Введение к работе
Актуальность темы связана с быстрым развитием программно-аппаратных комплексов применяемых в системах управления турбогенераторных установок, вызванной сменой элементной базы. С целью сохранения конкурентных преимуществ турбогенераторных установок (ТГУ) с соблюдением требований к расширению состава измерительного, исполнительного и иного комплектного оборудования при неизменном назначении и функциональности систем управления возникает потребность в анализе и оптимизации информационно-измерительной части систем управления.
Проведён анализ зарубежных и отечественных публикаций по проблемам организации автоматизированных систем управления схожего назначения, где рассматриваются тенденции их развития, включая анализ методов проектирования информационно-измерительной части автоматизированных систем управления турбогенераторными установками (Шифрин М.Ш., Соболев Л.Г., Веллер В.Н., Северин В.П., Николаев В.И., Костюк А.Г, Некрасов А.Л., Кузьмин И.В., Куменко А.И., Dombrosky J., Johnson D., Miller R.W., Raven W.I., Kure-Jensen J., Barker W. и др.). В качестве тенденций их развития и совершенствования отмечено широкое применение цифровых систем сбора и первичной обработки данных, цифровых датчиков и т.п. При этом в силу специфики оборудования, применяемого в данной отрасли, растёт актуальность применения аналого-цифрового преобразования в контурах управления турбогенераторов. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) широко используются в агрегатных автоматизированных системах управления турбогенераторными установками. В условиях отсутствия сертифицированных измерительных устройств необходимого быстродействия, а также низкой надёжности и отлаженности доступных цифровых подсистем от АЦП невозможно полностью отказаться, перейти на цифровые каналы связи, что особенно актуально в работах по модернизации существующих тепло-электростанций. Вместе с этим, обеспечение передачи информации на уровень SCADA-систем (операторский станционный контроль) требует повышения качества применяемого аналого-цифрового преобразования. Для оптимизации систем производственной автоматизации, к которым относится предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК), включая промышленные приложения в реальном времени используются интегративные модели виртуального прототипирования на основе объектно-ориентированного подхода. Возможности широко распространённых гидравлических систем регулирования, управления и контроля уступают рассмотренным в работе системам автоматизированного управления, а также схожих с ними, которые предлагают фирмы TOSHIBA, ABB. Предложенные в работе методики обеспечивают решение задач, возникающих при создании систем управления турбогенераторными установками малой мощности, до 6 МВт включительно, а также при создании систем управления схожего по назначению оборудования.
Целью диссертационной работы является структурная и параметрическая оптимизация информационно-измерительной части системы управления турбогенераторной установкой для повышения эффективности её функциони-
рования и сокращение времени проектирования системы управления за счёт разработки методик выбора измерительной части.
Задачи исследований. В работе ставились следующие задачи:
1. проведение анализа влияния информационно-измерительных каналов авто-
матизированных систем управления на качество работы турбогенераторных установок; выбор наиболее подходящих способов повышения эффективности разработки систем управления турбогенераторными установками с использованием методов современных информационных технологий; выделение потоков обрабатываемой информации, их группировка по времени исполнения в задачах управления и выстраивания иерархии по целям управления;
-
выделение информационно-измерительной части в автоматизированной системе управления турбогенераторной установки по структурно-функциональным признакам;
-
разработка математических моделей применяемых в данной части аналого-цифровых преобразователей, получение их сравнительных характеристик;
-
разработка и опробирование методики оценивания информационных показателей применяемых аналого-цифровых преобразователей различного типа в лабораторных условиях;
-
разработки методики практической оценки качества работы информационно-измерительной части систем управления в ходе пусконаладочных работ и в условиях эксплуатации;
-
разработка методики проектирования информационно-измерительной системы управления турбогенераторными установками с использованием технологий быстрого прототипирования и полунатурного моделирования.
Методы исследований. Задачи диссертационной работы решены на основе методов информационной теории, математической статистики, системного анализа и инженерной практики. Оптимизация информационно-измерительных устройств, как элементов системы управления, на которые приходится основой объём разработки и от качества работы которых зависит качество работы системы управления и установки в целом, производится методом моделирования элементов турбогенераторной установки для прогнозирования результатов их проектирования с использованием метода быстрого прототипирования (rapid prototyping). Теоретические положения подтверждены экспериментальными исследованиями и тестированием систем управления турбогенераторными установками в условиях опытной и промышленной эксплуатации (Беларусь, Ивановская и Камчатская области).
На защиту выносятся:
-
Математические модели аналого-цифровых преобразователей основных типов.
-
Методика информационной оценки сигналов аналого-цифровых преобразователей основных типов в автоматизированных системах управления турбогенераторными установками.
-
Методика оценки качества работы и настройки информационно-измерительных каналов автоматизированных систем управления турбогенераторными установками.
-
Результаты обработки измерений, основанные на использовании современных информационных технологий.
Научной новизной работы является применение системного и информационного подходов совместно с классическими методами теории автоматического управления для анализа влияния информационно-измерительных каналов автоматизированных систем управления на качество работы турбогенераторных установок; выбор наиболее подходящих способов повышения эффективности разработки систем управления турбогенераторными установками. Предложенные в работе методики, такие как внедрение оценки измерительных сигналов в реальном времени при помощи показателей среднеквадратического отклонения и эффективной разрешающей способности (ЭРС), позволяют повысить эффективность процесса разработки, отладки и функционирования агрегатных систем автоматизированного управления турбогенераторными установками.
Практическая ценность. В современных средствах автоматизации АЦП является одним из ключевых электронных компонентов. Применение АЦП ограничено влиянием шумовых свойств измеряемого входного напряжения и опорного напряжения. Снижение влияния сопутствующих аналогово-цифровому преобразованию помех в широко используемых в измерительных цепях типах АЦП является важной практической задачей в существующих и перспективных системах управления, в частности, системах регулирования управления и защиты (РУЗ) турбогенераторных установок (ТГУ) и главных турбозубчатых агрегатов (ГТЗА) кораблей.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XXXV, XXXVII, XXXVIII-й научных и учебно-методических конференциях СПб НИУ ИТМО 2006 - 2010 годов соответственно; IV, V, VII, Всероссийских межвузовских конференциях молодых ученых 2007-го, 2008-го, 2010-го годов соответственно; политехническом симпозиуме Молодые учёные - промышленности Северо-Западного региона, Санкт-Петербург, 2011-го года. Приведенные в работе методы и подходы к проектированию информационно-измерительной части автоматизированных систем управления ТГУ использовались в ходе проектирования, моделирования, стендовых испытаний, пуско-наладочных работ, опытной и промышленной эксплуатации ТГУ производства ЗАО «Киров-Энергомаш» на Паужетской ГеоЭС ОАО «Русгидро», ТЭЦ РУ-4 РУП ПО «Беларуськалий» и ПГ ТЭЦ 17 МВт Индустриального парка «Родники» ЗАО «Родтекст», совокупной установочной мощностью свыше 14 МВт в 2006-2012 гг.
Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 4 статьях в журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Все публикации подготовлены при непосредственном участии автора.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения, без приложений, списка литературы, со-
держащего 105 наименований. Основная часть работы изложена на 132 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок и 16 таблиц.
Похожие диссертации на Анализ и оптимизация информационно-измерительной части систем управления турбогенераторными установками
