Устройство для расчета режимов трубопроводных сетей Советский патент 1983 года по МПК G06F15/56 

числения узловых напоров, первый вход которого подключен к выходу блока памяти узловых расходов, вы- . ход блока вычисления узловых напоров соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу блока памяти узловых напоров, выход блока вычисления узловых напоров соединен с вторым блока сравнения, управляющий вход которого соединен с шестым выходом блока управления, а выход - с входом блока управления, первый вход четвертого элемента ИЛИ и информационные входы блоков памяти номеров узлов, сопротивлений ветвей и узловых расходов являются . входами устройства, выходом устройства является выход блока памяти узловых напоров.

2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, чтоблок вычисления уравновешивающих воздействий состоит из входного регистра, трех сумматоров и блока задания нели нейности, причем выходы входного регистра подключены к входам первого сумматора, выход которого соединен с

07111

первым входом блока задания нелинейности, первые входы второго и третьего сумматоров объединены и подключены к выходу блока задания нелинейности, вторые входы второго и третьего сумматоров соединены с соответствующими выходами входного регистра, первый, второй входы входного регистра и второй вход блока задания нелинейности являются соответственно первым, третьим и вторым входами блока вычисления уравновешивающих воздействий, а выходы второго и третьего сумматоров объединены и являются выходом блока вычисления уравновешивающих.воздействий,

3. Устройство по п. 1, о-т л и чающе,еся тем, что блок вычисления узловых напоров состоит из сумматора и блока деления, вход делимого которого подключен к выходу сумматора, входы сумматора и вход де лителя блока деления являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока вычисления узловых напоров, а выход блока деления - выхол дом блока вычисления узловых напоров.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ТРУБОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ, содержащее блок памяти сопротивлений ветвей, адресный вход которого подключен к первому выходу блока управления, а выход - к входу блока вычисления, уравновешивающих воздействий, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности расчета, в него введены блок памяти номеров узлов, блок памяти номеров ветвей, блок памяти уравновешивающих воздействий, блок вычисления узловых напоров, блок памяти узловых напоров, элемент И, четыре элемента ИЛИ, коммутатор уравновешивающих воздействий, блок памяти узловых расходов и блок сравнения, причем первый выход блока управления подключен к первый входам первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых соответственно подключены к адресным входам блоков памяти номеров узлов и уравновешивающих воздействий, первый выход блока управления соединен с первым входом элемента , И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к адресному входу блока памяти узловых;напоров, второй выход блока управления подключен к первому управляющему входу коммутатора уравновешивающих воздействий, к адресным входам блоков памяти узловых расходов и номеров ветвей и к второму входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к адресному входу блока памяти узловых напоров, третий и четвертый выходы блока управления соединены с управляющими входами соответственно блоков вычисления узлог вых напоров и уравновешивающих воз- : действий, входы всех блоков памяти . объединены и соединены с пятым вы- (ХОДОМ блока управления, выход блока памяти номеров ветвей подключен к ,второму входу второго элемента ИЛИ. и второму входу первого элемента ИЛИ, выход блока памяти номеров уалов соединен с вторым управляющим входом коммутатора уравновешивающих воздействий и с вторым входом элемента И, первый вход блока вычисления уравновешивающих воздействий подключен к выходу блока памяти узловых напоров и к первому входу блока сравнения, выход блока вь1числения уравновешивающих воздействий соединен с. информационным входом блок памяти уравновешивающих воздействий, выход которого подключен к информационному входу коммутатора уравновешивающих воздействий выход которого соединен с вторым входом блока

1

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике .и может быть использована автономно, а также в составе вычислительного комплекса дл расчета установившихся режимов гидравлических, газовых, вентиляционных и т.п. сетей.

Известно устройство для расчета трубопроводных сетей, в котором участок трубопровода моделируется схемой , содержащей дифференциальный усилитель, потенциометр, диодный мост и диодно-резистивную схему кусочно-линейной аппроксимации харакг теристики трубопровода ОЗ.

К недостаткам данного устройства следует отнести необходимость автономных источников питания для каждой модели участка, ручной ввод информации о в еличине гидродинамит ческкх сопротивлений трубопроводов, а также невысокую точность моделирования вследствие аппаратурной погрешности аналоговых элементов.

Известно устройство для расчета трубопроводных сетей, содержащее источник тока, элемент нагрузки, на котором создается падение напряжения, пропорциональное току, квадратор, выполненный в.виде полевого МДП-транзистора, резйсторный элемен и потенциометр для установки величины гидродинамического сопротивления С21. ,.

К недостаткам этого устройства . следует отнести низкую скорость решения задач вследствие ручной установки величины гидродинамических сопротивлений, а также низкую (аналоговую) точность решения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для расчета режимов трубопроводных сетей, которое содержит наборное поле, модели ветвей входы которых посредством коммутатора соединены с выходами блока БЫчисления уравновешивающих воздейст31ВИЙ, блок памяти сопротивлений ветвей , адресный, вход которого подключен к выходу блока управления и управляющему входу коммутатора, а выход т к входу блока вычисления уравновешивающих воздействий, выходы моделей ветвей соединены с гру пой входов наборного поля и через коммутатор G входами блока :, вычисления уравновешивающих воздействий Недостатками известного устройства .являются ручной набор топологии моделируемой трубопроводной сети и связанные с ним непроизводительные затраты времени на подгото ку задачи к решению, а также наличие наборного поля с малонадежными механическими контактами. Кроме того, устройству присуща низкая точность решения, определяемая точ ностью аналоговых, вычислительных элементов. Целью изобретения является повышение точности вычислений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для расчета режимов трубопроводных сетей, содержащее блок памяти сопротивлений ветвей, адресный вход которого подключен к первому выходу блока управления, а выход - к входу блока вычисления уравновешивающих воздействий, введены блок памяти номеров узлов, блок памяти номеров ветвей, блок памяти уравновешивающих воздействий, блок вычисления узловых напоров, блок памяти узловых напоров, элемент И, четыре элемента ИЛИ коммутатор уравновешивающих воздейсвий, блок памяти узловых расходов и блок сравнения, причем первый выход блока управления подключен к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых со-, ответственно подключены к адресным входам блоков памяти номеров узлов и уравновешивающих воздействий, первый выход блока управления соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к адресному входу блока памяти узловых напоров, второй выход блока управления подключен к первому управляющему/входу коммутатора уравновешивающих воздействий, к адресным входам блоков памяти узловых расходов и номеров еехрей .и к второ4му входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к адресному входу блока памяти узловых напоров, третий и четвертый выходы блока управления .соединены с управляющими входами соответственно блоков вычисления узловых напоров и уравновешивающих воздействий, входы всех блоков -памяти объединены и соединены с пятым выходом блока управления, выход блока памяти номеров ветвей подключен к второму второго элемента ИЛИ и второму входу первого элемента ИЛИ, выход блока памяти номеров узлов соединен с вторым управляющим входом коммутатора уравновешивающих воздействий и с вторым входом элемента И, первый вход блока вычисления уравновешивающих воздействий подключен к выходу блока памяти узловыхнапоров и к первому входу блока сравнения , выход блока вычисления уравновешивающих воздействий соединен с информационнымвходом блока памяти уравновешивающих воздействий, вы-. ход которого подключён к информационному входу коммутатора уравновешивающих воздействий, выход которого соединен с вторым входом блока вычисления узловых напоров, первый вход которого подключен к выходу блока памяти узловых расходов, выход блока вычисления узловых напоров соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход ко.торого подключен к информационному входу блока памяти узловых напоров, выход блока вычисления узловых напоров соединен с вторым входом блока сравнения, управляющий вход которого соединен с шестым выходом блока управления, а выход - с входом блока управления, первый вход четвертого элемента ИЛИ и информационные входы блоков памяти номеров узлов, сопротивлений ветвей и узловых расходов являются входами устройства, выходом устройства является выход блока памяти узловых напоров,. Блок вычисления уравновешивающих воздействий состоит из входного регистра, трех сумматоров и блока задания нелинейности, причем выхо- ды входного регистра подключенык входам перэого сумматора, выход которого соединен с первым входом блока задания нелинейности, пер5вые входы второго и третьего сумма торов объединены и подключены к выходу блока задания нелинейности, вторые входы второго и третьего сумматоров соединены с соответствующими выходами входного регистра, первый, второй входы входного -рег истра и второй вход блока задания нелинейности являются соответственно первым, третьим и вторым входами блока вычисления уравновешивающих воздействий, а выходы вто рого и третьего сумматоров объедине ны и являются выходом блока вычисле ния уравновешивающих воздействий. Блок вычисления узловых напоров состоит из сумматора.и блока деления, вход делимого которого подключен к выходу сумматора, входы сумматора и вход делителя 6jjoKa деления являются соответственно первы вторым и третьим входами блока вычисления узловых напоров, а выход блока деления - выходом блока .вычис ления узловых напоров. На фиг. 1 представлена схема устройства для расчета режимов трубопроводных сетей; на фиг. 2- схема блока вычисления уравновешивающих воздействий; на фиг. 3 схема блока вычисления узловых напоров; на фиг. один из возможных вариантов схемной реализации блока управления; на фиг. 5 один И.З возможных вариантов схемной реализации коммутатора уравновешивающих воздействий; на фиг. 6 - один из возможных вариантов схемной реализации блока сравне ния. Устройство (фиг. 1) состоит из блока 1 памяти сопротивлений ветвей, блока 2 управления, блока 3 вы числения уравновешивающих воздействий, блокад памяти номеров узлов, блока 5 памяти номеров ветвей, блока 6 памяти уравновешивающих воздействий, блока 7 вычисления узловы напоров, блока 8 памяти узловых напоровI элементов ИЛИ , элемента И 13, коммутатора I уравнове шивающих воздействий, блока 15 памяти узловых расходов и блока 16 сравнения. Блок 3 вычисления уравновешивающих воздействий (фиг. 2).,содержит входной регистр 17, сумматор 18 блок 19 задания нелинейности, сумматоры 20 и 21. 1 Блок 7 вычисления узловых напоров (фиг. 3) содержит накапливающий сумматор 22 и блок 23 деления. Блок 2 управления (фиг. ) содержит генератор 24 тактовых импульсов, элементы И , счетчик 33 команд, элементы И , счетчик 39 номеров ветвей, счетчик kQ номеров узлов, блоки k} и 2 сравнения и триггеры 3 и 44. Коммутатор 14 уравновешивающих воздействий (фиг. 5) содержит многоразрядные сумматоры 45 и 46, сумматор 47 по модулю два, элементы -И 48 и 49 и элемент ИЛИ 50. Блок 16 сравнения (фиг. 6) содержит сумматоры 51 по модулю два, количество которых определяется числом сравниваемых двоичных разрядов, элемент ИЛИ 52, триггер 53, элемент И 54 и элемент 55 задержки. Устройство работает следующим образом. Трубопроводная сеть, содержащая V ветвей и q узлов, описывается системой уравнений, содержащей q-1 линейное уравнение вида (1) где Q -поток в т-й ветви, подтекающий к узлу В или вытекающий из него; Qp-узловой расход (отбор) в узле Е; . Рр - количество ветвей, сходящихся в y3jfe 1; и J-q+1-нелинейных уравнений вида 5 , I . (2) где Н. - падение давления на т-м участке (ветви) сети; S - количество ветвей, образующих контур; oL,- гидродинамическое сопротивление ветви; п - число, определяемое характером движения потока. Исходнь(ми данными для расчета вляются напоры Нg , создаваемые асосами в определенных узлах сети, азываемых задающими узлами, узлоые расходы Qg, сопротивлений ветейо1| и информация я топологии сети. еред вводом исходных данных в устойство нумеруются все ветви и узлы ети. При этом каждой ветви присваиается порядковый номер т( )), 7i каждому узлу присваивается порядковый номер F(). Информация о топологии, представленная Номерами узлов и ветвей сети; заносится в блок памяти номеров узлов и блок памяти номеров ветвей. В ячейки памяти блока t памяти номеров узлов п первому входу записываются номера узлов, между которыми заключены вет ви сети. Так, в первую ячейку памяти блока Ц памяти номеров узлов записываютс номера двух узлов, между которыми заключена первая ветвь сет во вторую ячейку памяти - номера дв узлов, между которыми заключена вторая ветвь сети и т.д. Таким образом, в блоке k памяти номеров узлов заполняются V ячеек памяти информацией об узлах инцидентных ветвям сети. В блок 5 памяти номеров ветвей п первому входу записываются номера ветвей, инцидентных узлам сети. Так, в первую ячейку памяти блока 5 памяти номеров ветвей .5, записывают ся номера всех ветвей, сходящихся в первом узле и т.д. Всего в блоке 5 памяти номеров ветвей заполняется q янеек памяти информацией о ветвя инцидентных узлам сети. В блок 1 памяти сопротивлений ветвей, по первому входу записываются величины гидродинамических сопро тивлений ветвейс/(w ,..., V ). Всего в блоке памяти 1 сопротивлений ветвей заполняется V ячеек па мяти информацией о величинах сопро тивлений ветвей оС рассчитываемой сети. В блок 15 памяти узловых-расходов по первому входу записываются ве,ЛИЧИНЫ узловых расходов Qp. В блок 8 памяти узловых напоров по первому входу через первый вход элемента ИЛИ 9 заносится информация о напорах в задающих узлах сети, т. а тех узлах, в которых включены насосы. При этом заполняются те ячейки памяти блока 8, адреса которых совпадают с номерами задающих узлов сети. Номера задающих узлов сети не заносятся в блок 5 памяти номеров вет вей, так как напоры в этих узлах не подлежат расчету. После занесения исходных данных в соответствующие блоки устройства производится пуск устройства. 1В На адресный вход блока k памяти номеров узлов через элемент ИЛИ -11 с первого выхода блока 2 управления поступает код выборки первой ячейки памяти, в которой записаны номера двух узлов i и j, инцидентных первой ветви. Одновременно этот код выборки поступает на адресный вход блока 1 памяти сопротивлений ветвей и через элемент ИЛИ 12 на адресный вход блока б памяти уравновешивающих воздействий. На управляющий вход блока k памяти номеров узлов с пятого выхода блока 2 управления поступает управляющий сигнал, в соответствии с которым производится Выборг ка блока k памяти и считывание информации из его первой ячейки памяти. Двоичные коды номеров узлов I и j с выхода блока k памяти номеров уз- лов через открытый элемент И 13 и элемент ИЛИ 10 поступают на адресный вход блока 8 памяти узловых напоров. В ячейках памяти блока 8 памяти узловых напоров с адресами и j записаны величины напоров этих узлов Н- и Н- (в случае, если эти узлы не являются задающими, так как на первой итерации находятся нули) .Величины и Н- с выхода блока 8 по сигналу управления поступают на первый вход блока 3 вычисления уравновешивающих воздействий и на первый вход блока 16 сравнения.На второй вход блока 3 вычисления уравновешивающих воздействий с выхода блока 1 памяти сопротивлений ветвей по сигналу управления поступает величина сопротивления первой ветвиol . По сигналу управления с третьего выхода блока 2 управления, поступающему на третий вход блока 3 вычис- . ления уравновешивающих воздействий, в блоке 3 вычисляются величины уравновешивающих воздействий первой ветвиIHrHjl ги,)1( .-5Чп(И оС, , n|m.-H.i (HrMjO- - 14) величини Ч и 42 поступают с выхода блока 3 на первый вход блока 6 памяти уравновешивающих воздействий .9 и записываются в первую ячейку пам ти блока 6 по сигналу управления, ступающему с пятого выхода блока 2 управления. Аналогично вычисляются уравновеш вающие воздействия и остальных вет вей (всего V ветвей), при этом они записываются в соответствующие ячей ки памяти блока 6 памяти. После вычисления уравновешиваю, щих воздействий V ветвей сети вычисляются узловые напоры . На адресный вход блока 5 памяти номеров ветвей, на адресный вход блока 15 памяти узловых расходов, на первый вход коммутатора 1 уравн вешивающих воздействий с второго в хода блока 2 управления поступает код выборки первой ячейки памяти. Одновременно этот код поступает чер элемент ИЛИ 10 на адресный вход бло ка 8 памяти узловых напоров. В первой ячейке памяти блока 5 памяти номеров ветвей записаны номера ветг -вей, инцидентных первому узлу сети По сигналу управления коды номеров ветвей через элемент ИЛИ 12 поступают на адресный вход блока 6 памя ти уравновешивающих воздействий и через элемент ИЛИ 11 на адресный вход блока k памяти номеров узлов. Коды номеров узлоб по сигналу управ ления поступают на второй вход коммутатора уравновешивающих воздействий (элемент И 13 закрыт). Коммутатор 1 уравновешиван щих воздействий по соотношению кодов, поступающих на его первый и второй входы, подключают к второму входу блока 7 вычисления узлрвых напоров одного из двух уравновешивающих воздействий или Ч, соответствующих т-й ветви сети. Если ветвь с номером заключена между узлами с номерами i и j и вычисляет :ся напор узла i , то .если i j, ве личина . Кроме того, на первый вход блока 7 с выхода блока 15 памя ти узловых расходов по сигналу управления поступают величины расходов узлов. Блок 7 вычисленйй уэловых напоров по сигналу управления, поступающему с блока 2 управления, формирует на своем выходе величины напоров узлов в соответся:вии с выражением -1/91 Hg- f , (1 где Пр - количество ветвей, сходящихся с номером I; Но -напор в узле 1; Qg -расход в узле 1; . -сумма уравновешивающих в6з действий всех m ветвей, сходящихся в узле Е (Y уравновешивающее воздействие ветви т, которое может входить в (5) либо ка.к Чо|, либо как в зависимости от соотношения номера узла, для которого вычисляется напор и номера второго узла ветви т). Вычисленная величина напора узла поступает на второй вход блока 16 сравнения, где сравнивается с величиной напора этого же узла„ полученной на предыдущей итерации и поступающей на первый вход блока 16 сравнения с выхода блока 8 памяти узловых напоров по сигналу управления на его втором входе. Совпадение или несовпадение этих величин фиксируется в блоке J6 сравнения , после чего вычисленная величина напора записывается через элемент ИЛИ 9 в блоке 8 памяти. После такого вычисления напоров во с всех узлах проверяется выполнение условия окончания итерационного процесса. При этом на третий вход блока 16 сравнения с шестого выхода блока 2 управления поступает сигнал опроса блока 16. Итерационный процесс заканчивается при достижении требуемой тЬчности решения 11Н , которая определяется количеством сравниваемых разрядов в блоке 16 сравнения, где М - требуемая точность решения, И -и п - векторы узловых напоров на К-й и (К+1)-й итерациях. Блок 3 вычисления уравновешивающих воздействий (фиг. 2) формирует функцию.-s nlHrH/llp, I fn соответствующую первому уравновешива-. щему воздействию nrfi ветви и функциюmл/ .si.n(.).l) I т соответствующую второму уравновешивающему воздействию т-й ветви.

1110

Блок 7 вычисления узловых напоров (фиг. 3) формирует функции (5).

Блок управления работает следую щим образом.

По сигналу Пуск, поступающему на второЯ вход элемента И 25,тактовые импульсы с выхода генератора 2k тактовых импульсов поступают на первый вход счетчика 33 команд. На первом такте работы устройства изменяется состояние счетчика 39 нЬмерое ветвей на единицу. Блок k сравни- . вает очередное состояние счетчиков 39 номеров ветвей с общим количеством ветвей Р в моделируемой трубопроводной сети и в случае совпадения формирует сигнал 1 на своем выходе. Нулевое состояние триггера 3 свидетельствует о выполнении устройством цикла вычисления уравновешивающих воздействий ветвей моделируемой сети. Производится выборка блока памяти номеров узлов и считывание информации из ячеек памяти. На втором такте работы производится выборка и считывание информации из блока 8 памяти узловых напоров. На третьем такте производится выборка блока памяти сопротивления ветвей. На четвертом такте формируется управляющий сигнал на вычисление значений уравновешивающих воздействий. На пятом такте производится выборка блока 6 памяти уравновешивающих воз1112

действий и запись информации в память с выхода блока 3 вычисления уравновешивающих воздействий. Кроме того, на пятом такте счетчик 33 команд сбрасывается в ноль. Далее процесс функционирования блока 2 управления повторяется аналогично выше описанному до того момента, когда ко

|в счетчике 39 номера ветвей совпадает с числом ветвей Р моделируемой сети.

Аналогичным образом осуществляется и цикл вычи сления узловых напоров После окончания цикла вычисления узловых напоров производится сравнение узловых напоров на данной и предыдущей итерациях в блоке 16 сравнения (фиг. 1) и по результату сравнения определяется необходимость продолжения счета.

Коммутатор осуществляет по команде блока 2 управления выдачу в блок вычисления узловых напоров значения уравновешивающего воздействия Ч |либоЧД.

Блок 16 сравнения (фиг. 6) осуществляет поразрядное сравнение информации, поступающей на его входы. Предложенное устройство увеличиг вает точность решения по сравнению с известным устройством за счет Автоматизации набора топологии рассчитываемой трубопроводной сети и отказа от наборного поля.

ф(/г./

Г7

18

/

10

IB

Л

фиг. I

23

Фиг.З

ffS

Чв

SO

Фиг. 5