Алгоритм ресурсосберегающего управления динамическими режимами многосекционных сушильных установок

составит не более одного отопительного периода (для рассматриваемой станции этот период составит 4 мес.). Срок окупаемости существенно зависит: от вида сжигаемого топлива (уголь, газ, мазут); стоимости сжигаемого топлива; удельных расходов топлива на выработку и отпуск продукции (электроэнергии); себестоимости продукции (электроэнергии).

Как видно на рис. 7, значения удельных расходов топлива на выработку электроэнергии при использовании разработанной схемы с отводом тепла от обратной сетевой воды во всем диапазоне температур наружного воздуха значительно ниже, чем при схеме без отвода тепла. Разработанная схема на теплофикационном турбоагрегате типа Т-115-8,8 ЛМЗ позволяет снизить удельные расходы топлива

на 3,5...13,85 % в зависимости от /„.„.. Данное обстоятельство позволяет существенно экономить топливо на выработку и отпуск электроэнергии.

Выводы

Разработана схема подогрева воздуха котлов обратной сетевой водой, позволяющая существенно улучшить показатели работы ТЭС. На исследуемой станции с теплофикационным турбоагрегатом типа Т-115-8,8 ЛМЗ внедрение предложенной схемы позволит снизить удельные расходы топлива на 3,5...13,85 % в зависимости от температуры наружного воздуха. Низкий срок окупаемости (около 4 мес.) подчеркивает эффективность и рациональность внедрения предлагаемых схемных решений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гиршфельд В.Я. Режимы работы и эксплуатации ТЭС. - М.: Энергия, 1980. - 288 с.: ил.

2. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. - М.: Энергоа-томиздат, 1990. - 352 с.: ил.

3. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). - СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. - 256 с.: ил.

4. Антонова А.М., Вагнер М.А., Калугин Б.Ф. Общая энергетика. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - 387 с.

Поступила 01.09.2008 г.

УДК 681.5.013

АЛГОРИТМ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИМИ РЕЖИМАМИ МНОГОСЕКЦИОННЫХ СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

А.Н. Грибков, С.В. Артемова

ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

E-mail: crems@crems.jesby.tstu.ru

Рассмотрен алгоритм ресурсосберегающего управления динамическими режимами в многосекционных сушильных установках, который возможно использовать в информационно-управляющей системе для синтеза оптимальных управляющих воздействий в реальном времени. Приведены постановка задачи ресурсосберегающего управления и пример ее решения для пятисекционной сушильной установки.

Ключевые слова:

Ресурсосберегающее управление, сушильная установка, метод синтезирующих переменных.

Введение

Сушка широко распространенный энергоемкий процесс в химической, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности. Во многих случаях сушка является одним из важнейших этапов производства, определяющих не только качество готовой продукции, но и технико-экономические показатели производства в целом. Затраты на электроэнергию и различные виды топлива (теплоносителей) для большинства предприятий этих отраслей относятся к числу основных и становятся сопоставимыми с затратами на сырье. Одним из методов снижения энерго-ресурсопотребления и повышения качества выпускаемой продукции является создание и внедре-

ние информационно-управляющих систем (ИУС) сушильными установками. Проблеме создания систем энергосберегающего управления посвящено множество работ Л.С. Понтрягина, Р Беллмана, А.Д. Александрова, И.П. Баумштейна, В.П. Мешалкина и др.

Важным этапом создания ИУС является разработка ее алгоритмического обеспечения, позволяющего решать задачи ресурсосберегающего управления динамическими режимами многосекционных сушильных установок. Как объекты управления такие установки имеют ряд особенностей: большие затраты энергоресурсов, высокие требования к точности поддержания требуемых температурных режимов, необходимость учета взаимного

влияния секции друг на друга, наличие случайных возмущений в каналах управления и измерения и т. д., которые должны быть учтены на этапе проектирования алгоритмического обеспечения ИУС.

1. Постановка задачи оптимального

ресурсосберегающего управления

Для решения задач оптимального ресурсосберегающего управления, сушильную установку можно рассматривать как многомерный объект, имеющий несколько входов и выходов. Основной его особенностью является необходимость учета взаимного влияния соседних секций (зон) друг на друга.

Рассмотрим постановку задачи оптимального управления на примере и-зонной конвективной вальце-ленточной сушильной установки СВЛ 0,6-1,2 НК-30 [1]. Сушилка вальце-ленточная (СВЛ) представляет собой коридор, в котором размещены продуктовый пластинчатый и скребковый конвейеры. Коридор разделен на секции. В каждой секции обеспечивается подогрев воздуха в паровом калорифере. Сушилка спроектирована таким образом, что характерные участки кинетической кривой процесса сушки соответствуют отдельным зонам. Каждая зона может иметь свои конструктивные особенности и работать самостоятельно при любом заданном гидродинамическом и температурном режимах [2]. Упрощенная схема сушильной установки приведена на рис. 1.

\щ |и2 \ип_1 \и

Рис. 1. Упрощенная схема п-секционной СВЛ

На данной схеме г, /=1,и - фазовая координата (температура в центре /-ой зоны, °С); ц - управляющее воздействие (степень открытия крана подачи пара в калорифер /-ой секции, %); 4 г - возмущающие воздействия со стороны соседних секций СВЛ слева и справа.

Динамику многозонного объекта можно представить множеством моделей, описывающих динамические режимы отдельных секций

М = {т1, т2,..., тп}.

Модель /-ой секции представляет собой систему дифференциальных уравнений

т,: г, = А,z¡ (?) + Ци, (?) + С,1, (О + Цг (?),г = 1,п,

Ь (?) = г, (?) - г,-1 (Г), г, (Г) = г, (Г) - г,),

здесь А, В, С, Д - матрицы параметров модели для /-ой зоны; 1^) - фазовая координата /-ой зоны.

Необходимо перевести объект, описываемый моделью (1), из начального состояния в конечное

V t e [t0, tf]: u (t) e [uн, mb

с минимумом функционала

л=£J,=£jiu,(t)\di

,=i ,=i ,

при этом необходимо обеспечить выполнение условия

= ?2К =... = С

т. е. конечное значение времени разогрева у всех секций должно совпадать для обеспечения одновременного завершения динамических режимов во всех зонах. Различие во времени окончания разогрева ^ зон обусловлено тем, что калориферы, установленные в секциях СВЛ, отличаются своими техническими характеристиками и, следовательно, изменяются параметры моделей динамики М1 для каждой секции.

Для численного решения задачи задаются массивы исходных данных

Я1 = {А,,Ц,С,,Ц, г,0,г/\ин,ив,?0,? к}, определяются оптимальная управляющая программа

и, (•) = (и*(?), / £ [t¡0,Г«]) и траектории изменения фазовых координат г* (•) = (г* (?), ? £ К“,, ] / и* (Г)), соответствующие каждой зоне.

2. Алгоритм ресурсосберегающего управления

Для решения поставленной задачи (1)-(5) предлагается использовать комбинированный алгоритм ресурсосберегающего управления на основе принципа максимума Понтрягина, динамического программирования и метода синтезирующих переменных [3], который включает в себя следующие этапы:

1) На основе результатов полного анализа, путем подбора оптимального значения ^ рассчитываются оптимальные программы управления для каждой секции СВЛ

Yi, t e[t% t,1), _

/2, t e [/j1,t,2),/= 1,n,

Yi, t(

i[t/, tf

при ограничении на управляющее воздействие в каждый момент времени

где Y\,Yi,Y3e[uyi,uT\, i/, if - времена переключения. Выбор только трех уровней управления обусловлен необходимостью реализации управляющих воздействий в реальном времени, т. к. при этом обеспечивается оперативный расчет времен переключения с помощью метода синтезирующих переменных.

2) Определяется максимальное конечное время разогрева

С = max(t,K},j =1 n.

3) Вычисляются времена начала разогрева для каждой секции относительно i^:

tH = tK -tK.

i max i

и* (/ ),“% 100 80 60 40 20

и* (( ),%0 100 80 60 40 20

и* (? ), %02 100 80 60 40 20 0

Н—I—I—I—н

г.

и4 (/),% 100  80 60  40 20

и5 ('),%, '

100

8

60  40  20 0

-I-------------1------------1-----------1------------1------------1-

-I---------------1-------------1-------------1-------------1-

Ч—I—I—I—I-

>

МИН

МИН

МИН

МИН

0 ?5 5

10 15 20 25 30

/К МИН

35 40 'шах’

('), °с

100  80 -60  40  20

г* ('), °С 100 -80 -60 -40 -20

(' ), °с

100 -80 60 -40 -20 0

г* (' ). с 100 80 60 40 20

г5 (')> °С 100 -80 60 -40 -20 0

мин

МИН

МИН

МИН

0 5 10 15 20 25 30 35 40 мин

Рис. 2. Графики управляющих воздействий и фазовых координат для пятисекционной СВЛ

4) В результате получившееся множество программ {«!*(•),«/(•),...,«„*(•)}, реализуемых на рассчитанных интервалах времен [//Ут*], позволяет минимизировать функционал /Е по всем секциям совместно и обеспечивает выполнение условия (5).

Графики оптимальных управляющих воздействий и фазовых координат, полученные с применением вышеописанного алгоритма, для оптимального управления пятисекционной сушильной установкой показаны на рис. 2.

Выводы

1. Предложенный алгоритм обеспечивает оперативное решение задачи ресурсосберегающего

управления и синтез оптимальных управляющих воздействий в реальном времени, что позволяет реализовать его в информационно-управляющей системе динамическими режимами многосекционных сушильных установок.

2. Важными особенностями алгоритма являются учет взаимного влияния секций друг на друга и возможность получения решения задачи оптимального управления, которое обеспечит завершение динамических режимов во всех секциях сушилки одновременно.

3. Реализация оптимального управления в соответствии с рассмотренным алгоритмом позволяет получить экономию энергоресурсов 5...10 % за счет снижения потерь в окружающую среду.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Артемова С.В., Грибков А.Н. Задача ресурсосберегающего управления динамическими режимами многосекционных сушильных установок // Информационные системы и процессы: сб. науч. тр. - Тамбов; М.; СПб.; Баку; Вена: Изд-во «Нобели-стика», 2005. - Вып. 3. - С. 142-145.

2. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. - М.: Химия, 1970 - 432 с.

3. Муромцев Д.Ю. Методы и алгоритмы синтеза энергосберегающего управления технологическими объектами. - Тамбов; М.; СПб.; Баку; Вена: Изд-во «Нобелистика», 2005. - 202 с.

Поступила 29.10.2008 г.