям подвержены как часовые, так н сменные и суточные значения основных параметров промежуточных и целевых, побочных продуктов цеха механического обезвоживания и термической сушки осадков сточных вод,

2. Получена кривая релрессии производительности участка сушкн в зависимости от количества обрабатываемого осадка на участке механического обезвоживання, близость сё к линейной и вычисленный средний коэффициент корреляции позволили определить влияние на производительность технологического комплекса рила других, случайных факторов.

Установлено, что основные возмущения процесса возникают из-за переменного качества обрабатываемых осадков, несовершенства режимов группового управления и низкой надёжности оборудования.

По результатам обобщения производственных данных по колебаниям пронзводнтел ьиости. интенсивности отказов и коэффициентам простоя оборудования выявлена необходимость н возможность прогнозирования и оперативного устранения случайных нарушений технологического режима и работоспособности используемого оборуловаиия

5. Предложены технологическое и диспетчерское направления совершенствования режима управления цехом, первое из которых связано с повышением эффективности работы руководителей смен и цеха по управлению технологическим процессом в машинах и аппаратах И цеха в целом, второе - с упорядочением и организацией деятельности всего персонала цеха для обеспечения заданной производственной надежности.

6. Разработана новая организационная структура цеха и сформулирована структура задач и соподчиненности диспетчера и технолога, на основе которых сформулированы основные функции АСУ цеха обезвоживания.

263

ЗАКЛЮЧЕНИЕ,

Диссертация посвящена актуальной научной проблеме ■■ созданию методологии комплексного решения задач проектной и оперативной оптимизации управляемых инженерно-технологических систем жизнеобеспечения городов н крупных населённых пунктов. Работа содержит результаты исследований но теоретическому обобщению и решению важной хозяйственной, социальной и экологической задачи повышения эффективности мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.

Научный аспект проблемы заключается в разработке теорегнко-прнкладных основ системного анализа, построении математических моделей и систем управления специальным развивающимся классом технологических объектов - процессов санитарной очистки природных и сточных вод. Работа по методологии синтеза осуществлялась с учётом законов РФ, государстветгых стандартов, строительных норм и правил по вопросам водоснабжения и водо-отведення; проводилась в соответствии с межвузовской научно-технической программой «Строительство» и планами НИР МГСУ. Она выполнялась более 8 лет к носит новаторский характер.

Полученные научные и практические результаты могут быть сведены к следующему.

I. Результаты енстемно-струнгтурного анализа взаимодействия отдельных участков очистных сооружений лают основание считать, что технологические схемы этих инженерно-экологических комплексов представляют собой сложные системы, состоящие из многоаппаратных взаимосвязанных подсистем, объединенных непрерывными прямыми потоками обрабатываемых сточных вод и глубокими обратными связями, которые образованы рецнркулирующн.мн потоками ила, осадков и теплоносителей

Требования, предъявляемые к качеству очищенных вод и образующихся побочных продуктов очистки {биогазу и удобрениям), диктуют необходимость совершенствования техники проектирования схем автоматизации и высокой точности управления составом материальных потоков основных технологическнх систем, н то время как количественные показатели этого состава можно определять лишь дискретно, с запаздыванием результатов измерений на время транспортирования и обработки проб в лаборатории.

2, В современных условиях эффективным средством достижения высокого качества функционирования очистных сооружений является применение специальной модификации частотной декомпозиции задачи управления, которая основана на хронологическом разделении основных режимов работы технологических систем. Большую часть времени системы работают в режиме автономной стабилизации состава очищенных н промежуточных потоков воды на выходе машин и аппаратов в рамках достаточно узких ограничений величин этих показателей. При этом устраняется неблагоприятное влияние относительно высокочастотных возмущений на показатели эффективности очистки и получения побочных Иродуктов

В тех случаях., когда низкочастотные возмущения (в частности, значительные изменения состава очищаемых вод и производительности оборудования) приводят к неустранимым в рамках указанных ограничений деба-лансам основных и оборотных потоков, комплекс переводится в диспетчерский режим управления. В этом режиме формируются новые ограничения, исходя из условий оптимального взаимодействия машин и аппаратов в составе комплекса, после чего наступает период автономного управления технологическими системами.

3. Для синтеза алгоритмов автономного и диспетчерского режимов работы требуется разная форма математического описания технологических систем, Алгоритмы высокочастотного автономного управления основаны на приближенном математическом описании материальных н энергетических балансов отдельных машин и аппаратов (или их групп) В нестационарных условиях в предположении об идеализированном гидродинамическом режиме массообме-на. диффузионной (иди химической) природе лимитирующей стадии гегеро-фазных превращений и возможности учёта тормозящего (или ускоряющего) эффекта процесса с помощью уравнений локальной кинетики. Низкочастотное диспетчерское управление реализуется ив базе математического описания стационарного режима управляемого технологического участка исходя Н3 того, что достаточно высокое качество автономного управления обеспечивает малости средних скоростей изменения показателей эффективности процессов во-дообработки за время между двумя соседними периодами диспетчерского управления.

4. Анализ изменений показателей технологической и экономической эффективности технологических систем водообработкн позволяет установить, что для органически взаимосвязанного процесса их проектной и оперативной оптимизации в качестве критерия следует использовать сводный экономический показатель оптимальности в виде «переменной части технологической себестоимости» единицы обрабатываемых потоков, характеризующий как организованность (технологическую упорядоченность) системы, так н общие затраты, связанные с её созданием и эксплуатацией (экономическую упорядочснность). 11ри этом необходимо исходить из различных способов рассмотрения независимых переменных: деление переменных на группы по их принадлежности к отдельным объектам управления должно дополняться разделением этих переменных на основе их воздействия на объект с использованием технологических (экологических) и экономических показателей оптимальности. Первая группа переменных должна содержать параметры, способные повышать организованность системы при неизменных затратах на водообработку; вторая - параметры, способные повысить эффективность объекта только за счёт увеличения материальных или энергетических затрат.

Предложенный критерий оптимальности и классификация переменных показывают, что одну и ту же цель (например, повышение степени очистки сточных вод) можно достичь либо интенсивным, либо экстенсивным воздействиями на систему. В первом случае повышение качества достигается за счёт подвода порядка к системе, во втором - за счёт увеличения затрат. Принятое деление переменных показывает также, что прн решении задач оптимизации экстенсивными воздействиями следует пользоваться, когда интенсивные воздействия уже исчерпаны.

5. Сформулированный сводный показатель эффективности без каких-либо изменений может использоваться в роли критерия качества управления а диспетчерском режиме, В то же время, в автономном режиме динамические отклонения or заданных значений стабилизируемых параметров могут привести и к увеличению значения данного критерия. Предложенная методика выявления связи традиционных критериев качества стабилизирующего управления с величиной сводного экономического показателя позволяет определять условия, прн которых автономный режим управления может оказаться эффективнее диспетчерского. Для случаев, когда, вследствие существующего соотношения цен на реагенты, энергию и побочные продукты водообработки. экономически неравноценны положительные н отрицательные отклонения управляемых параметров от заданных значений предложено вводить коэффициенты, учитывающие экономический «вес» величин разных знаков.

6. Совокупность результатов теоретических исследований, отмеченных в п.п. Г-8, составляет основу новой методики математического моделирования и комплексного решения задач оптимизации технологических режимов, автоматического и автоматизированного управления изучаемого класса природоохранных систем по единому или взаимообусловленным критериям оптимальности. Разработанная методика применима как для разработки оптимальных структур и анализа функционирования действующих систем управления, так и для прогнозирования оптимальных режимов и создания систем управления при проектировании новых технологических комплексов водоочистки.

7. Эффективность применения методики в первом из указанных в п.6 направлений показана на примере подсистем управления материальными потоками в технологических системах очистных сооружений, Новизна полученных результатов заключается в том, «по подобная задача впервые рассмотрена с точки зрения четырёх аспектов экономической эффективности: энергоемкости реализации управляющих воздействий на материальные потоки; ущерба, наносимого станциям вадообработки непостоянством исходных потоков; ущерба, наносимого колебаниями показателей технологических режимов, обусловленного непостоянством промежуточных потоков; дополнительными затратами, связанными с необходимостью измерения расходов веществ при стремлении повысить точность управления потоками Все четыре составляющие эффективности измеряются показателями, непосредственно связанными с себестоимостью водообработкн.

Результаты анализа роли подсистем управления материальными потоками дают основание для автономного решения двух подзадач: - выбора экономически оправданного способа реализации управляющего воздействия на поток его дросселированием с помощью регулирующего органа, либо изменением скорости вращения ротора насоса нлн воздуходувной машины. транспортирующих поток посредством регулируемого электропривода; выбора рациональной структуры {одноконтурной нлн каскадной} подсистемы упраазекия материальным потоком.

8. Первая из приведённых в п.7 подзадач решена сопоставлением единовременных и текущих затрат при двух разных способах управления в зависимости от параметров нагнетателя и гндраачической системы,, по которой транспортируются вещества, и средних значений расхода и статического напора, преодолеваемого нагнетателем, Получено новое соотношение между непроизводительными затратами электроэнергии на реализацию управляющих воздействий и указанными выше параметрами, отличающееся от ранее известных нестационарной составляющей, пропорциональной дисперсии колебаний расхода транспортируемых веществ.

Для решения второй подзадачи разработана и исследована нелинейная математическая модель подсистемы управления потоком (как нижнего высокочастотного уровня иерархической АСУ ТП), с учётом сё взаимодействия с подсистемами среднего уровня, стабилизирующими технологический режим объекта. Декомпозиция и линеаризация этой модели позволили исследовать отдельно частотные характеристики двух её частей: высокочастотной, описание которой характеризуется параметрами нагнетателя, гидравлической системы и формирующих фильтров автокоррслнрованных высокочастотных возмущений, н среднечастотиой, описание которой характеризуется параметрами канала управляющего воздействия в линейной молелн управляемого объекта н параметрами типичного для очистных сооружений дискретного запаздывающего контроля за показателями технологического режима,

9, Доказана возможность применения зкспонеинноалыю-степенной аппроксимации квадратов амплитудно-частотных характеристик высокочастотной и среднечастотиой частей линейной модели подсистемы управления потоками. благодаря чему получены соотношения, позволяющие определить на стадии проектирования АСУ ТТ1 оценки дисперсий колебания расходов веществ н обусловленных ими колебаний показателей технологического режима при оптимальной настройке контуров управления.

По результатам этих исследований разработана методика структурного синтеза подсистемы управления материальными потоками. Выбор одноконтурной (с формированием управлений только по результатам дискретного запаздывающего контроля) или каскадной (с дополнительным измерением расхода вещества) структуры по этой методике зависит от знака характеристического показателя, вычисляемого по указанным выше оценкам дисперсий колебаний потоков и технологических показателей, которые могут быть получены прн использовании сравниваемых структур с оптимально настроенными контурами формирования управлений.

10. Достоверность результатов исследований и эффективность использования на практике разработанной методики доказана на примерах автоматизации управления тремя основными технологическими системами городских очистных сооружений: аэробной очистки сiочных вод в азротенках с пневматической системой аэрации; анаэробного сбраживания осадков сточных вод в метактенкнх с помощью острого пара; механического обезвоживания осадков методами фильтрования и центрифугирования.

Для первой из этих снстсм, ив базе построенной математической модели И графо-анапитическаго метода оптимизации, разработаны новые способы автоматического управления процессом в режиме НЦУ н оптимального распределений нагрузки в параллельно работающих аэротенках, позволяющие значительно повысить качество очистки и уменьшить эксплуатационные расходы,

Для второй системы, с помощью созданной аналитической модели, учитывающей влияние температуры на процесс сбраживания, и разработанных условий частотной декомпозиции, предложена научно-обоснованная методика выбора рациональной структуры системы управления тепловым режимом процесса.

Для третьей технологической системы, на основе вариационного подхода к математическому описанию связи между издержками обработки осадков, динамическими свойствами объекта и возмущающими факторами сформулирован экономически обоснованный критерий качества управления оборудованием и предложены достаточно простые оценки этого критерия, применимые как для синтеза структуры, так и для расчёта экономической эффективности системы управления. На основе полученных результатов исследований разработаны новые способы адаптивного автоматического управления обезвоживанием осадков в барабанных вакуум-фильтрах н центрифугах непрерывного действия с помощью современных микропроцессорных устройств.

П. Результаты теоретических исследований н практических разработок отдельных систем водоочистки положены в основу создания новой стратегии оперативного управления организационно-технологическим комплексом (цехом механического обезвоживания осадков), при практической реализации которой предложено различать автономный и диспетчерский режимы работы, В нервом из них управление отдельными машинами н аппаратами следует осуществлять независимо друг от друга, во втором - должно вырабатываться новое задание для стабилизирующих подсистем.

По характеру полученной кривой регрессии производительности участка сушки в зависимости от количества механически обезвоженного осадка (близостн ей к линейной) н величине среднего коэффициента корреляции определено влияние на производительность цеха не только переменного состава осадков и несовершенства режимов группового управления, но и низкой надёжности оборудования. Анализ данных по колебаниям производительности, интенсивности отказов н вычисленным коэффнинеггтам простоя оборудования позволил доказать необходимость и возможность прогнозирования н оперативного устранения случайных нарушений технологического режима и работоспособности оборудования. Дня реализации этих мероприятий предложены технологическое и организационное направления совершенствования режима управления цехом.

Показано, что технологическое направление должно быть связано с повышением эффективности работы руководителей смен и цеха по управлению процессами обезвоживания на отдельных участках и цеха в целом, а организационное направление - с упорядочением деятельности всего персонала цеха для обеспечения заданной производственной надежности. С учётом этих выявленных особенностей предложена новая организационная структура цеха и разработана структура задачи соподчи ценности сменных диспетчера и технолога, на основе которых сформулированы основные функции АСУ цеха.

12, Научные и практические результаты диссертации рекомендованы заинтересованным фирмам и организациям для проектировании новых и модернизации действующих систем управления технологическими системами и крупными комплексами водоочистных сооружений; они используются также в учебном процессе при подготовке в МГСУ инженеров по автоматизации нкже-нерно-экологнчесхнх систем строительства н коммунального хозяйства, доложены на научных конференциях, семинарах и симпозиумах, опубликованы в учебно-.мегоднческой литературе, периодической печати и сборниках научных статей 1177 - 2161

271

1. Смирнов Д. Н- Автоматическое регулирование процессов очистки природных и сточных вод. - М.: СгроЙнздат, 1985.310 с.

2. Попкович Г, С.» Гордеев М, А, Автоматизация систем водоснабжения и водоотведеиия. М.: Высшая школа. 1986. 392 с,

3. Рульнов А. А. Автоматизация инженерно-экологических систем жизнеобеспечения -М,: МГСУ, 1996,65 с.

4. Инженерное оборудование зданий и сооружений (Энциклопедия) М.: Стройиэдат, 1994. 512 с.

5. Bcrthoucx Р. М„ Rudd D, F. Strategy of Pollution Control. New York - London. 1977, 604 p.

6. Ннколадзе Г. И, Технология очистки природных вод. М: Стройнэдат. 1987,480 с,

7. Родионов А. И, Клушнн В, Н„ Торочсшников Н. С. Техника защиты окружающей среды. М.: Высшая школа, 1989,512 с.

8. Родионов А. И., Кузнецов Ю. П-. Зенков В. В. Оборудование и сооружения ДЛЯ зашиты биосферы от промышленных выбросов. М.: Высшая школа, 1985,352 с.

9. Яковлев С. В. Скирдов И. В. Швецов В. И. Процессы, аппараты и сооружения биологической очнегкн сточных вод, М: Стройнздат, 1985, 208 с.

10. Фрог Б. П., Левченко А. П. Водоподготовка. М.: МГУ, 1996, 680 с.

11. Gracf S. P. Andrews J. F. Process stability and strategics for the anaerobic digesters, Journ." Walcr and sewage works", 1985. №3, p,62-65,

12. Герзон В. M , Мамет А, П., Юрчсвскнй Е Б. Управления водолодгогонн-тельным оборудованием н установками М.: Энергоатомнздат. 1985, 232 с.

13. Buswelt А. М. Anaerobic fermentation*. Bullitin №32, Illinois state water survey, Urbana, 1969.

14. Рульнов А. А., Юлдашева Д. К. Оптимизация процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вол методами математического моделирования. В сб, статей «Экологическое строительство it образование» (под ред. В. Я. Карелина) - М : МГСУ, 1994. с. 54-57.

15. Гордин И, В. Технологические системы водообработкн (динамическая оптимизация), -Л.: Химия, 1987, 264 с.

16. Рульнов А. А, Новый принцип оценки эффективности автоматизированных технологических комплексов, Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1988, На 7, с. 128-133.

17. Рульнов А, А., Егоров А. В, Особенности управления технологическими процессами водоочистки. Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1988, № П, е. 84-89.

18. Рульнов А. А. Юл Лаптева Д. К. Критерий качества управления процессами водообриботкн. Итв. вузов. Строительство, 1994, № 5-6, с. 84-88.

19. Mathematical models in water pollution control. Edition by A. James. New York, Toronto, 1977.492 p.

20. Фельдбаум А. А, Электрические системы автоматического управления М.: Оборонил, 1957, 808 с.

21. Воронов А, А. Основы теории автоматического управления, т.2. М,: Энергия, 1976, 371 с.

22. Рульнов А. А. О контроле и управлении процессами подготовки сточных вол к очистке. Изв. вузов. Строительство, 1992, № 5-6, с. 120-125.

23. Рульнов А. А, Вариационный смысл задач управления автоматизированными технологическими комплексами водообработкн. Изв, вузов, Строительство и архитектура, 1989, № 6, с. 84 88

24. Яковлев С. В„ Карюхина Т. А. Биохимические процессы очистки сточных вод. М.: Стройнздат, 1980. 200 е.

25. Яковлев С. В. Карелин Я А„ Ласков Ю. М, Воронов Ю- В- Водоотводя-шие системы промышленных предприятий, М,: Стройиздат, 1990, 612 с.

26. Яковлев С. В., Воронов Ю, В. Биологические фильтры. М.: Стройнздат, 1982,122 с.

27. Найденко В. В., Кулакова А. П., Шеренков И. А. Оптимизация процессов очистки природных и сточных вол. М.: Стройнздат, 1984,152 с.

28. Попкович Г, С,, Репин Б. Н, Системы аэрации сточных вод. М,: Стройнздат, 1986,134 с.

29. Барнес Д. Фнтцжеральд П. Анаэробные процессы очнеткн сточных вод. -В кн ; Экологическая биотехнология. Л.: Химия. 1990, с, 37-89.

30. Таубе П. Р. Баранова А, Г. Химия и микробиология воды. М: Высшая шкала, 1983,280 с.

31. Кожинов В, Ф„ Кожннов И. В, Озонирование воды, М,: Стройнздат. 1974, 160 е.

32. Орлов В, А. Озонирование воды. М.: Стройиздат, (984.89 с.

33. Попкович Г. С., Кузьмин А. А. Автоматизация систем водоснабжения и канализации. М.: Стройиздат, 1985, 246 с.

34. Попкович Г. С. Автоматизация и днепетчеризаштя систем водоснабжения и канализации. М.: Стройнздат, 1984, 282 с.

35. Эдь М. А., Эль Ю, Ф-. Всбср И, Ф. Наладка и эксплуатация очистных сооружений городской канализации М,; Стройиздат, 1987, 232 с.

36. ГоловатыЙ Я. И. Приборы для контроля процессов очнсткн стачных вод. -Водоснабжение и санитарная техника, 1989, № 5, с. 26-28.

37. Головатый Е. И. Метол инструментального контроля ВПК сточных вод. -Водоснабжение и санитарная техника, 1988, № 4» с. 27-29,

38. Смирнов Д. Н., Замелнна О. В. Автоматизация оборотных охлаждающих систем водоснабжения. Водоснабжение н санитарная техника, 1988, N? б, с. 27-28.

39. Молви* В. М. Автоматическое регулирование процесса нейтрализации сточных вол- Водоснабжение н санитарная техника, 1989, Лс 7, с, 25-27.

40. Марченко Ю. Г., Гонтарь Ю. В. Управление процессом хлорирования воды. Водоснабжение и санитарная техника. J991, № 2, с. 24-25.

41. Ицковнч Э. Л. Контроль производства с помощью вычислительных машин. М.г Энергия, 1985.416 с.

42. Туровский И. С. Обработка осадков сточных вод. М,; Стройнздат, 1982, 224 с.

43. Пантер Л. И., Гольдфарб Л. Л. Метактенкн. М.: Стройнздат, 1991,128 с.

44. Цирлин А. М. Оптимальное управление технологическими процессами, -М.: Энсргоатомиздат,, 1996, 400 с.

45. Системотехника строительства, Энциклопедический словарь (пол ред. А.А. Гусакова). М.: Новое тысячелетне, 1999,432 с.

46. Рульнов А. А. О режимах управления технологическими комплексами очнсткн сточных вод. Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1990, .V» 2, с. 109-115.

47. Абдулханоа И. Н Автоматическое управление материальными потоками в инженерных системах жизнеобеспечения, Автореферат кандидатской диссертации. - М.: МГСУ. 1999. 19 с.

48. Юлдащсва Д. К. Моделирование и оперативное управление процессом стабилизации осадков сточных вод. М.: МГСУ. 1994,18 с,

49. Абдулханов Н, Н. Повышение эффективности управления потоками в АСУ ТП жизнеобеспечения, В сб.: Тезисы докл. науч.-техн. конф. молодых учёных, аспирантов н докторантов «Окружающая среда-Развитие-Строитсяьство-Образоваиис». М.: МГСУ. 1998. с. 7-8.

50. Рульнов А, А., Юлдашева Д. К. Особенности построения математических моделей волообработкн. Изв. вузов. Строительство, 1994, № 1, с. 76-82.

51. Рульнов А. А,, Юлдашева Д. К. О процедуре оптимизации природоохранных технологических систем методами математического моделирования, Изв. вузов. Строительство, 1994, № 3, с. 94-97.

52. Макаров И. М. Озерной В. М,, Ястребов А, П, Выбор принципа построение сложной системы автоматического управления на основе экспертных оценок. Автоматика и телемеханика, 1981, №1,0- 128-137.

53. Макаров И. М„ Озерной В. М., Ястребов А. П. Принятие решения о выборе варианта сложной системы автоматического управления. Автоматика и телемеханика, 1981, № 3. с, 124-129,

54. Москвитин А. А., Москвнтин Б. А., Мнрончик Г. М„ Шапиро Р. Г, Оборудование водопроволно-канализационных сооружений. М.: Стройиэ-дат, 1989, 430 с,

55. Рульнов А, А,, Абдулханов Н, Н. Постановка задачи оперативной оптимизации работы нагнетателей в системах жизнеобеспечения. В сб. трудов: Автоматизация инженерно-строительных технологий, систем и оборудования, М.: МГСУ, 1998, с, 13-18,

56. Рульнов А. А,, Абдул ханов Н, Н. Управляемые насосы в структуре автоматизированных систем жизнеобеспечения. Там же, с. 18-24.

57. Попкович Г. С. Репин Б. Н. Системы аэрации сточных вод. М.: Строй-издат, 1986,134 с,

58. Репнн Б. П., Павлинова И. И., Запорожец С. С„ Баженов Б, И. Воздуходувные станции. М,; ВЗИСИ, 1991.86 с.

59. Патеюк В, М. Автоматическое управление процессами очистки сточных вод. Водоснабжение и санитарная техника, 1983, № 3, с. 3-7.

60. Лезнов Б. С, Воробьёв С. В., Лсэнов Н. Б. Определение экономии энергии прн регулировании частоты вращения воздуходувных машин Водоснабжение и санитарная техника, 2002, №7, с.30-32,

61. Дмитрненко Ю. А. Регулируемый электропривод насосных агрегатов, -Кишинев; Штнница, 1985,310 с.

62. А. с, 724453 (СССР). Устройство для автоматического управления аэрозенкам и ) Г, С, Попкович, Л. Л. Горинштейн/. Опубл. в Б.И., 1980, 34,

63. А, с, 1790982 (СССР), Способ автоматического управления параллельно работающими адсорберами /А. А. Рулыюв, А- В, Егоров, И. А. Хлынни/. -Опубл. вБИ., 1993, №23.

64. Патент РФ 2057723. Способ автоматического управления аэротенкамн ГЛ. А. Рулыюв, А. П. ЗоткннЛ Опубл. в Б.И., 1996, Кг 10,

65. Патеюк В. М. Адаптивное управление аэрацией сточных вод. Водоснабжение и санитарная техника, 1996, № 12, с. 7-9,

66. Экономика водопроводно-канализационного строительства и хозяйства, (под ред. С. М, Шнфрина). М.: Стройнздат, 1992,319 с.

67. Типовая методика определения эффективности капитальных вложений. -М.: Экономика, 1994,94 с.

68. Калннушкнн М. П. Насосы и вентиляторы. М: Стройиздат, 1987, 176 с.

69. Карелин В. Я„ Новодерсжкнн Р. А. Насосные станции с центробежными насосами. М.; Стройнздат, 1986, 320 е.

70. Абдулханов Н. Н. Автоматическое управление материальными потоками в инженерных системах жизнеобеспечения. Кандидатская диссертация.- М.: МГСУ, 1999.128 с,

71. Илельчнк И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям М.; Энергия, 1985, 4II с.

72. Курганов А. М., Федоров Н. Ф, Справочник по гидравлическим расчетом систем водоснабжения и канализации. Л.: Стройиздат, 1988, 424 с.

73. Электроггриводы комплектные, тирнсторные. серии ЭКГ, мощностью 100- 400 квт, (каталог) М.: Информэлектро, 1991,6 с,

74. Электроприводы комплектные, тирнсторные, серии ЭКГ и ЭКТр (каталог), М.: Информэлектро, 1993,8 с,

75. Ковалёва Н, Г. Ковалёв В. Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности. М.: Химия, 1987,158 с.

76. Bcrthoue* Р. Мае, Rudd Dale F. Strategy of Pollution Control. John Wiley and Sons, New York, Santa Barbara, London, 1977,646 p,

77. St. Рулыюв А. А., Юлдашева Д. К. Математическое моделирование процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод. В сб. трудов IV-Й Всероссийской науч. конф. «Динамика процессов и аппаратов» - Ярославль. 1994, т.I.e. 142-143.

78. Юлдатсва Д. К. Моделирование и оперативное управление процессом стабилизации осадков сточных вод. Кандидатская диссертация, — М,: МГСУ, 1994, ! 45 с.

79. Ватырев Р. И., Зарецкий Б, Ф. Эленбоген М, М, и др, Микропроцессоры в Химической промышленности М.: Химия, 1988. 136 с.

80. Боголюбов Н- В. Автоматизация управления технологическими процессами обработки воды. Киев: Наукова думка, 1987, 204 с,

81. Горононскнй И Т. Физико-химическое обоснование автоматизации технологических процессов обработки воды. Киев: Наукова думка, 1985, 216 с.

82. Гордин И. В., Манусова Н, Б„ Смирнов Д. Н. Оптимизация химико-технологических систем очистки промышленных сточных вод, J1.: Химия, 1987. 176 с.

83. Снпайлов Г. А., Лоос А. В, Математическое моделирование электрических машин. М : Высшая школа, 1990, 176 с.

84. Башарин А, В,, Новиков В, А,, Соколовский Г, 1', Управление электроприводами. Л.: Энергаиздат, 1992, 392 с.

85. Чнлнкин М. Г., Сайдлер А. С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1991, 576 с,

86. Штейберг III. Б., Хвнлевицкий Л. О,, Ястребененкнй М. А. Промышленные автоматические регуляторы. М.: Энергия, 1983, 568 с,

87. ЮЗ. Джудрн Э. Импульсные системы автоматического регулирования. М.: Наука, 1973,710 с.

88. Цыпкин Л. 3, Теория линейных импульсных систем. М.: Наука, 1973, 968 с.

89. Аронэон В. Л., Вырубова Т, Ф., Левин М. В, Расчет систем гомогенизации прн многостадийном автоматизированном приготовлении шихты. В сб.: Разработка и внедрение АСУ ТП в условиях интенсификации производства - Л.: ЛДИТЛ. 1986, с. 81-S5,

90. Попов Б. А., Теелер Г, С, Вычисление функций на ЭВМ. Справочник. -Киев: Наукова думка. 1984, 222 с.

91. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: 11аука, 1978,832 с.

92. Турецкий X, А. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием. -М.: Машиностроение, 1984,328 с.

93. Косюра Г. Г. Насосные, компрессорные и воздуходувные станции. Киев: Наукова думка, 1984,426 с.

94. Карелин В. Я., Минаев А. В. Насосы и насосные станции. М.: Стройнздат, 1986, 320 с.

95. Environmental biotechnology. (С. F. Foster, D. A. J. Wase). New York, Chiehestcr. 1987, 396 p.

96. Канализации, Наружные сети н сооружения. СНнП 2.04.03.-85- М.: Госстрой. 1986, 72 с.

97. А. с. 724453 (СССР). Устройство для автоматического управления аэро-тенкамн / Г. С. Попкович, Л. Л. Горннштейн/. Опубл. в Б. И., 1980, № 34.

98. Патент 2057723 (РФ). Способ автоматического управления аэротенкамн /А, А, Рульнов, А П. Зоткин/. Опубл. в Б.И., 1996. № 10.

99. Уайлд Д. Дж. Методы поиска экстремума. М: Наука, 1977, 326 с.

100. Крумм Л.А, Градиентный метод оптимизации режима объединённых энергосистем. Электричество, 1983. №5, с 27-31.

101. Гальперин М. В., Короткевич Г. И., Рыбасов В. И, К решению задачи нелинейного математического программирования с одним и многими экстрему мамн на аналоговых вычислительных устройствах. Изв. АН СССР, сер. Техническая кибернетика. 1984, №4, С. 134-139,

102. Горнщтейн В. М- Наивыгоднейшее распределение нагрузок между параллельно работающими электростанциями. M-t Энергия, J989, 164 с.

103. Анаэробное сбраживание осадков городских сточных вод и утилизация образующегося бногаза (тезисы докладов семинара) М.: ЦП НТО КХп 50,1988, С. 24-27.

104. Рекомендации по выбору технологических схем обработки осадков сточных вод станций биологической очистки. М.: Госстрой СССР. ВНИИ-ВОДГЭО, (987, 36 с.

105. Buswell А. М., Mueller М. F. Mechanisms of Methane Fermentation. Industrial and Engineering Chemistry, 1972, p. 44.

106. Mc Garty P. L. Anaerobic Waste Treatment Fundaments Public Works, 1974, №9-12.

107. Chem 1. R-. Hashimoto A. G. Kinetics of Methane Fermentation Biotechnology and Bioengineering Symp., 1988, №8,

108. С hem I. R„ Vazal V. H. Hashimoto A, G. Methane Production from Agricultural Residues, a short Review Symposium on chemical from Cclluloeic Materials. - Houston, Texas, March, 1988,

109. Боярннов А- H„ Кафаров В. В. Методы оптимизации в химической технологии- М,; Химия, 1985,576 с.

110. Мнискер И. Н., Цуковнч Э. Л. Методы анализа АСУ технологическими процессами. М.: Химия, 1990, 118 с,

111. Справочник по теории автоматического управления (под, ред. А. А. Кра-совского). М.: Наука, 1987. 712 е.

112. Первозванскнй А. А. Курс теории автоматического управления. М.: Наука, 1996,616 с.

113. Кафаров В. В. Мешалкнн В. П., Гурьеве Л. В, Оптимизация геплообмен-иых процессов и систем. М-: Энергоатомиздат, 1988, 192 с.

114. Жуков Н. Н. Состояние и перспективы развития сооружений по обработке водопроводных и канализационных осадков в городах России. Водоснабжение и санитарная техника, 2002, №12,ч,1, с. 3-7,

115. Закон РФ „Ч? 89 от 24.06,1998 "Об отходах производства и потребления4

116. ГОСТ Р. 17.4.3.07 "Охрана природы. Почвы. Требование к свойствам осадков сточных вол при их использовании в качестве органических удобрений",

117. СаНПнН 2,1.7,573-96 Требования к сточным водам и их осадкам при использовании в качестве удобрений.

118. Жужнков В. А. Фильтрование Теория и практика разделения суспензий, -М : Химия, 1990,440 с,

119. Храмеиков С. В., Загорский В. А., Пахомов А. Н , Данилович Д А, Обработка и утилизация осадков на московских станциях аэрации. Водоснабжение и санитарная техника, 2002, №12, ч. I, с, 7-12.

120. Кармазинов О, В., Пробнрский М, Д„ Васильев Б. В. Опыт Водоканала Санкт-Петербурга по обработке и утилизации осадков. Водоснабжение и санитарная техника, 2002, 2. ч.1, с. 13-15.

121. Похнл Ю, Н„ Багаев К). Г, Обработка осадков на ОСК г. Новосибирска. -Водоснабжение и санитарная техника, 2002, №12. ч. I, с. 21-22,

122. Туровский И. С. Обезвоживание осадков сточных вол на барабанных вакуум-фильтрах. М.: Стройнздат. 1986, 180 с.

123. Соколов В. И. Центрифугирование. М.: Недра, 1986.408 С.

124. Агрононик Р, Я. Технология обработки осадков сточных вод с применением центрифуг и ленточных фильтр-прессов. — М.: Стройнздат, 1985, 144 с.

125. Ватырев Р. И., Эленбоген М, М., Создание адаптивных систем автоматического управления центробежными сепараторами, Тез. докл. Ill Всесоюзн. научи конф, "Гидромеханические процессы разделения неоднородных смесей". - М: Циитихнммаш, 1988, с.16-18,

126. Ватырев Р. И., Зарецкнй Б. Ф и лр, Микронроцессы в промышленное г и (автоматическое регулирование и адаптивное управление). М,; Химия,1988. 136 с.

127. Цыпки» Я. 3. Адатттэиня н обучение в автоматических системах, М.: Наука. 1981,310 с.

128. Фельлбаум А, А., Бутковскнй А. Г, Методы теории автоматического управления, М.: Наука, 1990, 744 с,

129. Фомин В. П. Фрадков А. Л. Якубович В. А. Адаптивное управление динамическими объектами. М.: Наука, 1990.448 с.

130. Куропаткии П. В. Оптимальные и адаптивные системы, М.: Высшая школа, 1990,298 с.

131. Райбман Н. С Основы управления технологическими процессами. М.: Наука, 1985,440 с.

132. Прангишвилн И. В. Микропроцессоры и мнкро-ЭВМ. М: Энергоиэдат,1989, 232 с

133. Прангишвилн И, В. Стецюра Г Г. Микропроцессорные системы. М.: Наука, 1991,239 с.

134. Батырев Р И„ Зарецкнй Б. Ф., Симкина М. С. Системы управления фильтрами периодическою и непрерывного действия. М.: Цинтнхим-маш, 1989, 63 с.

135. Материалы международной научно-практической конференции "Современные технологии но обработке и утилизации водопроводных и канализационных осадков". М,; Стройнздаг, 2002 г.

136. Технический семинар "Перспективы технологии в области обработки осадков сточных вол". Водоснабжение н санитарная техника, 2002, №12. ч,1.с.38-39.

137. Орловский 3. А. Очистка сточных вод за рубежом. М.: Стройнздат, 1994, 192 с.

138. Заславский В. Г. Анализ процесса отжима осадка при постоянном давлении, ТОХТ, 1985, №1, с.34-39.

139. Каминский В- С- Барбнн М Б, Долина Л. Ф Интенсификация процессов обезвоживания. М.: Недра, 1992, 218 с,

140. Аграиоиик Р. Я,, Дорофеев Е- Е, Направления развития работ в области центрифугирования осадков сточных вод на городских очистных сооружениях (обзор по проблемам больших городов) М.: Госннтн, 1976, №7, 78 с.

141. Батырев Р. И„ Зарецкнй Б. Ф„ Эленбоген М. М. и др. Системы управления машинами центробежного разделения жидких неоднородных смесей.- М.: Циитнхиммаш, 1988, 68 с.

142. Эленбоген М. М,, Батырев Р. И. Управление накоплением осадка в роторе машин центробежного разделения. Хим. машиностроение, 1989, №3 с. 19-21.

143. Цуковнч Э. Л. Трахтенгерн Э. Л. Алгоритмы централизованного контроля и управления производством. М,: Советское радио, 1977,352 с.

144. Александровский А. М, Егоров С. В., Кузни Р. Е. Адаптивные системы автоматического управления сложными технологическими процессами. -М. Энергия. 1983,272 с.

145. Chang S, L, Synthesis of optimum control systems, New York, London, 1981.440 p.

146. Математика и кибернетика в экономике. (Словарь справочник). М.: Экономика. 1985, 704 с.

147. Кзмпбелд Д. П, Динамика технологических процессов. М.; Мир, 1982, 348 с.

148. Рульнов А. А., Юлдашева Д. К. Критерий качества управления процессами водообработкн. Изв. вузов сер, "Строительство", 1994, №5-6, с. 8488.

149. Цуковнч Э. Л. Статические методы при автоматизации производства, -М : Энергия, 1982,192 с.

150. Цуковнч Э. Л. Контроль производства с помощью вычислительных машин М.: Энергия, 1984,417 с,

151. Иванов В. В„ Березовский А. И., Залнрака В. К. и др. Методы алгоритмизации непрерывных производственных процессов. М.: Наука, 1985, 400 с.

152. Саагн Л. И. Элементы теории массового обслуживания н её приложения,- M.i Советское радио. 1985, 314 с.

153. Баумштейн И. П., Майчель Ю. А„ Автоматизация процессов сушки. М.; Химия, 1980. 232 с.

154. Автоматизация процессов сушки в промышленности и сельском хозяйстве. М,: Машиностроение, 1983, 182 с.

155. Евстафьев К. Ю. Алгоритм оперативного управления аэротенкамн. В сб. тр. 2-ой нвучно-ггракт. конф. молодых ученых, аспирантов к докторантов МГСУ «Строительство Формирование среды жизнедеятельности» - М.: МГСУ. 1999, с. 39-41,

156. Рульнов А. А., Евстафьев К. Ю. Математическое моделирование и оперативная оптимизация инженерно-экологической системы биохимической очистки сточных вод. В сб. «Строительство и экология» - г. Пенза, ПГАСЛ, 1999, с-50-52.

157. Рульнов А. А., Евстафьев К. Ю, Оптимальное распределение потоков в системах биологической очистки сточных вол В сб. науч. тр, «Автоматизация технологических процессов, строительных машин и оборудования» - М : МГСУ, 1999, с,44-48.

158. Евстафьев К. Ю. Моделирование н оптимизация распределения потоков в системах биологической очистки сточных вод ■ В сб. тр. 13-й межд. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях» г, Санкт-Петербург. РАН - МО РФ. 2000, с. 64-65.

159. Рульнов А. А., Евстафьев К. Ю-, Гордеев М. А., Зайцев В. А. Опенка эффективности инженерно-экологических систем очистки сточных вол и отходящих газов, -Там же, с.63-64.

160. Рульнов А, А-. Евстафьев К. Ю, Оценки эффективности управления потоками в системах очистки природных и сточных вод. Там же, с, 28-30,

161. Евстафьев К, Ю, Разработка оптимальных структур подсистем управления материальными потоками в АСУ ТП водообработки (кандидатская диссертация}, М.: МГСУ, 2001, 143 с,

162. Евстафьев К. Ю. Разработка оптимальных структур подсистем управления материальными потоками в АСУ ТП водообработки (автореф. канд. диссертации). М, МГСУ, 2001.19 с.

163. Рульнов А, А., Евстафьев К. Ю. Теоретические основы моделирования технологических процессов М-: МГСУ. 2001, 62 с,

164. Горюнов И. И,, Евстафьев К. Ю- Технологические процессы и оборудование (учебное пособие). М: МГСУ, 2001.34 с.

165. Рульнов А. А. Евстафьев К. Ю-, Горюнов И. И. Автоматизация и управленце инженерными системами и сооружениями М.: МГСУ, 2002, 182 с.

166. Евстафьев К. Ю. К выбору способа и структуры подсистемы управления потоками в системах водоснабжения и водоотведення. В сб. тр. 15-й международной научи, конф. "Математические модели в технике и технологиях". Санкт-Петербург, МО - РАЛ РФ, 2002,81-82с.

167. Евстафьев К. Ю„ Рульнов А, А. Экстремальные задачи в АСУ ТП.™ М,: МГСУ. 2003,42 с.

168. Евстафьев К. Ю-, Рульнов А- А- Математическое моделирование природоохранных технологических процессов, М,: МГСУ, 2002, 26 с.

169. Рульнов А. А., Евстафьев К. Ю., Горюнов И. И. Автоматизация инженерных систем зданий и очистных сооружений. М.: МГСУ, 2004,210 с,