Содержание к диссертации
стр.
Оглавление 3
Введение 5
Глава 1 ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ НА
8 ТЭЦ
-
Введение 8
-
Основные подходы к построению систем автоматизированного контроля на ТЭЦ 13
1.2.1 Введение
-
АСУ ТП на основе программно-технического комплекса «Торнадо» 13
-
АСУ ТП на основе программно-технического комплекса «Саргон»
-
АСУ ТП на основе программно-технического комплекса «Микроконт»
1.2..5 АСУ ТП на основе программно-технического комплекса «Круг200/Т»
1.2.6 АСУ ТП на основе программно-технического комплекса «ТЭЦ»
1.3. Автоматизированная система технологического контроля параметров котлоагрегатов и турбин Абаканской ТЭЦ 1. 4. Анализ статистических данных локальной распределённой информационной системы контроля турбин Абаканской ТЭЦ 1.4.1. Анализ статистических данных измерений характеристик турбины №1
Выводы 33
Глава 2 ТЕНЗОРНЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ 34
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Введение 34
2.1. Анализ эффективности замкнутой структуры управления ^
контурным методом
Выводы 44
Глава 3 АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ УЗЛОВОЙ ТО- 45
ПОЛОГИЙ
3.1. Разработка тензорного метода анализа для узловой топологии 45
Выводы 53
Глава 4 АНАЛИЗ СТУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ ОРТОГОНАЛЬНОЙ
54 ТОПОЛОГИИ КОНТУРНЫМ МЕТОДОМ
-
Контурный метод 54
-
Анализ структуры управления ортогональной топологии,
63 узловым методом
Выводы 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
Список литература 74
Введение к работе
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы
Топливно - энергетический комплекс страны был и остается важнейшим в структуре экономики России. Он является одним из ключевых факторов обеспечения жизнедеятельности производительных сил и населения. Постепенный переход к рыночным формам взаимоотношений в отрасли и обострение противоречий между потребителями и производителями энергоресурсов выдвигают задачи энергообеспечения регионов в число первоочередных. Создание энергетического паспорта региона ставит своей целью формирование представительного документа, отражающего сведения о количестве и качестве использования топливно - энергетических ресурсов, об объективных потребностях в них.
Сибирь была и остается главной топливно-энергетической базой России. Здесь производится и добывается 77% всех энергоресурсов страны: 27% электроэнергии, 91% газа, 69% нефти, 61% угля.
Федеральная целевая программа «Энергоэффективная экономика» предусматривает «перевод страны на энергосберегающий путь развития и достижение экономии топливно-энергетических ресурсов за счет использования современных технологий и снижение энергоемкости валового внутреннего продукта в 2005 году на 13,4% и в 2010 году на 26 % по отношению к 2000 году».
Технологический контроль осуществляется с помощью информационно-измерительной системы.
Однако, автоматизированные информационно-измерительные системы контроля за технологическими процессами построена, как правило, на устаревшем оборудовании и требует модернизации. Назрела острая необходимость внедрения автоматизированных систем управления максимально согласованных с уже существующими информационно-измерительными системами контроля.
Цель работы
Основной целью работы является повышение эффективности контроля и управления технологическими процессами ТЭЦ
Для достижения цели в диссертационной работе решены следующие основные задачи:
Дан анализ построения информационно-измерительных систем контроля и управления технологическими процессами ТЭЦ.
Выявлены основные проблемы в организации автоматизированного контроля и управления технологическими процессами на основе анализа статистических данных системы контроля турбин и котлоагрегатов на примере Абаканской ТЭЦ.
Разработан аналитический метод анализа на основе тензорного метода для исследования информационно-измерительных и управляющих локальных сетей контурной структуры.
Разработан аналитический метод анализа на основе тензорного метода для исследования информационно-измерительных и управляющих локальных сетей узловой структуры.
Разработан аналитический метод анализа на основе тензорного метода для исследования информационно-измерительных и управляющих локальных сетей ортогональной структуры.
Методы исследования
В процессе решения задач для достижения поставленной цели в качестве аппарата исследований использованы: математический аппарат линейной алгебры; метод статистического анализа; теории тензорного анализа; теории матриц.
Правильность теоретических положений подтверждена экспериментальными исследованиями.
Научная новизна
В диссертационной работе получены следующие результаты: разработан тензорной метод исследования информационно-измерительных и управляющих локальных сетей контурной структуры; разработан аналитический метод анализа на основе тензорного метода для исследования информационно-измерительных и управляющих локальных сетей узловой структуры; — разработан аналитический метод анализа на основе тензорного ме тода для исследования информационно-измерительных и управляющих ло кальных сетей ортогональной структуры; — получены замкнутые аналитические выражения для определения эффективности управления;
Практическая ценность
В диссертационной работе на основе тензорного анализа получены замкнутые аналитические выражения удобные для инженерных расчётов эффективности локальных сетей автоматизированного управления и контроля технологическими процессами ТЭЦ.
Основные результаты, выносимые на защиту
Анализ построения современных информационно-измерительных систем контроля и управления технологическими процессами ТЭЦ.
Разработан метод анализа эффективности управления на основе тензорного анализа.
Аналитические модели на основе тензорного метода для анализа эффективности систем управления контурной структуры.
Аналитические модели на основе тензорного метода для анализа эффективности систем управления узловой структуры.
Аналитические модели на основе тензорного метода для анализа эффективности систем управления ортогональной структуры.
Реализация результатов
Исследования, проведенные в работе, являются составной частью НИР проводимых в НИИ СУВПТ.
Апробация работы
Результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на V международном симпозиуме «Интеллектуальные системы», Москва 2004 г., на международной конференции «Информационные системы», Инсбург, Австрия, 2004 г., на международной конференции «Интеллектуальные системы и информационные технологии управления» Москва, 2005 г.
Публикации
По теме диссертации автором опубликовано восемь работ.
Структура и объём работы
Диссертация изложена на 87 страницах машинописного текста и 24 рисунков. Состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложений на 24 страницах и списка литературных источников, содержащих 110 наименования.
1 ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ НА
1.1 Введение
Высшим приоритетом энергетической политики России наряду с устойчивым снабжением страны энергоносителями является повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов, создание условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития и уменьшение негативного воздействия топливно-энергетического комплекса (ТЭК) на окружающую среду.
Топливно - энергетический комплекс страны был и остается важнейшим в структуре экономики России. Он является одним из ключевых факторов обеспечения жизнедеятельности производительных сил и населения. Постепенный переход к рыночным формам взаимоотношений в отрасли и обострение противоречий между потребителями и производителями энергоресурсов выдвигают задачи энергообеспечения регионов в число первоочередных. Создание энергетического паспорта региона ставит своей целью формирование представительного документа, отражающего сведения о количестве и качестве использования топливно - энергетических ресурсов, об объективных потребностях в них.
Сибирь была и остается главной топливно-энергетической базой России. Здесь производится и добывается 77% всех энергоресурсов страны: 27% электроэнергии, 91% газа, 69% нефти, 61% угля.
Федеральная целевая программа «Энергоэффективная экономика» предусматривает «перевод страны на энергосберегающий путь развития и достижение экономии топливно-энергетических ресурсов за счет использования современных технологий и снижение энергоемкости валового внутреннего продукта в 2005 году на 13,4% и в 2010 году на 26 % по отношению к 2000 году».
Электроэнергетический потенциал России был в основном создан в период с 50-х до конца 80-х годов XX века, когда развитие электроэнергетики шло опережающими остальную промышленность темпами. При росте национального дохода за этот период в 6,2 раза производство электроэнергии выросло более, чем в 10 раз.
Установленная мощность электростанций России на 01.01.2000 г. составляла 214,3 млн. кВт, при этом по Единой энергосистеме (ЕЭС) России она достигла 193,0 млн. кВт. Выработка электроэнергии в 2000 г. всеми электростанциями Российской Федерации оценивается в 877 млрд. кВ*ч. В установленной мощности электростанций России 68% составляют тепловые электростанции, из них более половины - ТЭЦ, 21% - ГЭС, 11% - АЭС. При этом ТЭЦ вырабатывают более 30% тепловой энергии, потребляемой в стране.
Размещение электростанций по территории страны отражает размещение производительных сил и населения: более 50% - в европейской части, около 22% - на Урале, около 22% - в Сибири, около 6% - на Дальнем Востоке. В Сибири половину генерирующих мощностей составляют ГЭС, АЭС сосредоточены в Центре, на Северо-западе и Средней Волге, доля ТЭЦ высока в северных и восточных районах.
Примерно 40-45%о потребленной энергии экспортируется через производство экспортной продукции, что способствует пополнению валютных запасов страны. Существенен и прямой вклад электроэнергетики в бюджетную систему страны через уплату налогов и других платежей.
Таким образом: электроэнергетика России является важнейшей инфраструктурной отраслью, призванной обеспечивать экономику и социальную сферу страны электроэнергией и теплом с требуемыми надежностью и качеством; структура электроэнергетики имеет существенную специфику в раз- личных регионах страны в зависимости от природно-климатических, экономических и других факторов; - нормальное функционирование электроэнергетического комплекса в нынешних сложных социально-экономических условиях обеспечивается ЕЭС России как технологически единым комплексом.
Необходимость самого активного участия государства в процессах регулирования и управления электроэнергетикой России обусловлена следующим. С одной стороны - эта отрасль является стратегической, и ее состояние напрямую влияет на национальную безопасность и социально-экономическую стабильность в стране, и с другой стороны - государство продолжает оставаться крупнейшим собственником в электроэнергетике, владея всеми атомными электростанциями и более чем половиной акционерного капитала РАО «ЕЭС России».
ТЭЦ, являясь важными структурными элементами электроэнергетического комплекса России, являются также ключевыми компонентами ее теплового хозяйства. Поэтому реформирование электроэнергетики, безусловно, затрагивает и тепловое хозяйство.
Между тем неэффективность современного состояния теплофикации и централизованного теплоснабжения в первую очередь связаны с колоссальными потерями тепла: 20% в тепловых сетях РАО "ЕЭС России" и до 30% в муниципальных сетях.
Системы управления тепловым хозяйством должна включать три уровня: федеральный, территориальный и местный. Основная функция федерального уровня -правовое регулирование и создание благоприятной среды для освоения новых технологий и оборудования. На территориальном уровне необходимо формирование и поддержание технической и экономической политики в теплоснабжении региона. Конкретные же вопросы организации теплоснабжения населенных пунктов должны решаться на местном уровне, который имеет решающее значение для обеспечения надежного теплоснаб- жения потребителей и повышения эффективности теплоснабжающих систем. При этом необходимо реформировать систему регулирования тарифов на тепловую энергию с тем, чтобы она отражала особенности участия ТЭЦ одновременно в двух рынках (электро- и теплоэнергии) и не допускала необоснованного занижения тарифа на тепловую энергию.
Учитывая особую важность отрасли, цель реформирования электроэнергетики России должна соответствовать общенациональным интересам, а именно - обеспечение устойчивого функционирования и развития экономики страны и социальной сферы.
Целями государственной политики реформирования электроэнергетики Российской Федерации являются: ресурсное и инфраструктурное обеспечение экономического роста, с одновременным повышением эффективности производства и потребления электроэнергии. Реформа электроэнергетики должна обеспечить энергетическую безопасность государства, предотвращение возможного энергетического кризиса и повышение конкурентоспособности российской экономики.
Исходя из этого, стратегическая задача реформирования - переход электроэнергетического комплекса России в режим устойчивого саморазвития на базе прогрессивных технологий и рационального сочетания рыночных принципов и государственного регулирования, достижение на этой основе надежного, экономически и экологически эффективного обеспечения платежеспособного спроса национальной экономики и населения на электрическую и тепловую энергию во всех регионах страны, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе [3].
В России эффективное энергообеспечение является одной из наиболее значимых экономических и социальных проблем. Удельное потребление энергии на единицу производимой продукции и услуг в России в 3-4 раза выше, чем в развитых странах. Практика показывает, что эффективность вложения средств в повышение энергоэффективности и в энергосбережение значительно выше, чем в развитие новых энергетических мощностей. Поэтому энергосберегающая политика признана главным приоритетом энергетической стратегии, а вопросы энергосбережения и энергоэффективности вошли в ранг основных направлений государственной политики России.
Энергосбережение - реализация правовых, организационных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.
На предприятия энергетического комплекса возложена ответственность за разработку и практическую реализацию государственной энергетической политики, основу которой составляет надежное и безопасное энергообеспечение экономики и населения страны, эффективное использование топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).
В свете новой реформы встал вопрос о необходимости эффективного использования энергоресурсов, путем учета энергоресурсов на всех этапах их производства, передачи и потребления, заинтересованности производителей и поставщиков энергоресурсов в эффективном их использовании, сочетании интересов производителей, продавцов и потребителей энергоресурсов.
Создание и внедрение системы взаимовыгодных экономических стимулов для покупателей и продавцов электроэнергии направлено на приоритетное применение энергосберегающего оборудования, что в свою очередь ведет к экономии энергоресурсов.
Переход экономики России на рыночные методы хозяйствования предъявляет жесткие требования к достоверности и оперативности учета электрической и тепловой энергии. Эти требования могут быть удовлетворены только путем создания автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ), оснащенных современной вычислительной техникой [1].
1.2 Основные подходы к построению систем автоматизированного контроля на ТЭЦ
1.2.1 Введение
Современные системы контроля на ТЭЦ основываются на применении автоматизированных систем управления технологическими процессами. Однако на ряде ТЭЦ остались системы, только контролирующие режимы работы, так называемые автоматизированные системы технологического контроля. Их построение типовое. Так как в ближайшее время они должны быть модернизированы и в большинстве своём заменены на системы автоматизированного управления, рассмотрим основные подходы к их построению.
1.2.2 АСУ ТП на основе программно-технического комплекса «Торнадо»
Программно-Технические Комплексы (ПТК) серии "Tornado" разработаны в соответствии с современными требованиями Распределенных Систем Управления и предназначены для создания АСУ ТП на промышленных объектах энергетики, нефтяной, газовой, химической промышленности, перерабатывающих отраслей, транспорта, коммунального хозяйства и других объектах. ПТК предназначен для выполнения функций локального управления высокой сложности на объектах любой степени ответственности с любым полевым уровнем включая отечественный КИП.
ПТК "Tornado" является современной полнофункциональной системой созданной на базе микропроцессорной техники. ПТК может внедрятся взамен традиционных систем автоматизации как на строящихся, так и на реконструируемых объектах, обеспечивая управление технологическим процессами на качественно новом уровне. Внедрение ПТК "Tornado" улучшает технико-экономические показатели управляемого объекта за счет реализации более сложных и современных законов управления, наглядности и полноты предоставления информации, диагностики средств АСУ ТП и технологического оборудования.
1.2.3 АСУ ТП на основе программно-технического комплекса «Саргон»
Программно-технический комплекс "САРГОН" (Система Автоматизации энергетического Оборудования) - это отечественный комплекс для создания полнофункциональных АСУТП энергетических объектов (энергоблока, котлоагрегата, турбины, цеха, станции).
ПТК "САРГОН" обеспечивает новый уровень разработки, сопровождения и эксплуатации АСУТП за счет использования современных дружественных интерфейсов, как для эксплуатационного персонала, так и для всех участников процесса разработки, проектирования и внедрения системы. Для достижения такого качества ПТК "САРГОН" включает в себя исчерпывающий набор инструментальных программных средств, автоматизирующий процесс создания АСУТП и обеспечивающий дружественный интерфейс с его участниками. При этом дружественным считается интерфейс, который выбрал бы специалист данной предметной области для формального описания постановки решаемой задачи. Собственно решение осуществляется на системном уровне соответствующими компонентами ПТК "САРГОН". ПТК САГОН прошел повторную экспертизу РАО ЕЭС и получил экспертное заключение (от 30.04.02 г. 159-АСУ-2002), рекомендован Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО ЕЭС для использования при создании АСУТП энергетических объектов. АСУТП, построенная на базе ПТК "САРГОН", это современная система, ко- торая: реализует полный набор информационных, управляющих и сервисных функций; позволяет использовать для создания АСУТП верхнего уровня стандартные технические средства и сетевые операционные системы; использует при создании АСУТП инструментальные программные средства, входящие в ПТК "САРГОН"; обеспечивает:
А) требуемые надежность и качество при оптимальной цене: наработку контроллеров на отказ более 100000ч, высокую надежность компонентов, возможность резервирования, Б) открытость и расширяемость системы: открытые протоколы и интерфейсы встроенная поддержка наиболее популярных стандартов функционально-полный комплект инструментального ПО поставка прикладного ПО в исходных текстах.
Автоматизированная система управления, созданная на базе ПТК "САРГОН" является проектно-компануемой и свободно-программируемой системой.
Программное обеспечение ПТК "САРГОН" базируется на применении самых современных технологий системного программирования. Объектный подход - технология построения АСУТП по объектному принципу, согласно которому каждый контроллер осуществляет управление эле- ментами объекта, тесно связанными по технологии и, чаще всего, локализованными в пространстве. Это обеспечивает минимум пересылок по сетям и максимальную экономию сигнального кабеля, одновременно повышая живучесть системы. Для АСУТП наиболее важны такие свойства объектной технологии как естественный параллелизм процессов, легкость расширения набора функций без изменения структуры системы (например, при переходе от информационной системы к управляющей), простота расширения системы при увеличении объема автоматизации объекта, эффективность тиражирования на аналогичные объекты.
1.2.4 АСУ ТП на основе программно-технического комплекса «Микроконт»
ПТК "МИКРОКОНТ" ориентирован на создание многоуровневых информационных и управляющих систем - от встроенной локальной подсистемы управления регулирующим клапаном до АСУ энергоблока или электростанции: - непрерывный сбор и предварительная обработка данных о процессе в реальном масштабе времени; - линейные и нелинейные преобразования (нормирование, смещение, линеаризация); контроль данных на достоверность; аварийная сигнализация и регистрация аварийных событий (32 регистратора); диагностика технических и программных средств всех уровней ПТК; Представление процесса: на планшетных мнемосхемах; на экранах мониторов в виде динамических мнемосхем, временных диаграмм, гистограмм, таблиц и т.д
Создание архивов информации: история процесса (до двух лет); ведомость событий с комментариями оператора; история аварийных событий; статистика работы оборудования. Ведение документации. расчет и представление технико-экономических показателей (в том числе и коммерческих), автоматическое регулирование, дистанционное управление, групповое управление, защита и блокировка, выполнение в реальном масштабе времени прикладных программ пользователя, автоматизированное проектирование системы без привлечения программистов.
1.2.5. АСУ ТП на основе программно-технического комплекса «Круг 200/Т»
ПТК "КРУГ 2000/Т" обеспечивает регистрацию накопленных величин тепловой энергии, объёма, массы за час, сутки и месяц, а также среднечасовых, среднесуточных и среднемесячных значений температуры, и давления в архивах часовых и суточных величин.
Система предназначена для управления технологическими процессами на котлоагрегате во всех эксплуатационных режимах, включая его розжиг и останов. Данный тип котлоагрегата сжигает три вида топлива - уголь, газ, мазут. Автоматизацией охвачен полный состав функций контроля и управления. Для передачи и отображения информации на АРМы верхнего уровня используется WEB-контроль.
Комплекс предназначен для создания: — автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) систем противоаварийных защит (ПАЗ); автоматизированных измерительных систем; тренажеров для обучения технологов-операторов; автоматизированных систем оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ).
На базе программно-технического комплекса могут быть созданы автоматизированные системы для: непрерывных и периодических технологических процессов; сосредоточенных и распределенных объектов управления.
Комплекс охватывает следующие уровни управления:
Похожие диссертации на Тензорный метод анализа эффективности информационных систем управления технологическими процессами ТЭЦ
