Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Принципы эффективного управления в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии. Учебное пособие
.pdf
К динамической оптимизации относят задачи определения значений
управляющих и выходных воздействий в функции времени, обеспечивающих
достижение заданных критериев управления для технологических процессов в
переходных режимах. Особенностью задач динамической оптимизации
является исследование динамики объектов и систем управления в линейном
приближении, а также использование математических методов линеаризации
исходных уравнений и характеристик.
Алгоритм оптимизации осуществляет следующие процедуры:
анализ введённых данных на соответствие существующих ограничений;
выбор из базы данных режимов мощностей, которые удовлетворяют
заданным нагрузкам и учитывают налагаемые внешние ограничения;
оптимизация распределения тепловых и электрических нагрузок каждого
режима как функции переменных при наличии линейных ограничений
типа неравенств и балансовых уравнений по электрическим и тепловым
нагрузкам электростанции.
Решение оптимизационных задач с помощью ЭВМ производится двумя
способами. Первый из них — использование алгебраических значений,
полученных вариационными методами. При необходимости учёта
динамических характеристик агрегатов должны решаться системы
дифференциальных уравнений.
Методы оптимизации режима, в которых используются аналитические
зависимости между переменными, основаны на принципах вариационного
исчисления. Применение вариационных методов дает возможность определить
уравнения, описывающие всю траекторию процесса. Недостатками
вариационных методов являются: условие непрерывности и
дифференцируемости целевой функции как результат, нахождение лишь
локального экстремума.
Второй способ - рассмотрение различных режимов работы установки и
определение оптимального режима непосредственным сравнением значении
целевой функции при различных сочетаниях значении зависимых переменных.
Такой подход соответствует последовательному перебору возможных
сочетаний нагрузок параллельно работающих агрегатов и выбору варианта, при
котором суммарный расход топлива минимален.
Целью решения оптимизационных задач является нахождение
наибольшего или наименьшего значения целевой функции. Глобальный
экстремум может и не быть наибольшим или наименьшим значением целевой
функции. Поэтому необходимо найти значения целевой функции во всех точках
экстремумов и граничных точках области допустимых значений переменных и
найти наибольшее или наименьшее значение функции.
Некоторые невариационные методы (динамическое программирование,
метод ветвей и границ и др.) могут дать глобальный оптимум. Но точное
нахождение оптимума достигается путём значительного увеличения объёма
вычислений. Целевые функции многих оптимизационных задач энергетики в
области экстремума изменяются незначительно. В этих случаях, достаточно
найти близкую к экстремуму точку.
31
2
М
е
с
у
е
Ф
л
с
о
ч
R
я
т
Рис
.
к
о
м
ф
а
й
н
к
и
а
л
л
о
е
с
н
н
и
у
о
в
а
е
и
о
л
е
л
а
а
с
в
р
п
о
н
о
С
а
е
ы
у
ж
м
г
ч
о
ы
е
т
и
н
м
у
н
м
и
т
л
а
е
д
л
е
с
н
л
р
и
с
С
е
о
и
н
у
в
я
с
с
ч
к
и
а
о
Ц
м
)
л
т
н
т
й
е
я
у
а
2.5 – Ана
из оптим
льного ре
има рабо
ы оборуд
вания ТЭ
получ
и каче
цели.
работ
измен
преде
осуще
настр
устой
SIAN
регул
объек
.4 Пра
оделир
ние опти
тва САР
Целью
САР, я
нию пар
ункцие
ах зада
твляется
йки бло
ивость
G разр
торами.
ов управ
тикум п
авт
вани
си
альных
при изме
ункцион
вляется
метров,
САР я
ного зн
на баз
а регул
качеств
ботан д
Здесь р
ения и б
матем
оматиче
темы а
астроек
ении её
рования
стойчив
птималь
ляется п
чения.
выбор
рования.
по пер
я синт
ализован
оков рег
тическо
кого ре
томати
егулятор
араметр
систем
сть сист
ые харак
ддержан
оставле
закона
Во вре
еходном
за и а
ы мате
лирован
моде
лиров
еского р
ов и опре
в. Моде
, обесп
мы, вы
еристики
е выход
ие моде
регули
я анал
процес
ализа
атически
[5].
ирован
ния
гулирова
еление ч
ь строят
чивающа
окая чув
качества
ой вели
и одно
ования
за САР
. Прогр
АР с
формы
ю систе
ия (САР
увствите
зависим
я эффек
ствитель
системы.
ины сис
онтурно
опред
определ
аммный
дноконт
предст
– это
ьности
сти от
ивную
ость к
емы в
САР
ляются
ют её
модуль
рными
вления
32
аε –
х
О
о
е
ч
н
О
и
О
и
С
и
К
К
Ч
К
Н
К
и
Ч
Ч
К
К
э
о
ш
н
–
м
я
р
о
м
о
т
о
т
ц
е
е
в
щ
с
э
п
щ
у
е
–
;
а
ч
л
ы
н
о
о
а
и
о
м
д
В
я
в
п
п
н
в
и
ф
е
о
н
у
щ
ц
п
с
у
р
с
д
т
н
т
н
ы
о
и
н
в
ы
м
н
о
р
и
о
в
й
R
о
у
р
о
е
е
е
т
л
м
о
к
й
о
о
л
а
и
о
р
и
о
а
щ
и
р
т
ц
в
а
а
я
и
к
т
с
о
ц
у
а
у
е
о
в
о
я
о
о
а
а
о
е
Э
ж
о
У
у
о
л
т
я
р
р
р
ч
а
о
и
ы
g – з
y – вы
устан
обесп
разли
схеме
основ
1.
рабоч
2.
рабоч
3.
регул
4.
дающее в
сигнал о
одной сиг
Wоб(s)
сновны
вок явл
чивают
ных наг
произв
ых пара
собенн
х параме
собенн
х параме
уть и
рования.
омпьют
Рис. 2.6
здействие
ибки; U –
ал объект
передато
и проб
ются в
качестве
узок. П
дится с
етров н
сти в мо
ров турб
сти в мо
ров тепл
ели мате
рное мо
Структур
fвн – возм
управляю
управлен
ная функ
емами
бор и
ную и
вышеп
здание
необхо
Тема
елирова
нных ус
елирова
обменн
атическ
елирован
ая схема
щающее
ее возде
ия (ОУ);
ия ОУ по
при авт
оздание
стойчив
иведённ
истем
имом ур
ика реф
и сист
ановок.
ии сист
х аппара
го моде
е систе
дноконту
оздейств
ствие на
(s) – перед
управляю
матизац
систем
ю рабо
ой прин
егулиро
вне.
ратов
м автом
м автом
ов.
ировани
автомат
ной САР:
е по канал
бъект упр
точная ф
ему возд
и тепл
егулиро
у устано
ипиальн
ания дл
тическог
тическог
систем
ческого р
у регулир
вления (О
нкция рег
йствию
энергети
ания, к
вок в ус
й струк
подде
регули
регули
автомати
егулиров
вания
);
лятора;
ческих
торые
овиях
урной
жания
ования
ования
еского
ния.
1.
2.
3.
виде?
4.
5.
модел
6.
7.
8.
9.
тепло
ак осущ
то назы
акая су
азвать о
акие
рования
то такое
то такое
акие су
ак ос
нергетич
ствляетс
ают упра
ествует
новные
тапы
роцессо
математ
целевая
ествуют
ществля
ского об
опросы
управле
ляемой
ринципи
ринцип
еобходи
управле
ческая м
ункция?
варианты
тся п
рудован
для сам
ие объе
еличино
альная м
моделир
о реа
ия?
дель и м
математ
оцесс
я?
33
провер
том?
?
дель сис
вания
изовать
тематиче
ческих м
птимиза
и
емы упр
послед
кое мод
делей Т
ии ре
вления в
вательн
лирован
Ц?
имов
общем
для
е?
работ
10.
Н
д
Ч
и
О
и
П
а
О
е
т к
ВВивппэ
т
а
Э
а
с
т
и
ю
и
ь
е
у
г
е
о
е
и
р
н
д
и
п
л
.
о
м
ч
д
н
й
р
у
о
о
и
г
П
р
о
р
р
в
е
р
и
н
о
а
н
е
о
з
в
т
т
е
о
м
с
с
р
с
т
т
ж
е
н
н
ы
а
а
т
н
у
и
и
к
е
а
с
ч
ч
м
у
г
р
п
о
т
обору
11.
регул
12.
регул
азвать
ования Т
то озн
рования»
писать
рования.
лгоритм
Ц.
чает вы
?
труктур
расчёта
ажение
ую схем
и выбо
«смодел
одноко
а опти
ровать
турной
ального
истему
истемы
режима
автомати
автомати
работы
еского
еского
аппар
парам
Прак
рактич
тов при
предел
тры:
еплову
оэффиц
ические
еское за
имитац
ть с
мощнос
ент теп
задания
ание №
онном м
омощью
ть тепло
оотдачи
для сам
2. Иссле
делиров
числен
бменног
и теплоп
стоятел
дование
нии.
ого эк
о аппара
редачи.
ьного ре
аботы
периме
а;
шения
еплооб
та след
енных
ющие
Рис
1.
ключит
реком
ндивид
водятся
о горяч
араметр
ксперим
еплонос
устан
ндуемо
альному
еометри
й и холо
в и ко
нтально
телей и
2.7 – Про
вку в
диапаз
заданию
еские па
ной сто
троля и
устано
асполож
лан
раммное
ешения
сеть и
не осно
выбирае
аметры
онах; сх
х ввода
ки с от
нием изм
кно измер
адачи:
запусти
ных ре
ся один
еплообм
ма тече
на экра
бражени
ерительн
ний
рабоч
имных
из вар
нника; в
ия. По о
е высв
м напр
х устрой
ю про
парамет
антов о
д теплон
ончании
чивается
вления
ств.
рамму.
ов, по
ыта, и
сителя
набора
схема
ечения
34
2. Исследовать рабочий процесс. С помощью регулятора расхода
установить расход горячего и холодного теплоносителя путём изменения
давления перед диафрагмой. Регистрация измеренных величин
производится по индикаторному прибору и дублируются на мониторе.
3. С помощью регуляторов расхода и нагрева теплообменник меняется
тепловой режим и снимаются необходимые показания.
4. По окончании эксперимента регуляторы устанавливаются в исходное
жение. Результаты экспериментов представить в табличной форме.
поло
5. Определить расходы горячего и холодного теплоносителей и
среднелогарифмический температурный напор.
6. Вычислить тепловой поток, передаваемый в аппарате.
7. Определить значение коэффициента теплопередачи и полные
теплоёмкости массовых расходов теплоносителей.
8. Рассчитать коэффициент тепловой эффективности теплообменного
аппарата в каждом из режимов.
9. Опр
10. Произвести анализ исследования работы теплообменного аппарата при
11. Выбрать наиболее оптимальный режим работы теплообменного аппарата
еделить безразмерный коэффициент теплопередачи.
имитационном моделировании по полученным экспериментальным
данным.
при заданных условиях.
35
РАЗДЕЛ 3. ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
3.1 Организация автоматизированной системы управления
Грамотная организация труда и эффективное управление ресурсами
должны обеспечить надёжную, безопасную и экономичную работу
оборудования теплоэнергетических предприятий. Эффективность в управлении
предприятием зависит от деятельности работников управления, подразделений
управления и системы управления в целом. И оценивается не только конечным
результатом (электроэнергия и генерируемая мо
деятельности, но и качеством планирования, результатом которого является
своевременная подача отчётов и ценовых заявок участия тепловых
электростанций на оптовом рынке электроэнергии.
Оптимизация режимов работы оборудования тепловых электростанций
проводится по техническим и финансово-экономическим критериям. Для этого
требуется повышенная гибкость теплоэнергетических объектов и
своевременная адаптация к меняющимся условиям. Введение структуры
оптимизации энергопроизводства на ст
правильное принятие персоналом технических, экономических и
организационных решений. Всё это возможно путём широкого применения
современных средств автоматизации и вычислительной техники.
Объектом управления является совокупность технических средств.
Совокупность устройств управления и объекта управления образует систему
управления. Система, в которой все рабочие и управленческие о
выполняются техническими устройствами, называется системой
автоматического управления (САУ). Системы автоматического управления
(САУ) предназначены для работы без какого-либо контроля со стороны
человека и полностью автономны. Система, в которой автоматизирована только
часть управленческих операций, а другая их часть, наиболее ответственная,
выполняется людьми, называется автоматизированной системой управления
(АСУ). Отличием этой си
вовлечение персонала (оператора) в процесс управления технологическим
объектом.
К теплотехническим объектам управления относятся:
основное и вспомогательное оборудование тепловой части электрических
станций;
оборудование промышленных и отопительных котельных;
тепловые пункты и тепловые сети систем централизованного
теплоснабжения.
Процессы управления независимо от природы объектов состоят из
взаимо
связанных этапов, представленных на рисунке 3.1.
стемы от автоматической является обязательное
анциях обеспечит грамотное и
щность) производственной
перации
36
В
л
в
П
Т
с
о
а
и
м
А
л
и
л
т
с
г
е
а
а
е
т
в
х
(
о
о
е
о
х
у
с
е
р
к
н
3
С
р
о
н
т
е
в
и
щ
–
е
п
а
а
у
а
п
е
о
р
р
щ
ч
с
р
р
п
а
с
о
о
в
т
т
с
и
ю
с
а
и
щ
м
р
н
д
в
н
в
у
с
т
о
н
о
п
д
г
м
У
э
м
о
л
т
в
п
е
и
о
г
ы
щ
и
е
о
т
м
и
р
е
о
р
е
я
и
а
Ри
.3.1 – Эта
ы процес
а управле
ия
от це
тепло
видов
точек,
АСУ
проце
обраб
автом
Регул
инфор
управ
Незав
целом
управ
диспе
теплоэ
ей и спо
ой энер
АСУ пр
ри разр
куда под
П име
сом в
тки и ар
тики
рующие
ации, п
СУ пр
ения н
симой с
является
ения те
черское
нергетик
обов уп
ии, а та
дставле
Рис.
ботке А
ются уп
единую
иде одн
ивирова
датчики,
воздейс
ступающ
изводст
скольким
ставляю
человек
нологич
правлени
различ
авления
же от м
а на рис
.2 – Схем
У ТП о
авляющи
систему
го или
ия инфо
конт
вия осу
й от дат
ом пред
проце
ей в уп
лицо, п
скими
е агрегат
ют неск
процесс
асштаба
нке 3.2.
взаимос
ределяе
е воздейс
оператор
нескольк
мации о
оллеры,
ествля
иков о со
назначен
сами,
авлении
инимаю
роцесса
ми и эне
лько ви
м произ
управле
язей видо
ся совок
вия от и
кого упр
х пуль
ходе пр
испол
тся на
тоянии
для о
меющие
произво
ее реше
и и, ор
гоблока
ов АС
одства
ия. Схе
АСУ
пность т
полните
вления
в упра
цесса, ти
ительны
основан
бъекта.
еративн
техноло
ством и
ие по в
анизую
и.
в завис
лектрич
а взаим
чек кон
ьных эле
ехнолог
ления, с
повые эл
устр
и непре
-диспетч
ические
предпри
бору кр
ее опер
мости
ской и
связей
роля и
ентов.
ческим
едства
менты
йства).
ывной
рского
связи.
тием в
териев
тивно-
37
А о
р о
ч
п
д о
п
А о э
о с
п п с
р с п
д
н
ц
щ
и
о
н
т
ж
а
е
о
ж
е
н
и
м
е
о
д
э
п
и
п
а
в
м
у
и
т
я
н
а
к
ю
у
ь
ы
е
и
щ
б
е
ф
ш
о
у
д
;
ч
д
с
ч
о
а
и
в
и
п
р
о
к
в
и
м
н
д
э
с
т
о
а
т
т
а
е
и
и
Рис. 3.3 –
Реализац
я АСУ ТП
СУ пре
беспече
еальном
рганиза
ерез об
овышен
еятельн
беспече
редприя
СУ дол
бъёмы и
ффектив
борудов
воеврем
араметр
приятие
ие авто
масштаб
ия взаим
ую базу
е
сти пред
ие разв
ием.
но обес
качество
ную и
ния;
нную ди
в;
м решае
атизиров
времени
действи
анных;
ффектив
риятия;
тия и
ечить н
выработ
надёжну
гностик
следую
анного с
в режим
между
ости
соверше
промы
и теплов
работ
и ликви
ие зада
ора и
телеобр
ункцион
произ
нствован
ленном
й и элект
основн
ацию от
и управл
бработки
отки и д
рующи
одствен
я мето
редприя
ической
го и в
лонений
ения:
информ
алога;
и подсис
о-хозяйс
ов упр
тии:
нергии;
помогат
ехнолог
ции в
емами
венной
вления
льного
ческих
редупре
нижени
есурсов;
окраще
овышен
дение а
потерь
ие экспл
е эколог
арийных
атериал
атационн
ческой б
ситуаций
но-техни
х расхо
зопасно
еских и
ов;
ти произ
топливн
одства.
-энергет
ческих
38
Интегрированная система управления производственными процессами
представляет собой совокупность двух или более взаимоувязанных АСУ, при
этом функционирование одной из АСУ зависит от результатов
функционирования другой АСУ. Тепловая электростанция является сложным и
многофункциональным объектом управления, поэтому возникает
необходимость в подразделении на некоторое число относительно автономных
объектов, входящих в цепочку единого производственно-технологического
комплекса. В эт
эффективного (оптимального) управления объектом. Целью создания такой
системы является обеспечение эффективного, согласованного и оперативного
управления всем производственно-техническим комплексом в целом. Но для
этого необходимо наличие координирующей системной надстройки и создание
единого информационного пространства [6].
3.2 Общие сведения об управлении технологическими процессами
их условиях создаются отдельные (локальные) АСУ для
на промышленных предприятиях
Под орг
структуру связей между объектом и оперативным персоналом, реализуемую с
помощью технических средств автоматизации, которая позволяет вести
технологический процесс на промышленном предприятии в любом режиме.
В общей схеме организации управления технологическим процессом
решающим значением имеют следующие факторы:
организационная структура оперативно-диспетчерского управления;
ко
эргономика рабочего места оператора;
композиционное решение оперативно-диспетчерских постов управления;
существующий уровень автоматизации.
числе компоновка основного оборудования (блочная или с общим
паропроводом), территориальное размещение основного оборудования и постов
оперативно-диспетчерского управления в главном корпусе электростанции,
условия сн
процессами на тепловой электростанции. На данном щите управления
находится главный оператор - дежурный инженер станции. Он отвечает за
соблюдением установленного графика электрической нагрузки и выполнение
плановых или нормативных значений технико-экономических показателей
станции. Дежурному инженеру непосредственно подчинены старший персонал
энергоблоков ил
(БЩУ) или групповых щитах управления (ГрЩУ). Старшие операторы
обеспечивают поддержание фактических технико-экономических показателей
энергоблоков или отдельных агрегатов в соответствии с их плановыми или
нормативными значениями.
мплекс технических средств автоматизации;
Некоторые факторы косвенно влияют на организацию управления, в их
Главный щит является центром управления технологическими
анизацией управления технологическими процессами понимают
абжения энергоресурсами и др.
и групп агрегатов (начальники смен), находящиеся на блочных
39
Персонал нижнего уровня, операторы отдельных энергоблоков или групп
агрегатов, непосредственно воздействует на технологический процесс по
показаниям приборов и осуществляет контроль за работой автоматических
систем регулирования. Взаимодействие и связь между всеми операторами
регламентируют служебные инструкции. Персонал местных щитов управления
осуществляет визуальное наблюдение за работой оборудования и выполняет
распоряжение дежурного инженера или начальника смены (старшего оператора
ергоблока) по воздействию на технологический процесс по месту назначения.
эн
Управление процессом производится локальными системами автоматического
контроля и управления, управляющими вычислительными комплексами, а
также математическим и программным обеспечениями. На современном этапе
развития АСУ ТП используются индустриальные технологии на базе серийно
выпускаемых промышленных контроллеров с персональными компьютерами и
мощными программно-тех
типа SCADA и сетевые технологии.
Автоматические системы регулирования действуют по цепочке:
первичный преобразователь сигнала;
регулирующий прибор;
пусковое устройство;
исполнительный механизм регулирующего органа.
Вмешательство оператора в работу систем регулирования осуществляют
посредством задаточного ручного управления, установленного на пульте или
щите оператора. Вся информация поступает от объекта (пер
измерительных преобразователей) в систему управления. Дальнейшее
преобразование сигналов, удобную для восприятия оператором, выполняют с
помощью средств отображения информации одноканальных, многоканальных
и множественных измерений. При этом средства автоматического
непрерывного регулирования должны:
поддерживать заданную производительность теплоэнергетических
установок;
удерживать технологические параметры вблизи заданных значений;
изменять технологические параметры по определённому закону
(программное регулирование);
выполнять динамическую оп
Системы управления технологическими процессами должны
обеспечивать:
контроль состояния энергетического оборудования;
автоматическое регулирование технологических параметров;
автоматическую защиту тепломеханического и электротехнического
оборудования;
автоматическое управление оборудованием по заданным алгоритмам;
технологическую и аварийную сигнализацию;
дистанционное управление регулирующей, запорной арматурой,
ммутационной аппаратурой.
ко
ническими комплексами при поддержки системой
вичных
тимизацию отдельных процессов.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]