XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Введение.

Современные теплоэнергетические системы представляют собой сложные и высокотехнологичные объекты, требующие надежного мониторинга и управления для обеспечения их безопасной и эффективной эксплуатации. Одной из ключевых задач в этой области является приведение температуры воды к заданному значению, которое напрямую влияет на эффективность не только системы охлаждения, но и в целом на эффективность всего производства. Так, например, экономический эффект на установки пиролиза нефти мощностью 340 тыс. т/год за счет снижения температуры охлаждающей воды только на 2,3 0С и соответствующего увеличения выработки топливно-энергетических ресурсов в денежном выражении составляет 60 американских долларов в час

В связи с данными факторами, важность автоматизации проектного расчёта надёжности автоматизированных систем управления (АСУ) становится все более актуальной. Автоматизация этих процессов позволяет значительно повысить эффективность работы систем автоматизации вентиляторной градирни, сократить время реагирования на аварийные ситуации и минимизировать человеческий фактор, который часто является причиной ошибок.

ОсновныеположенияАСУдлясистемы автоматизации вентиляторной градирни.

Автоматизированные системы управления (АСУ) представляют собой совокупность технических устройств и программного обеспечения, созданных для автоматизации процессов управления, мониторинга и контроля технологических операций (рис.1). В случае процесса оборотного водоснабжения готовым продуктом является охлажденная вода с заданными параметрами (температура, давление и т.д.), а сырьем - наружный воздух, отработанная вода, которая попадает на повторную обработку, электроэнергия и др. [3].

Рисунок1–Автоматизированнаясистемауправления

КомпонентыАСУ:

• Устройства (датчики, контроллеры, исполнительные механизмы).

• Программные решения для сбора и анализа информации.

• Интерфейс для взаимодействия с операторами (ЧМИ).

Функции автоматизированных систем управления:

• Наблюдение за состоянием объектов.

• Регулирование технологических процессов.

• Сбор и хранение данных для последующего анализа.

Системы автоматизации вентиляторной градирни — это комплексы оборудования и программного обеспечения, предназначенные для управления и мониторинга работы вентиляторных градирен, которые используются в системах охлаждения в различных отраслях, таких как энергетика, химическая и нефтехимическая промышленность. Автоматизированные системы управления вентиляторной градирни обычно состоят из нескольких ключевых компонентов, которые обеспечивают эффективное управление и мониторинг работы градирни.

Вот основные элементы таких систем:

1. Датчики:

• Температурные датчики: Измеряют температуру воды на входе и выходе из градирни.

• Датчики давления: Отслеживают давление в системе.

• Датчики влажности: Измеряют уровень влажности воздуха, что важно для оценки эффективности охлаждения.

• Датчики потока: Контролируют скорость и объем потока воды.

2. Контроллеры:

• Программируемые логические контроллеры (ПЛК): Обрабатывают данные от датчиков и управляют работой исполнительных механизмов (вентиляторов, насосов и т.д.).

• Системы управления на базе ПК: Используются для более сложных задач управления и мониторинга.

3. Исполнительные механизмы:

• Вентиляторы: Основные устройства, обеспечивающие циркуляцию воздуха через градирню.

• Насосы: Перекачивают воду через систему охлаждения. 4. Панели управления: • Человеко-машинный интерфейс (HMI): Позволяет операторам взаимодействовать с системой, просматривать данные в реальном времени и настраивать параметры работы.

4. Программное обеспечение:

• Системы SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): Используются для мониторинга и управления процессами на уровне предприятия.

• Программное обеспечение для анализа данных: Позволяет обрабатывать и анализировать данные, полученные от датчиков.

5. Системы связи:

• Коммуникационные протоколы: Обеспечивают обмен данными между различными компонентами системы (например, Modbus, Profibus, Ethernet и др.). 7. Электрические компоненты:

• Реле, контакторы и автоматы защиты: Обеспечивают управление электропитанием вентиляторов и насосов.

8. Системы аварийного отключения:

• Обеспечивают безопасность системы, автоматически отключая оборудование в случае возникновения нештатных ситуаций. Эти компоненты работают совместно, обеспечивая эффективное управление и мониторинг вентиляторной градирни, что позволяет оптимизировать ее работу и повышать надежность системы охлаждения.

Оборотная схема подачи охлаждающей воды на ТЭС с градирней представлена на рис.2.

Рисунок2–Оборотная схема подачи охлаждающей воды на ТЭС

с градирней

Основные функции таких систем включают:

1. Контроль температуры и давления: Системы автоматизации позволяют отслеживать параметры, такие как температура воды на входе и выходе, а также давление в системе.

2. Управление вентиляторами: Автоматизация включает управление работой вентиляторов, что позволяет оптимизировать их работу в зависимости от текущих условий (например, регулирование скорости вращения вентиляторов). 3. Мониторинг состояния оборудования: Системы могут собирать данные о состоянии различных компонентов градирни, включая датчики вибрации, температуры и другие параметры, что позволяет выявлять неисправности на ранних стадиях.

4. Интерфейс для оператора: Системы предоставляют оператору удобный интерфейс для наблюдения за работой градирни, настройки параметров и получения отчетов о работе оборудования.

5. Энергоэффективность: Автоматизация позволяет оптимизировать потребление энергии, что снижает эксплуатационные расходы и улучшает общую эффективность системы.

6. Безопасность: Системы могут включать функции аварийной сигнализации и автоматического отключения в случае возникновения нештатных ситуаций.

Таким образом, системы автоматизации вентиляторной градирни играют важную роль в обеспечении эффективной и безопасной работы систем охлаждения.

ТехническаядиагностикаАСУ.Алгоритмыиметодыдиагностирования.

Техническаядиагностикасистемы автоматизации вентиляторной градирниявляется важным элементом управления и эксплуатации, который обеспечивает надежность, безопасность и эффективность работы оборудования.Она включает в себя набор методов и алгоритмов, направленных на выявление, анализ и устранение неисправностей в системе. Рассмотрим подробнее основные аспекты диагностики, включая методы и алгоритмы.

Диагностика системы автоматизации вентиляторной градирни включает в себя использование различных алгоритмов и методов, направленных на выявление и устранение неисправностей.

Вот основные из них:

1. Методы мониторинга и сбора данных:

• Системы сбора данных (SCADA): Используются для мониторинга состояния оборудования в реальном времени. Они собирают данные с датчиков и представляют их в удобном виде для анализа.

• Датчики и сенсоры: Установка различных датчиков (температуры, давления, вибрации) для постоянного контроля состояния системы.

2. Алгоритмы обработки данных:

• Анализ временных рядов: Используется для выявления аномалий в данных, собранных от датчиков. Позволяет отслеживать изменения в работе системы и предсказывать возможные отказы.

• Методы фильтрации: Применение фильтров (например, Калмана) для устранения шумов и повышения точности измерений.

3. Методы диагностики:

• Деревья решений: Структурированный подход к диагностике, который позволяет последовательно исключать возможные причины неисправностей.

• Метод экспертных систем: Использование базы знаний и правил для диагностики на основе имеющихся данных о системе.

• Методы на основе искусственного интеллекта: Применение нейронных сетей и машинного обучения для анализа данных и выявления паттернов, связанных с отказами.

4. Статистические методы:

• Регрессионный анализ: Используется для определения зависимости между различными параметрами системы и выявления отклонений от нормы.

• Методы статистического контроля процессов (SPC): Позволяют контролировать качество работы системы и выявлять отклонения.

5. Методы тестирования и верификации:

• Тестирование на работоспособность: Регулярные проверки функционирования всех компонентов системы.

• Симуляции и моделирование: Создание моделей работы системы для тестирования различных сценариев и выявления потенциальных проблем.

6. Профилактическое обслуживание:

• Прогнозное обслуживание (Predictive Maintenance): Использование собранных данных для предсказания времени отказа оборудования и планирования обслуживания до возникновения неисправностей.

• Плановое техническое обслуживание: Регулярные проверки и замены компонентов на основе рекомендаций производителей.

7. Анализ отказов и их последствий (FMEA):

• Методология, позволяющая оценить потенциальные отказы системы, их причины и последствия, а также разработать меры по снижению рисков.

8. Модели надежности:

• Построение математических моделей, описывающих поведение системы с точки зрения надежности, что позволяет оценить вероятность отказа. Эти методы и алгоритмы в совокупности позволяют обеспечить высокую надежность работы системы автоматизации вентиляторной градирни, минимизировать время простоя и повысить эффективность ее эксплуатации

Диагностикаипрограммнаянадежность АСУ

Диагностика и программная надежность автоматизированных систем управления (АСУ) вентиляторной градирни являются ключевыми аспектами для обеспечения их эффективной работы и предотвращения аварийных ситуаций.

Рассмотрим основные элементы этих процессов.

1. Диагностика АСУ вентиляторной градирни

Цели диагностики:

• Обнаружение неисправностей в работе системы.

• Оценка состояния оборудования.

• Предотвращение аварий и простоев.

Методы диагностики:

• Мониторинг состояния оборудования: Использование датчиков для контроля температуры, давления, вибрации и других параметров.

• Анализ данных: Применение методов обработки сигналов и алгоритмов для выявления аномалий в работе системы.

• Самодиагностика: Внедрение функций самодиагностики в контроллеры и датчики, которые позволяют автоматически проверять работоспособность системы.

Этапы диагностики:

• Сбор данных: Непрерывный мониторинг параметров работы вентиляторов, насосов и других компонентов градирни.

• Обработка информации: Использование программного обеспечения для анализа собранных данных.

• Выявление неисправностей: Определение отклонений от нормального функционирования и их причин.

• Оповещение: Уведомление операторов о выявленных проблемах с рекомендациями по устранению.

2.Программная надежность АСУ

Определение программной надежности: Программная надежность относится к способности программного обеспечения функционировать без сбоев в течение определенного времени при заданных условиях эксплуатации.

Факторы, влияющие на программную надежность:

• Качество кода: Стандарты кодирования, тестирование и отладка программного обеспечения.

• Надежность алгоритмов: Эффективность алгоритмов диагностики и обработки данных.

• Обновления и поддержка: Регулярные обновления программного обеспечения для исправления ошибок и повышения безопасности.

• Взаимодействие с аппаратным обеспечением: Совместимость программного обеспечения с используемыми датчиками и контроллерами. Методы повышения программной надежности:

• Тестирование: Проведение различных видов тестирования (юнит-тестирование, интеграционное тестирование, стресс-тестирование).

• Документирование: Подробная документация по разработке и эксплуатации ПО для упрощения его поддержки.

• Резервирование: Внедрение резервных систем для критически важных функций, чтобы обеспечить бесперебойную работу в случае сбоя.

Заключение

Автоматизация проектного расчета надежности автоматизированной системы управления (АСУ) для вентиляторной градирни представляет собой важный шаг в повышении эффективности и безопасности эксплуатации данного оборудования. В процессе работы над статьей было выявлено, что внедрение современных методов и инструментов автоматизации позволяет существенно улучшить качество проектирования, сократить временные затраты и минимизировать вероятность ошибок.

Ключевыми аспектами автоматизации проектного расчета являются:

1. Системный подход: Автоматизация позволяет учитывать все элементы системы, включая как аппаратное, так и программное обеспечение, что способствует более точному прогнозированию надежности.

2. Моделирование и анализ: Использование программных средств для моделирования различных сценариев работы системы позволяет заранее выявлять потенциальные уязвимости и оптимизировать проектные решения.

3. Упрощение расчетов: Автоматизация расчетов надежности уменьшает вероятность человеческого фактора и ускоряет процесс, что особенно важно в условиях современного производства, где время имеет решающее значение.

4. Интеграция с другими системами: Возможность интеграции АСУ с другими системами управления и мониторинга позволяет создать комплексный подход к обеспечению надежности и эффективности работы вентиляторной градирни.

Таким образом, автоматизация проектного расчета надежности АСУ для вентиляторной градирни не только повышает качество проектирования, но и способствует более безопасной и эффективной эксплуатации оборудования. В дальнейшем развитие технологий автоматизации будет способствовать еще большему улучшению процессов проектирования и управления, что позволит достигать новых уровней надежности и производительности в области автоматизации промышленных систем.

СПИСОКИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. АндреевП.В.,АнтиповС.А.,АржаевА.И.,АстафуровВ.И. Машиностроение ядернойтехники.Москва,2005.[Электронныйресурс].–URL:https://e.lanbook.com/book/795 (дата обращения: 17.12.2024).

2. Васильев,Р.Р.Надежностьидиагностикаавтоматизированныхсистем.Москва, 2005. — 92 с. — [Электронный ресурс]. – URL: https://e.lanbook.com/book/1858 (дата обращения: 17.12.2024).

3. ЛегковК.Е.,СкоробогатоваО.А.Основныенаправленияразвития автоматизированных систем управления специальногоназначения требования, предъявляемыекнимсистемойуправления.Наукоемкиетехнологиивкосмических исследованиях Земли. 2013 Т. 5 № 1 С. 40-45. [Электронный ресурс]. – URL:https://elibrary.ru/download/elibrary_22880022_85633675.pdf(Датаобращения:17.12.24).

4. А.В. Кулагин, С.В. Широбоков. Надежность технических систем и техногенный риск: учебно-методическое пособие / сост. А.В. Кулагин, С.В. Широбоков. Ижевск: Изд. центр «Удмуртский университет», 2020 – 110 с.

5. Пономаренко В.С. О реконструкции вентиляторных градирен // Химическая промышленность. 1996. № 7. С. 45.

6. Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Оросители и водоуловители градирен // Водоснабжение и санитарная техника. 1994. №2. С. 7.

Код для цитирования: Скопировать