bài tập lớn mô hình hóa hệ thống cấp nước cho thành phố

Đề 53.Hệ thống cấp nước cho thành phố 3 hồ chứa nước A , B và C cấp nước cho
thành phố thông qua hệ thống đường ống cho theo sơ đồ Hình 1.
A
B
C
a
b
c
d
e
Hình 1
3 bơm cùng loại (loại 1) đặt tại các trạm a,b,c bơm nước từ các hồ chứa đến chạm
bơm d. Một bơm nước lớn hơn (loại 2) đặt tại d sẽ bơm nước đến 1 bơm loại 2
khác đặt tại trạm bơm tăng áp e .Tại đó máy bơm bơm nước tới thành phố .Thời
gian xảy ra hỏng hóc của loại bơm thứ i ( i=1 hoặc i = 2) được phân bố đều giữa
khoảng 12 và 4(i+1) tháng . Giả thiết quá trình hỏng hóc của bơm là độc lập. Máy
bơm sẽ không được sửa chữa cho đến khi ngừng cung cấp nước cho thành phố. Mô
hình này để dự đoán thời gian mất nước do bơm hỏng.
1
MỤC LỤC
Lời nói đầu
Trong giai đoạn hiện nay với sự phát triển không ngừng của hệ thống dây
chuyền tự động hóa trong nền công nghiệp.Một đòi hỏi đặt ra là tối ưu được hệ
thống và khai thác hệ thống như thế nào cho hiệu quả. Môn mô hình hóa cũng
không nằm ngoài mục đích đó. Mô hình hóa một hệ thống công nghiêp,dây chuyền
sản xuất qua đó đưa ra những dự báo về hệ thống và những giải pháp để khai thác
hệ thống một cách hiệu quả.
2
Bài tập lớn nhằm giúp người học áp dụng những kiến thức đã học để mô
phỏng một hệ thống cụ thể. Với yêu cầu mô phỏng hệ thống cấp nước thành phô
dự báo thành phố mất nước từ đó dưa ra giải pháp khai thác hệ thống một cách

hiệu quả. Dù đã cố gắng hết sức nhưng do kiến thức còn hạn hẹp em rất mong
được cô chỉ bảo thêm.
Em xin chân thành cảm ơn!
3
Chương 1. Giới thiệu phần mền Sigma
Phần mềm SIGMA cho Window là một hớng tiếp cận mới để mô phỏng và mô
hình hoá các sự kiện rời rạc và phân tích với một vài đặc tính mô hình mô phỏng
đặc biệt và hiệu quả. Đặc tính mạnh nhất của SIGMA cho Window là các sự kiện
đợc mô phỏng có thể đợc thiết lập và nâng cao, hiệu chỉnh khi đang chạy. Các sự
kiện đó có thể thay đổi hoặc thậm chí xoá đi trong suốt quá trình mô phỏng. Trật tự
có thể thay đổi và đợc sửa lỗi mà không cần dừng quá trình chạy để thay đổi mã và
biên dịch lại. Bạn có thể thậm chí tạm dừng và chạy lại các sự kiện đáng quan tâm.
Sử dụng SIGMA trong Window, một mô hình mô phỏng có thể đợc phát triển và
kiểm tra trong một khoảng thời gian nhỏ bằng cách sử dụng các ngôn gnữ mô
phỏng thông thờng.
Khả năng hỗ trợ linh hoạt là sự khác nhau cơ bản trong SIGMA cho Window so
với các môi trờng mô phỏng khác. Sự linh hoạt không đợc tạo ra từ các mô hình
mô phỏng sử dụng các phần mềm hỗ trợ thông dụng khác. Trong SIGMA sự linh
hoạt và mô hình hoá mô phỏng là đồng nhất.
Bên cạnh khả năng mô hình hoá trực quan, khả năng phân tích và sự linh
hoạt.SIGMA cho Window cũng bao gồm các công cụ theo dõi sự kiện trực quan
bằng trạng thái hình ảnh và cho phép hình ảnh, dữ liệu đợc dán vào các bảng tính
và các phần mềm soạn thảo. Các mô hình SIGMA có khả năng tự động dịch sang
các ngôn ngữ khác bao gồm C, Pascal …Một mô hình SIGMA thậm chí có thể ghi
lời chú thích bằng tiéng Anh.
4
Chương 2. Giải quyết bài toán
2.1. Đề bài
Hệ thống cấp nước cho thành phố 3 hồ chứa nước A , B và C cấp nước cho
thành phố thông qua hệ thống đường ống cho theo sơ đồ Hình 1.

A
B
C
a
b
c
d
e
Hình 2.1. Hệ thống cấp nước thành phố
3 bơm cùng loại (loại 1) đặt tại các trạm a,b,c bơm nước từ các hồ chứa đến chạm
bơm d. Một bơm nước lớn hơn (loại 2) đặt tại d sẽ bơm nước đến 1 bơm loại 2
khác đặt tại trạm bơm tăng áp e .Tại đó máy bơm bơm nước tới thành phố .Thời
gian xảy ra hỏng hóc của loại bơm thứ i ( i=1 hoặc i = 2) được phân bố đều giữa
khoảng 12 và 4(i+1) tháng . Giả thiết quá trình hỏng hóc của bơm là độc lập. Máy
bơm sẽ không được sửa chữa cho đến khi ngừng cung cấp nước cho thành phố. Mô
hình này để dự đoán thời gian mất nước do bơm hỏng.
2.2. Phân tích
Có 2 loại bơm loại 1 và loại 2. Loai 1 có 3 chiếc và thời gian hỏng phân bố
đều trong khoảng 4:12 tháng. Loại 2 phân bố đều trong khoang 12:24 tháng mô
phỏng để tìm ra thời gian hỏng hóc qua đó dự báo thời gian mất nước của thành
phố. Và ta chọn sơ đồ trên phần mền sigma như Hình2.1.
5
Hình 2.2. Sơ đồ mô phỏng trên phần mền sigma
2.3. Thuyết minh sơ đồ
2.3.1. Các nút
+) Nút RUN
Tạo thông số ban đầu bơm loại 1,2 hoạt động bình thường nên L1 = 1,L2=2,
K1=0,K2=0
Hình 2.3. Nút RUN
+) Nút BL1

Khi bơm hỏng thì K1 tăng lên 1
6
Hình 2.4.Nút BL1
+) Nút BL2
Hình 2.5.Nút BL2
+) Nút CHECK
7
Hình 2.6.Nút CHECK
+)Nút BL1H
Hình 2.7.Nút BL1H
+) Nút BL2H
8
Hình 2.8.Nút BLH2
+) Nút E1
Hình 2.9. Nút E1
+) Nút E2
9
Hình 2.9. Nút E2
2.3.2. Các mũi tên
+) Mũi tên 1
Hình 2.10.Khai báo thông số mũi tên 1
+) Mũi tên 2
10
Hình 2.11.Khai báo thông số mũi tên 2
+) Mũi tên 3
Hình 2.12.Khai báo thông số mũi tên 3
+) Mũi tên 4
11
Hình 2.14.Khai báo thông số mũi tên 4
+) Mũi tên 5

Hình 2.15.Khai báo thông số mũi tên 5
+) Mũi tên 6
12
Hình 2.16.Khai báo thông số mũi tên 6
+) Mũi tên 7
Hình 2.17.Khai báo thông số mũi tên 7
+) Mũi tên 8
13
Hình 2.18.Khai báo thông số mũi tên 8
+) Mũi tên 9 , 10 giống nhau
Hình 2.19.Khai báo thông số mũi tên 9,10
14
Chương 3. Kết quả mô phỏng
3.1. Đồ thị mô phỏng
+)Đồ thị của biến L1
Hình 3.1.Đồ thị biểu diễn L1
Ta thấy biến L1 là biểu diễn kết quả bơm loai 1 bị hỏng vào tháng 11 ,tháng 23
tháng 31và các tháng tiếp theo biểu diễn trên đồ thị Hình 3.1
+)Đồ thị của biến L2
15
Hình 3.2.Đồ thị biểu diễn L2
Hình 3.3.Đồ thị biểu diễn K2
Từ đồ thị biểu diễn L1,L2,K2 ta dự đoán được thành phố sẽ bị mất nước vào thời
gian tháng 13,25,38 và những tháng ta dựa vào kết quả mô phỏng của biến L2,K2.
Biến L1 do hệ thống có 3 bơm nên có khả năng dừng bơm hỏng để sửa chữa chứ
không phải dừng cả hệ thống
3.2. Bảng số liệu
MODEL DEFAULTS

Model Name: UNTITLED.MOD

Model Description:
Output File: UNTITLED.OUT
Output Plot Style: NOAUTO_FIT
Run Mode: GRAPHICS
16
Trace Vars: K
Random Number Seed: 12345
Initial Values:
Ending Condition: STOP_ON_TIME
Ending Time: 240.000
Trace Events: ALL EVENTS TRACED
Hide Edges:
Time Event Count K2

0.000 RUN 1 0
0.000 BL2 1 1
0.000 CHECK 1 1
0.000 BL2H 1 0
0.000 E2 1 0
0.000 BL1 1 0
0.000 CHECK 2 0
0.000 BL1H 1 0
0.000 E1 1 0
11.335 BL1 2 0
11.335 CHECK 3 0
11.335 BL1H 2 0
11.335 E1 2 0
17
13.159 BL2 2 1
13.159 CHECK 4 1

13.159 BL2H 2 0
13.159 E2 2 0
23.126 BL1 3 0
23.126 CHECK 5 0
23.126 BL1H 3 0
23.126 E1 3 0
25.589 BL2 3 1
25.589 CHECK 6 1
25.589 BL2H 3 0
25.589 E2 3 0
31.172 BL1 4 0
31.172 CHECK 7 0
31.172 BL1H 4 0
31.172 E1 4 0
38.203 BL2 4 1
38.203 CHECK 8 1
38.203 BL2H 4 0
38.203 E2 4 0
42.236 BL1 5 0
42.236 CHECK 9 0
42.236 BL1H 5 0
42.236 E1 5 0
53.892 BL1 6 0
53.892 CHECK 10 0
53.892 BL1H 6 0
53.892 E1 6 0
18
57.222 BL2 5 1
57.222 CHECK 11 1
57.222 BL2H 5 0

57.222 E2 5 0
65.027 BL1 7 0
65.027 CHECK 12 0
65.027 BL1H 7 0
65.027 E1 7 0
73.220 BL2 6 1
73.220 CHECK 13 1
73.220 BL2H 6 0
73.220 E2 6 0
73.808 BL1 8 0
73.808 CHECK 14 0
73.808 BL1H 8 0
73.808 E1 8 0
84.979 BL1 9 0
84.979 CHECK 15 0
84.979 BL1H 9 0
84.979 E1 9 0
88.427 BL2 7 1
88.427 CHECK 16 1
88.427 BL2H 7 0
88.427 E2 7 0
96.914 BL1 10 0
96.914 CHECK 17 0
96.914 BL1H 10 0
96.914 E1 10 0
19
102.213 BL2 8 1
102.213 CHECK 18 1
102.213 BL2H 8 0
102.213 E2 8 0

106.271 BL1 11 0
106.271 CHECK 19 0
106.271 BL1H 11 0
106.271 E1 11 0
114.623 BL2 9 1
114.623 CHECK 20 1
114.623 BL2H 9 0
114.623 E2 9 0
115.336 BL1 12 0
115.336 CHECK 21 0
115.336 BL1H 12 0
115.336 E1 12 0
126.793 BL1 13 0
126.793 CHECK 22 0
126.793 BL1H 13 0
126.793 E1 13 0
128.632 BL2 10 1
128.632 CHECK 23 1
128.632 BL2H 10 0
128.632 E2 10 0
135.630 BL1 14 0
135.630 CHECK 24 0
135.630 BL1H 14 0
135.630 E1 14 0
20
144.584 BL1 15 0
144.584 CHECK 25 0
144.584 BL1H 15 0
144.584 E1 15 0
151.631 BL2 11 1

151.631 CHECK 26 1
151.631 BL2H 11 0
151.631 E2 11 0
156.305 BL1 16 0
156.305 CHECK 27 0
156.305 BL1H 16 0
156.305 E1 16 0
165.531 BL1 17 0
165.531 CHECK 28 0
165.531 BL1H 17 0
165.531 E1 17 0
174.861 BL2 12 1
174.861 CHECK 29 1
174.861 BL2H 12 0
174.861 E2 12 0
176.049 BL1 18 0
176.049 CHECK 30 0
176.049 BL1H 18 0
176.049 E1 18 0
184.841 BL1 19 0
184.841 CHECK 31 0
184.841 BL1H 19 0
184.841 E1 19 0
21
193.005 BL2 13 1
193.005 CHECK 32 1
193.005 BL2H 13 0
193.005 E2 13 0
196.484 BL1 20 0
196.484 CHECK 33 0

196.484 BL1H 20 0
196.484 E1 20 0
208.412 BL1 21 0
208.412 CHECK 34 0
208.412 BL1H 21 0
208.412 E1 21 0
209.023 BL2 14 1
209.023 CHECK 35 1
209.023 BL2H 14 0
209.023 E2 14 0
220.210 BL1 22 0
220.210 CHECK 36 0
220.210 BL1H 22 0
220.210 E1 22 0
228.416 BL1 23 0
228.416 CHECK 37 0
228.416 BL1H 23 0
228.416 E1 23 0
232.193 BL2 15 1
232.193 CHECK 38 1
232.193 BL2H 15 0
232.193 E2 15 0
22
240.109 BL1 24 0
Nhận xét. Thành phố sẽ bị mất nước vào những tháng 15,25,39…do dừng hệ thống
để sửa chưa bơm như vậy hệ thống máy bơm không tối ưu và thành phố sẽ thường
xuyên bị mất nước.Muốn giải quyết vấn đề này nên nắp bơm loại 2 làm việc song
song 2 chiếc khi 1 trong hai bơm hỏng thì vẫn còn bơm hoạt động nên thành phố
không bị mất nước.
23

KẾT LUẬN
Bài tập em đã giả quyết được yêu cầu của đề bài đặt ra là :
+) Dự đoán được thời gian hệ thống mất nước qua đó dự báo được thời gian mất
nước của thành phố
+) Đưa ra giải pháp khắc phục nhược điểm của hệ thống
Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng dự đoán chỉ mang tính lý thuyết chưa có tính
thực tế nên không tránh khỏi nhiều thiếu sót mong cô chỉ bảo thêm
Em xin chân trành cảm ơn!
24
Tài Liệu Tham Khảo
[1] Bộ Môn Điều Khiển Tự Động Trường Đại Học Hàng Hải
Bài Giảng Mô Hình Hóa
[2] Bài Tập Lớn
Mô Hình Hóa
25