Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблем автоматизации управления режимами тепловых сетей промышленных предприятий ... 12
1.1. Существующие проблемы автоматизации управления режимами тепловых сетей промышленных предприятий 12
1.2. Обзор литературы 16
1.3. Постановка цели и задач исследования 31
ГЛАВА 2. Автоматизированная система управления теплоснабжением с использованием макромоделирования 33
2.1. Общая структура автоматизированной системы управления теплоснабжением 33
2.2. Подход к построению макромодели тепловой сети 36
2.3. Оценка эффективности режимов функционирования тепловых сетей 38
ГЛАВА 3. Методика анализа режимов тепловых сетей на основе макромоделирования 42
3.1. Топологическая структура схемы тепловой сети 42
3.2. Параметры гидравлических режимов тепловой сети 45
3.3. Построение макромодели оперативного анализа разветвленной тепловой сети 47
3.4. Алгоритм гидравлического расчета разветвленной тепловой сети 52
3.5. Построение макромодели оперативного анализа многоконтурной тепловой сети 54
3.6. Алгоритм гидравлического расчета многоконтурной тепловой сети 56
3.7. Идентификация параметров математических макромоделей 59
ГЛАВА 4. Алоритмическое и программное обеспечение анализа режимов тепловых сетей на основе макромоделирования 69
4.1. Общая структура программного обеспечения анализа режимов тепловых сетей 69
4.2. Алгоритмическое обеспечение системы управления энергоэффективностью теплоснабжения 71
4.3. Модуль теплогидравлических расчетов тепловых сетей 80
4.4. Программное обеспечение оперативного анализа режимов тепловых сетей 86
4.5. Анализ данных по режимам теплоснабжения потребителей промплощадки ОАО «ММК» с использованием разработанного программного обеспечения 98
4.6. Оценка экономической эффективности 100
Основные выводы 104
Библиографический список
- Существующие проблемы автоматизации управления режимами тепловых сетей промышленных предприятий
- Общая структура автоматизированной системы управления теплоснабжением
- Топологическая структура схемы тепловой сети
- Алгоритмическое обеспечение системы управления энергоэффективностью теплоснабжения
Введение к работе
Актуальность темы исследования
В настоящее время и на перспективу базовым подходом к теплоснабжению на крупных промышленных предприятиях и в жилищно-коммунальном хозяйстве Российской Федерации является централизованное теплоснабжение, позволяющее снизить затраты на производство тепла за счет совместной выработки электрической и тепловой энергии. Важную роль в эффективном функционировании централизованных систем теплоснабжения играет согласованная работа источников и потребителей при регулировании подачи тепла. В этой связи актуальным является решение задач оперативного управления, позволяющего осуществлять контроль и управление процессом теплоснабжения в различных режимах, а также своевременно выявлять потери и нерациональное использование тепла, проводить оценку эффективности теплоснабжения.
Управление режимами теплоснабжения потребителей промышленных предприятий осуществляется, как правило, с помощью автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ), которые выполняют функции сбора, накопления и представления на ЭВМ информации о параметрах теплоносителя на источниках, в магистральных трубопроводах и у крупных потребителей. Для повышения эффективности оперативного управления сложными системами теплоснабжения целесообразным является проведение оперативного анализа текущих режимов функционирования тепловых сетей на основе математического моделирования процесса теплоснабжения.
Современные системы теплоснабжения крупных промышленных предприятий являются сложными системами и содержат большое количество разнородных потребителей, распределенных на большой территории. Известные подходы к анализу режимов подобных сложных систем основаны на разработке математической модели реальной системы с помощью специализированного
программного обеспечения. Сложность построения такой модели на практике для крупных сетей состоит в необходимости получения большого объема данных, включающих детальные характеристики трубопроводов тепловых сетей (длины, диаметры, коэффициенты шероховатости и т.д.) и потребителей, что требует значительных затрат времени и средств, а в ряде случаев практически не реализуемо.
Для оперативного анализа модель должна учитывать текущие фактические параметры теплоносителя в различных точках системы теплоснабжения и позволять оперативно рассчитывать режимы в случае оперативных переключений, что накладывает дополнительные требования к сходимости используемых математических методов, объему данных и скорости вычислений, и может быть достигнуто за счет сокращения объема информации, используемой при расчетах, а также повышения эффективности вычислительных алгоритмов.
С учетом сказанного актуальной является задача разработки методов оперативного анализа режимов теплоснабжения, основанных на построении упрощенных макромоделей тепловых сетей по данным эксплуатации, позволяющих производить расчеты с достаточной для практического использования точностью в режиме реального времени.
Вопросы построения АСДУ для теплофикационных систем разрабатывались в работах Плетнева Г.П., Глухова В.Н., Голяка С.А., Панферова В.И., Громова Н.К., Туркина В.П., Шнайдера Д.А. и других авторов. Проблемы математического моделирования, расчета и оптимизации тепловых сетей промышленных предприятий освещены в трудах Ахметзянова А.В., Баясанова Д.Б., Бутковского А.Г., Вапника В.Н., Евдокимова А.Г., Зингера Н.М., Казаринова Л.С., Меренкова А.П., Рапопорта Э.Я., Сенновой Е.В., Сидлера В.Г., Тевяшева А.Д., Хасилева В.Я. и других. Необходимо обратить внимание на аналогичные работы для электрических сетей. Здесь следует выделить работы Гамма А.З., Ильина В.Н., которые с методической точки зрения представляют несомненный интерес для гидравлических сетей. Вопросы идентификации тепловых процессов
и систем освещены также в трудах Алифанова О.М., Вабищевича П.Н., Михайлова В.В. и др., однако в этих работах не рассматривались специфичные задачи, возникающие в условиях ограниченности объема информации, которую можно получить о реальных характеристиках сети: построение упрощенных гидравлических макромоделей, не требующих чрезмерной детализации характеристик сети и одновременно позволяющих рассчитывать достоверные параметры режимов теплоснабжения, учет реальной оперативной информации. Подобные задачи в литературе не достаточно освещены, что и определяет актуальность данной работы.
Цели и задачи исследования
Целью диссертационной работы является разработка методов оперативного анализа режимов в задачах управления системами теплоснабжения на основе использования макромоделирования.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи исследовательского, методического и прикладного характера:
разработка обобщенной математической макромодели тепловой сети, не требующей чрезмерной детализации характеристик сети и тепловых нагрузок потребителей;
разработка метода идентификации обобщенной математической макромодели тепловых сетей путем использования экспериментальных и расчетных данных;
создание алгоритмического и программного обеспечения оперативного анализа режимов тепловых сетей на основе макромоделирования для автоматизированных систем управления теплоснабжением;
внедрение разработанного методического и программного обеспечения в АСДУ теплоснабжения ОАО «ММК».
Связь диссертации с федеральными и региональными программами Диссертационное исследование выполнялось в рамках программы «Энерго-и ресурсосберегающие технологии» национального проекта «Образование» на
2007 - 2008 годы, в соответствии с общей политикой энергосбережения, проводимой в Российской Федерации согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2001 г. № 796 «О федеральной целевой программе «Энергоэффективная экономика» на 2002 - 2005 годы и на перспективу до 2010 года», «Основным направлениям энергосбережения в Челябинской области до 2010 года» (утверждены постановлением Губернатора Челябинской области №112 от 26.03.2003 г.).
Объектом исследования являются системы централизованного теплоснабжения промышленных предприятий.
Предметом исследования являются автоматизированные системы управления теплоснабжением, осуществляющие оперативное управление режимами тепловых сетей в условиях ограниченности объема информации о реальных характеристиках сети.
Методология и методика исследования
Теоретической и методологической основой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых по автоматизации технологических процессов, включая процессы централизованного теплоснабжения, методологии создания автоматизированных систем управления. В работе использовались методы теории автоматизированного управления, автоматического регулирования, теории гидравлических систем и систем теплоснабжения.
Источником экспериментальных данных явились результаты натурных обследований тепловой сети ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), г. Магнитогорск, совместно с сотрудниками ЦЭСТ ОАО «ММК» в результате выполнения хоздоговорной работы между ОАО «ММК» и Управлением научных исследований Южно-Уральского государственного университета (УНИ ЮУрГУ).
Научная новизна работы
В ходе исследования были получены следующие научные результаты:
предложена новая математическая макромодель тепловой сети, исходя из реальных возможностей получения информации о параметрах режимов, позволяющая оперативно рассчитывать процессы в тепловой сети в агрегированном виде;
разработана методика идентификации математических макромоделей тепловых сетей, основанная на использовании экспериментальных и расчетных данных;
на основе макромоделирования разработано алгоритмическое обеспечение подсистемы АСДУ теплоснабжения, позволяющее проводить оперативный анализ и моделирование режимов функционирования тепловых сетей
Практическое значение
Выполненные в рамках диссертационной работы методические и программные разработки были использованы при организации управления режимами теплоснабжения промышленной площадки ОАО «ММК». Разработанное программное обеспечение анализа режимов тепловых сетей на основе макромоделирования было использовано в процессе принятия управленческих решений по регулированию режимов теплоснабжения сетевых районов и крупных потребителей промплощадки ОАО «ММК» в рамках хоздоговорной работы №151197 от 16 февраля 2007 г. между УНИ ЮУрГУ и ОАО «ММК».
Отработка указанного программного комплекса проводилась на
фактических данных эксплуатации системы теплоснабжения промплощадки ОАО
«ММК». Сопоставление полученных результатов моделирования и реальных
данных эксплуатации тепловых сетей ОАО «ММК» показало достаточную для
практического использования точность моделирования. Применение
программного обеспечения автоматизированного ввода, отображения и анализа
данных с узлов учета тепла позволило выявить потребителей с температурным напором ниже нормативного значения, а также потребителей, у которых фактическая утечка теплоносителя превышает нормативную.
Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующим актом.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы доложены на II международной научно-технической конференции «Энергосбережение на промышленных предприятиях», г. Магнитогорск, 2000 г; VI международной научно-практической конференция «Моделирование. Теория, методы и средства», г. Новочеркасск, 7 апреля 2006 г.; VI международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими», г. Новочеркасск, 21 апреля 2006 г.; XXVI Российской школе по проблемам науки и технологий, г. Миасс, 27 - 29 июня 2006 г; II Международной научно-технической конференции «Создание и внедрение корпоративных информационных систем (КИС) на промышленных предприятиях Российской Федерации», г. Магнитогорск, 5-6 июня 2007 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 работы в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка используемой литературы, включающего 112 наименований, а также 2 приложений. Диссертация изложена на 125 страницах и включает 38 рисунков, 9 таблиц.
На защиту выносятся;
1) математическая макромодель водяной системы теплоснабжения, разработанная исходя из реальных возможностей получения информации о параметрах режимов;
методика идентификации макромодели тепловой сети на основе данных эксплуатации;
алгоритмическое обеспечение программы оперативного анализа режимов тепловых сетей в рамках АСДУ.
Существующие проблемы автоматизации управления режимами тепловых сетей промышленных предприятий
Тепловые сети крупных предприятий характеризуются, как правило, значительной протяженностью, наличием нескольких источников различной мощности и большим количеством разнородных потребителей, которые оказывают влияние друг на друга и на режимы сети в целом. Все это приводит к потере гидравлической устойчивости, снижению качества теплоснабжения и нарушениям расчетных режимов. Так, можно указать на примере ОАО «ММК» (рис. 1.1): - 5 источников теплоснабжения (ТЭЦ, ЦЭС, Энергокорпус ПСЦ, ГПЭС, котельная Северного блока цехов); - протяженность тепловых сетей - около 180 км; - количество работающих подкачивающих насосных станций - более 10; - количество тепловых пунктов потребителей - более 3500.
Таким образом, реальная система теплоснабжения крупного промышленного предприятия является достаточно сложным объектом управления, а задача управление подобной системой относится к задачам управления большими системами.
В настоящее время типовым подходом к управлению сложными системами теплоснабжения является применение автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ). Структурная схема АСДУ теплоснабжения ОАО «ММК» приведена на рис. 1.2. В функции АСДУ входит сбор, накопление и представление на ЭВМ информации о параметрах теплоносителя на источниках, в магистральных трубопроводах и у крупных потребителей.
Для повышения эффективности оперативного управления сложными системами теплоснабжения целесообразным является проведение оперативного анализа данных эксплуатации, текущих режимов теплоснабжения, вариантов структурных переключений в тепловых сетях, подключений (или отключений) источников и потребителей тепловой энергии, например при проведении ремонтов тепловых сетей, а также анализ аварийных режимов теплоснабжения. Известные подходы к анализу режимов тепловых сетей основаны на разработке математической модели с помощью специализированного программного обеспечения. При этом детальные математические модели крупных разветвленных, закольцованных тепловых сетей с несколькими источниками могут достигнуть уровня сложности, который превысит возможности существующих вычислительных ресурсов.
Кроме того, в реальных условиях эксплуатации возможности сбора данных для идентификации математической модели ограничены из-за отсутствия полного объема достоверных данных по геометрическим и геодезическим параметрам и недостаточной оснащенности сетей измерительными приборами. Поэтому для моделирования систем теплоснабжения в реальном времени необходимы модели тепловых сетей, не требующие чрезмерного объема исходных данных и значительных вычислительных ресурсов, но позволяющие производить расчеты с достаточной точностью. При этом требуется построение таких моделей, параметры которых могут быть идентифицированы по результатам данных диспетчерского контроля без детального обследования тепловых сетей.
Результаты моделирования различных вариантов функционирования тепловой сети на основе обобщенной макромодели могут быть использованы для проведения сравнительного анализа режимов функционирования тепловых сетей и оценки их эффективности. Эффективность режимов теплоснабжения оценивается с помощью показателей эффективности (показателей качества). Для тепловых сетей показатели эффективности функционирования характеризуют уровень использования теплового потенциала сетевой воды.
Таким образом, для обеспечения эффективной работы существующих систем теплоснабжения промышленных предприятий целесообразным является создание автоматизированной системы управления режимами тепловых сетей. При этом важной составной частью такой системы управления является программа автоматизации расчетов режимов тепловых сетей на основе макромоделирования.
В течение последних десятилетий отечественными и зарубежными авторами было опубликовано большое количество работ, рассматривающих вопросы автоматизации управления режимами систем централизованного теплоснабжения.
Одной из первых работ по теории гидравлических цепей можно считать кандидатскую диссертацию А.П. Меренкова «Методы комплексной оптимизации тепловых сетей с применением электронных вычислительных машин (ЭВМ)», защищенную в 1964 г. В кандидатской диссертации А.П. Меренкова была поставлена и решена задача нелинейного программирования оптимизации параметров разветвленной тепловой сети, т.е. реализован, как потом оказалось, метод динамического программирования Беллмана, с трудами которого познакомились позднее. А.П. Меренков был идеологом и разработчиком сетевого подхода к проблеме идентификации трубопроводных систем, известного под названием «Метод математического расходомера», центральной идеей которого является использование сетевых уравнений потокораспределения в расчетах различных режимов работы систем теплоснабжения. Обратные задачи потокораспределения (определение фактических сопротивлений и расходов на участках сети, расходов у потребителей, мест аварий и величины утечки) рассмотрены в главе «Идентификация трубопроводных систем» докторской диссертации А.П. Меренкова «Математические модели и методы для анализа и оптимального проектирования трубопроводных систем» (1974 г.). В ней были сформулированы также постановки задач для дальнейших исследований, включая
учет и подавление влияния ошибок измерений, применение методов регуляризации, понижение размерности задач и др. В настоящее время эти идеи повсеместно реализуются. Другими важными результатами, представленными в диссертации, были: дифференциация методов описания и расчета гидравлических цепей; постановка и алгоритмизация задач оптимального синтеза трубопроводных систем; основы построения управляющих систем для схем движения жидкости и газа.
Общая структура автоматизированной системы управления теплоснабжением
Для осуществления контроля за эффективностью работы системы теплоснабжения промышленного предприятия целесообразным является создание в рамках АСДУ подсистемы автоматизированного анализа режимов теплоснабжения (САР-Т). Обобщенная структурная схема САР-Т приведена на рис.2.1. Как видно из рис.2.1, на нижнем (полевом) уровне САР-Т находятся приборы учета (ПУ) тепла на источниках и у потребителей системы теплоснабжения, включающие в общем случае датчики расхода, температуры и давления теплоносителя. Данные о параметрах источников и крупных потребителей с приборов учета нижнего уровня поступают на сервер базы данных существующей АСДУ. Далее, необходимые данные из базы данных АСДУ поступают на сервер базы данных САР-Т.
Данные с теплосчетчиков мелких потребителей, не подключенных к АСДУ, поступают на рабочую станцию оператора, в функции которого входит автоматизированный ввод в базу данных САР-Т суточных архивов теплопотребления, считываемых с теплосчетчиков один раз за отчетный период (обычно месяц).
Кроме того, в базу данных сервера САР-Т поступают данные из автоматизированной информационной системы (АИС) «Энергопаспорт», представляющей собой систему ведения энергопаспортов промышленных потребителей, содержащих технико-эксплуатационные показатели и проектные нагрузки.
На основе предварительного моделирования режимов теплоснабжения с учетом фактических параметров теплоносителя и структуры тепловых сетей анализируются различные режимы теплоснабжения с точки зрения безопасности и эффективности, после чего инженер-наладчик принимает решение о реальном использовании того или иного режима. Для настройки параметров модели по запросу инженера-наладчика периодически повторяется процедура идентификации макромоделей на основе текущих и архивных данных эксплуатации, а также экспертных оценок. Необходимость проведения идентификации параметров математической модели (а именно, фактических гидравлических сопротивлений участков тепловой сети по данным о расходах и напорах теплоносителя на абонентских вводах потребителей тепла) определяется тем, что рассчитываемые на основании паспортных характеристик значения гидравлических сопротивлений участков тепловых сетей в процессе эксплуатации претерпевают изменения вследствие зарастания внутренней поверхности трубопроводов, существенно отклоняются от проектных данных и фактически являются неизвестными величинами. В связи с этим необходимо периодически повторять процедуру идентификации параметров математических моделей тепловых сетей по данным эксплуатации с целью уточнения значений гидравлических сопротивлений участков трубопроводов, используемых далее для теплогидравлических расчетов тепловых сетей. Результаты идентификации и моделирования режимов хранятся в базе данных САР-Т.
Программное обеспечение инженера-наладчика также позволяет проводить оценку эффективности использования теплоносителя у потребителей. Эффективность режимов теплоснабжения оценивается с помощью показателей эффективности, которые характеризуют использование теплового потенциала сетевой воды. В качестве основных показателей эффективности выступают температурный напор, представляющий собой фактическую разность температур теплофикационной воды между подающим и обратным трубопроводами, а также и утечки теплофикационной воды у потребителей, определяемые с учетом емкости систем теплоснабжения потребителей и средней температуры наружного воздуха за рассматриваемый период. Сопоставление фактических значений показателей функционирования тепловых сетей с их нормативными значениями на основе выбранного критерия эффективности позволяет проводить оценку эффективности функционирования тепловых сетей, определять наиболее проблемные участки сетей и потребителей, требующих проведения наладочных работ, и тем самым оперативно влиять на улучшение режимов теплоснабжения.
Решение задачи оперативного анализа текущих режимов функционирования тепловых сетей осуществляется на основе математического моделирования процесса теплоснабжения.
Суть предлагаемого подхода состоит в представлении реальной тепловой сети в виде многоуровневой структуры с выделенными сетевыми районами, отдельными крупными потребителями и соединяющими их магистральными тепловыми сетями (рис. 2.2). В отличие от полной модели, отражающей состояния всех имеющихся межэлементных связей, в макромодели отображаются состояния значительно меньшего числа межэлементных связей, что соответствует описанию объекта при укрупненном выделении элементов. В основу построения макромодели для расчета тепловых сетей могут быть положены следующие принципы: 1. Сетевые районы (СР,) со сложной схемой сетевых соединений, содержащие большое количество относительно маломощных потребителей, рассматриваются как единый эквивалентный потребитель. 2. Потребители (П/), подключенные непосредственно к магистральной сети, рассматриваются как таковые.
Топологическая структура схемы тепловой сети
Основными элементами, образующими систему теплоснабжения, являются: -источники, обеспечивающие притоки транспортируемой среды и привносящие энергию в систему, — абонентские теплопотребляющие установки (далее: потребители), -тепловая сеть виде совокупности взаимосвязанных трубопроводов, соединяющих источники со множеством потребителей.
При математическом моделировании все эти подсистемы находят соответствующее отражение в расчетной топологической схеме сети: участки сети, включающие все местные сопротивления, - в виде ветвей, места расположения источников (притоков) и потребителей (стоков), а также соединения ветвей - в виде узлов (вершин), см. рис. 3.1.
Рис. 3.1. Схема разветвленной тепловой сети В общем случае тепловые сети образуют многокольцевые системы, для которых топологический граф содержит несколько контуров. Для того чтобы произвести расчет сети, в ее структуре необходимо выделить ветви дерева и хорды. Деревом графа называется [71] подграф, содержащий все вершины графа и не образующий ни одного замкнутого цикла. Дуги, входящие в дерево, называются ветвями дерева, остальные - хордами. Источники на расчетной схеме представляют собой корни дерева, причем дерево может иметь только один корень.
Задача расчета гидравлического режима сети заключается в определении расходов сетевой воды у потребителей и на отдельных участках сети, а также напоров в узловых точках сети и у потребителей. При расчете гидравлического режима тепловой сети исходными данными являются: схема тепловой сети, сопротивления всех участков сети, напоры на подающем и обратном коллекторах источников, а также сопротивления (проводимости) всех потребителей.
Для построения графа тепловой сети на ЭВМ возможно использовать следующий алгоритм. Нумеруются все вершины графа. Тогда каждая ветвь может быть идентифицирована двумя номерами — номером НН узла начала ветви и номером НК узла конца ветви.
Граф схемы можно также записать аналитически в виде таблицы, называемой матрицей инциденций А. Число ее строк равно числу узлов (вершин) графа, а число столбцов - числу ветвей. Каждый элемент ау матрицы А равен -1, еслиу-я ветвь входит в z -й узел, +1, если выходит, и 0, если она не соединена с і-м узлом. Поскольку каждая ветвь соединена с двумя узлами, в один из которых она входит, а из другого выходит, то сумма элементов в каждом столбце, а значит, и сумма элементов всей таблицы равна нулю, поэтому любую строку можно рассматривать как линейную комбинацию остальных строк. Поэтому одну из строк, обычно соответствующую базисному узлу, вычеркивают для образования матрицы узлов А.
Поскольку большинство элементов матрицы А (до 80 - 90 %) - нулевые, то запись матрицы А в виде двумерных массивов представляется нецелесообразной. Обычно в программах расчета схем матрица А задается двумя списками: начальных и конечных узлов каждого участка сети, оформляемой в виде таблицы. Для схемы тепловой сети, представленной на рис. 3.1, такая таблица имеет следующий вид (табл. 3.1).
При анализе разветвленных тепловых сетей древовидной структуры (рис. 3.1) возможно избежать нумерации узлов и таким образом для задания топологии сети можно будет ограничиться не двумя, а одним списком.
Примем следующую систему обозначений. Нумерация участков сети начинается от станции. Пронумеруем все участки, источники и всех потребителей тепловой сети. Тогда для задания структуры тепловой сети можно задавать для каждого участка номер предшествующего ему участка, для каждого потребителя или источника - номер участка, к которому они присоединены. Для схемы тепловой сети, представленной на рис. 3.1, такая таблица, задающая топологической структуры схемы тепловой сети, имеет следующий вид (табл. 3.2).
Причем номера участков перечисляются по порядку и в память ЭВМ не вводятся. Таким образом, для хранения в памяти ЭВМ структуры схемы тепловой сети используется одномерный массив, размерность которого равна числу участков сети. Еще два одномерных массива используются для хранения схем присоединения потребителей и источников. Их размерности равны соответственно числу потребителей и числу источников.
Под гидравлическим режимом тепловой сети понимается взаимосвязь между расходами и давлениями воды во всех точках тепловой сети в данный момент времени [37]. При расчете и анализе гидравлических режимов систем теплоснабжения наряду с давлением применяется и другая единица гидравлического потенциала - напор. Напор представляет собой давление, выраженное в линейных единицах (обычно метрах) столба жидкости, протекающей по трубопроводу.
Алгоритмическое обеспечение системы управления энергоэффективностью теплоснабжения
Как видно из структуры программного обеспечения САР-Т, приведенной на рис. 4.1, центральным звеном разрабатываемого ПО является сервер базы данных. Таким образом, ПО САР-Т должно включать в себя систему управления базами данных (СУБД).
Для осуществления контроля за эффективностью работы системы теплоснабжения ОАО «ММК» САР-Т должна удовлетворять определенным требованиям. Прежде всего, необходимо отметить, что разрабатываемая система должна обеспечивать многопользовательский режим работы, т.е. например, одновременный просмотр текущих показателей функционирования системы теплоснабжения на ПЭВМ диспетчера УГЭ и ПЭВМ инженера-наладчика, анализ данных инженером-наладчиком, а также ввод данных оператором рабочей станции. Отсюда целесообразным является применение структуры построения программного обеспечения САР-Т по принципу «клиент-сервер».
САР-Т предусматривает несколько режимов работы: - режим, в котором ведется ввод данных оператором рабочей станции; - режим расчета характеристик энергоэффективности тепловой сети; - режим идентификации; -режим, в котором инженером-наладчиком ведется анализ и отображение текущих и архивных данных.
Указанные режимы предназначены для решения связанных между собой задач и взаимно дополняют друг друга. Структура построения и алгоритм работы САР-Т допускает возможность функционирования одновременно в нескольких режимах. Далее рассмотрим подробно назначение и алгоритм работы САР-Т в каждом из указанных режимов.
Рассмотрим алгоритм работы оператора рабочей станции. Блок-схема алгоритма работы с модулем автоматизированного ввода данных оператором рабочей станции приведена на рис.4.2.
В данном режиме оператор рабочей станции вводит в автоматизированном режиме в базу данных САР-Т суточные архивы теплопотребления, которые на сегодняшний день считываются с теплосчетчиков один раз за месяц. В этом режиме пользователю (оператору) предлагается два альтернативных варианта работы в программе: автоматический ввод данных из имеющихся файлов в БД и ручная корректировка этих данных. Для того, чтобы осуществить ввод поступившей информации по потребителям тепловой сети, происходит запрос структуры и количества объектов из БД САР-Т. После этого проводится автоматический ввод данных. Далее проверяется, все ли данные введены в автоматическом режиме и все ли параметры входят в допустимый для них диапазон. В случае ошибок осуществляется сигнализация об ошибках. Кроме того, возможен вариант ручной коррекции данных оператором. После того, как необходимые данные тем или иным способом введены в программную форму, они записываются в БД САР-Т.
Далее рассмотрим режим, предназначенный для расчета характеристик энергоэффективности системы теплоснабжения, который может проводиться в реальном времени на основе текущей информации, поступающей из АСУ «Энерго» и от оператора рабочей станции, или по запросу пользователя. Особенностью работы системы в указанном режиме является цикличность, т.е. повторяемость выполняемых действий через определенные промежутки времени. Длительность времени цикла зависит от практической возможности получения исходной информации. Однако на данном этапе ввод параметров по отдельным потребителям, не подключенным к АСУ «Энерго», осуществляется оператором вручную раз в месяц, тогда как данные из АСУ «Энерго» обновляются несколько раз в сутки. Поэтому на данном этапе целесообразным является проведение расчета энергоэффективности по запросу пользователя ПО.
Рассмотрим алгоритм расчета характеристик энергоэффективности теплоснабжения. Блок-схема одного цикла работы алгоритма приведена на рис.4.3. Начало каждого цикла инициируется системным таймером, срабатывающим через заранее определенные промежутки времени. По событию, инициируемому таймером, или же по запросу пользователя, система проводит считывание структуры и количества объектов из БД САР-Т.
Для того, чтобы провести расчет характеристик эффективности теплоснабжения, пользователь должен определить набор требуемых исходных данных и временной интервал, за который требуются данные. После этого проверяется наличие требуемых данных в БД САР-Т. Кроме того, для расчета нормативных характеристик необходимы данные из АИС «Энергопаспорт». Если какие-то данные отсутствуют, то осуществляется сигнализация об ошибках получения данных. После того, как все необходимые данные для расчета имеются, производится собственно расчет текущих значений параметров эффективности теплоснабжения, нормативных значений по данным из АИС «Энергопаспорт», а также отклонений текущих параметров от расчетных. Результаты расчета выводятся на экран. При этом пользователь имеет возможность сохранить результаты в БД или отказаться от сохранения.
Рассмотрим алгоритм, отвечающий за просмотр результатов расчетов, проведенных ранее. Здесь работа системы ведется с характеристиками, сохраненными в БД. Блок-схема алгоритма работы инженера-наладчика с модулем анализа и отображения данных для инженера-наладчика приведена на рис.4.4.
В данном режиме пользователю предлагается набор альтернативных вариантов работы в программе: создание отчета, построение графика, осуществление выборки объектов из БД по определенным критериям. Для работы с данным модулем пользователь (инженер-наладчик) должен определить требуемый режим работы, набор исходных данных и временной интервал, за который требуются данные. После этого проверяется наличие требуемых данных в базе данных САР-Т.
