Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Развитие исследований в области тепло- массопереноса в процессах сушки и применения микропроцессорных комплексов на теплоэнергетических установках 12
1.1. Математические модели теплоэнергетических процессов 13
1.2. Задачи микропроцессорных комплексов теплоэнергетических установок 30
1.3. Требования к функциональности микропроцессорных комплексов теплоэнергетических установок 35
1.4. Особенности применения микропроцессорных комплексов теплоэнергетических установок 42
Выводы 53
ГЛАВА 2. Моделирование процесса сушки биопродуктов... 54
2.1. Выбор рационального способа сушки биоактивных продуктов 54
2.2. Математическое моделирование процесса импульсной сушки 67
Выводы 78
ГЛАВА 3. Оптимизация режимов блока сушки биопродуктов 79
3.1. Постановка задачи оптимального управления процессом сушки 80
3.2. Оптимальное аппаратурное оформление блока сушки и режимы его работы 85
Выводы 90
ГЛАВА 4. Автоматизация блока сушки биопродуктов 91
4.1. Система симуляции теплоэнергетических процессов 91
4.2. Структура микропроцессорного комплекса сушильной установки 99
Выводы 108
ГЛАВА 5. Промышленная реализация энергосберегающих микропроцессорных комплексов 109
5.1. Исследование, разработка и внедрение микропроцессорных комплексовна базеАМК-1 110
5.2. Автоматизированная система коммерческого учета теплоносителей Набережночелнинской ТЭЦ 117
5.3. Распределенная система контроля технологического процесса переработки высокосернистой нефти 125
5.4. Автоматизация процесса производства технического углерода 130
5.5. Автоматизированная система управления брагоректификационной установкой 139
Выводы 146
Заключение 147
Библиография
- Задачи микропроцессорных комплексов теплоэнергетических установок
- Математическое моделирование процесса импульсной сушки
- Оптимальное аппаратурное оформление блока сушки и режимы его работы
- Автоматизированная система коммерческого учета теплоносителей Набережночелнинской ТЭЦ
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена оптимизации энергосберегающих технологий в области управления энергетическим оборудованием (в т.ч. котельные и сушильные установки).
Актуальность работы. К числу высших приоритетов государственной энергетической политики на перспективу в первую очередь относятся проблемы повышения эффективности использования топлива и энергии. Высокий потенциал энергосбережения нашей страны обусловлен как технологическим несовершенством основных производственных фондов, так и недостаточным уровнем учета и контроля над использованием энергоресурсов. Также на высокий уровень энергоемкости экономики страны оказывают влияние и объективные факторы - это большой удельный вес энергоемкой промышленности и климатические условия.
Реализация сложившегося потенциала энергосбережения, повышение эффективности использования энергоресурсов до уровня развитых стран, становление экономики России, в том числе Республики Татарстан, на энергосберегающий путь развития являются основными задачами Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2020 года. Решение этих задач должно основываться на подлинной модернизации и инновационно - технологической и научно-культурной эволюции России.
Низкая энергетическая эффективность признана одной из главных причин энергетического кризиса. В то время как нефтяной кризис 70-х г. повлек резкое снижение энергоемкости валового внутреннего продукта (ВВП) промышленно развитых стран Западной Европы, в Советском Союзе этот показатель стабилизировался или несколько возрос и был на 25% выше энергоемкости США и вдвое выше, чем в передовых странах Европы и Японии. Россия остается страной с одной из самых энергоемких экономик в мире.
Современная экономика России энергорасточительна. Энергоемкость ВВП России (при расчете его по паритету покупательной способности валют) превышает среднемировой показатель в 2,3 раза, а по странам ЕС - в 3,1 раза. Расчеты показывают, что энергоемкость ВВП должна снизиться к 2020г.по сравнению с 2000 г. примерно в 2 раза [116].
Указанные факторы были учтены при разработке энергетической стратегии России на период до 2020 г., утвержденной распоряжением Правительства РФ от 28.08.2003 г. № 1234-р. Основная цель энергетической стратегии - максимально эффективное использование ресурсного и производственного потенциала энергетического сектора для роста экономики и повышения уровня жизни населения страны.
Так, перестройка структуры экономики и технологические меры экономии энергии уменьшают энергоемкость ВВП на 26-27% к 2010 г. и от 45 до 55% к концу рассматриваемого периода. При этом до половины прогнозируемого роста экономики можно получить за счет структурной перестройки без увеличения затрат энергии. Еще 20% даст технологическое энергосбережение и около трети прироста ВВП потребует увеличения расхода энергии.
Россия обладает уникальным потенциалом энергосбережения, который оценивается в 9-47% существующего годового потребления энергии.
Стратегия предусматривает интенсивную реализацию организационных и технологических мер экономии топлива и энергии, т.е. проведение целенаправленной энергосберегающей политики. Реализация освоенных в отечественной и мировой практике организационных и технологических мер по экономии энергоресурсов способна к концу рассматриваемого периода уменьшить их в стране на 360-430 млн. т условного топлива в год. Сдерживание развития энергоемких отраслей и интенсификация технологического энергосбережения позволят при росте ВВП за 20 лет в 2,3-3,3 раза ограничиться ростом потребления энергии в 1,25-1,4 раза и электроэнергии - в 1,35-1,5 раза. Примерно 20% потенциала энергосбережения можно реализовать при затратах до 20 долл. США за 1 т у. т., т.е. уже при действующих в стране ценах на топливо. Наиболее дорогие мероприятия (стоимостью свыше 50 долл. США за 1 т у. т.) составляют около 15% потенциала энергосбережения. Реализация всего потенциала энергосбережения займет до 15 лет.
Снижение расхода энергоресурсов в народном хозяйстве только на 1% равноценно экономии около 20млн.тусловного топлива.
Важным шагом на пути регулирования отношений, возникающих в процессе деятельности в области энергосбережения, стал Закон РФ «Об энергосбережении», принятый Государственной Думой 13.03.1996 г.
В июне 2000 г. состоялось объединенное заседание НТС РАО "ЕЭС России" и Научного совета РАН, посвященное стратегии развития энергетики России до 2015 г. Далее эти вопросы многократно обсуждались на заседаниях Научного совета РАН. Среди стратегических направлений, реализацию которых необходимо провести, выделяется эффективное функционирование энергетических систем и предприятий, поставляющих потребителям электрическую и тепловую энергию, и тесно связанную с ним проблему энергосбережения. Особенно много энергии теряется из-за неэффективного управления энергетическим оборудованием [19,116].
В настоящее время в России значительная часть технологического оснащения энергетического оборудования не соответствует современному уровню научно-технического развития общества, сильно изношено и морально устарело. Это приводит к существенному увеличению затрат на его эксплуатацию, которые складываются из стоимости ресурсов (эл. энергия, газ, вода) и стоимости обслуживания (зарплата операторов и т. п.).
На фоне мощного развития средств автоматизации и информационных технологий это особенно заметно на примере средств технологического контроля и управления котлом. Большинство приборов эксплуатируются уже 15-20 лет. Исчерпан не только их физический ресурс, но и моральный.
Для отечественных котельных разработаны и начинают использоваться современные микропроцессорные комплексы (МК) на базе самых передовых управляющих средств - программируемых микроконтроллеров. Эти устройства имеют высокую надежность и могут обеспечить автоматизацию котлов и котельных в полном объеме. С применением новых отечественных разработок и уже выпускаемых серийно современных средств автоматизации возможно решение проблем теплоснабжения промышленных предприятий на высоком техническом уровне при относительно невысоких капитальных затратах, иногда даже меньших, чем на традиционных отечественных котельных [120].
Объектом исследования данной работы являются технологические процессы сушки, а также оптимизация режимов работы теплогенерирующих и теплопотребляющих - теплоэнергетических установок (ТЭУ) с применением МК.
При оптимизации режимов применение МК повышает КПД энергетического оборудования за счет более эффективного управления, обеспечивает повышенную надежность при эксплуатации, сокращает количество обслуживающего персонала.
Применяемые сегодня в энергетике МК не используют в полной мере все функциональные возможности, предоставляемые современным уровнем развития информационных технологий:
- высокоточное регулирование технологических режимов ТЭУ,
- оптимальное управление работой ТЭУ,
- оперативный контроль энергоносителей ТЭУ.
Цель диссертационной работы. Разработать и обосновать оптимальную, с точки зрения соотношения «стоимость - качество», конструкцию МК, применимую для теплогенерирующих и для теплопотребляющих установок. Обеспечить максимальную энергоэффективность работы ТЭУ.
Задачи исследований:
• Моделирование и исследование тепломассообменных процессов сушки биоактивных продуктов.
• Оптимизация алгоритмов управления сушильными и теплогенерирующими установками.
• Разработка конструкции микропроцессорного комплекса, обеспечивающего оптимальные энергосберегающие режимы работы технологического оборудования с обеспечением достаточной надежности его эксплуатации.
• Создание методики симуляции, с применением микропроцессорных комплексов, позволяющей проводить достоверное моделирование теплоэнергетических процессов и тестировать алгоритмы управления теплоэнергетических установок различных типов (сушильная, котельная, реакторная, ректификационная).
• Промышленное апробирование разработанной методики и микропроцессорных комплексов и оценка экономической эффективности в результате их внедрения.
Научная новизна:
• Разработана математическая модель и функциональная схема импульсной сушильной установки для процесса сушки комкующихся, термо- и ксеролабильных биопродуктов комбинированным сбросом давления и вакуума (КСДВ). На основе методов математического моделирования проведен анализ работы блока сушки биопродуктов, с целью его последующей оптимизации и автоматизации.
• Установлен механизм тепло- и влагопереноса в рамках внутренней, внешней и балансовой задач для импульсной сушки комбинированным сбросом давления и вакуума при удалении из дисперсных продуктов реальных бинарных жидких смесей.
• Разработан и реализован алгоритм управления импульсной сушильной установкой. Разработанный алгоритм позволяет оптимизировать процесс сушки и существенно снизить потребление энергоресурсов в процессе производства биопродуктов, обеспечивает низкую себестоимость при сохранении качественных характеристик, предъявляемых к производимой продукции.
Практическая ценность:
• Разработаны энергосберегающая технология сушки биоактивных продуктов и конструкция микропроцессорного комплекса теплоэнергетической установки, в которой реализован полный комплекс энергосберегающих функций. Конструкция отличается от существующих аналогов низкой стоимостью при обеспечении высоких эксплуатационных характеристик.
• В результате системного анализа типовых компоновок теплоэнергетических установок разработана структура технического обеспечения микропроцессорного комплекса, которая учитывает разбиение объекта на технологические потоки и обеспечивает бесперебойную работу системы в случае выхода из строя отдельных компонентов комплекса технических средств. Задача решается путем взаимного резервирования микропроцессорных комплексов параллельно работающих установок.
По разработанным моделям сконструированы микропроцессорные комплексы, которые внедрены и эффективно эксплуатируются в различных сферах производства.
Установка для симуляции теплоэнергетических процессов, протекающих в сушильных и котельных установках, внедрена в учебный процесс кафедры «Теплоэнергетика» Казанского государственного архитектурно-строительного университета (КГАСУ).
Методы исследования: В работе применены методы математического моделирования тепломассообменных процессов, классические алгоритмы оптимизации (принцип максимума Понтрягина) и перспективные современные методы, основанные на теории нейронных сетей и нечетких множеств.
На защиту выносятся:
• Математическая модель процесса сушки биопродуктов.
• Решение задачи оптимизации алгоритма управления импульсной сушильной установкой методом комплексного сброса давления и вакуума.
• Методика симуляции теплоэнергетических установок с применением микропроцессорных комплексов.
• Конструкция МК теплоэнергетических установок.
• Результаты промышленной эксплуатации внедренных энергосберегающих технологий и микропроцессорных комплексов.
Личный вклад автора в работу. Результаты работы получены автором лично под научно-методическим руководством д.т.н., профессора Садыкова Р.А.
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах и выставках:
- IV Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассобмена и гидродинамики в энергомашиностроении». Казань: 2004.
- V Международный симпозиум «Ресурсоэффективность и энергосбережение». Казань. 2004.
- Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях». Казань. 2005.
- Inter-American Drying Conference«IADC - 2005». Montreal. 2005.
- 2nd International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics. «ICINCO-2005» Barcelona. 2005.
- XI Российская конференция по теплофизическим свойствам веществ. СПб.: 2005.
- 3rd International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics. «ICINCO-2006» Setubal. Portugal. 2006.
- Национальная конференция по теплоэнергетике «НКТЭ-2006». Казань. 2006.
Практические результаты работы представлялись на:
- ежегодных выставках: «Энергетика и энергосбережение» г. Казань. 2001-2006.г.г, в 2003 г. удостоены золотой медали; «Энерго-ресурсосбережение» г.Ханты-Мансийск 2004 г; «Нефть. Газ. Химия. 2003» г. Ижевск.
- ежегодных научно-технических конференциях Казанского государственного энергетического университета, Казанского государственного технологического университета, Исследовательского центра проблем энергетики Каз. НЦ РАН и КГАСУ 2003-2007 г.г.
Работа выполнялась в рамках проекта среднесрочного плана фундаментальных исследований по Приоритетным направлениям развития науки и техники в Российской Федерации на 2007-2009 годы ( № Пр-843). Направления: 2.1.1. Тепло-массообмен, гидро-, газо- и плазмодинамика; 2.1.6 Энергосбережение и энергоэффективные технологии. Повышение эффективности комплексного использования природных топлив; 2.4.5. Сложные технические системы и информационно-управляющие комплексы; по ряду коммерческих контрактов; по гранту компании Phoenix Contact (Германия) в конкурсе «Xplore, New-Automation Award 2005»; по гранту Всемирного Банка Реконструкции и Развития в конкурсе «Инновации для устойчивого развития Республики Татарстан, 2006-2007» а также в соответствии с Республиканской Программой «Энергосбережение в Республике Татарстан на 2000-2005 г.г.» Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 1 монография.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Общий объем диссертации - 175 страниц, в том числе 56 рисунков, расположенных по тексту, а также список литературы, включающий 144 наименования.
Задачи микропроцессорных комплексов теплоэнергетических установок
Энергетическая установка характеризуется тем, что в процессе ее эксплуатации с высокой динамикой изменяются связанные между собой технологические параметры. МК позволяет оптимизировать эти параметры по экономическим, экологическим, эргономическим и прочим показателям.
Главные цели создания МК следующие: 1. Обеспечение безопасного технологического режима работы агрегатов. 2 Снижение расходов топлива и электроэнергии. 3. Увеличение срока службы технологического оборудования. 4. Снижение вредных выбросов в атмосферу. 5. Улучшение условий труда эксплуатационного персонала.
Одной из наиболее характерных особенностей развития систем управления энергоблоками является опережающий рост так называемой «информационной нагрузки» по сравнению с увеличением единичных мощностей энергоблоков на ТЭС. Так, за период 1965-98 гг. единичная мощность энергоблоков увеличилась с 100 МВт на ТЭС до 800-1000 МВт, а общие объемы принимаемой и перерабатываемой информации в их системах управления возросли соответственно в среднем с 1000-1200 до 6000-7000 единиц [35].
Задачи управления распределяются между уровнями сложной системы. При проектировании таких систем рекомендуется: 1) передавать "наверх" только те информационные сигналы, которые связаны с определением целевой функции верхнего уровня; 2) при определении состояния объекта нижнего уровня минимизировать количество сигналов прямого измерения; 3) за вышестоящим центром сохранить только функции контроля важнейших параметров, а управляющие функции по технологическому процессу передать системам нижних уровней; 4) в случае конфликта целей право принятия решения возлагается на систему, ответственную за достижение главной цели [79].
Отсутствие комплексного, системного анализа функционально-информационной структуры объекта управления (например, объекта энергоблока) может привести к принятию необоснованных (ошибочных) решений.
Решение обозначенных выше задач возможно путем реализации идеи сквозного проектирования МК. В рамках сквозной технологии проектирование осуществляется в соответствии с тремя этапами, каждый из которых поддерживается необходимыми средствами автоматизации: 1. Функциональное проектирование (алгоритмический синтез и проектирование прикладного математического обеспечения). 2. Конструкторское (рабочее, схемное) проектирование (технический синтез и создание конструкторской и рабочей документации). 3. Технологическое проектирование (наладка, ввод в действие) [НО].
К первоочередным задачам при разработке МК следует отнести: Сбор и обработку технологической информации. При этом создается общая информационная база, необходимая для решения задач технологического и хозяйственного управления. Автоматизированный контроль достоверности информации, предполагающий частичную автоматизацию проверки достоверности содержательной стороны информации и мероприятия, обеспечивающие помехоустойчивость. Составление энергетических характеристик оборудования. Фактические характеристики, получаемые при этом, отражают состояние оборудования в данный момент. Результаты этой задачи используются при определении технико-экономических показателей в задаче оперативного оптимального распределения нагрузки между ТЭУ. Распределение нагрузок между энергоблоками. Составляются эквивалентные энергетические характеристики ТЭУ для их использования на более высоких уровнях иерархии. Оперативный контроль и отображение технологической информации. Результаты данной задачи используются операторами ТЭУ. На основании автоматического контроля состояния оборудования оператор получает информацию, касающуюся надежности и экономичности эксплуатации технологического оборудования ТЭУ. Результаты составляют также информационную базу решения оптимизационных задач. Проведение испытаний технологического оборудования, составление режимных карт оборудования. Регистрацию предаварийных, аварийных и послеаварийных параметров состояния объекта, срабатывания устройств защиты и автоматики, переключений в технологических (в том числе электрических) схемах для восстановления картины протекания аварийного режима, анализа работы аппаратуры, устройств и персонала, а также для отчетности. Автоматический учет топлива, т.е. прихода, расхода и остатка для составления статистической отчетности и принятия соответствующего решения. Учет и анализ топливной составляющей себестоимости. В частности, здесь анализируется влияние на топливную составляющую различных факторов, в том числе зависящих от персонала.
Математическое моделирование процесса импульсной сушки
Блок сушки БП можно разделить на собственно сушилку и три периферийных подсистемы: систему подачи греющего агента, вакуумную систему и систему сброса давления и вакуума. Параметрами G и Г легко управлять непосредственно, а влагосодержание агента определяется состоянием атмосферы, воздействовать на которую нет возможности. Поэтому система подачи греющего агента не требует разработки математической модели. Вакуумная система может быть охарактеризована эффективной быстротой откачки Q (Р), определение которой для быстропротекающей сушки КСДВ можно провести экспериментально, без применения математических моделей. Иначе дело обстоит с системой сброса давления и вакуума, где параметры эффективности сброса тСб и Рк не могут быть заданы как внешние для сушилки, а определяются сопряженными гидродинамическими процессами в сушилке, ресивере и соединяющем их трубопроводе. Гидродинамический расчет сброса давления и вакуума и анализ аппаратурного оформления этой подсистемы исследованы в [96,103]. Наибольшие же сложности возникают при моделировании процессов в сушилке, которые отличаются нестационарностью и неизотермичностью, причем специфика сушки ряда БП требует учета в процессе сушки изменений состава удаляемой влаги.
Математическая модель сушки понижением давления. В зависимости от глубины сброса давления Рк при СПД может присутствовать или отсутствовать этап откачки воздуха [103]. При Рк Рн (хо, Г0) продолжительность этого этапа в соответствии с [141] определится формулой тов \ (V\ Pf dP \К J РМ)Рв(Р) (2.1) где: к - показатель политропы; V - свободный объем камеры сушки; Q (Р) -эффективная скорость откачки парогазовой смеси (здесь и далее жирным шрифтом обозначаются векторные величины, индекс «0» присвоен параметрам, которые для этапа вакуумирования являются начальными).
Основной этап СПД в [95] был рассмотрен в предположении, что весь материал можно охарактеризовать с помощью интегральных величин U, х и Т, т. е. без учета их распределения в продукте. Например, эксперименты в [98] проводились в условиях, когда градиенты давления в продукте отсутствовали. Для исследуемого же способа сушки возможность рассмотрения продукта на этапе вакуумирования как объекта с сосредоточенными параметрами требует дополнительного анализа. При высоте слоя Н = 0,1 м и насыпной плотности ри = 10 кг/м перепад давлений на нём не может превышать 0,1 м водяного столба или 1 кПа. Несмотря на малость этой величины, при СПД она может играть существенную роль в конце процесса, когда давление в сушилке становится с ней сравнимо. При этом может возникнуть заметная разница температур верхней и нижней частей слоя и, как следствие - перераспределение энергии между слоями путём теплопроводности, в результате которого для этих слоев не будет выполняться условие адиабатности процесса. Проведем анализ внутреннего тепломассопереноса в этом случае.
Пренебрегая изменениями содержания воздуха в подслоевом пространстве по сравнению с общим потоком паров, будем считать сетку непроницаемой.
Пренебрегая пристенными эффектами, рассмотрим одномерную задачу с осью Oz, направленной вверх от сетки (в слой). СПД можно считать разновидностью сушки «сбросом давления» с начальным давлением, равным атмосферному. Так же, как и кондуктивную сушку, сброс давления относят к интенсивным способам сушки [55,60]. Поэтому механизмы внутреннего тепломассопереноса при СПД АК аналогичны рассмотренным в [62,95] для контактного слоя при кондуктивной вакуумной сушке в случае удаления свободной влаги. Отметим, что при вакуумировании удавалось визуально наблюдать образование транспортной системы пор, проходные сечения которой росли по высоте слоя с выходом на верхнюю поверхность в виде сетки отверстий различных диаметров. При этом, естественно, проницаемость продукта быстро возрастает по высоте слоя. Оценка скорости в транспортных порах при Q (Р) = 0,006 м3/с при структуре порового пространства, рассмотренной в [95], даёт значение 13,5 м/с. Это входит в диапазон W , рассмотренный в [95], и позволяет использовать все изложенные там физические представления. Отличие состоит в значительном увеличении толщины слоя, которое приводит к ещё меньшей роли диффузионных составляющих продольного массопереноса и меньшим скоростям в тупиковой системе пор. Итак, внутренний тепломассоперенос при СПД можно описать с помощью системы уравнений [95]:
Оптимальное аппаратурное оформление блока сушки и режимы его работы
Возможности изменения режима сушки сводятся к изменению четырех параметров, образующих четырехмерный вектор управления 4/=[M, G (т), Т , (т), Z(T)], который является вектор-функцией времени. Задача оптимального управления процессом сушки продуктов сводится к отысканию оптимального управления Ч (« » - индекс оптимальности), доставляющего минимум критерию J при удовлетворении всех условий, сформулированных выше. Допустимая область изменения Ч т) при этом является декартовым произведением замкнутых множеств: max ]х{0; 1}, (3.5) границы которых определяются условиями нормального псевдоожижения слоя, отсутствием уноса продукта и исходным состоянием воздуха. Заметим, что полученные выше математические модели этапов прогрева и вакуумирования являются дифференциальными ограничениями типа равенств. По интегральному виду функционала (3.4) данную задачу можно классифицировать как задачу Лагранжа. Её фазовыми переменными являются текущие характеристики U, Т, х\, производные которых стоят в уравнениях математических моделей этапов СПД (2.20) и псевдоожижения (2.22). Имеется три начальных условия: U(0) = U0t Г(0) = 7о, х(0) = х0 (3.6) и одно конечное (см. (3.1)) U{xc) UK max, (3.7) которое, очевидно, выгоднее выполнять как равенство. Таким образом, имеем задачу с закрепленным левым и подвижным правым концами, с неизвестным моментом окончания сушки тс.
Прежде чем перейти к решению этой задачи с учётом всех условий, были установлены некоторые свойства оптимальных управлений Ч , вытекающие непосредственно из вида целевой функции J, области Q и систем ОДУ -моделей этапов. В ходе исследований было определено, что J достигает минимума при М =Мтах и (/ (т) = Gmax = const VT Є [Х І Z(T) = 1}. Это позволило значительно снизить сложность задачи отыскания ЧЧт).
После ввода вектора фазовых переменных %= [J (т), U (т), Т (т), і(т), Р (т)], тогда все дифференциальные связи задачи записываются в виде: где индексы «п» и «в» означают соответственно прогрев и вакуумирование. Для такой «уточнённой» постановки задачи применен принцип максимума в формулировке, где допускается наличие разрывов dj/dx на одной гиперповерхности Р = Ри(х, 7), если Рп(х, Т) непрерывно дифференцируема.
Краевая задача принципа максимума является системой из 10 обыкновенных дифференциальных уравнений с неизвестным моментом тс.
Имеющиеся краевые условия на фазовые (%) и сопряжённые () переменные разделились почти пополам - по 5 условий на каждом крае, плюс на правом крае условие U (тс) = UK. Эти разрывы определяются по ходу решения из условия максимизации гамильтоновой функции, которую можно представить в виде: #= A0c9zrf-B(x5)zTip+Cft5). (3.9) В каждый момент при фиксированном наборе (%, ) существует лишь одна пара (z, Т ) из допустимой области Q, доставляющая максимум К В силу аффинности (9) по Т этот максимум достигается на границе проекции Q на ось температур, то есть либо ГГр = Гфтах, либо Ггр= ат. Фактически для выбора достаточно проверить три пары (z, Гф), (0, Гат), (1, Гат), (1, 7 , ).
Проведенный анализ теоретической и практической возможности решения задачи оптимального управления с привлечением принципа максимума Понтрягина позволил выявить структуру оптимального управления в виде: (тИМтах, Gmax, Т rp тах ,Z (T)] . (3.10)
Теперь неизвестна только режимная функция Z (T), задание которой эквивалентно заданию продолжительностей этапов прогрева и вакуумирования. Это задача поиска в конечномерном пространстве, размерность которого (число этапов) уже можно реально оценить. Однако целевая функция J сложно вычисляется и обладает трудно предсказуемыми свойствами, и применение распространённых методов поиска экстремума функции многих переменных [25] здесь затруднено. Поэтому отыскание г (т) проводилось эвристически путем прямого численного эксперимента с тщательным анализом характера изменения всех фазовых переменных [103].
В соответствии с выявленной структурой оптимальных режимных параметров работу блока сушки при любом выборе" оборудования можно проиллюстрировать рис. 3.2, где приведены зависимости основных параметров процесса от времени. Функция z (т) определяет взаимодействие всех систем, (7(т) характеризует работу системы подачи греющего агента, РгСО - системы сброса давления. Система вакуумирования работает непрерывно. Собственно сушилка и состояние продукта в ней характеризуются графиками P\{x),U (i),T (т) и х (т). Весь комплекс этих характеристик определяется выбором функции Z (т), а область определения [0, тс] - условием U (тс) = UK.
При заданной производительности блока сушки величина G = Gmax определяется независимо от оборудования, а температура Ггр =Ггртах зависит только от высушиваемого продукта. Поэтому выбор аппаратурного оформления системы подачи греющего агента может осуществляться по этим параметрам вне связи с режимом. Иное дело вакуумная система, характеристика которой может варьироваться в широких пределах. Таким образом, центральную роль в анализе аппаратурного оформления блока сушки играет именно эта система. Выявление оптимального режима - Z+(T) было проведено для Q (Р) = 0,007 - 2 м /с при объёмной доле спирта Х= 0,5.
Автоматизированная система коммерческого учета теплоносителей Набережночелнинской ТЭЦ
Автономный микропроцессорный комплекс представляет собой законченное унифицированное устройство, выполненное как единый конструктив. Наличие ЖК-дисплея с клавиатурой позволяет с помощью несложного меню произвести конфигурацию и настройку комплекса для управления котлом, обеспечивает его самодостаточность.
Уровень интерфейса оператора. В качестве рабочей станции операторов использована персональная ЭВМ PC-архитектуры стандартного исполнения. В качестве SCADA-системы, реализующей интерфейс оператора (Рис.5.2) и функции информационно-справочной системы, использована система InTouch из пакета Wonderware FactorySuite 2000, которая снабжает оператора-технолога оперативной информацией о протекании технологического процесса, обеспечивает прием от оператора управляющих директив и передачу их автономным микропроцессорным комплексам. На АРМ оператора реализуются также функции накопления и отображения архивной исторической информации с заданной глубиной и частотой архивирования.
На уровне интерфейса оператора все модули управления котлами объединены в единую информационную систему, туда же интегрированы и другие информационные системы (АСКУЭ, АСУ).
Возможности автоматики котла АМК-1. Для комплектации котлов использованы автоматизированные микропроцессорные комплексы (АМК-1), выполняющие функции автоматического управления работой котлоагрегата и противоаварийных защит. В одной котельной применено несколько моделей с разными выполняемыми функциями. Модуль управления котлом АМК-1 с функциями : -Модель АМК-1 с плавным регулированием подачи топлива. Производит коррекцию соотношения газ-воздух по составу дымовых газов. Оснащен встроенной функцией учета энергоресурсов и расчета текущего КПД.
Модуль управления котлом АМК-1 обеспечивает выполнение следующих функций: - управление горелками, работающими на газообразном и на жидком топливе; - автоматический розжиг горелок (основной); - автоматическое регулирование (позиционное или плавное) мощности по отопительному графику; - стабилизацию уровня разрежения в топке или позиционное управление положением шибера дымохода; - защитное отключение топочного агрегата в случае аварийных ситуаций; - защиту котла от ошибочных действий персонала и в случае выхода из строя исполнительных устройств; сигнализацию о превышении температуры дымовых газов; - запоминание первопричины возникновения аварийной ситуации; - возможность периодического контроля датчиков без остановки котла; - вывод на встроенное табло информации о состоянии объекта; - программирование «под объект» при помощи встроенного меню; - программирование «под объект» при помощи компьютера; обновление версии программного обеспечения; вывод информации на удаленный компьютер (RS-485). На каждом котле организован поагрегатный учет энергоносителей, все данные с которого передаются в систему общекотельной автоматики.
Система общекотельной автоматики. Модуль общекотельпой автоматики АМК-1-ОК установлен для измерения общекотельных параметров и автоматического управления общекотельным технологическим оборудованием (насосы, емкости, регуляторы расхода, электрозадвижки и т.д.), а также измерения, контроля и регулирования выходных параметров котельной согласно температурному графику. При необходимости модуль регулирует производительность котлов. Кроме того АМК-1-ОК обеспечивает функции каскадного контроллера для управления режимами работы котлов в зависимости от температуры наружного воздуха посредством выдачи управляющих команд модулям управления котлами АМК-1.
При достижении общекотельных параметров предупредительных аварийных уставок или при несанкционированном проникновении в котельную модули общекотельной автоматики могут выдавать сигналы световой и звуковой сигнализации, а также отключать котельную при аварийных отклонениях параметров (загазованность СО, СН4, пожар и т.д.).
Встроенный модуль энергоучета осуществляет учет энергоресурсов по котельной - расход сырой, горячей, подпиточной воды, тепла, электроэнергии, газа. Модуль производит сбор информации со всех существующих узлов учета энергоресурсов, а также самостоятельные расчеты по показателям технического учета. Отображение информации производится на АРМ оператора. Назначение системы: учет объёмного количества газа (поагрегатный, общекотельный). - учет количества тепловой энергии, вырабатываемой котлом и котельной в целом; - учет выработанной горячей воды; - учет количества холодной и подпиточной воды потребляемой котельной; - учет электроэнергии; учет утечки сетевой воды в тепловой сети; - расчет КПД котла и себестоимости выработки тепловой энергии.
Система создает архивы всех измеренных и рассчитанных параметров. Архивы могут быть переданы на любой персональный компьютер по внешнему интерфейсу для создания базы данных (например, на ЭВМ ПТО предприятия). Всё это позволило провести организационные мероприятия по диспетчерскому управлению отопительных котельных.
