Введение к работе
Актуальность проблемы Внедрение измерительно-вычислительных комплексов контроля и управления энергопотреблением дает большой экономический эффект для различных энергоемких производств Поэтому наблюдается постоянно возрастающая потребность на разработку и изготовление таких комплексов для различных типов производств Однако, создание комплексов связано с необходимостью решения ряда проблем технического, алгоритмического и экономического плана
Многообразие производств и их схем потребления различных типов энергии, большое разнообразие принципов контроля и средств измерений значений потребления энергоносителей (электроэнергия, тепло, холодная и горячая вода, пар, газ и др) определяют сложность создания измерительно-вычислительных комплексов контроля энергопотребления (ИВК КЭ) Такие комплексы должны решать задачи измерений на уровне энергоемких установок - компактные измерительные системы (ИС), технологических процессов - локальные ИС, производств - распределенные ИС
Задача энергосбережения связана с анализом нештатных ситуаций потребления энергии, анализом предаварийньгх и аварийных ситуаций с целью их предупреждения и предотвращения Это требует проведения анализа метрологических характеристик контролируемых сигналов, разработки алгоритмов контрольных измерений, обеспечивающих надежную идентификацию перечисленных ситуаций
Перечисленные факты обуславливают актуальность настоящей работы
Поставленная задача требует систематизации метрологических знаний, и формализации постановки задания на проектирование с учетом требований к измерению контролируемых сигналов, возможностей средств измерений и выбранного критерия эффективности (требований заказчика)
Работа посвящена решению задачи проектирования измерительно-вычислительных комплексов контроля энергопотребления, на основе функционально законченных средств измерений, выполняющих статические и динамические измерения, а также разработке алгоритмического и программного обеспечения идентификации и предупреждения аварийных ситуаций, учета режимов потребления с целью их анализа и оптимизации
Объектом исследования являются измерительно-вычислительные комплексы контроля энергопотребления и предупреждения аварийных ситуаций
Предметом исследования является принципы проектирования измерительно-вычислительных комплексов контроля энергопотребления и разработка их алгоритмического и программного обеспечения
Целью работы является разработка методики проектирования ИВК КЭ, разработка алгоритмов идентификации и предупреждения аварийных ситуаций, определение структуры программного обеспечения, обеспечивающего учет режимов потребления с целью их анализа и оптимизации
В соответствии с поставленной целью в работе формулируются и решаются следующие основные задачи
Проводится анализ характеристик контролируемых величин различных носителей энергии в нормальном, предаварийном и аварийном режимах, принципов их измерения, метрологический анализ с целью определения требований к используемым средствам измерений и определения признаков идентификации
Разрабатываются алгоритмы анализа и идентификации предаварийного режима и аварийной ситуации по характеристикам изменения значений энергоносителей производства или отдельных энергоемких установок, обеспечивающие определение ситуации с заданной вероятностью
Проводится анализ принципов построения измерительных систем, предлагается показатель эффективности организации интерфейса, как элемента системы,
определяющего организацию компактных, локальных и распределенных измерительных систем (ИС)
Разрабатываются алгоритмы определения номенклатуры средств измерений и составления расписания работы компактных и локальных ИС, обеспечивающие требования алгоритмов идентификации, заданных критериев эффективности, при работе ИС в нормальном и аварийном режимах
На основе разработанных алгоритмов предлагается методика проектирования ИВК КЭ, позволяющая создавать оптимальные относительно выбранного критерия эффективности ИС, обеспечивающие контроль носителей энергии, анализ и учет энергопотребления, дающие возможность оптимизировать потребление всех носителей энергии
Методы исследования базируются на методах прикладной статистики, теории исследования операций, общей теории оптимизационных задач, алгоритмической теории измерений и методов расчета погрешностей, а также на накопленном і настоящему времени опыте и результатах в области проектирования измерительных систем
Новые научные результаты, полученные автором.
Разработаны алгоритмы анализа и идентификации предаварийного режима и аварийной ситуации по характеристикам изменения значений энергоносителей производства или отдельных энергоемких установок, обеспечивающие определение ситуации с заданной вероятностью
Предложен показатель эффективности организации интерфейса, позволяющий решить задачу выбора интерфейса при построении компактных и локальных ИС
Предложен показатель числа степеней свободы измеряемого сигнала, который лег в основу разработанного алгоритма составления расписания работы компактных и локальных ИС при работе в нормальном и аварийном режимах
Разработана методика проектирования ИВК КЭ, позволяющая создавать оптимальные относительно заданного критерия эффективности ИС, обеспечивающие контроль носителей энергии, анализ и учет энергопотребления
Практическая ценность работы заключается в том, что
Разработанные алгоритмы анализа и идентификации предаварийного режима и аварийной ситуации позволяют своевременно определить необходимость проведения профилактических работ, или экстренного отключения дорогостоящего оборудования, предупреждая аварии и экстремальные ситуации энергопотребления
Разработанные алгоритмы определения номенклатуры средств измерений и составления расписания работы компактных и локальных ИС дают возможность создавать ИВК КЭ, максимально учитывающие специфику производства, обеспечивающие заданную надежность при минимальных экономических затратах
Разработанная методика проектирования ИВК КЭ нашла применение при создании ИВК «Спрут», внедренного на ряде промышленных предприятий
Научные положения, выносимые на защиту:
Алгоритмы идентификации предаварийного режима и аварийной ситуации по характеристикам изменения значений энергоносителей производства или отдельных энергоемких установок, обеспечивающие определение ситуации с заданной вероятностью
Показатель эффективности организации интерфейса, как элемента системы определяющего ее архитектуру и требования к организации компактных, локальных ИС
Алгоритмы определения номенклатуры средств измерений и составления расписания работы компактных и локальных ИС, обеспечивающие требования алгоритмов идентификации, заданных критериев эффективности, при работе ИС в нормальном и аварийном режимах
Методика проектирования ИВК КЭ, позволяющая создавать оптимальные относительно выбранного критерия эффективности ИС, обеспечивающие эффективный контроль носителей энергии, анализ и учет энергопотребления
Внедрение результатов работы Диссертационная работа является обобщением результатов, полученных автором в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им В И Ульянова (Ленина), ЗАО «Орбита времени», ООО «Инженерный центр «ЭНЕРГОАУДИТКОНТРОЛЬ»
Полученные в работе результаты использовались при создании ИВК «Спрут», внедренного на ряде промышленных предприятий ОАО «Машиностроительный завод», филиал ОАО «Силовые машины» «ЛМЗ», ООО «МИГис», ЗАО «Яровит Моторс», ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика», ОАО «ЛОМО» в Санкт-Петербурге, МУП ПТП Городское Хозяйство в г Электросталь
Апробация результатов работы Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VIII Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2006 (Новосибирск, сентябрь 2006 г ), IX Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям SCM-2006 (Санкт-Петербург, июль 2006 г), Международном симпозиуме «Надежность и качество 2006» (Пенза ноябрь 2006 г) и Научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (Санкт-Петербург, 2006 г), на выставках «Энергетика и Электротехника» (Санкт-Петербург, 1998 - 2006 гг), «Электро - 2002» г (Москва)
Публикации По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них - 5 статей (одна работа - из перечня изданий рекомендованных ВАК), 2 депонированных рукописи, 6 докладов на международных научно-технических конференциях и симпозиумах, материалы научно-технического семинара, авторское свидетельство
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 101 наименование, и 3-х приложений Основная часть работы изложена на 144 страницах машинописного текста Работа содержит 28 рисунков и 8 таблиц
