ИНТЕГРИРОВАННЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ИРРИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ИРРИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Убайдуллаева Шахноза Рахимджановна

канд. техн. наук, доц., Ташкентский институт инженеров ирригации и мелиорации сельского хозяйства,

Узбекистан, г. Ташкент

INTEGRATED AUTOMATED PROCESS CONTROL SYSTEMS IN IRRIGATION SYSTEMS

Shakhnoza Ubaydullayeva

Candidate of technical sciences, associate Professor, Tashkent institute of irrigation and agricultural mechanization engineers,

Uzbekistan, Tashkent

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены задачи и уровни планирования и управления водораспределением в рамках автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП). Дана классификация задач с точки зрения временных интервалов их решения.  Функциональная структура проектируемой АСУТП представлена двумя подсистемами управления: подсистемой управления отдельными технологическими процессами и подсистемой оперативного управления всей ирригационной системой.

ABSTRACT

This article presents the objectives and levels of planning and management of water distribution in the framework of an automated system of controlling technologic process in irrigation systems.  The classification of tasks in terms of time intervals for their solution is given.  The functional structure of the designed systems is represented by two control subsystems: the control subsystem of individual technological processes and the operational control subsystem of the entire irrigation system.

Ключевые слова: ирригационная система, управление водораспределением, интегрированная автоматизированная система управления, подсистемы управления.

Keywords: irrigation system, water distribution control, integrated automated control system, control subsystems.

Введение. Проблема оптимального водораспределения в условиях, ограниченных и зависящих от природных факторов запасов воды, что характерно для стран Центральной Азии, представляет существенный экономический интерес. Успешное ее решение может быть достигнуто в рамках создаваемых в настоящее время интегрированных автоматизированных систем управления технологическими процессами в ирригационных системах [1].

Материалы и методы исследования. Процесс функционирования ирригационной системы как сложной системы складывается из двух частей – собственно технологического процесса водораспределения и процесса планирования и управления ирригационной системой.

Вся совокупность задач планирования и управления сложными ирригационными системами, которая должна решаться в рамках АСУТП в ирригационных системах с учетом возможности их последующей гармонической увязки с проблемами создания интегрированных автоматизированных систем управления, представима в виде многоуровневой структуры, изображенной на рис.1. На рисунке дана классификация задач с точки зрения временных интервалов их решения.

Основой для решения задач планирования водораспределения являются:

• потребности в   воде, выявленные для соответствующих участков;
• прогноз стока источника орошения;
•  водный баланс состояния системы.

В свою очередь осуществляется три вида прогноза стока источника орошения:

• долгосрочный прогноз гидрографа стока к началу вегетационного периода, охватывающий весь указанный период;
• непрерывный долгосрочный прогноз в течение вегетационного периода в виде ежедекадной корректировки гидрографа стока на оставшуюся часть вегетационного периода;
• краткосрочный прогноз на ближайшую декаду.

Водный баланс состояния системы составляется ежедекадно по величине наполнения водохранилищ. Потребности в оросительной воде представляются в виде планов водопользования, составленных по заявкам хозяйств. С учетом этих моментов осуществляется решение задач планирования на первых уровнях иерархии (рис.1.). В качестве критериев оптимальности на этих уровнях используются экономические критерии, в качестве метода оптимизации- различные методы математического программирования, сетевые методы, метод имитационного моделирования.

Рисунок 1. Задачи и уровни планирования и управления водораспределением

1. Краткосрочное планирование (венсь вегетационный период с распределением по месяцам);
2. Календарное планирование (планирование по декадам, суткам, сменам);
3. Оперативное управление процессом перевода ирригационной системы из одного состояния в другое (часы, минуты, ситуации);
4. Оптимальная стабилизация уровней (расходов)  воды в гидротехническом сооружении (минуты, десятки секунд).

Два последующих уровня охватывают задачи оперативного управления и оптимальной стабилизации. Результатом решения задачи оперативного управления является выработка последовательности оптимальных управлений, переводящих сложную ирригационную систему из одного установившегося состояния в другое в соответствии с принятым критерием оптимальности. Одним из предпочтительных критериев для ирригационных систем является, например, критерий оптимальности по быстродействию. Объясняется это тем, что различные растения имеют отличный от других оптимальный режим орошения, который можно обеспечить лишь своевременной подачей в необходимых количествах оросительной воды.

Задачи оптимальной стабилизации возникают в связи с необходимостью погашения за минимальное время возмущающих воздействий, вызванных различными факторами случайного характера, и поддержания на строго заданном уровне требуемых расходов (уровней) воды в соответствующих створах.

В математическом отношении две последние задачи могут быть сведены к решению задач синтеза управлений в многомерных системах. Алгоритмы оптимизации этого класса задач базируются на динамических графовых моделях [2,3].

Анализ частично внедренных и вновь проектируемых АСУТП ИС показывает, что их функциональная структура может быть охарактеризована в основном двумя функциональными подсистемами управления:

• подсистемой управления отдельными технологическими процессами [регулирование расходов воды в водохранилищах и каналах, стабилизация уровней (расходов) воды в нижних и верхних бьефах узлов гидротехнических сооружений (ГТС)];
• подсистемой оперативного управления комплексами взаимосвязанных технологических объектов управления (ТОУ), или иначе всей ирригационной системой [задачи централизованного контроля и учета работы ирригационной системы, календарного планирования, оперативного (текущего) управления].

Важнейшими проблемами, требующими разрешения при создании автоматизированных систем управления ирригационными системами, являются разработка методов построения динамической модели иерархической системы, создание в памяти компьютера структуры системы и алгоритмов синтеза управлений на этой структуре [4].

 Выводы. Структурная и функциональная сложность современных ирригационных систем порождает при решении задач формального описания, анализа и синтеза принципиальные трудности методологического и вычислительного характера, которые в значительной степени могут быть исключены  при использовании топологических методов и моделей исследования [5].

Разработка методов и моделей, охватывающих широкий класс систем, приводит к необходимости учитывать в числе важнейших такие факторы сложности как структурная сложность управляемых объектов, сочетание логических и динамических переменных, наличие запаздывания, нелинейность, многомерность, сложные режимы функционирования систем нижнего уровня иерархии АСУТП ирригационных систем и другие.

Список литературы:

1. Кадыров А. А. Теория разнотемповых дискретных систем управления. Ташкент, 2013. – 168 с.
2. Кадыров А.А., Кадырова А.А. Моделирование и исследование нелинейных амплитудно-импульсных систем на базе динамических графов. Т.: «Навруз», 2018.- 236 с.
3. S. R. Ubaydulayeva and A. M. Nigmatov, "Development of a Graph Model and Algorithm to Analyze the Dynamics of a Linear System with Delay," 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Sochi, Russia, 2020, pp. 1-6, doi: 10.1109/ICIEAM48468.2020.9111939.
4. S. R. Ubaydullayeva, D. R. Kadirova and D. R. Ubaydullayeva, "Graph Modeling and Automated Control of Complex Irrigation Systems," 2020 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), Sochi, Russia, 2020, pp. 464-469, doi: 10.1109/RusAutoCon49822.2020.9208076.
5. Убайдуллаева Ш.Р. Графовое моделирование двумерной линейной стационарной системы автоматического управления с постоянным запаздыванием. Научно-технический журнал “Современные материалы, техника и технологии”, №1,  2017 г., Россия, Курск. – c.215-220