Математическое, программное и информационное обеспечения подсистемы САПР устройств метеорологической поддержки замкнутой системы управления "Природа - Техногеника" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат наук До Суан Чо

• До Суан Чо
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук До Суан Чо

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ « ПРИРОДА - ТЕХНОГЕНИКА »

1.1. Влияние метеорологических возмущений на функционирование замкнутой системы управления «Природа - Техногеника»

1.2. Роль САПР при проектировании замкнутой системы управления «Природа- Техногеника» в условиях влияния метеорологических возмущений

1.3. Функциональная схема Подсистемы САПР «Метеорологическая Поддержка»

Выводы по первой главе

ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДСИСТЕМЫ САПР «МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА»

2.1. Алгоритмизация обработки метеорологических данных как нестационарных случайных процессов

2.2. Алгоритмизация формирования входных сигналов для автоподстройки ПИД - регулятора в замкнутой системе управления «Природа-Техногеника»

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 ПРОГРАММНОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ САПР «МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА»

3.1. Разработка структуры программного обеспечения

3.2. Построение базы данных

3.3. Программные средства Подсистемы САПР «Метеорологическая Поддержка»

Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4 ПРИМЕНЕНИЕ ПОДСИСТЕМЫ САПР

«МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА»

4.1. Подсистема САПР «Метеорологическая Поддержка» -инструмент проектировщика замкнутой системы управления «Природа-Техногеника»

4.2. Тестирование Подсистемы САПР «Метеорологическая Поддержка»

4.3. Выполнение проектных процедур средствами Подсистемы САПР «Метеорологическая Поддержка»

Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ЗСУ пт Замкнутая система управления "Природа -Техногеника "

УМП Устройство метеорологической поддержки

зв Загрязняющее вещество

нсп Нестационарный случайный процесс

пид Пропорционально-интегрально-дифференциальный

изв Источник загрязняющих веществ

ОА Очистный агрегат

ссми Стационарные станции метеорологической информации

цми Центр метеорологической информации

БВМД Блок ввода метеорологических данных

БОМД Блок обработки метеорологических данных

БПМД Блок передачи метеорологических данных

ОУ Объект управления

БД База данных

МБЛА Малогабаритные беспилотные летающие аппараты

V Скорость ветра

Г Температура

Влажность

р Давление

Ти Интервал текущего усреднения

(у) Скорость потока переноса ЗВ

X Время запаздывания переноса ЗВ

Возмущающее воздействие (компенсируемая составляющая топливных газов)

т Параметрические воздействия под влиянием метеорологических возмущающий

СО) Сигнал управления автоподстройкой,

Ки Коэффициент передачи интегрирующего звена в ПИД -регуляторе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое, программное и информационное обеспечения подсистемы САПР устройств метеорологической поддержки замкнутой системы управления "Природа - Техногеника"»

ВВЕДЕНИЕ

Основными проблемами начала XXI века стали загрязнение окружающей среды и истощение природных ресурсов с ростом промышленного потенциала и транспорта. В частности широко обсуждаются вопросы парникового эффекта, выбросов вредных веществ и т. д. Эти проблемы также рассматривались на правительственном уровне, подтверждением чего является подписание Киотского протокола, решения 18-ой конференции Рамочной Конвенции ООН об изменении климата, состоявшейся в Дохе (Катар 12.08.2012г).

В январе 2008 г. на заседании Совета Безопасности под председательством Президента РФ В. В. Путина была затронута тема обеспечения экологической безопасности страны и необходимости реализации конкретных практических задач, направленных на защиту природы. Д.А. Медведев отметил, что "число нарушений экологического законодательства руководством "грязных" предприятий растет с каждым годом, поскольку штраф за экологические нарушения во много раз меньше стоимости так называемых "платежей за согласование экологических требований", а эти платежи сами превратились в способ кормления значительной части федерального и регионального чиновничества".

Президент России Д.А. Медведев 7 июля 2011 г. подписал указ № 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации», в котором «нашлось» место и проблемам рационального природопользования, а среди критических технологий -технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды.

В последние десятилетия антропогенные факторы загрязнения атмосферы стали превышать по масштабам естественные, приобретая глобальный характер. Выбрасываемые в атмосферу вредные примеси не

только уничтожают живую природу, отрицательно воздействуют на здоровье людей, но и способны изменить свойства самой атмосферы, что может привести к нежелательным экологическим и климатическим последствиям, поэтому в настоящее время проблемы снижения загрязняющих веществ (ЗВ) стали особо актуальными.

Физическая сторона рассматриваемой проблемы связана с анализом эмиссии распространения и поглощения ЗВ. В работах [2, 3, 4, 5, 17] Берлянда М.Е., Кондратьева К .Я., Щербакова А.Ю., Ландсберга Г.Е., Бузало Н.С., Гаргер Е.К., Марчука Г.И., Борисенкова Е.Л. исследовались процессы распространения ЗВ от точечных, линейных и площадных источников как непрерывного, так и мгновенного действия.

В работах Израэля Ю.А., Конопелько Л.А., Горелика Д.О., Назарова И.М. и других учёных, а также на многочисленных симпозиумах, конференциях, совещаниях предлагались средства мониторинга ЗВ и очистки атмосферы, как правило, локального применения. Принципиальное решение проблем снижения уровня ЗВ представляется путём создания системы управления «Природа - Техногеника», обеспечивающей минимизацию ЗВ, поступающих от техногенных объектов путем регулирования агрегатов очистки источников этих ЗВ. В работах [24, 26, 33, 34, 39, 42, 44] профессора Сольницева Р.И. и его учеников предложена и развита концепция создания замкнутой системы управления «Природа - Техногеника» (ЗСУ ПТ).

Особенностями этой концепции является построение ЗСУ ПТ как САУ с целью минимизации ЗВ в режиме реального времени, а также минимизация влияния «Человеческого фактора » [31, 32, 43, 45, 46, 47].

Проектирование ЗСУ ПТ включает многоэтапный процесс от согласования технического задания до подготовки пилотного образца.

На содержание ЗВ в потоке атмосферного воздуха в значительной степени оказывают влияние метеорологические условия, а именно: скорость и направление ветра, температура, влажность, давление. Они в определенной

степени влияют на накопление, перенос и рассеивание вредных веществ. В этой связи задачей управления в этой системе является непрерывное обеспечение метеорологической поддержки в ЗСУ ПТ [8, 30].

В соответствии с отмеченными обстоятельствами в ЗСУ ПТ необходимо разработать устройства метеорологической поддержки (УМП), включающие блоки накопления, обработки метеоданных, ввода их в блок управления очистными агрегатами с целью компенсации нежелательных отклонений от заданных критериев устойчивости и качества ЗСУ ПТ как САУ.

Решение этой задачи невозможно без разработки и применения САПР УМП. Поэтому рассматриваемая здесь подсистема САПР УМП наряду с уже разработанными подсистемами [22, 32, 37] является необходимым инструментом проектировщика [27, 34, 35].

В процессе разработки этой подсистемы САПР УМП потребовалось осуществить:

• Анализ степени влияния метеорологических параметров атмосферы на функционирование ЗСУ ПТ, а также средств автокомпенсации этого влияния.

• Исследование и разработку основных обеспечений подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ.

• Практическое применение подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ.

Разработка такой подсистемы позволит обеспечить процесса

проектирования УМП ЗСУ ПТ с целью компенсации метеорологических возмущений в режиме реального времени.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ, включающей математическое, программное и информационное обеспечения.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка алгоритмической схемы подсистемы САПР УМП ЗСУ

ПТ.

2. Адаптация алгоритмов анализа нестационарных случайных процессов (НСП) на основе методов скользящего усреднения и разработка их программной реализации для обработки метеорологических данных.

3. Анализ точности обработки метеорологических данных при приведении НСП к эквивалентным стационарным случайным процессам.

4. Алгоритмизация формирования закона управления автоподстройкой ПИД - регулятора.

5. Построение базы данных УМП ЗСУ ПТ (БД УМП ЗСУ ПТ).

6. Разработка программного обеспечения подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ.

7. Разработка интерфейса пользователя подсистемой САПР УМП ЗСУ ПТ как инструмента проектировщика ЗСУ ПТ.

Методы исследования. Основные теоретические и прикладные результаты работы получены на базе применения теории вероятностей, математического моделирования и вычислительного эксперимента, теории систем автоматического управления, теории САПР.

Объектом исследования диссертационной работы являются УМП ЗСУ ПТ, включающие блоки "обработка", "программатор", "преобразование" как средства управления автоподстройкой ПИД - регулятора.

Предметом исследования в работе являются исследование и разработка алгоритмов обработки метеорологических данных как НСП, алгоритмизация формирования закона автоподстройки ПИД - регулятора и программная реализация разработанных алгоритмов.

Достоверность научных результатов подтверждается теоретическим анализом, предложенных алгоритмов обработки и передачи метеорологических данных, моделированием ЗСУ ПТ с учётом воздействия метеорологических возмущений, статистическими экспериментами.

Научные положения, выносимые на защиту.

• Алгоритмическая схема подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ.

• Алгоритмы обработки метеорологических данных.

• Алгоритмы оценки точности обработки метеорологических данных.

• Алгоритмизация формирования законов автоподстройки ПИД -регулятора ЗСУ ПТ.

• Структура программного обеспечения подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ .

• Результаты анализа применения подсистемы САПР УМП ЗСУ

ПТ.

Научная новизна работы состоит в разработке:

• Функциональной схемы подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ, включающей блоки сбора, обработки и передачи метеорологических данных в ЗСУ ПТ после получения их из центра метеорологической информации (района, промзоны) в режиме реального времени.

• Алгоритмов обработки метеорологических данных путём сведения НСП к эквивалентным стационарным.

• Алгоритмов оценки точности обработки метеорологических данных, позволяющих вычислять характеристики близости анализируемого НСП к эквивалентным стационарным случайным процессам.

и

• Алгоритмизации формирования закона управления автоподстройкой ПИД - регулятора с целью компенсации метеорологических возмущений на ЗСУ ПТ как САУ.

Практическая ценность работы заключается в реализации разработанных алгоритмов математического, программного и информационного обеспечений в виде подсистемы САПР ЗСУ ПТ. Эта подсистема позволяет осуществлять проектирование ЗСУ ПТ с учётом влияния метеорологической обстановки в режиме реального времени, выпускать соответствующую техническую документацию и повысить качество проектирования этой системы в целом.

Реализация и внедрение результатов. Теоретические и практические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Санкт - Петербургского государственного электротехнического университета «СПбГЭТУ» "ЛЭТИ" и практических работах Института Экологических Технологий Вьетнамской Академии Наук.

Данная работа выполнена в рамках международного сотрудничества Ханойского Открытого Университета (ХОУ) и СПбГЭТУ "ЛЭТИ" в соответствии с соглашением о международном образовательном сотрудничестве вузов России и Вьетнама.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• XIV международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (SCM'2012), Россия, Санкт-Петербург, 25 - 27 июнь 2012г.

• Informational Conference Southeast Asian Open and Distance Learning in the 21st Century "ISODL" 27 October 2012.

• XIX международная конференция «Современное образование: содержание, технологии, качество, Россия, Санкт-Петербург, 24 апреля 2013г.

• XV международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (SCM'2013), Россия, Санкт-Петербург, 23 - 25 май 2013г.

• Anniversary Scientific International Conference 45 years Computer Science and Engineering Department, Technical University Of Varna, 27-28 September 2013, Varna, Bulgaria.

• Учёный Совет Института Экологических Технологий Вьетнамской Академии Наук (ИЭТ ВАН), Ханой, Вьетнам, 24 октября 2012 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей, из них - 4 статьи в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 1 статья в другом издании, 6 докладов на международных, всероссийских и межвузовских научно-технических конференциях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы.

В первой главе приводятся проблемы снижения уровня ЗВ в атмосфере. Подтверждается, что в настоящее время применение ЗСУ ПТ для управления минимизацией ЗВ является актуальным решением проблемы. Показывается, что одним из важных факторов влияния на функционирование ЗСУ ПТ, являются метеорологическая обстановка в зоне действия этой системы и для управления потока переноса ЗВ в атмосфере в ЗСУ ПТ от источников до точки измерения (объект управления) в режиме реального времени, необходимо непрерывное поступление метеорологических данных в регуляторы ЗСУ ПТ.

Поскольку метеорологические данные меняются за времени, то система неустойчива. Поэтому необходимо проектирования УМП ЗСУ ПТ с целью компенсации метеорологических возмущений по критериям устойчивости и качества ЗСУ ПТ как САУ. Для решения этой задачи рассмотрены задачи автоматизации проектирования подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ, как, инструментом проектировщика. Целью диссертационной работы является разработка и исследование подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ. Предложена функциональная схема УМП ЗСУ ПТ, включающая блоки "обработка", "программатор", "преобразование" для сбора и передачи метеорологических данных в ЗСУ ПТ в режиме реального времени.

Во второй главе приведены алгоритмы обработки, оценки точности обработки, передачи метеорологических данных и алгоритмизации формирования законов автоподстройки ПИД - регулятора в ЗСУ ПТ.

Обработка метеорологических данных как НСП весьма за трудной, поэтому рассмотрены алгоритмы сглаживания (скользящего усреднения) для приведения НСП к эквивалентным стационарным процессам и алгоритмы оценки точности такого приведения.

Проводится алгоритмизация формирования закона управления автоподстройкой ПИД - регулятора в ЗСУ ПТ для компенсации метеорологических возмущений.

В третьей главе рассматривается разработка программного обеспечения САПР УМП ЗСУ ПТ. Предложены способы построения БД УМП ЗСУ ПТ с помощью СУБД SQL Server 2012 в соответствии с требованием обеспечения поступления метеорологических данных в ЗСУ ПТ в режиме реального времени. Рассмотрены способы построения программного обеспечения на основе среды Matlab 2011b, включающие блок модулей обработки, блок модулей автоподстройки ПИД - регулятора, модули оценки точности. Предложена структура программного обеспечения подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ.

В четвертой главе рассмотрена методика применения подсистемы САПР У МП ЗСУ. Представлены результаты тестирования подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ. Приведены результаты применения подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ для обработки метеорологических данных, оценки точности этой обработки и формирования входных сигналов для автоподстройки ПИД -регулятора в ЗСУ ПТ.

ГЛАВА 1. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ «ПРИРОДА - ТЕХНОГЕНИКА»

1.1. Влияние метеорологических возмущений на функционирование замкнутой системы управления «Природа- Техногеника»

В [24, 31, 32, 39, 42] показано, что ЗСУ ПТ, предназначенная для любого предприятия "загрязнителя" сводится к системе автоматического управления (САУ) по контуру измерения концентрации (массы) ЗВ в экстремальных точках окружающей среды, с дальнейшей обработкой, передачей и регулированием очистного агрегата (ОА) этого предприятия, создающего сбросы, выбросы и твердые отходы в окружающую среду.

Концепция создания ЗСУ ПТ [26, 32, 34, 44] направлена на минимизацию человеческого фактора, исключение «-разрыва» между результатами мониторинга и соответствующими очистными агрегатами, исключение потерь информации и, как следствие, экономических издержек, связанных с компенсациями по авариям, штрафам, с упущенной выгодой.

В объект управления ЗСУ ПТ входит поток ЗВ - выбросов в атмосферу от выхода источников ЗВ (ИЗВ) до точки измерения. Существенное влияние оказывает метеорологическая обстановка в зоне действия ЗСУ ПТ.

Для оценки этой обстановки необходимо получение статистических данных в конкретном регионе.

Рассмотрим влияние метеорологических условий, например, района города Ханой Вьетнама, поскольку аналогичная ситуация характерна для многих регионов других стран.

Вьетнам расположен в области субэкваториального муссонного климата, но в силу большой протяжённости страны с севера на юг климатические условия на её территории несколько различаются. Зима на юге жаркая (26°С), на севере прохладная (15°С), температура воздуха иногда

понижается до 1°С из-за проникновения холодного воздуха из Китая. В горах на высоте более 1500м случаются заморозки. Режим выпадения осадков также изменяется по территории Вьетнама. Зима сухая на юге и влажная на севере, а летом муссонные дожди поливают всю территорию страны. В конце лета и начале осени побережье Вьетнама посещают разрушительной силы тайфуны. На наветренных склонах гор в год выпадает 2500-3000мм осадков, на подветренных 700 — 900мм.

Таким образом, в процессе применения ЗСУ ПТ, например, в городе Ханое Вьетнама возникают следующие задачи:

1. Оценка степени влияния метеорологических параметров на время жизни ЗВ и их влияние на уровень риска для жизни населения.

2. Оценка влияния метеорологического воздействия на функционирование ЗСУ ПТ.

Для решения первой задачи необходимо исследовать химические свойства ЗВ от источников ЗВ (ИЗВ). Такая проблема решается, в частности, химической лабораторией Ханойского Университета Науки и Вьетнамо-Российским Центром научно-технического сотрудничества в Институте Экологических Технологий Вьетнамской Академии Наук (ИЭТ ВАН).

Основными составляющими ЗВ города являются окись углерода (СО), двуокись серы или сернистый газ (802), окись азота (Ж)х), углеводороды СХНУ, углекислый газ С02 [61].

В ИЭТ ВАН [53, 60] приведены оценки влияния метеорологических параметров на время жизни и на концентрацию ЗВ и влияние данных примесей на уровень риска для жизни населения города Ханоя.

Задачей определения влияния метеорологического возмущения на функционирование ЗСУ ПТ является определение метеорологического воздействия на скорость потока переноса ЗВ в атмосфере.

Основными составляющими метеорологических параметров являются скорость ветра (V), температура (7°), влажность (IV), давление (Р).

Для определения метеорологического возмущения на скорость потока переноса ЗВ в атмосфере необходимо анализировать характеристики этих метеорологических параметров. В дальнейшем в качестве экспериментальных данных рассматриваются характеристики метеорологических параметров города Ханоя [52], что позволяет конкретизировать исследования.

На рис 1.1-1.4 приведены примеры характеристик метеорологических данных.

Рисунок 1 2. - Исходная реализация температуры в течение часов

Рисунок 1.3. - Исходная реализация давления в течение месяца

Рисунок 1 4 - Исходная реализация влажности в течение месяца

Для оценки влияния метеорологического воздействия на функционирование ЗСУ ПТ рассмотрим структурную схему ЗСУ ПТ как САУ (см рис 1.5).

Рисунок 1 5. - Структурная схема ЗСУ ПТ как САУ

На структурной схеме обозначены операторы и сигналы:

• Ь\ - переноса ЗВ от источника ЗВ до точки измерения параметров,

• Ь2 - измерительного устройства (датчика),

• Ьъ - устройства преобразования данных измерения,

• устройства управления (регулятора),

• Ь5 - агрегата отчистка совместно с исполнительным устройством,

• - возмущающее воздействие (компенсируемая составляющая топливных газов),

• - параметрические воздействия под влиянием метеорологических возмущающий,

• Щ) - сигнал управления автоподстройкой,

• у 1 - рассогласование,

• у2 — измеряемая величина концентрации ЗВ,

• Уг~ результат измерения концентрации ЗВ,

• _у2о*— допустимая величина концентрации ЗВ (у2*),

• г{() - величина отклонения ,

• Уг*^)- преобразованный сигнал,

• и (?)- сигнал управления,

• а (/)- сигнал компенсации возмущения.

• Ки(0 - коэффициент передачи интегрирующего звена в ПИД -регуляторе.

Из структуры такой САУ видно, что на систему управления действует два источника возмущений:

1) х{{) - возмущающее воздействие (компенсируемая составляющая топливных газов) поступающих на вход такой САУ.

2) ДО - метеорологические возмущения - V, Т°, Р, ]¥, которые приводят к изменению транспортного запаздывания распространения потока ЗВ и тем самым к нарушению устойчивости и качества ЗСУ ПТ как САУ.

В [22, 32, 34] подробно описана работа каждой передаточной функции. В частности, (оператор , на рис 1.5). Этот оператор имеет вид:

где р =—, Кп, Кд, Ки - коэффициенты ПИД - регулятора.

В работе [32] показано, что для повышения эффективности работы очистного агрегата (ОА) в ЗСУ ПТ необходимо формирование входных сигналов для автоподстройки ПИД - регулятора в режиме реального времени в ОА с целью компенсации метеорологических возмущений. В этой связи требуются обработка, формирование и передача метеорологических данных в ЗСУ ПТ.

Таким образом, при проектировании ЗСУ ПТ для управления ЗВ в атмосфере в режиме реального времени необходимо осуществлять следующие задачи:

• Определять метеорологические возмущения на ЗСУ ПТ;

• Формировать закон управления автоподстройкой ПИД -регулятора в ЗСУ ПТ с учётом метеорологических данных.

В соответствии с отмеченными обстоятельствами в ЗСУ ПТ необходимо проектировать устройство метеорологической поддержки (УМП), которое является важной составляющей системы для обеспечения метеорологических данных в ЗСУ ПТ и компенсации метеорологических возмущений по критериям устойчивости и качества ЗСУ ПТ.

На рис 1.6 представлены устройств ЗСУ ПТ с включением УМП.

В работах [22, 23, 39, 42, 52] подробно описаны отдельные устройств ЗСУ ПТ.

Рисунок 1.6 - Устройств ЗСУ ПТ

На структурном устройстве обозначены:

• Д1...Дп - датчики измерений - расположены в устье трубы и в точке измерения максимального значения и предназначены для определения концентрации (массы) ЗВ;

• ОУ - объект управления;

• КУ - коммутирующие устройства;

• УПУ - усилительно-преобразующие устройства - усиливают обобщенный управляющий сигнал до уровня, необходимого для управления конкретным ОА;

• УСИ - устройства сжатия информации;

• УВЧХ - устройства вычисления частотных характеристик;

• УВПИ - устройства выбора предпочтительной информации;

• УФ - устройство формирования;

• УУВ - устройство управления визуализацией;

• УВ - устройство визуализации;

• ЛПР - лицо, принимающее решения;

• УУР - устройства управления регистраторами;

• УР1, ..., УРп - устройства регистрации;

• УФЗУ - устройства формирования закона управления;

• УР - устройство регулирования - строится в соответствии с системой управления, синтезируемой по критериям и ограничениям, специфичным для ЗСУ ПТ конкретных предприятий [34]. Регулятор в ЗСУ ПТ управляет исполнительными устройствами ОА;

• УИУ - управление исполнительными устройствами;

• ЭМИУ - электромеханические исполнительные устройства;

• ПИУ - пневматические исполнительные устройства;

• ГИУ - гидравлические исполнительные устройства;

• ФХИУ - физико-химические исполнительные устройства;

• ОА - очищает газвоздушную смесь внутри трубы промышленного предприятия в соответствии с управляющим сигналом, вырабатываемым на основе информации об уровне его концентрации в месте ее максимума [42];

• МБЛА - малогабаритные беспилотные летающие аппараты -предназначены для перемещения измерительной и приемно-передающей аппаратуры, обеспечивающей измерение концентраций ЗВ, пространственно-временных координат точки измерения и передачи данных. Управление МБЛА позволяет размещать их в точках максимальной концентрации ЗВ;

• ИУ - измерительные устройства включают в себя широкий спектр датчиков-газоанализаторов, анализаторов физико-химических параметров, измеряющих и передающих информацию о концентрации ЗВ. ИУ размещаются в точках с наибольшей концентрацией ЗВ с помощью подвижных носителей;

• Усилительно - преобразующие вычислительные устройства обеспечивают обработку, сжатие, формирование информации и передачу ее в управляющее и регулирующее устройство, а также в устройства визуализации и регистрации.

Рассматриваемые в диссертации УМП включают:

• ССМИ, ЦМИ - стационарные станции, центр метеорологической информации (района); являющиеся по источникам V, Р, Ж, 7° в районе (промзоне), где действуют ИЗВ;

• БВМД - Блок ввода метеорологических данных. Для обеспечения метеорологических данных в режиме реального времени необходимо построение БД УМП. Целью БД УМП является сохранение метеорологических данных после получения из ЦМИ и результатов обработки метеорологических данных. Способы, задачи, требования к построению БД УМП рассматривают в главе 3.

геостационарным спутник

а полярный спутник

спутниковые изображения

самолёт

метеорологический радар

спутниковое «ссу-*

зондирование станция приёма ¿спутниковой И информации

судно погоды

автоматическая метеостанция

аэрологическая станция

национальная метеослужба

цми, ссми

Рисунок 1.7. - Система глобальных наблюдений

• БОМД - Блок обработка метеорологических данных, в котором реализуются алгоритмы обработки метеорологических данных. Излагаются такие алгоритмы в главе 2.

• БФМД - Блок формирование законов управления автоподстройкой ПИД - регулятора для компенсаций метеорологических возмущений на ЗСУ ПТ.

• БПМД - Блок передачи метеорологических данных. В данном блоке осуществляется передача законов управления автоподстройкой ПИД -регулятора в ОА ЗСУ ПТ.

На рис 1.7 показаны средства получения метеорологических данных из ССМИ, ЦМИ [60,61].

Известно, что УМП ЗСУ ПТ являются аппаратно - программными комплексами. Для проектирования этого устройства требуется множеств микропроцессорных контроллеров и программных средств. В работе

приведены [32] основные микропроцессорные контроллеры. В дальнейшем в работе рассматриваются задачи разработки и исследования подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ, включающей математическое, программное и информационное обеспечения. Решение этой задачи позволяет повысить эффективность проектирования ЗСУ ПТ средствами подсистемы САПР УМП ЗСУ ПТ, сформировать проектную документацию на этапах эскизного проектирования и испытаний ЗСУ ПТ.

1.2. Роль САПР при проектировании замкнутой системы управления "Природа - Техногеника" в условиях влияния метеорологических возмущений

Разработка такой сложной системы управления как ЗСУ ПТ невозможна без применения современных информационных технологий, в частности, без разработки САПР, обеспечивающей решение задач моделирования, расчета, синтеза управления, конструкторского проектирования.

Для создания эффективной САПР замкнутой системы управления, в соответствии с принципами построения САПР, описанными в [27], необходима разработка многих подсистем: подсистемы моделирования, подсистемы конструкторского проектирования [18, 19, 25].

Подсистема САПР УМП ЗСУ ПТ входит в общую структуру САПР ЗСУ ПТ и решает задачи автоматизации проектирования УМП ЗСУ ПТ (см рис 1.6).

Существующие унифицированные программы расчета скорости потока переноса ЗВ в атмосфере "Призма", "Эра", " Эколог", "Тион", " Воздухоочистка", " Проектное Бюро" [17, 32, 48, 54, 57] предназначены лишь для расчета и последующего анализа результатов мониторинга и не могут быть использованы в САПР УМП, поскольку они не позволяют:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук До Суан Чо, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бадриев И.Б., Бандеров В.В., Задварнов O.A. Разработка графического пользовательского интерфейса в среде Matlab. Казанский государственный университет, 2010. 113с.

2. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 272 с.

3. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 448 с.

4. Вызова Н.Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 191 с.

5. Вызова Н.Л., Гаргер Е.К., Иванов В.И. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 280 с.

6. Дж. Грофф, П. Вайнберг. Энциклопедия SQL. - 3-е изд. СПб.: Питер, 2003. 816 с.

7. ДЖ.Бендать, А.Пирсол. Измерение и анализ случайных процессов. // Перевод с английского Г.В. Матушевского и В.Е. Привальского. Изд-во.: "МИР" Москва, 1971. 410 с.

8. До Суан Чо. Вопросы информационного обеспечения замкнутой системы управления " Природа - Техногеника" Материалы XV межд. конференции по мягким вычислениям и измерениям (SCM-2012). Спб. Изд-во.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. С. 134-137.

9. До Суан Чо. Вопросы метеорологической поддержки в Замкнутой системе управления «Природа - Техногеника» // Материалы XIX межд. конф. «Современное образование: содержание, технологии, качество». Спб. Изд-во.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013, Том 1. С. 101-103.

10. До Суан Чо. Принципы разработки программного обеспечения САПР метеорологической поддержки Замкнутой системы управления «Природа - Техногеника» // Материалы XVI межд. конференции по мягким вычислениям и измерениям (SCM-2013), Спб. Изд-во: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. С. 97-100.

11. Дьяконов В П., Круглов В. Математические пакеты расширения MatLAB. Специальный справочник, СПб.: Питер, 2001. 475с.

12. К. Чен, П. Джиблин, А. Ирвинг. Matlab в математических исследованиях. Издательство: Мир, 2001. 346 с.

13. Коршунов Г. И., Тисенко В. Н. Управление процессами и принятие решений. СПб. Изд.: СПбГПУ, 2010. 231 с.

14. Лившиц H.A., Пугачев B.C. Вероятностный анализ систем автоматического управления. М.: "Советское радио". 1963.

15. Марков A.C., Лисовский К.Ю. Базы данных. Введение в теорию и методологию. М.: Финансы и статистика, 2004. 511 с.

16. Моисеенко С.И. SQL Задачи и решения. СПб.: Питер, 2006. 256 с.

17. Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2004 году. / Под редакцией Д.А. Голубева, Н.Д. Сорокина. СПб. 205 с.

18. Пугачев. B.C. Введение в теорию вероятностей. Издательство:"Наука", Главная редакция физико-математической литературы, 1968. 368 с.

19. Раскин Д. Интерфейс новые направления в проектировании компьютерных систем [текст]: монография / Раскин Д. СПБ.: Символ -Плюс, 2005. 272с.

20. Сольницев Р. И., До Суан Чо. Программная реализация метеорологической поддержки Замкнутой системы управления «Природа - Техногеника» // Информационно-управляющие системы. 2013. № 5. С. 51-55.

21. Сольницев Р. И., До Суан Чо., Шапошинков.Б.И. К оценке точности обработки метеорологических данных в Замкнутой системе управления «Природа - Техногеника» // Известия ЛЭТИ, 2013. № 7. С. 59 - 62.

22. Сольницев Р.И. Вопросы построения замкнутой системы управления " Природа - Техногеника" // Известия ЛЭТИ, 2009. № 7. С. 23 - 32.

23. Сольницев Р.И. Вычислительные машины в судовой гироскопии. Издательство.: "Судостроение" Ленинград, 1977. 312с.

24. Сольницев Р.И. До Суан Чо. Замкнутая система управления Природа -Техногеника. // Доклад на Учёном Совете Института Экологических Технологий Вьетнамской Академии Наук (ИЭТ ВАН), Ханой, 24 октября 2012 г.

25. Сольницев Р.И. Информационные технологии в проектировании: Учебное пособие / СПбГУАП. СПБ, 1999. 60 с.

26. Сольницев Р.И. Построение замкнутой систем "Природа -Техногеника" // "Открытое образование", IT+S&E'06, Украина, Ялтагууф, 2006. С. 404-408.

27. Сольницев Р.И., Автоматизация проектирования систем автоматического управления [Текст]: учеб. для студентов вузов по спец. "Автоматика и упр.в техн. системах" // Р.И.Сольницев. М.: Высш. шк., 1991. 335 с.

28. Сольницев Р.И., Гришанова Л.И., А.С.Слюсаренко. Математическое обеспечение информационных технологий. Непрерывные системы. СПБ. Изд-е 2-е / СПбГУАП. 2007. 134 с.

29. Сольницев Р.И., До Суан Чо. Алгоритмизация обработки и передачи метеорологических данных в Замкнутой системе управления «Природа-Техногеника»// Информационно-управляющие системы. 2013. №3. с. 30-35.

30. Сольницев Р.И., До Суан Чо. Построение баз данных метеорологической информации в замкнутой системе управления

«Природа-Техногеника» // Программные продукты и системы, 2013. №1. С. 125-129.

31. Сольницев Р.И., Коршунов Г.И. Инновационный проект "Замкнутая система управления "Природа - Техногеника" "// Известия ГУАП, 2011. №1. С.145-152.

32. Сольницев Р.И., Коршунов Г.И. Системы управления "Природа -Техногеника. Издательство.: "Политехника", 2013. 205 с.

33. Сольницев Р.И., Коршунов Г.И., Грудинин В.П. Способ снижения загрязняющих атмосферу вредных вещество посредством замкнутой системы управления. Патент на изобретение №2351975 с приоритетом от 11.06.2006, Бюл №10, «РОСПАТЕНТ», М. 2009г.

34. Сольницев Р.И., Коршунов Г.И., Шабалов A.A. Моделирование замкнутой системы управления «Природа-Техногеника» // Информационно-управляющие системы, 2008. № 2. С. 36 - 42.

35. Сольницев Р.И., Модели и методы принятия проектных решений [Текст]: учеб. пособие // Р. И. Сольницев. СПб.: ЛЭТИ, 2010. 67 с.

36. Сольницев Р.И., Рысенко В.Ф., Шалыт Л.Л., Харитонеко С.А. Об измерении средней корреляционной функции нестационарного случайного процесса по одной реализации - "Известия вузов Приборостроение" Л 1972, т 15, №4, С. 71.

37. Сольницев Р.И., Тревгода М.А. Алгоритмизация начальных этапов процесса проектирования замкнутой системы управления «Природа-Техногеника» // Информационно-управляющие системы, 2010. №2. С. 61-65.

38. Сольницев Р.И., Тревгода М.А. Программное обеспечение подсистемы САПР замкнутой системы управления «Природа-Техногеника» // Информационно-управляющие системы, 2010. №4. С. 34-38.

39. Сольницев, Р.И., Коршунов Г.И, Клочков И.Б. Замкнутая система управления «Природа-Техногеника» - инновационный проект. IEHS'07. 2007.

40. Цветков.Э.И. Нестационарные случайные процессы и их анализ. М.:" Энергия", 1973.

41. Lent C.S. Learning to Program with MATLAB: Building GUI Tools Издательство Wiley, 2013. 322 p.

42. Solnitsev, R. Creation of «Nature-Technogenic» control system of the basis of information technologies // Proc. Intern. Conf. IEHS'02, SPb., 2002. P. 12-17.

43. Solnitsev, R. Information technologies in instrument engineering / R. Solnitsev: Research Instrumentation, 2001. P. 80-83.

44. Solnitsev, R. Minimization of the human factor in the "Nature-Technogenic" // Proc. Internat. conference. IEHS'04, SPb., 2004. P. 15-18.

45. Solnitsev, R. The instrumentation in human safety, ISA. South America region, Sao-Paolo, Brasil, 1995.

46. Solnitsev, R. The instrumenting in ecology and human safety // IEHS'96, 1996. P. 16-18.

47. Solnitsev, R. The simulation of Nature-Technologenic system / R. Solnitsev: IEHS'98, 1998. P. 8-10.

48. Воздухоочиска. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://www.air-cleaning.ru/neutralized.php (дата обращения: 11.05.2013).

49. Возможности пакета Matlab. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://cluster.tpu.ru/index.php7id~matlab. (дата обращения: 28.04.2013).

50. Изменение климата. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://biendoikhihau.gov.vn/en/home.html (дата обращения: 27.06.2013).

51. Кириллов B.B., Громов Г.Ю. Структуризированный язык запросов (SQL). [Электронный ресурс]/ Режим доступа:

http://www.citforum.ru/database/sql_kg/index.shtml. (дата обращения: 24.03.2013).

52. Обзор Ханое. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://vietbao.vn/Kham-pha-Viet-Nam/Khai-quat-ve-Ha-Noi/80102415/151 / (дата обращения: 11.02.2013).

53. Отчет о защите окружающей среды Вьетнама в 2012 году. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://vea.gov.vn/vn/hientrangmoitruong/baocaomtquocgia/Pages/default.as

, рх (дата обращения: 20.06.2013).

54. Проектное Бюф. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http : / /www. buroproi ect. ru/p age s/contact s. html (дата обращения: 11.05.2013).

55. Руководство по выбору FLEX I/O и FLEX EX Серии 1794 и 1797. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://rockwellautomation.com. (дата обращения: 30.08.2013).

56. Сайт фирмы Аллен-Бредли. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://allen-bradley.sure72.com, (дата обращения: 31.04.2013).

57. Системы отчистки воздуха. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://www.tion.info/documents/standartyi-i-normativyi (дата обращения: 11.05.2013).

58. Установка SQL Server 2012. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/bb500469.aspx. (дата обращения: 20.07.2013).

59. Matlab язык технических вычислений. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru/forum/simulink-f3/. (дата обращения: 11.03.2013).

60. Ministry of natural resources and environment Vietnam environment administration. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://vea.gov.vn/en/Pages/trangchu.aspx (дата обращения: 17.04.2013).

61. National Hydro-meteorological Service National Center for Hydro-meteorological Forecasting (NCHMF). [Электронный ресурс]/ Режим дocтyпa:http://www.thoitietvietnam.gov■vn/web/enUS/62/19/58/map/Defaul tasgx. (дата обращения: 17.01.2013).

62. FLEX I/O _ FLEX Integra ряд 1794 technical data. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: www.klinkmann.com. (дата обращения: 24.05.2013).

63. SQL Server 2012 Tutorials: Analysis Services-Tabular Modeling SQL Server 2012 Books Online. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://msdn.microsoft.com/en us/library/msl70208.aspx. (дата обращения: 28.04.2013).