CC BY
32
© В.П. Докукин, 2002
УДК 622.693.4
В.П. Докукин
АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ СТРУКТУРНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ГИДРОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
С
ложные системы оптимизируют в два этапа: на стадии проектирования и при эксплуатации. Оптимальный проект системы, выполненный по осредненным значениям параметров, не означает, что режимы ее работы в реальных условиях будут соответствовать наилучшим значениям критериев оптимальности. Поэтому важно в реальных условиях оперативно поддерживать такие режимы работы системы, которые соответствовали бы изменившимся внешним условиям среды и внутренним ресурсам системы. Постановка задачи оптимизации в таком виде требует более четкого подхода к формированию оптимизируемой системы. Формирование системы означает строгое обоснование границ оптимизируемой системы и разделение ее на структурные части [1].
У всех технических систем можно выделить два основных уровня внутренних процессов. К первому уровню - производственнотехнологическому - относится описание производственных возможностей анализируемой системы. При математическом моделировании производственных возможностей технической системы ее разбивают на структурные части. После этого описывают производственные возможности каждой части и процедуры обмена ресурсами производства и энергии между частями. Производственные возможности описывают при помощи производственных функций определенного типа, а процедуры обмена ресурсами - с помощью балансовых соотношений. Ко второму уровню относят управляющие воздействия или управления. На этом этапе устанавливается механизм выбора управляющих воздействий и используется крите-
рий оценки результата. Экстремальное значение критерия соответствует оптимальному состоянию системы.
Проведенные исследования [2] с помощью методов функционального анализа позволили установить границы и структурные части системы трубопроводного гидротранспорта (см. рисунок). В состав системы оказалось необходимым включить оборудование, обеспечивающее операции по укладке сыпучих материалов на складе (хвостохранилище), очистке и возврату оборотной воды.
Далее необходимо установить функцию описания состояния каждого структурного элемента системы (производс-твенные функции) и вид закономерностей взаимодействия структурных элементов (балансовые соотношения). На их основе решают задачу поиска оптимальных значений параметров структурного элемента и всей технической системы, соответствующих конкретной эксплуатационной ситуации.
Задачей структурного элемента (СЭ) 1 (см. рисунок) является формирование потока пульпы с заданными свойствами. Для этого в него поступает некоторое количество твердого материала ^т) и несущей жидкости ^в) в заданном соотношении (концентрации), различные полимерные добавки ^д) для снижения трения в потоке и повышения устойчивости пульпы, производится электромагнитная обработка и т.д. По сути здесь формируется режим работы всей системы. Выходом является вещественный поток определенного объема ^п) и заданной концентрации в реальном времени (Ц:
Qп = А^т, Qв, Qд, Ц Преобразований энергии в этом СЭ нет. Таким образом, Qп - производственная функция этого СЭ.
Далее поток пульпы поступает на вход в СЭ 2, задачей которого является в соответствии с классификацией проф. Р. Коллера соединение вещественного потока и энергии. На выходе получается вещественный поток с энергией, необходимой для преодоления сопротивлений движению:
Н = А^п, Vп, L, ш),
где Vп - скорость потока, L - длина трассы, ш - удельное сопротивление движению пульпы.
Задачей СЭ 3 является направление потока пульпы по трассе без потерь (экологичес-кая безопасность). Преобразование выражается в виде снижения энергии потока, вызванной ее расходом на преодоление сил трения и перепадов высоты на восходящих участках трассы. Взаимодействие элементов 2 и 3 должно обеспечивать равенство расхода и
Нтр = А^п, L, ш).
После этого поток пульпы поступает в хвостохранилище. Энергетических преобразований здесь нет. Укладка твердых материалов может быть описана в виде балансового соотношения частей вещественного потока
Qп = Е ^тд, Qв),
где Qт,i - фракции твердого материала, укладываемые в разных частях хвостохранилища.
Путем построения функциональных структур вещественных и энергетических потоков можно разделить параметры каждого структурного элемента на группы: постоянные, рабочие и управляемые. Постоянные параметры отражают состояние СЭ в текущий момент, рабочие показывают реакцию СЭ на внешние воздействия взаимодействующих частей системы, управляемые - это параметры, которые можно произвольно изменять, и от их значения будет изменяться состояние СЭ. Разделение на группы происходит с помощью оценки степени влияния параметра на состояние элемента, возможности его изменения и влияния на другие параметры элемента.
Qт Qв Qд ОБОРОТНОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ
І І ^ 2 Г ' ' .
пульпо-
подготовки
Рабочий и резерв.
Хвостохранилище
“Распред Торцевой выпуск I трубоп
а і ! Модуль 1 линейной части і і і і і і
5 ,
система монито-
ринга и управле- < ІГ
ния ' К-
Рис. 1. Блок-схема обобщенной трубопроводной системы гидротранспорта сыпучих материалов
Взаимодействие между структурными частями реализуется через общие параметры на основе обеспечения материального или энергетического баланса.
Информационные потоки строятся подобным же образом и отражают информацию о состоянии каждого элемента и реакции его на изменение ситуации. В управляющем элементе 5 происходит сравнение реакции СЭ с плановым состоянием и выработка управляющих решений в соответствии с программой оптимизации.
Далее составляется прогнозирующая модель технической систе-
мы, включающая производственные функции структурных элементов. Модель может быть записана в дифференциальной форме, если считать, что все переменные меняются непрерывно.
Таким образом, методика установления закономерностей взаимодействия между структурными элементами системы содержит следующие шаги:
• описание задач СЭ и формирование производственной функции;
• установление важнейших параметров элемента, разбиение их на группы, выявление вида связей ме-
жду параметрами для описания состояния СЭ;
• установление общих параметров взаимодействия между соседними СЭ;
• построение прогнозной модели (системы дифференциальных уравнений) оптимизируемой технической системы.
В дальнейшем модель решается относительно критерия оптимальности с целью получения зависимостей для расчета оптимума технической системы.
------------------------------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Докукин В.П. Формирование системы для оптими- 2. Докукин В.П. Системный подход при оптимизации
зационного исследования//Горные машины и электромеха- трубопроводного гидротранспорта//Горная механика, № 2-3, ника, №3, 2000 2000
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Докукин В.П. — Санкт-Петербургский государственный горный институт (ТУ).
