автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Развитие методов автоматизации и разработка системы математического моделирования теплоэнергетических установок

РГ б УИ

- 8 МАЙ да

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СИБИРСКИ}} ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ИНСТИТУТ им. Л.А. Мелентъева

На правах рукописи

УДК 620.9:619.68

Сщмптн Сергей Константинович

РАЗВИТИЕ МЕГОДОЗ АВТОМАТИЗАЦИИ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

05.13.18 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов з научных исследованиях (энергетика)

Автореферат диссертации на соискание ушной степени

кандидата технических нкук

Иркутск 1996

Работа выполнена в Сибирском энергетическом институте СО РАН Научный руководитель:

доктор технических наук Клер A.M.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Чупин в.Р.

кандидат технических наук, с.н.с. Антонов Г.Н. Ведущая организация:

Иркутский вычислительный вднтр СО РАН

Защита диссертации состоится 1996 г.

в часов на заседании диссертационного совета Д.002.30.01 при Сибирском энергетическом институте СО РАН по адресу: 664033, Иркутск-33, ул. Лермонтова, 130.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Сибирского энергетического института СО РАН.

Автореферат разослан "с?/ "¿jiiljiej^ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

A.M. Клер

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Теплоэнергетические установки (ТЗУ> -класс сложных технических систем, функционирующих в статических и динамических режимах, состоящих из большого количества разнотипных и повторяющихся элементов, объединенных технологическими связями, отражающими движение материальных и энергетических потоков между элементами. Математическое моделирование ТЭУ - один из основных методов ловьаония эффективности проектирования новых и оперативного управления режимами сзтцествукящх энергоустановок, является достаточно сложной и трудоемкой проблемой. Автоматизация математического моделирования средствами ПЭВМ на базе современных информационных технологий, обеспечивающая высокую степень преемственности с ранее выполненными методическими наработками в этой проблемной области, имеет значительный технологический и научный эффект.

О ПЛГ» ППТПЩГ. ЯГ-ТП» Л 7-»» ГГТГЧ Л1ЦЩЛ ПЛ ТЛ 11ЛЛ *Т*-> г»

области автоматизации математического моделирования ТЭУ и других сложных технических систем непрерывного действия. Особое развитие получили средства автоматизации моделирования тепловых схем ТЭУ.

Работы в этом направлении ведутся в СЭИ СО РАН более 25 лет. Была создана и эксплуатировалась более 15 лет система машинного построения алгоритмов и программ СМПП-6 (для БЭСМ-6). Опыт работы с СМПП-6 выявил преимущества данного подхода и, одновременно, ряд недостатков, основной из которых связан с тем, что система поддерживала единственный этап исследования энергоустановок - построение программы расчета по заданной в виде спецификации, технологической схеме. Другие этапы - пополнение архива моделей элементов схем, формирование технологических схем, подготовка численных значений исходных данных для расчетов, представление результатов расчетов в удобном для анализа виде, либо не охватывались системой и выполнялись вручную (что сопровождалось большим количеством ошибок, зат-

рат времени и труда), либо выполнялись автономными программами (требующими постоянных корректировок). Кроме того, возникла необходимость в развитии алгоритма планирования вычислительного процесса, расширении облает применения на задачи моделирования динамики и схемно-параметрической оптимизации.

Рель работы заключается в создании комплексной технологии, охватывающей основные стадии математического моделирования ТЭУ (автоматизированное формирование математических моделей элементов схем. графическое задание технологических и расчетных схем, автоматизация подготовки значений исходных данных для программ расче-.четов, . представление полученных результатов расчетов в удобном для анализа виде и другие), а также в разработке соответствующего программно-вычислительного комплекса и инструментальных средств системы математического моделирования для персонального компьютера (СМПП-ПК). поддерживающих данную технологию.

Методы исследования. Методологической основой исследований и разработок являются системный и обьектно-ортоктированный подходы. Реализация системы сопровождалась применением методов и математического аппарата теории множеств, теории графов, методов вычислительной математики, линейного и динамического программирования, некоторых аспектов графо динамики, искусственного интеллекта и строится на сочетании формальных и эмпирических методов.

Научная новизна работы. I. Разработана новая технология математического моделирования, основанная на сочетании генерации моделей элементов схем, графического представления технологической схемы объекта, планирования вычислительного процесса и генерации программ, автоматизированной подготовки значений исходных данных

и представления результатов расчета на технологической схеме.

2. Разработаны программно вычислительный комплекс и набор инструментальных средств поддержки технологии для системы математического моделирования СМПЛ-ПК.

3. Разработан новый способ организации программно-вычислитель-нош комшюкса, интеграции инструментальных средств поддержки информационной технологии и внешних программных систем, основанный на использовании открытых для расширения диалоговых средств многовариантных динамических меню.

На защиту выносятся следугоив наиболэе важные результаты:

1. Технология математического моделирования, обеспечивающая эффективный процесс автоматизации рутинных операций, сокравднив времени проведения исследований и повышение качества решения задач на всех этапах моделирования (от спецификации предметной области и шшдаивки задач, до интерпретации результатов и оформления печатных материалов по теме исследования).

2. Способ организации программно-вычислительного комплекса в виде интегрированной по представлению, управлению и данным системы инструментальных средств поддержки информационной технологии и внешних программных систем.

3. Принципы организации лингвистических средств системы (языков описания элементов схем, технологических и расчетных схем, заданий на генерацию, языков реализации, взаимодействия с пользователем, представления и обработки компьютерных данных различного типа и знаний предметной области).

Практическая данность. Версия системы СМПЛ-ПК используется в ряде научно-исследовательских (ЦКТИ г. Санкт-Петербуря"), проектных (ВНИПИЭнергопром) и эксплуатационных организаций (АОЭиЭ Иркутскэнерго, Ново-Иркутская ТЭЦ, ТЭЦ-10) энергетического профиля для проектирования и оптимизации режимов эксплуатации ТЗУ (паротурбин-

ных и парогазовых установок на различных видах топлива).

Разработанные технология, алгоритмы и некоторые программы автономно используются при создании других современных программных систем различной проблемной ориентации. Система (MJ1-IIK может быть перенастроена на лвбую прикладную область моделирования путем замены моделей элементов схем (с соответствующий модификацией библиотек подпрограмм).

Апробэпия работы. Основные результаты работы докладывались на заседаниях Всесоюзного семинара по автоматизации научных исследований (Новосибирск, 1985), на Всесоюзном семинаре ИВЕРСИ-85 "Системные и прикладные аспекты диалога на ПЭВМ" (Тбилиси, 1985), на Всесошном симпозиуме то модульным информационно-вычислительным системам (Иркутск, 1986), на Всесоюзной конференции "Применение АРМ на базе ПЭВМ в непромышленной сфере" (Москва, 198-9), на Научно-технической школе "Новые информационные технологии" (Одесса, 1990), на Второй всесоюзной конференции по искусственному интеллекту (ВКИЙ-90, Минск, 1990), на Международной конференции и ярмарке программна ых средств "Технология программирования 90-х годов' (Киев, 1991), на Втором международном форуме по применению компьютерного моделирования в энергетике (Эрлакгон, Германия, 1993). Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ Структура в обЪем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения списка литературы и 4 приложений. Общий объем 160 страниц текста, из них 124 основного текста. Содержит 25 рисунков и таблиц. Список литературы зключаот 116 наименований.

- 7 -

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы и темы, приведены предпосылки их возникновения, определены цели работы, сформулированы полученные результаты и указана содержащаяся в них научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации работы и практических применениях, даются краткие аннотации глав.

Глава I содержит общие сведения о новой системе математического моделирования, разработачнной для автоматизации 3-х стадийного исследования сложных ТЗУ (подготовка комплексной модели объекта, постановка и проведение серии расчетов на комплексной модели, интерпретация полученных результатов).

Приведены математические постановки задач расчетов ТЗУ в статических и динамических режимах, сводящиеся к решению систем отно-mouMtr в гпгтяв jcnTnpjy теплят •угяттения fалгвбпаические. трансцендентные, дифференциальные и другие) и процедуры (подпрограммы) прикладных библиотек (логические выражения, табличные соотношения и другие элементы моделей).

Для статического режима ТЗУ система отношений имеот вид

4 = fi<4> *1>

íg = fgíY^, X*")

ig = VYz* xk)

где X - число отношений в системе: X1- вектор исходных данных i-го

отношения; - вектора переменных, вычисляемых из 1-го отношения; У2 вектора переменных, вычисляемых из каких-либо других отношений и входящих в i-e отношение в качестве исходных данных.

Для динамических моделей система отношений дополняется интегрируемыми переменными Т. * и их петыми производными Y Ti.

(1В' уинт1 > = х1' ¥инт1>

(1В' Тинт2> " Гг(11' ^ Тинт2)

<ТВ' Тинтк) хК' Тинтк)

Задача разработки системы моделирования ТЭУ формулируется как разработка на множестве элементарных операций языков реализации системы согласованных наборов управляющих директив и автоматизированных лроцэдур, удовлетворяющих ресурсным ограничениям и обеспечивающих поэтапный процесс преобразования множества исходных состояний модели во множество целевых состояний для заданного класса ТЭУ. Процесс разработки в общем вида сводится к отображение

(Р.0)=Г<Х,Й,Ф,3,С) где и - множество управляющих директив моделирования; Р - множество процедур преобразования модели ТЭУ: X - характеристики технологических схем ТЭУ заданных классов; И - множество ресурсных ограничений на функции системы; Ф - множество элементарных операций языков реализации системы; Б - множество исходных состояний моде-моделей ТЭУ; С - множество целевых состояний моделей ТЭУ.

Задача функционирования системы математического моделирования ТЭУ заключается в выборе (под воздействием некоторой внешней и внутренней информации) такой последовательности управлявших директив, которая, обеспечивая инициирование процедур преобразования модели, поэтапно переводит состояние модели из исходного в целевое при приемлемом потреблении ресурсов.

Процесс моделирования для з -го этапа в общем'виде сводится к отображению

V £ <А Зг РЭ' сз- V

где и^- управляющая директива з-го этапа; А - тезаурус языка предметной области ТЭУ (архивы системы); ^ - внешняя информация, поступающая через исследователя в ЭВМ на о-ом этапе; г^ - ресурсные

ограничения з-го этапа; а.*- текущее состояние модели: р-; - процедура преобразования модели, инициируемая директивой - деле-

•.I <1

вое состояние модели; - продолжительность 3-го этапа.

Для каждого з-го этапа моделирования под влиянием внешней информации и текущего состояния модели з^ выпирается некоторая управляющая директива (ь, которая инициирует процедуру р^. в ходе выполнения которой за время Ц осуществляется автоматическое преоб-

и

разование состояния модели в новое состояние .

В процессе моделирования описание модели объекта (в терминах языка предметной области А) проходит последовательность преобразований, начиная с некоторого исходного э0 (технологическая схема) до некоторого конечного цзлевого состояния С. удовлетворяющего замыслу исследователя на стратегическом уровне (текст программы расчета, исполни''1 ильный минула ¿ллммь, результаты расчетов з тзС личном виде или иное).

По отношению к исполнителе процедуры преобразования модели р^ могут быть азтомататическими Р(М1 (выполняемыми машинными операциями без вмешательства человека), автоматизированными Р(ЧМ] (диалоговые операции, с чередующимися автоматическими шагами) и ручными Р[ 41 (рутинные операции, выполняемые исследователем без ПЭВМ, либо с минимальным использованием средств автоматизации). По функциональному назначению операции классифицируются на синтезирующие р^ (преобразование исходного описания модели объекта з^в новое з ^ с далью достижения потенциальной ситуации анализирующие р^

(визуализация внутреннего состояния модели з^ для управления процессом моделирования), планирующие Р^ (прогнозирование состояний модели ... ,зп=сп), расчетные р^ (определение значений

скрытых параметров состояния з. модели), интеллектуальные р? . (ло-

и у

гические вывода и принэтие решений).

Программно-вычислительный комплекс, реализующий данную постановку процесса автоматизации, должен генерировать как крайние варианты стратегии моделирования - автоматический и интерактивный, так и возможные их сочетания. При стратегии автоматического выполнения моделирования (пакетный режим с оптимальным количеством команд), процздура з-го этапа р^ генерирует технологический процесс

V

с последовательностью операций, которые на начальных и конечных этапах выполняются вручную, а все промежуточные - автоматически. Быстрое выполнение э-го этапа - Гр®ГМ]}{рН[М1}{р^1М]}{р^[М]>. Интерактивные варианты стратегии формируют технологический процесс

позволяющий осуществить выполнение этапа моделирования автоматизм-ваннши средствами человеко-машинного взаимодействия без использования сложных автоматических синтезирующих, анализирующих и расчетных операций (пример - графический редактор, визуализатор результатов расчетов).

Далее приведены обзор и этапы развития методов автоматизации моделирования ТЗУ, некоторые общие сведения об основном прототипе разработанной системы математического моделирования - системе машинного построения программ СМПП-6. Приводятся сравнительные структурные схемы прототипа и системы математического моделирования на базе разработанной автором новой версии системы машинного построения алгоритмов и программ СМПП-ПК (см. рис.1).

%

- и -

смпп-пк

Диалоговая подсистема {гиперменю)

Архив моделей элементов

Архив исходных данных

Архив заданий на генерацию

Генератор структуры данных

Архив директив меню

Архив пиктограмм

Архив технол. схем

Генератор описания схемы

Текстовый редактор Интерпретатор АЯК

Файл конфигурации

Ш

н

и

Графическая подсистема

Графический редактор

Описание схемы и задание на генерацию

Подсистемы визуализации и

^Г|Г|Ммпаряииа тд^.

лиц результатов

Текстовый вход СМПП

ГЛ.

Планировщик вычислительного процесса

т-Г

Генератор текста

программы

Подсистема аналитических

преобразований

Генератор исходных данных

и

Текст программы расчета схемы

Исходные данные

Подсистема редукции схем

Трансляция и выполнение расчета

Рис. 1. Структурная схема СМПП-ПК

Приводятся состав и краткое описание разработанных автором архитектуры программного обеспечения системы математического моделирования, семи основных функциональных подсистем, информационной базы - шести архивов системы и лингвистического обеспечения системы (состав и назначение языковых средств реализации системы, взаимодействия пользователя с системой и обработки данных).

Особое внимание уделено технологическим аспектам проведения моделирования средствами прототипа и средствами в системе моделирования СМПП-ПК. Отмечается первоначальные ограничения средств комплексной автоматизации исследования ТЭУ, большая ручная работа и связанные с ней ошибки и затраты времени при подготовке математических моделей, технологических и расчетных схем ТЭУ, при оформлении результатов расчетов в табличном виде. Сформулированы основные стадии и этапы при решении задач моделирования энергоустановок и схемно-параметрической оптимизации схем ТЭУ, перечислены требования, предъявленные при разработке средств автоматизации.

Технологическая схема этапов синтеза программы расчета в системе математического моделирования СМПП-ПК представлена на рис. 2.

Глава 2 посвящена принципиальным вопросам построения основных функциональных средств системы математического моделирования и его ядра - системы машинного построения алгоритмов и программ СМПП-ПК. В состав СМПП-ПК входят функциональные программно-информационные подсистемы (диалоговая подсистема, графический редактор», планировщик вычислительного процесса, генераторы текста программы и значений исходных данных), стандартные трансляторы для алгоритмических языков (Fortran, Изр, Reduce,' AWX) и утилиты (текстовые редакторы Breaf, Borland ТС, архиваторы Arc) и инструментальные подсистемы формирования переменных-синонимов, аналитических преобразований,

Начало ТВход Планирование БИБ-»ИМ->Р->Т

+ ~~ 4- --- | --

тех—^OCx +03-+ ДГ-»ДП-» ДГЗ-*ДГЗ-+0Г-*Алг-+Т1^ограммы А|)Сх. АрЭ_1- , > I Цц^ А|)Д МЭ

Рис. 2. Схема основных этапов генерации текста программы Используемые сокращения:

Начало - основной вход технологии моделирования; ТПрограша -текст сгенерированной программы расчета; ТВход - текст описания расчетной схемы (текстовый вход); АрЭ - архив моделей элементов схем; АрСх- архив технологических схем; АрО - архив заданий на генерацию; АрД - архиз исходных данных; ТСх - технологическая расчетная схема ТЭУ; ОСх - описание схемы (спецификация); ш - описание задания на генерацию; ДГ - исходный двудольный граф системы отношений; ДП - двудольный граф после принудительной ориентация; ДГ2 - двудольный граф после ориентации балансовых уравнений; ДГЗ -двудольный граф после ориентации всех уравнений; ОГ- ориентированный безкоятурный двудольный граф; Алг - план расчета (алгоритм); АЛ - аналитические преобразования уравнения; МЭ - математические модели сложных элементов; БИ5 - библиотеки подпрограмм пользователя; Ш - исполняемый модуль щюграммы расчета; Р - результаты расчета по сгенерированной программе; Т - таблицу исходных данных и результатов расчета.

генераторы структур данных, выходных таблиц, описаний расчетных схем, изображений элементов схем, преобразования размерностей данных, метода вычислений и другие), а такие специальные средства интеграции этапов по управление и по данным в системе (командные файлы, конверторы.дачных, модули А*Х-преобразователей текстов).

С помощью инструментальных средств формируются открытые для расширения и развития различные индивидуальные (относительно прикладных областей, пользователей и классов задач) подсистемы.

Диалоговая подсистема. Пользователь осуществляет диалог с системой через иерархически организованную подсистему многовариантных падаших меню (гишрменю) и диалоговых панелей. Особенность состоит в том, что одновременно предоставляется несколько вариантов диалога для различных специалистов (например, для ркуководителей служб проектирования или эксплуатации ТЗУ, для технолога ТЗУ, для

программиста и др.), отличающихся глубиной рассмотрения объектов, выполняемыми ф5'нкциями и терминологией. Гиш^мзню, как системная утилита - эффективный системный инструмент создании различных интегрированных по управлению комплексов. В его основу поломаны разработанные автором оригинальные системные механизмы:

- автоматическое сохранение полного состояния программного модуля на выходе и восстановление состояния лри входе в модуль;

- циклическое выполнение динамического пакета заданий, формируемого перед выходом из модуля (внешняя функция любой сложности).

Взаимодействие указанных механизмов обеспечивает интеграцию СНОТ-ПК по управлению с внешними программными комплексами (внешние функции), разгрузку дефицитных ресурсов при выполнении сложных функций автоматизации, автоматический возврат в исходное состояние подсистем при завершении всех интерактивных процессов.

Графическая подсистема позволяет строить различные графические

изображения (тепловые, структур/ные, технологические схемы, р/исунки различного вида), и используя созданньге пиктограммы элементов схем. строить расчетные схемы со сложной иерархией вложения. Особенность графического редактора заключается в том, что разработанные структуры хранения изображений (метафайлы) содержат все данные для автоматического формирования спецификации расчетной схемы - описания схемы на входном языке СМПП-ПК. Визуализатор данных отображает значения данных (исходных, проме>куточннх, результатов расчетов) непосредственно на расчетной или технологической схеме в указанном пользователем месте.

С помощью средств графической подсистемы осуществляется интеграция по данным этапов формирования математических моделей элементов, расчетных схем и планировщика вычислительного процесса. Пользователю СМПП-ПК достаточно правильно установить соответствие между элементами расчетной схемы и математическими моделями в ардсиве математических моделей элементов. Для расчетной части схемы автоматически строится ее спецификация (список элементов и связей) -описание на языке СМПП. являющемся входным для планировщика вычислительного процесса.

Планировщик вычислительного процесса. На основе описания расчетной схемы и математических моделей элементов, входящих в нее, планировщик вычислительного процесса планирует алгорлгта - определяет состав исходных данных задачи, состав вычисляемых переменных, в том числе итеративно вычисляемых, для которых задается начальное приближение, порвдок следования операторов в программе, оператор« начала и конца итеративного процесса.

3 основу работы планировщика вычислительного процесса положено представление системы отношений, описывающей моделируемую систему в статическом или динамическом режиме в виде двудольного графа, содержащего вершины двух типов (соответствующие переменным и отно-

шениям) и связи, отражающие вхождение переменных в отношения.

Планировщик вычислительного процесса является ядром прикладных функция СМПП-ДК и включает функциональные блоки обработки математических моделей элементов, формирования исходного двудольного графа системы отношении, принудительной ориентации графа, учета балансовых уравнений, построения паросочетаний, выделения бикомпо-нент, определения мест разрыва контуров, упорядочения вершин графа и получения алгоритма расчета. Выполнение планирования вычислительного процесса в пакетном режиме осуществляется в 3 вариантах -быстрое (экспресс) планирование, автоматическое планирование с выдачей промежуточных результатов в окна отображения и пошаговое планирование с остановками и контролем шагов. Кроме того, различается планирование для моделей, рассматриваемых в статическом или динамическом режимах.

Основной отличия планировщика гмггп-пк пт планировщика СМПП-6 заключаются в организации планирования для моделей расчитьгваешх в динамических режимах, в минимизации числа итеративно-вычисляемых переменных и специальном методе планирования решения подсистемы балансовых уравнений, обеспечивающих сходимость расчета этой подсистемы уравнений (и всей системы отношений).

Генератор текста программы на основе плана вычислительного процесса (алгоритма), сформированного планировщиком, строит программу расчета исследуемой системы на языке ГОЯТНАН-ТГ. Входные данные генератора - алгоритм вычислительного протеса, списки переменных и уравнений, разрешенных относительно выходных переменных, промежуточные результаты процвсса планирования (синонимы). Выходные данные генератора - текст сгенерированной программы расчета модели ТЗУ. Функция блока - генерация текста управляющая программы расчета на заданном языке программирования.

Подсистема учета шрзмепньд--синонимов • Исходный двудольный граф схемы, составленный из отдельных фрагментов, соответствующих математическим моделям элементов схемы, содержит некоторое количество переменных, принимающих равные значения (переменные-синонимы), образуемых за счет соединения вход-выход элементов схемы и наличием тождеств в математических моделях злементоз. Из-за них в программе образуется длинные юпочки операторов присваивания, снижающих эффективность планирования и расчета. Подсистема обеспечивает полный учет переменных-синонимов на ранних этапах планирования, а затем формирует полный список синонимов в сгенерированной программе.

Формирование таблиц результатов. Подсистема выполняет автоматизированное (по директивам задания на генерацию) формирование значений исходных данных и результатов расчетов в вида: а) таблицы массивов исходных и вычисляемых данных; б) таблицы параметров всех элементов; в) таблицы параметров элементов, указанных в задании; г) таблиц, состав которых определяется пользователем. Прм создании таблиц используется численные значения входных, выходных и уточняемых переменных из файлов результатов расчетов, описания перепеременных, содержащиеся в архиве исходных дачных элементов.

Аналитические преобразования. Используя систему КОЖЕ ¥3.3 в качестве внешней функции, подсистема аналитических преобразований выполняет преобразование всех уравнений относительно переменных, определенных планировщиком вычислительного процесса выходными.

Редукция технологических схем. Важной особенностью расчетов сложных ТЗУ является иерархическая организация их расчетных схем. В силу значительного количества элементов на всех уровнях тепловой схемы, их модели могут быть успешно построены как иерархически-организованные, когда первоначально (с помощью СМПИ-ПК) генерируется программы расчета отдельных подсистем (например, котлов и турбин).

затем модели этих подсистем оформляются как модели новых элементов на языке описания моделей элементов, включаются в архив системы и с их использованием генерируется модель установки или станции в целом. С помощью средств подсистемы редукции схем любая расчетная схема (или фрагмент расчетной схемы, группа элементов) может быть оформлена самостоятельным элементом схемы, имеющим свою математического модель, изображение пиктограммы, исходные данные параметров Для этого средствами графического редактора на расчетной схеме указываются входа и выходы нового элемента и автоматически формируется спецификация нового элемента, обрабатываемая рядом внешних программ и редактируемая пользователем. В спецификации указывается имя элемента, номер листа исходной расчетной схемы и номер новой пиктограммы элемента в архиве пиктограмм, приводятся списки соответствия входов исходной расчетной схемы входам нового элемента и выходов, исходной схемы выходам нового элемента, указывается, какими параметрами описывается каждый входной и выходной поток, дается список соответствия между другими внутренними параметрами исходной схемы и нового элемента.

С помощью средств подсистемы для схем, подвергшихся редукции и включающих сложные элементы, возможно движение вверх и вниз по иерархии математических моделей с просмотром результатов расчетов как на схеме системы в целом, так и на частных схемах, входящих в эту систему сложных элементов.

Преобразование размерностей данных позволяет пользователю изменять по своему усмотрению единицы измерения входных и выходных параметров модели путем изменения размерности представления исходных данных и результатов расчетов. Для этого в программу моделирования добавляются соотношения, переводящие исходные данные и; выбранных пользователем в базовые единицы измерения физических па-

раметроз, которые используется в подпрограммах библиотек при расчете схемы.

Имеется возможность выбора катода решения системы уравнений в сгенерированной прхлрамме (метод Зейделя на метод Ньютона).

Формирование исходных данных в тексте программы осуществляется занесением описаний переменных и их значений из заранее подготовленного архива описаний и исходных данных. Имеется средства автоматизации формирования структур архива описаний переменных та данным архива математических моделей элементов схемы (генератор структур данных). Другой вар/иант подготовки исходных данных - передача данных из программы-прототипа осуществляется занесением значений исходных данных и описателей переменных из некоторой другой, уке отлаженной программы (программа-прототип). Сравнение поре-меных осуществляется по схемным именам и именам типа элемента. Прм отсутствии в программе -прототипе каких-либо данных или элементов текущей схемы, их числовые значения ьорхутся исходя из описания параметров математических моделей, в архиве исходных данных. Передача данных из конструкторского в поверочный расчет одной и той же схемы ТЗУ выполняется аналогично, что и для программы-прототипа. но сравнение и занесение значений переменных осуществляется по расширенным описаниям переменной, а не по схемным именам и именам типов элементов схемы.

Подсистема визуализации результатов позволяет занести значения параметров в графические метафайлы и просматривать результаты расчета (и другие данные) непосредственно на расчетной схеме установки после формирования таблиц элементов. Реализованы визуализация значений параметров технологической связи между элементами, указанной исследователем, визуализация таблицы параметров элемента и отображение значений параметров в местах, отмеченных идентификаторами переменных.

В главе § приведен сквозной пример использования предложенной технологии моделирования на задаче расчета упрощенной паротурбинной установки. Представлены основные данные по этой задаче и результаты выполнения основных этапов моделирования. Затем представлены некоторые характеристики задач моделирования режимов работы реальной ТЭЦ (на примере Ново-Иркутской ТЭЦ), при решении которых использовалась СМГШ-ПК.

Расчетная схема ТЭЦ включает развернутую схему первой очереди и вторую очередь, представленную в виде одного сложного элемента. При этом СМПП-ПК позволяет после расчета схемы в целом представить результаты расчета любой модели в иерархии в удобном виде (в виде таблиц или просмотра визуализатором на расчетной схеме).

Решение задач оптимизации распределения нагрузок между агрегатами ТЯ1Г Мйтплями нй.пинвйнггт мятомативдокОГО ПрОГрЗМ^рОЗЭНИЯ потребовало проведения более ста расчетов схемы ТЭЦ.

Математическое моделирование тепловой схемы Ново-Иркутской ТЭЦ в целом было выполнено поэтапно:

1. Моделирование паровых турбин 1ГГ-60-130, Т-175-130;

2. Моделирование первой очереди;

3. Моделирование второй очереди;

4. Моделирование ТЭЦ в целом.

С использованием этих математических моделей была сгенериро вана программа расчета Ново-Иркутской ТЭЦ, включающая 226 исходных данных, 337 вычисляемых переменных, в том числе 20 итеративно уточняемых величин, а программа расчета второй очереди 126 исходных данных, 188 вычисляемых переменных и II итеративно уточняемых величин. Время счета программы с использованием упрощенных моделей паровых турбин составляет 2 мин., а при расчете с подробными моделями паровых турбин Б мин. (для ПЭВМ 1Ш/РС-436) .

Приложения содержат дополнительные сведения по иллюстративным примерам задач моделирования, решаемых с помощью СМПП-ПК, приведен полный текст сгенерированной программы моделирования для задачи конструкторского расчета упрощенной паротурбинной установки, результаты расчетов в табличном виде (поэлементно), дается описание управляющих директив СМПП-ПК, приведены матер/и алы по внедрению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен обзор развития методов моделирования ТЭУ и представлены основные сведения о прототипах средств автоматизации математического моделирования тепловых схем (сравнительные структурные схемы и этапы проведения моделирования). Сформулированы постановки задач моделирования стационарных и динамических режимов, современные требования к системе математического моделирования.

2. Разработана технология моделирования, основанная на сочетании графического представления схемы объекта, методов планирования вычислительного процесса и генерации программ, методов автоматизированной подготовки исходных данных и представления результатов расчета и охватывающая все стадии математического моделирования.

3. Создан программно-вычислительный комплекс для системы математического моделирования на ПЭВМ (СМПП-ПК) и ряд автономных инструментальных средств* реализующих предлагаемую технологию.

4. Создан способ организации архитектуры программно-вычислительного комплекса (версия СМПП-ПК), взаимодействия инструментальных средств поддершси информационной технологии, оснозанный на использовании открытых для расширения исследователем диалоговых средств типа многовариантных меню (гипврменю).

б. Разработаны состав и взаимодействие лингвистических средств системы (языков описания элементов схем, технологических и

расчетных схем, заданий на генерацию), сочетание языков реализации системы, представления и обработки компьютера данных и знаний (предметных областей, опыта специалистов) различного вида.

6. Рассмотрены принципиальные вопросы реализации подсистем авто матизации математического моделирования и ядра системы построения алгоритмов и программ СМПП-ПК (диалоговый интерфейс пользователя, визуальное программирование, планирование алгоритмов, генерация программ, преобразование данных и др.).

7. С использованием предложенной технологии и непосредственным участием автора в ряде институтов разработаны и проведены исследования ТЗУ и ТЭС различных типов (ПТУ, ПГУ, ТЭЦ и др.), которые подтверждают ее эффективность при решений задач, связанных с потребностями исследовательских и проектных организаций энергетики.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Г. Ворожцова Т.Н., Логвинова Л,Я., Скрипкин С.К., Чесноков А.Н. Автоматизированное рабочее место исследователя - энергетика // Тез. Всесоюзной конференции "Применение АРМ на базе ПЭВМ в .непромышленная сфере", Москва, 1989. С. 50 - 51.

2. Ворожцова Т.Н., Логвинова Л.Я., Скрипкин С.К., Чесноков А.Н. Организация интерфейса исследователя автоматизированного рабочего места теплознергетика // "Имитационный подход в исследованиях систем энергетики", Иркутск, 1989. С. 79 - 85.

3. Ворожцова Т.Н., Скрипкин С.К. Систама СМПП-микро для IBM/PC // Тез. Международной конференции и ярмарки программных средст "Технология программирования 90-х годов", Киев, 1991. С. 124 - 127.

4. Наумов В.А., Сафаров С.Р., Скрипкин С.К., Чесноков А.Н., Шер И. А. Локальная вычислительная сеть СЗИ: макет и проект развития // Проблемы повышения эффективности использования ЭВМ большой производительности. ВЦ АН СССР, Москва, 1989. С. 101 - 107.

5. Дутаров Д.Б., Скрипкин С.К., Чесноков А.Н., Чуканов В.В. Step И.А. Локальная сеть автоматизации научных исследований // Тез. Всесоюзной семинара по автоматизации научных исследований, Новосибирск, 1985. С. 27 - 28.

6. Дутаров Д.Б., Скрткин С.К., Чесноков А.Н., Чуканов В.В., Шер И. А. Локальная сеть лабораторных микро-ЭВМ для автоматизации научных исследований // Тез. Всесоюзного семинара ИВЕРСИ-85 "Системные и прикладные аспекты диалога на ПЭВМ". Тбилиси, 1985. С. 35 - 38.

7. Каштанов ГО.Б., Наумов В.А., Скрипкин С.К., Чесноков А.Н., Шер И.А. Генерация прикладных интеллектуальных систем с помощью АРМа исследователя // Тез. научно-технической школы "Новые информационные технологии". Одесса, 1990. - С. 37.

8. Каштанов Ю.Б., Скрипкин С.К., Чесноков А.Н., Шор И.А. Применение концзпции визуального программирования в экспертных системах // Тез. Второй всесоюзной конференции по искусственному интеллекту (ВКИИ-90). Минск. 1990. ТЗ. С. 173 - 178.

9. Мансуров ГО.В., Скрипкин С.К., Чесноков А.Н. Графическая диалоговая процедура расстановки измерений в системе автоматизации теплофизического эксперимента // Тез: Всесоюзного симпозиума по модульным информационно-вычислительным системам, Иркутск, 1986.- С. 148 - 150.

10. Kashtanoy Y.B., Sher I.A.. Skripkin S.K. Tools of the knowledge. system for energy study and control // Proc on the 2-nc Int.Forum "Expert systems and computer simulation in energs engineering". Erglangen, Germany, 1992. P. 20-3-1 - 20-3-3.

11. Kler A.M., Mai V.A., Skripkin S.K. A system for computer. . based criation of static and dynamic mathematical model3 of

tennal power plants // Proc on the 2-nd Int. Form "Expert systems and computer simulation in energy engineering". Irglangen, Germany, 1992. - P. 22-4-1 - 22-4-3.

12. Kler A.M., Ma;j V.A., Skripkin S.K. and Ipelstein V.V. Generation of applied programs in a computer-aided system of complex termal power plant studies // Sot. Tech. Rey. A.iiiwgy, rol. 6, ¡956. r. 55 - 67.

Отпечатано в СЭИ CO РАН Заказ N Z Z7 Тираж 100 экз.