НА ГЛАВНУЮ
БИОГРАФИЯ
БИБЛИОТЕКА
ОТЧЁТ О ПОИСКЕ
ССЫЛКИ
УКРАШЕНИЕ НАШЕЙ ЖИЗНИ
|
Автореферат
Тема работы:
«Автоматизированное проектирование системы управления технологическими процессами на предприятиях электротехнической отрасли»
Научный руководитель: доцент, к.т.н. Шлепнёв С.В.
Актуальность работы
Все большее количество предприятий из разных отраслей промышленности связывает свое развитие с внедрением современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Рыночные отношения, определяющие современные тенденции экономики страны, требуют создания и развития предприятий, обеспечивающих выпуск качественного товара при достижении минимальной его стоимости. Основным условием выполнения этих требований является строгое соблюдение регламентных норм соответствующих технологических процессов, а это объективно приводит к сокращению доли ручного труда в сфере управления и регулирования.
Электротехническая отрасль промышленности относится к отраслям с объектами управления непрерывно дискретного типа, для которых характерны сложные и уникальные алгоритмы обработки информации при принятии управленческих решений и расчете регулирующих воздействий, а также более жесткие требования к выполнению задач управления.
Высокая стоимость труда человека при относительно низкой надежности управленческих решений, принимаемых им, огромные затраты на разработку, внедрение, эксплуатацию, модернизацию и совершенствование локальных систем управления (капитальные затраты на вторичные приборы, пультовое оборудование и сооружения, монтажные работы, эксплуатационные затраты и т.д.) стимулируют работы по созданию относительно недорогих, легко переналаживаемых и надежных компьютерных систем управления.
Относительно быстро и с высокой эффективностью осуществляется переход на автоматизированное управление технологическими процессами в электротехнической отрасли страны. Этому способствуют:
- широкое внедрение новых рыночных механизмов;
- повышенное внимание к показателям качества электроэнергии;
- увеличения производительности труда инженеров-проектировщиков и конструкторов: значительное повышение скорости, точности и качества трудоёмких расчётов, снижение трудозатрат;
- значительный рост применения микропроцессорной техники, использование автоматических и автоматизированных систем различных уровней.
Технология, основанная на комплексном подходе к проектированию, внедрению и эксплуатации АСУТП, ориентирована на широкий круг специалистов - непрофессионалов в области вычислительной техники и использует единые автоматизированные методы разработки, сопровождения, модернизации для различных производственных процессов.
Актуальность постановки и решения проблемы разработки и внедрения АСУТП связана с необходимостью массового изготовления систем управления с минимальной стоимостью, гарантированным качеством выполнения управляющих функций и в договорные сроки.
Обзор существующих исследований
Естественно, разработкой подобных исследований занимались многие коллективы отраслевых НИИ, проектные организации и т.д. В результате при эксплуатации отдельных задач САПР АСУТП из множества сделанных выводов было отмечено общее увеличение трудоемкости работ за счет ввода дополнительных данных, а слабая оснащенность проектных подразделений вычислительной техникой и периферией не стимулировала развитие работ в этом направлении.
Анализ результатов показывал необходимость комплексного развития технологии разработки автоматизированных систем управления с учетом взаимных интересов заказчика и разработчика минимизации затрат при гарантированном качестве потребительских и качественных функций, что достигается совершенствованием методов проектирования технической структуры, программного обеспечения и человеко-машинного интерфейса.
Существуют профессиональные приложения для проектирования САПР электроснабжения, однако, как правило, они перегружены дополнительными функциями, которые мешают оператору выполнить узконаправленный расчет. Данные программы часто выступают в качестве дополнительных модулей, устанавливаемых на более мощные системы проектирования, такие как AutoCAD, Compass и др. Но здесь встречается большой недостаток с финансовой стороны, т.к. все программные продукты, которые более или менее решают поставленные задачи, стоят порядка 2000-7000 грн. При этом надо учитывать, что если эта программа является модулем для более мощной системы, естественно необходимо покупать и основную систему проектирования, т.к. установка этих модулей на нелицензионные версии невозможна. Например, на сегодняшний день, система проектирования AutoCAD стоит порядка 25000-30000 грн. Также подобные системы требовательны к ресурсам ЭВМ, что тоже приводит к дополнительным затратам.
Цель и задачи работы
Целью работы является разработка программного обеспечения для автоматизированного проектирования системы управления технологическими процессами на предприятиях электротехнической отрасли.
В работе решаются следующие задачи:
1. Анализ способов и проектирование регулирования напряжения в электрических сетях.
1.1. Создание исходной базы данных для расчётов.
1.2. Расчёт процентов компенсации при продольной компенсации реактивной мощности (КРМ) конденсаторными батареями (КБ). Выбор количества и мощности КБ для продольной компенсации.
1.3. Расчёт необходимого повышения напряжения в сети при постоянной активной нагрузке в случае поперечной КРМ КБ. Выбор количества и мощности КБ для поперечной компенсации.
1.4. Построение суточного графика нагрузки предприятия по сезонам года.
1.5. Расчёт централизованного регулирования напряжения за счёт поддержания повышенного напряжения в часы максимума нагрузки и пониженного напряжения в часы минимума нагрузки по сезонам года.
1.6. Расчёт потерь напряжения в сети для случаев установления у потребителей синхронных компенсаторов (СК) или синхронных электродвигателей (СД) , работающих в режиме недо- и перевозбуждения. Выбор количества и мощности СК и СД для регулирования напряжения.
2. Анализ способов снижения потерь электроэнергии в энергетических установках и проектирование экономии электроэнергии в сети.
2.1. Создание исходной базы данных для расчётов.
2.2. Расчёт потерь мощности и электроэнергии в линиях и трансформаторах.
2.3. Расчёт потерь мощности и электроэнергии в шинопроводах.
2.4. Расчёт потерь мощности и электроэнергии в реакторах.
2.5. Расчёт потерь мощности и электроэнергии на электрическое освещение.
2.6. Программная оценка возможных решений, которые помогут минимизировать потерь мощности и электроэнергии в сети.
3. Построение конфигурации схемы сети.
Теоретический анализ
Задачей регулирования напряжения в электрических сетях является обеспечение нормальных технических условий и экономичности совместной работы электрических сетей, электроприёмников и связанных с ними производственных механизмов. Технические требования по отношению к качеству напряжения электрических сетей установлены ГОСТ 13109-67.
Обеспечение нормальных показателей качества напряжения в электрических сетях практически невозможно без применения устройств для регулирования напряжения. Выбор средств регулирования напряжения и их использование при эксплуатации действующих электрических сетей должны выполняться в соответствии с «Временными указаниями по регулированию напряжения в электрических сетях».
Снижение потерь активной электроэнергии, обусловленных перетоками реактивных мощностей, является реальной эксплуатационной технологией энергосбережения в Украине. Эффективное экономическое регулирование реактивных перетоков необходимо также для поддержания условий качества электроэнергии, что обеспечивается нормальным уровнем напряжения на границе балансовой принадлежности электросетей, и для снижения аварийности основного электрооборудования в энергосистеме и у потребителей электроэнергии.
Потребление реактивной мощности от энергоснабжающей организации нецелесообразно, так как приводит к увеличению мощности генераторов, трансформаторов, сечения подводящих кабелей (снижение пропускной способности), а так же повышению активных потерь и падению напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети). Поэтому реактивную мощность необходимо получать (генерировать) непосредственно у потребителя. Эту функцию выполняют установки КРМ (аналог УКМ-58, УККРМ, АКУ), основными элементами которых являются конденсаторы.
Экономический эффект КРМ заключается в снижении потерь электроэнергии в сети и уменьшении стоимости её сооружения за счёт повышения пропускной способности. Этот положительный эффект необходимо сравнить с отрицательным – величиной затрат на установку ИРМ и на оплату потерь электроэнергии в источниках [2].
Возникает задача правильно и наиболее экономично выбрать как для каждого узла сети, так и для электрической системы в целом, тип, место размещения и режим работы ИРМ. Вариант, обеспечивающий наибольший экономический эффект, называют оптимальным, а производимый для его поиска расчёт – оптимизационным [1].
Состояние вопроса
Для проектирования САПР, которая позволит решать поставленные задачи, используются программы C++ Builder фирмы Borland и приложение MS Aсcess пакета прикладных программ MS Office.
Программа MS Aсcess используется для создания необходимой базы данных и хранения информации с возможностью внесения в неё изменений. База данных описывает определённое количество реальных объектов и процессы, происходящие с ними, а именно информацию о графиках работы рассматриваемых предприятий, используемом оборудовании и учёте электроэнергии.
C++ Builder – это визуальная объектно-ориентированная программа высокого уровня, благодаря чему она является весьма удобной и простой для пользователя, так как работа приложения определяется происходящими событиями и реакцией на них. Программа поддерживает построение графических схем, работает с базами данных mdb, поддерживает язык запросов SQL. Имеется возможность создавать прикладные программы и взаимодействовать с другими приложениями. В данном случае приложение C++ Builder читает и использует информацию из базы данных, созданной в приложении MS Aсcess [4].
Алгоритм решения, написанный на языке программирования С++, служит для произведения требуемых расчётов и вынесения результатов на экран. Программа строится по модульному принципу. Все объекты компонентов размещаются в формах. Для каждой проектируемой формы создаётся отдельный модуль, в котором и осуществляется программирование задачи. В обработчиках событий объектов – формах и компонентах, помещаются алгоритмы. Программы, написанные на этом языке, могут быть скомпилированы как самостоятельные приложения, так и в виде модулей для более мощных систем проектирования [5].
Алгоритм решения
Первым этапом проектирования данной работы является составление исходной базы данных (БД). Вначале в БД вносится информации о типичных цехах для разных отраслей промышленности, где приводятся соответствующие типичные электроприёмники, их параметры и технические характеристики. Затем в БД вносятся типичные графики реактивной мощности (суточные и годовые) для разных отраслей промышленности. Эта информация используется в последующих расчётах для построения суточных графиков нагрузки предприятия по сезонам года. Пример внесённой в БД информации о параметрах трансформатора приведен на рис.1.
Рис.1 – Параметры трансформатора в базе данных
Благодаря тому, что С++ Builder поддерживает запросы к БД с фильтрацией по критериям, осуществляется обращение к базе данных посредством языка запросов SQL. В расчётах из базы данных извлекаются данные для построения графиков нагрузки, для выбора необходимого оборудования и т.д.
Имеется возможность внесения изменений данных прямо в таблице, при этом все изменения будут автоматически сохранятся в файле базы данных. Возможно и обратное, достаточно обновить базу данных – и в программе будут внесены изменения, что является большим плюсом разрабатываемого проекта, т.к. при необходимости человек, не имеющий представление о программировании, сможет иметь доступ к БД и редактировать её.
Далее составляется алгоритм решения всех поставленных задач на языке программирования С++ в программе С++ Builder.
Пользователю предлагаются варианты дальнейших действий, и, выбрав соответствующие события, производится расчёт и на экран выдаются результаты.
Например, для расчета компенсации реактивной мощности и платы за электроэнергию алгоритм происходящих событий состоит в следующем:
1. При запуске программы и выборе необходимой схемы электроснабжения для определённого предприятия на экран выводится форма с соответствующими исходными данными.
Рис.2 – Первый этап программы
2. Далее пользователю предлагается ввести число календарных и рабочих дней в данном месяце, а также показания счётчиков активной и реактивной электроэнергии, и для произведения расчётов нажать кнопку «Расчёт».
Рис.3 – Второй этап программы
3. Далее программа производит необходимые расчёты, выдаёт промежуточные, а затем окончательные результаты. Промежуточными результатами являются фактическая нагрузка на трансформаторах, коэффициент их загрузки, потери реактивной электроэнергии и потребление реактивной электроэнергии на трансформаторах. А окончательными результатами являются основная плата за потребление и генерацию реактивной электроэнергии, надбавка за недостаточное оснащение сети средствами КРМ, и, наконец, полная оплата за реактивную электроэнергию.
Анимированный рисунок – Результаты расчёта
Анимированный рисунок содержит 6 кадров
Аналогично проводятся расчёты для решения других поставленных задач.
Выводы
Разработано программное обеспечение для автоматизированного проектирования системы управления технологическими процессами. Поставленная задача всегда актуальна в энергетической отрасли, а разрабатываемый проект является эффективным способом его решения и применим в практической деятельности. Возможно использование данной САПР в рамках образовательного процесса на кафедре университета.
Большим плюсом является простота в использовании для людей, не имеющих отношение к программированию, а также наглядность и удобство при проведении расчётов.
Существенным достоинством данного программного продукта является то, что он свободно распространяемый, так как не требует установки более мощных и дорогостоящих систем проектирования и не требует дополнительных ресурсов на ЭВМ, что также влечёт за собой дополнительные затраты.
В дальнейшем имеется возможность делать продукт боле универсальным и совершенным в соответствии с новыми стандартами и требованиями.
Список литературы
1. Ильяшов В.П. Конденсаторные установки промышленных предприятий. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергатомиздат, 1983, - 152 с.
2. Карпов Ф.Ф. Компенсация реактивной мощности в распределительных сетях. М., «Энергия», 1975, - 182 с.
3. Методика розрахунків плати за перетоки реактивної електроенергії між енергопостачальною організацією та її споживачами, утверждено приказом Министерства топлива и енергетики Украины 17.01.2002 №19, - 36 с.
4. Послед Б.С. Borland C++ Builder. Разработка приложений баз данных – СПб.: ООО «ДиаСофтЮП», 2003 – 320 с.
5. Архангельский А.Я. Программирование в С++ Builder.6 – М.: «Издательство БИНОМ», 2003 г. – 1152 с.
6. Автореферат магистранта 2005г. ЭТФ ДонНТУ Ажели Сабера «САПР электроснабжения на 0,4 кВ»:
http://www.masters.donntu.ru/2005/eltf/ajili/diss/index.htm
|
|
|