Введение
1. Информационные и математические проблемы управления процессами транспортировки по МГП 20
1.1 Основные сведения о технологии магистральной транспортировки газа и се проблемах 20
1.1.1 Технологическая структура магистральных газопроводов 20
1.1.2 Особенности и сложности общей задачи управления МГП 23
1.1.3 Роль математического обеспечения МГП в решении задач управления. 27
1.2 Задачи и проблемы построения модуля имитационного моделировании (МИМ) информационного ядра системы управления 29
1.2.1 Технологические и информационные задачи МИМ МГП 29
1.2.2 Идеологические проблемы построения МИМ МГП 30
1.2.3 Общая характеристика инженерно-математических проблем построения МИМ МГП 31
1.3 Задачи, мегоды и проблемы построения математической модели МГП 32
1.3.1 Свойства и характеристики существующих газодинамических моделей 32
1.3.2 Сложности использования готовых математических моделей. 34
1.3.3 Проблемы построения математических моделей 36
1.4 Задача и методы и проблемы решения уравнении в частных производных для имитационного моделирования распределённых объектов 39
1.4.1 "Сеточный" подход к решению задачи моделирования. 39
1.4.2 Свойства и возможности различных пространственных и временных схем решения ДУ. 43
1.4.3 Шаблоны и свойства двумерных разностных схем 48
1.4.4 Балансная пространственная интерполяция параметров распределённых объектов 49
1.5 Методы решения систем дифференциальных уравнений 50
1.5.1 Математическая формулировка задачи исследования ДУ. 50
1.5.2 Общая характеристика методов решения задачи Коши 53
1.5.3 Алгоритм метода Рунге-Кутта 55
1.5.4 Алгоритм метода Эйлера для жёстких систем ДУ. 58
1.5.5 Краткий обзор методов численного интегрирования. 59
1.5.6 Выбор и анализ методов численного интегрирования 61
1.6 Место подсистемы имитационного моделировании в АСУ ТП транспортировкой природного газа 64
1.7 Постановка задачи исследовании 65
2. Математическое обеспечение подсистемы имитационного моделированния процесса транспортировки по магистральному газопроводу ... 67
2.1 Методологические основы математического описания участка магистрального газопровода 67
2.1.1. Общие сведения о модели. Концептуальная модель проц. тр-кигаза по УМГП 67
2.1.2 Основные допущения 69
2.1.3 Законы сохранения при транспортировке газа по участку газопровода 71
2.2 Математические модели механических процессов транспортировки газа 72
2.2.1 Математическая модель закона сохранения количества вещества в движущемся газе (уравнение неразрывности) 72
2.2.2 Общая математическая модель сохранения и преобразования механической энергии для процесса движения вязкого газа по трубопроводу. 74
2.2.3 Математическая модель вязкого трения в условиях транспортировки газа по МГП. 75
2.2.4 Математическая модель преобразования механической энергии при движении газа по МГП. 77
2.2.5 Обобщение результатов 78
2.3 Математическая модель преобразования полной энергии для движения вязкого газа по трубопроводу 80
2.3.1 Математическая модель сохранения и преобразования полной энергии газа при движении по УМГП. 80
2.3.2 Математические модели составляющих уравнения преобразования полной энергии. 81
2.3.3 Полная математическая модель процесса транспортировки на участке газопровода и её частные случаи 83
2.3.4 Условия динамической совместимости 85
2.3.5 Изотермическая математическая модель процесса транспортировки на участке газопровода 87
2.3.6 Изоэнтропическая математическая модель статики процесса транспортировки па участке газопровода. 88
2.3.7 Изотермическая математическая модель статики процессов транспортировки на участке газопровода 88
2.4 Математическая модель газоперекачивающего агрегата (ГПА) 92
2.4.1 Роль ГПА в общей математической модели УМГП 92
2.4.2 Расчетная структура ГПА. 92
2.4.3 Математическая модель статики механического движения ГПА. 97
2.4.4 Математическая модель статики движения газа в ГПА. 99
3. Разработка и исследование эффективного алгоритма формирования ячеечной модели динамики магистрального трубопровода 101
3.1 Пространственная аппроксимация изотермической модели участка МГП 101
3.1.1 Изотермическая модель процесса транспортировки газа по участку МГП. 101
3.1.2 Парадигма пространственной аппроксимации распределённого объекта 102
3.1.3 Пространственная аппроксимация изотермической транспортировки газа по МГП. 105
3.1.4 Аппроксимация граничных условий изотермической модели 106
3.1.5 Предпосылки балансной парадигмы применительно к процессу транспортировки газа по участку МГП. 107
3.1.6 Основные балансные соотношения 109
3.1.7 Граничные условия в аппроксшшционной-балансной схеме 110
3.1.8 Составная схема моделирования динамики газовой среды 111
3.1.9 Вычислительные приёмы повышения точности аппроксимациопных формул 112
3.1.10 Имитационное моделирование компрессорных станций 114
3.2 Исследование пространственно-балансной схемы 116
3.2.1 Исследование устойчивости пространствашо-бшансной схемы. 116
3.2.2 Исследование сходимости пространстветю-балансной схемы. 118
3.3 Исследование временной аппроксимации участка МГП произвольной дины 123
3.3.1 Варианты построения алгоритмов моделирования динамическш процессов 123
3.3.2 Метод Эшера с автоматической подстройкой шага интегрирования 123
3.3.3 Анализ аппроксимационного решения в существенных переходных режимах. 127
3.3.4 Выбор адекватного метода имитационного моделирования участка магистрального газопровода 128
3.4 Пространственно-временные аспекты аппроксимации 130
3.4.1 Пространственио-времегшые ограничения шаблона разностной схемы ,.., 130
4 Программное обеспечение имитационного моделирования умгп как модуль информационной поддержки системы управления 135
4.1 Задачи и проблемы разработки модуля имитационного моделирования 135
4.1.1, Обмен информации со SCADA-системами. 135
4.1.2 Особенности внутренней структуры модуля 136
4.1.3 Постобработка результатов моделирования 137
4.2 Внутренняя структура модуля имитационного моделирования 138
4.2.1 Потоковое взаимодействие объектов 138
4.2.2 Обобщенная структура межобъектного взаимодействия 139
4.2.3 Структурная организация алгоритмов и данных 140
4.3 Пользовательский интерфейс интерактивной версии модуля 144
4.3.1 Оконный интерфейс ППП 144
4.3.2 Редактор проектов 145
4.3.3 Форма динамической визуализации 147
4.3.4 Индикатор хода состояния процесса 148
4.3.5 Интерфейсное взаимодействие с пользователем и алгоритмы динамической визуализации 149
4.3.6 Визуализация переходічых процессов 149
4.4 Имитационное моделирование вереде пакета "Delay" 150
4.4.1 Моделирование статических процессов. 150
4.4.2 Моделирование динамических процессов 152
4.4.3 Быстродействие и эффективность ППП Delay (!!!) 153
5. Библиографический список
