Изобретение относится к способу для инициализации моделирования поведения технической установки, содержащей множество компонентов. Оно относится далее к системе моделирования для осуществления этого способа.
При планировании комплексной технической установки, например энергетической установки, является необходимым по возможности точное знание поведения установки в различных рабочих состояниях, а также в случаях неисправностей или аварийных ситуаций. Для необходимого для этого анализа поведения технической установки может давать сценарии при задании выбираемых ситуаций способ моделирования. Моделирование при этом может описывать всю установку или также только содержащую множество компонентов частичную систему установки. Комплексная техническая установка, которая обычно содержит множество компонентов, или также частичная система из них моделируется при этом на основе поведения ее компонентов.
При моделировании технической установки с множеством компонентов в основу обычно кладут взаимодействие между компонентами, которое подходящим образом описывает обмен параметрами процесса между компонентами. При этом, например, для энергетической установки может быть предусмотрено, что взаимодействие между компонентой "вентилятор" и компонентой "дымовая труба" описывается через направляемый от вентилятора к дымовой трубе газовый поток. Подходящими параметрами для описания этого газового потока могут при этом быть, например, его температура, его массовый поток и потеря давления.
Инициализация моделирования комплексной технической установки обычно производится за счет того, что инициализируют каждую компоненту установки. Для этого для параметров всех компонентов соответственно вводят стартовые значения. При этом может требоваться ввод особенно большого количества стартовых значений для самых различных параметров. При этом является обычным, что для каждой компоненты подлежащей моделированию технической установки вводят стартовые значения для всех параметров, определяющих взаимодействие этой компоненты с другими компонентами. В случае технической установки с включенной после вентилятора дымовой трубой при этом может быть, например, предусмотрено, что при инициализации моделирования должны вводиться стартовые значения для температуры, массового потока и давления покидающего вентилятор газового потока и стартовые значения для температуры, массового потока и давления поступающего к дымовой трубе газового потока. Для инициализации могут, например, использоваться цифровые способы, в которых, однако, могут появляться проблемы сходимости.
При подобной инициализации моделирования для технической установки при ошибочном вводе параметров является возможной противоречивость данных. Это может приводить к ошибочным результатам моделирования или к отказу способа моделирования. Кроме того, подобная инициализация, в частности в случае комплексной технической установки, как например, энергетической установки с большим множеством компонентов, является особенно сложной.
В основе изобретения поэтому лежит задача указания способа для инициализации моделирования поведения технической установки, содержащей множество компонентов, которым с особенно малыми затратами возможен особенно надежный ввод параметров. Далее должна быть указана особенно подходящая для осуществления этого способа система моделирования для технической установки.
Относительно способа для инициализации эта задача решается согласно изобретению за счет того, что для каждой компоненты соответственно идентифицируют тип компоненты, который схемотехнически охарактеризован количеством входов и количеством выходов соответственно для одного параметра, и за счет того, что для компоненты на основе отложенной специфичной для типа компоненты структуры тока сигнала для параметра каждого выхода устанавливают, требуется ли ввод параметра.
Изобретение исходит при этом из соображения, что для особенно надежного и непротиворечивого по себе ввода параметров следует насколько возможно избегать избыточных процессов ввода для параметров. Для этого каждый параметр должен вводиться только при инициализации одной единственной компоненты и затем автоматически предоставляться в распоряжение в других компонентах, при инициализации которых он требуется. Чтобы избежать избыточного ввода или многократного ввода параметра, для каждого существенного для компоненты параметра следует проверять, требуется ли ввод параметра или не может ли этот параметр выводиться из других подлежащих подведению к компоненте параметров. Подобная проверка может производится особенно простыми средствами тогда, когда подлежащие обработке компоненты классифицированы относительно их схемотехнических характеристик на основе типов компоненты. Для особенно малых вычислительных затрат установление того, является ли необходимым ввод параметра, при этом может производиться на основе специфичной для типа компоненты структуры тока сигнала.
Под специфичной для типа компоненты структурой тока сигнала при этом должна пониматься запись группы данных по типу листа данных, который для соответствующего типа компоненты указывает, какие входы и какие выходы для каких параметров содержит этот тип компоненты. Кроме того, запись группы данных указывает для параметра каждого входа, от каких других параметров он зависит. При этом, в частности, является устанавливаемым, определен ли полностью параметр одного выхода параметрами входов этой компоненты. Если это имеет место, то для параметра этого выхода не требуется ввода параметра. При этом для полной инициализации требуется только знание параметров на входах этой компоненты, которые соответственно являются определяемыми из включенных со своей стороны перед соответствующим входом других компонент. Под параметрами при этом могут пониматься, например, описывающие массовый поток физические измерительные величины или также подлежащие передаче сигналы или сообщения общего вида.
Структура тока сигнала для каждого типа компоненты целесообразно отложена в виде матрицы зависимого действия. Подобная матрица зависимого действия может, например, представлять в своих столбцах входы, а в своих строках выходы соответствующего типа компоненты. В случае когда параметр одного выхода является определяемым только в знании параметра входа, в соответствующем месте матрицы зависимого действия может быть внесено значение "1". В случае когда параметр выхода является определяемым без знания параметра входа, вместо этого в соответствующем месте матрицы зависимого действия может быть предусмотрено значение "0". При проектировании подобной матрицы зависимого действия наряду с физическими зависимостями параметров могут быть учтены также специальные знания техники установки, а также стандарты и договоренности.
Предпочтительным образом определенное или введенное при инициализации одной компоненты значение параметра для одного выхода используют для инициализации следующей компоненты, подключенной после соответствующего выхода на стороне входа.
Относительно системы моделирования для содержащей множество компонентов технической установки, компоненты которой классифицированы в множество типов компоненты, названная задача решается согласно изобретению за счет модуля памяти, в котором для каждого типа компоненты отложена специфичная для каждого типа компоненты структура тока сигнала, и за счет вычислительного модуля, в котором для компоненты на основе специфичной для каждого типа компоненты структуры тока сигнала является устанавливаемым подлежащий затребованию ввод параметра.
При этом целесообразным образом структура тока сигнала отложена в модуле памяти в форме матрицы зависимого действия.
Матрица зависимого действия может быть выполнена также двухступенчатой. При этом в первой ступени в форме матрицы зафиксировано, какие физические входы и выходы содержит компонента и как они взаимно находятся в соединении. Под физическим входом или соответственно выходом при этом должен пониматься охарактеризованный потоком среды блок, который определен множеством параметров процесса. Например, компонента "вентилятор" содержит в качестве физического выхода выход для газового потока, который определен параметрами процесса массовый поток, температура и энтальпия. Эти параметры процесса могут быть объединены в характерную для физического выхода запись группы параметров. В первой ступени соответствующей матрицы зависимого действия при этом зафиксировано, с какими физическими входами находится в соединении этот физический выход.
При двухступенчатой конструкции матрицы зависимого действия во второй ступени для каждого физического входа и выхода отложена информация о соответствующих параметрах процесса. Эти обе ступени выполненной двухступенчатой матрицы зависимого действия имеют, таким образом, в сумме одинаковое информационное содержание, что и одноступенчатая матрица зависимого действия, которая непосредственно относится к параметрам процесса.
Достигаемые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет затребования ввода параметра только после проверки специфичной для каждого типа компоненты структуры тока сигнала исключается избыточный или многократный ввод параметра. Таким образом, противоречивость ввода параметра исключается особенно надежно так, что способ инициализации является особенно надежным. Кроме того, являются особенно малыми затраты при вводе параметра. Способ инициализации является рекурсивно аналитическим и нецифровым так, что не возникает никаких проблем сходимости.
Способ инициализации позволяет производить логически направленный ввод параметров по типу сигнально ориентированной сортировки. Для случая, когда для параметра выхода компоненты распознают, что он полностью определен параметрами на входах этой компоненты, можно сразу же определить и инициализировать параметры на этих входах. Для этого по типу обратного прослеживания сигнала для каждого подлежащего, таким образом, описанию входа компоненты может быть определен подключенный к нему выход предшествующей компоненты. Имеющийся там параметр при этом может быть в соответствии с потребностью инициализирован или непосредственно за счет ввода параметра или - в случае его полного определения параметрами на входах этой компоненты - за счет дальнейшего обратного прослеживания сигнала. Таким образом, обеспечено, что для инициализации параметра на выходе компоненты в распоряжении имеются все необходимые информации.
Подобная инициализация является используемой одинаковым образом для моделирования технической установки или также для моделирования только частичной системы технической установки.
Пример выполнения изобретения поясняется более подробно с помощью чертежей, где:
фиг. 1 - система моделирования для технической установки,
фиг. 2 - схематически одна компонента технической установки и
фиг. 3 - схематически блок-схема частичной системы технической установки, содержащей множество компонентов.
Соответствующие друг другу детали снабжены на всех фигурах одинаковыми ссылочными позициями.
Система моделирования 1 согласно фиг. 1 содержит вычислительный модуль 2, к которому подключен блок ввода/вывода 4. В качестве блока ввода/вывода 4 в примере выполнения предусмотрен терминал с экраном 5 в качестве выводной среды, а также клавиатура 6 и мышь 7 в качестве вводной среды. Вычислительный модуль 2 подключен далее к первому модулю памяти 8, а также ко второму модулю памяти 10.
Система моделирования 1 служит для моделирования поведения не представленной более подробно технической установки, содержащей множество компонентов. В качестве технической установки при этом в примере выполнения предусмотрена частичная система энергетической установки. При этом также может идти речь о любой другой технической установке. Компоненты технической установки разделены на типы компонентов. Компоненты одного типа компонентов при этом имеют сравнимые схемотехнические характеристики. Например, энергетическая установка содержит обычно большое количество теплообменников в качестве компонентов. При моделировании каждый теплообменник распознается как относящийся к типу компоненты "теплообменник" и соответственно схемотехнически подключается.
Схемотехнически каждый тип компонентов охарактеризован множеством входов и множеством выходов соответственно для одного параметра. Например, теплообменник обычно обтекается первичной средой, тепло которой передается также обтекающей теплообменник вторичной среде. Таким образом, теплообменник схемотехнически содержит входы для параметров, характеризующих втекающие потоки среды. Этими параметрами могут быть, например, температура, давление и массовый поток первичной среды, а также температура, давление и массовый поток вторичной среды. Аналогично теплообменник схемотехнически содержит выходы для следующих параметров: температура, давление и массовый поток вытекающей первичной среды, а также температура, давление и массовый поток вытекающей вторичной среды.
Тип компоненты "теплообменник", таким образом, согласно названному примеру схемотехнически полностью охарактризован шестью входами и шестью выходами.
Для каждого типа компоненты в модуле памяти 10 в форме матрицы зависимого действия 12 отложена специфическая для типа компоненты структура тока сигнала. Каждая матрица зависимого действия 12 представляет в своих столбцах входы и в своих строках выходы лежащего в основе типа компоненты. В матрице зависимого действия 12 для каждого выхода соответствующего типа компоненты зафиксировано, определен ли его параметр полностью параметрами на входах соответствующего типа компоненты. Это охарактеризовано в соответствующей матрице зависимого действия 12 значением "1".
При пренебрежении скоростью утечки, например, для теплообменника требуется, чтобы массовый поток первичной среды на выходе теплообменника был равен массовому потоку первичной среды на входе теплообменника. Таким образом, в этом случае параметр на выходе "массовый поток первичной среды" типа компоненты "теплообменник" является полностью определенным параметром на входе "массовый поток первичной среды" типа компоненты "теплообменник". Матрица зависимого действия 12 типа компоненты "теплообменник" содержит, таким образом, на соответствующем месте значение "1".
Для более подробного пояснения структуры матрицы зависимого действия 12 на фиг. 2 в качестве компоненты схематически показана Т-образная часть трубопровода 20. Т-образная часть трубопровода 20 содержит вход 22, точку разветвления 24 и выходы 26, 28. К входу 22 Т-образной части трубопровода 20 является подводимой среда, в частности, текучая среда. Поток среды при этом охарактризован массовым потоком mE на входе 22 Т-образной части трубопровода 20. Массовый поток mE в точке разветвления 24 разделяется на первый частичный массовый поток mA1 и второй частичный массовый поток mA2. Первый частичный массовый поток mА1 покидает Т-образную часть трубопровода через выход 26, в то время как второй частичный массовый поток mА2 покидает Т-образную часть трубопровода 20 через выход 28. Разделение втекающего массового потока mЕ на частичные массовые потоки mА1, mA2 при этом устанавливается за счет специфичного для линии коэффициента разветвления.
Т-образная часть трубопровода 20 является идентифицируемой в качестве принадлежащей к типу компоненты "Т-образная деталь". Для этого типа компоненты справедливо краевое условие, что сумма вытекающих частичных массовых потоков mA1, mА2 должна быть равной втекающему массовому потоку mЕ. Чтобы полностью описать схемотехническое поведение компонентов типа компоненты "Т-образная деталь", тем самым требуется только указание втекающего массового потока mE и одного из двух вытекающих частичных массовых потоков mА1 или mA2. Соответственно другой вытекающий частичный массовый поток mA1 или соответственно mA2 тогда уже является полностью определенным. Альтернативно было бы достаточным также указание обоих вытекающих частичных массовых потоков mA1 и mА2. В этом случае по причинам непротиворечивости втекающий массовый поток mE является полностью определенным.
Эти схемотехнические свойства типа компоненты "Т-образная деталь" отражаются в соответствующей матрице зависимого действия 12. Так как тип компоненты "Т-образная деталь" имеет один вход параметра, а именно для втекающего массового потока mЕ, и два выхода параметра, а именно для вытекающих частичных потоков mA1 и mА2, присвоенная типу компоненты "Т-образная деталь" матрица зависимого действия имеет один столбец и две строки.
В соответствующей матрице зависимого действия 12 в качестве схемотехнической информации отложено, что параметр одного из двух выходов полностью определен указанием параметра другого выхода и параметра входа. В качестве договоренности при этом может быть введено, что параметр первого выхода должен вводиться, в то время как параметр второго выхода определяется из введенных и стоящих в распоряжении на входе данных. В соответствии с этим соответствующая матрица зависимого действия 12 имеет структуру 
Значение "1" в нижней строке матрицы зависимого действия 12 говорит о том, что параметр представленного этой строкой выхода полностью определен параметрами других входов и/или выходов этого типа компоненты. Ввод этого параметра поэтому не нужен. Для его вычисления используют параметр входа. "0" в верхней строке матрицы зависимого действия 12 в противоположность этому говорит о том, что для вычисления параметра приданного в соответствие выхода параметр входа не требуется. Более того, требуется ввод этого параметра.
На фиг. 3 схемотехнически схематически представлена частичная система 40 энергетической установки. Частичная система 40 содержит в качестве компонентов канал дымового газа 42, после которого подключена дымовая труба 44. Далее в качестве компонентов частичной системы 40 предусмотрены подключенный перед каналом дымового газа 42 дроссель впуска газа 46 и расположенная в канале дымового газа 42 поверхность предварительного нагрева 48. В качестве дальнейших компонентов частичной системы 40 перед поверхностью предварительного нагрева 48 включен источник текучей среды и после поверхности предварительного нагрева 48 включен резервуар текучей среды 52. Названные компоненты находятся схемотехнически во взаимодейстии следующим образом.
Исходя от дросселя впуска газа 46, к каналу дымового газа 42 течет поток дымового газа. Он охарактеризован температурой T1 и массовым потоком m1, а также давлением p1. Давление p1 определено, со своей стороны, свойствами канала дымового газа 42, что обозначено стрелкой 60.
Исходя от канала дымового газа 42 к дымовой трубе 44 течет поток отходящего газа. Он определен массовым потоком m2. В качестве дальнейшей величины, исходя от дымовой трубы 44, на канал дымового газа 42 действует давление p2, что обозначено стрелкой 62.
В канале дымового газа 42 тепло дымового газа передается на среду, текущую в поверхности предварительного нагрева 48. Этот перенос тепла охарактеризован количеством тепла q3 и температурой Т3. Далее исходящая от поверхности предварительного нагрева 48 температура Т4 оказывает, со своей стороны, воздействие на поведение среды в канале дымового газа 42.
Количество тепла q3 передается на подведенную к поверхности предварительного нагрева 48 среду. Она подается от источника текучей среды 50 в поверхность предварительного нагрева 48, причем поток среды охарактеризован его температурой Т5, его массовым потоком m5 и энтальпией h5. На поведение источника текучей среды 50, со своей стороны, оказывает влияние давление p5 между поверхностью предварительного нагрева 48 и источником текучей среды 50, что обозначено стрелкой 64.
Исходя от поверхности предварительного нагрева 48, к резервуару текучей среды 52 течет подогретая текучая среда. Соответствующий поток среды охарактеризован температурой Т6, массовым потоком m6 и энтальпией h6. На свойства поверхности предварительного нагрева 48 опять-таки оказывает влияние давление р6 между поверхностью предварительного нагрева 48 и резервуаром текучей среды 52, что обозначено стрелкой 66.
При инициализации моделирования частичной системы 40, таким образом, должно вводиться большое количество параметров. Чтобы поддерживать необходимые для этого затраты особенно малыми и избежать противоречивости, в системе моделирования 1 вначале для каждой компоненты соответственно идентифицируют тип компоненты. На основе отложенной в модуле памяти 10, специфичной для типа компоненты структуры тока сигнала для параметра каждого выхода компоненты устанавливают, требуется ли ввод параметра. Для этого привлекают отложенную в модуле памяти 10 матрицу зависимого действия 12.
Например, при инициализации поверхности предварительного нагрева 48 вначале идентифицируют ее тип компоненты. При этом тип компоненты определяют путем сравнения с множеством отложенных в модуле памяти 8 типов моделей. Для поверхности предварительного нагрева 48 при этом устанавливают, что речь идет о компоненте типа компоненты "поверхность нагрева". Компонента типа компоненты "поверхность нагрева" обтекается средой и имеет тем самым вход и выход для этой среды. Описание соответствующего потока среды может производиться, как показано на фиг. 3, на основе параметров температура, массовый поток и энтальпия. В соответствии с этим для этого типа компоненты предусмотрены входы или соответственно выходы для этих параметров.
Принцип действия компоненты типа компоненты "поверхность нагрева", кроме того, определяется взаимодействием с каналом дымового газа 42. Это взаимодействие может описываться посредством потока тепла q3 и температурой Т3. В соответствии с этим компонента типа компоненты "поверхность нагрева" содержит соответственно по одному входу для параметров поток тепла и температура. Далее предусмотрены вход для давления р6, а также выход для температуры Т4 и другой выход для давления p5.
Для параметров каждого выхода устанавливают, требуется или нет ввод параметра при инициализации поверхности предварительного нагрева 48. При этом установлении в качестве специфичной для типа компоненты структуры тока сигнала кладут в основу отложенную для типа компоненты "поверхность нагрева" матрицу зависимого действия 12. В соответствующей матрице зависимого действия 12 в кодированной форме для каждого выхода отложено, является ли соответствующий параметр полностью определенным параметрами на входах. Если это имеет место, то не требуется никакого ввода параметра для параметра на соответствующем выходе.
Например, для массового потока m6 узнают при этом, что при пренебрежении скоростью утечки он должен быть равен подведенному к поверхности предварительного нагрева 48 массовому потоку m5. Без учета дальнейших величин, таким образом, массовый поток m6 полностью определен имеющимся на входе массовым потоком m5. Ввод параметра массового потока m6 и тем самым инициализация поверхности предварительного нагрева 48 не является необходимой и в соответствии с этим не затребуется.
Энтальпия h6 и температура Т6 покидающей поверхность предварительного нагрева 48 текучей среды являются однозначными функциями температуры T5, массового потока m5 и энтальпии h5 подведенной к поверхности предварительного нагрева 48 среды, а также количества тепла q3 и температуры Т3. Таким образом, для параметров h6 и Т6 ввод параметра при инициализации поверхности предварительного нагрева 48 также не является необходимым и в соответствии с этим не затребуется. Аналогичное справедливо для параметров Т4 и Т5.
Таким образом, при инициализации поверхности предварительного нагрева 48 на основе соответствующей матрицы зависимого действия 12 устанавливают, что параметры всех выходов полностью определены параметрами входов. Таким образом, от ввода параметров можно отказаться. Таким образом, надежно исключаются избыточный ввод параметра и, возможно, результирующаяся противоречивость при инициализации.
Чтобы можно было завершить инициализацию поверхности предварительного нагрева 48, однако, требуется знание существенных параметров на входах. Относительно этого устанавливают, какие дальнейшие компоненты включены на стороне выхода перед соответствующим входом. Например, для температуры T5, массового потока m5 и энтальпии h5 подведенной к поверхности предварительного нагрева 48 текучей среды в качестве существенной предвключенной компоненты идентифицируют источник текучей среды 50.
Перед завершением инициализации поверхности предварительного нагрева 48 поэтому вначале предпринимают инициализацию этого предвключенного источника текучей среды 50. При этом по смыслу действуют таким же образом, как изложено для поверхности предварительного нагрева 48. В частности, устанавливают, что источник текучей среды 50 охарактеризован выходами для температуры T5, массового потока m5 и энтальпии h5 подведенной к поверхности предварительного нагрева 48 среды.
С другой стороны, для источника текучей среды 50 предусмотрен только один вход для давления р5. На основе отложенной для источника текучей среды 50 матрицы зависимого действия 12 устанавливают, что температура T5, массовый поток m5 и энтальпия h5 не являются полностью определенными параметрами на входах источника текучей среды 50, а именно давления p5. Для инициализации поэтому требуется ввод этого параметра. Таким образом, при инициализации источника текучей среды 50 запрашивают ввод параметра для температуры T5, массового потока m5 и энтальпии h5. Инициализация источника текучей среды 50 может при этом завершаться, так как за счет ввода параметров параметры на всех выходах источника текучей среды 50 являются определенными. Эти параметры после их ввода или вычисления автоматически предоставляют в распоряжение также для инициализации включенной после источника текучей среды поверхности предварительного нагрева 48. Таким образом, можно продолжать инициализацию поверхности предварительного нагрева 48.
Аналогичным образом инициализируют все компоненты частичной системы 40. При этом по типу связанной в цепь инициализации следуют схемотехнической конструкции включенных друг за другом компонентов. Путем селективного затребования ввода параметра при этом при особенно малых затратах исключают избыточность при вводе параметров и, возможно, результирующуюся отсюда противоречивость.
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для моделирования комплексной технической установки. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Изобретения основаны на установлении для каждой компоненты из множества компонентов технической установки на основе специфичной для типа компоненты структуры тока сигнала, требуется ли ввод параметра, причем для выхода не требуется ввод параметра, если посредством специфичной для типа компоненты структуры тока сигнала установлено, что параметр этого выхода не зависит от других параметров как от параметров соответствующего входа или соответствующих входов типа компоненты. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 3 ил.
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ АППАРАТУРЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ | 1987 |
|
RU1695806C |
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА И ХАРАКТЕРА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЕЕ МОДЕЛЕЙ | 1989 |
|
RU2033622C1 |
| US 5490095 A, 06.02.1996 | |||
| US 5278770 A, 11.01.1994. | |||
