Система энергосберегающего автоматического управления процессом сжигания топлива в котельных установках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Васильев Михаил Иванович

• Васильев Михаил Иванович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Васильев Михаил Иванович

ВВЕДЕНИЕ

1 ТЕОРЕТИКО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ТЕПЛОВЫХ УСТАНОВОК

1.1 Способы управления процессом сжигания топлива

1.1.1 Системы управления процессом сжигания топлива, в которых поддерживается соотношение «топливо-воздух»

1.1.2 Управление процессом сжигания топлива путём поддержания нечётким регулятором заданного давления в рабочем пространстве тепловой установки

1.1.3 Персептрон контура стабилизации заданного значения давления в рабочем пространстве тепловой установки

1.1.4 Управление процессом сжигания топлива путём минимизации разницы между текущими коэффициентами расхода воздуха на выходе и, соответственно, на входе рабочего пространства тепловой установки

1.1.5 Управление процессом сжигания топлива посредством стабилизации нечётким регулятором значения коэффициента расхода воздуха на выходе из рабочего пространства тепловой установки путём регулирования расхода воздуха

1.1.6 Управление процессом сжигания топлива посредством стабилизации ПИД-регулятором значения коэффициента расхода воздуха на выходе из рабочего пространства тепловой установки путём регулирования расхода воздуха

1.2 Обзор патентно-технической литературы по способам управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок

1.2.1 Способ сжигания топлива с окислителем, обогащённым кислородом

1.2.2 Печь, способ ее применения и управления

1.3 Анализ проблем управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок

1.4 Обзор самонастраивающихся систем и предлагаемый способ управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок

1.5 Цель и задачи диссертационной работы

1.6 Выводы по первой главе

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КОТЛА ДЕ-16-14 ГМ

2.1 Устройство и работа котельной установки ДЕ-16-14 ГМ

2.2 Исследование статической и динамической характеристик котла ДЕ-16-14 ГМ

2.2.1 Исследование статической характеристики котла ДЕ-16-14 ГМ

2.2.2 Исследование динамической характеристики котла ДЕ-16-14 ГМ

2.3 Выводы по второй главе

3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ТЕПЛОВОЙ УСТАНОВКИ

3.1 Способы математического моделирования процессов сжигания топлива

3.1.1 Математическое моделирование процессов сжигания топлива, базирующееся на уравнении Навье-Стокса

3.1.2 Расчёт турбулентных потоков с использованием полуэмпирических моделей турбулентности, использующих подход Рейнольдса

3.1.3 Расчёты, учитывающие явления неустойчивости Дарье-Ландау

3.1.4 Решение дифференциальных уравнений химической кинетики с использованием метода Гира

3.2 Математическая модель процесса сжигания топлива в рабочем пространстве тепловой установки на примере котла ДЕ-16-14 ГМ

3.3 Выводы по третьей главе

4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ТЕПЛОВОЙ УСТАНОВКИ

4.1 Математическое описание системы энергосберегающего автоматического управления тепловым процессом в котельных установках с использованием нечёткой логики и предиктивной корректировкой регулирующего воздействия

4.2 Разработка способа подбора настроечных параметров регулятора с применением нечёткой логики, реализованного через человеко-машинный интерфейс

4.3 Проверка адекватности математического описания

4.3.1 Проведение активного эксперимента над объектом управления

4.3.2 Проверка воспроизводимости эксперимента. Критерий Стьюдента ^ - критерий)

4.3.3 Проверка однородности дисперсий. Критерий Фишера ^ -критерий) сравнения двух дисперсий

4.3.4 Проверка адекватности математического описания по критерию Фишера

4.4 Выводы по четвёртой главе

5 ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ ПРОЦЕССОМ В КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ И РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В АСУ ТП ГКП-1А УГПУ ООО «ГАЗПРОМ ДОБЫЧА УРЕНГОЙ»

5.1 Выявление закономерности влияние скорости изменения входного воздействия и его формы на основные показатели качества регулирования

5.2 Разработка способа автоматической настройки параметров пропорционально интегрально-дифференциального регулятора, реализованного через человеко-машинный интерфейс

5.3 Сравнение работы нечёткого регулятора и ПИД-регулятора с применением оптимальных параметров формы и скорости изменения регулирующего входного воздействия в системе управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловой установки

5.4 Результаты внедрения системы управления процессом сжигания топлива в АСУ ТП ГКП-1А УГПУ ООО «Газпром добыча Уренгой»

5.5 Расчёт экономической эффективности от внедрения предложенной системы управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловой установки

5.6 Определение среднегодового ущерба от эксплуатации парка тепловых установок с неэффективными система управления процессом сжигания топлива

5.7 Выводы по пятой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система энергосберегающего автоматического управления процессом сжигания топлива в котельных установках»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В России действуют более 17 тыс. предприятий теплоснабжения. По данным Росстата за 2013 г. общее количество тепловых электростанций с единичной установленной мощностью от 500 кВт составило 1 586 ед., из них 537 тепловых электростанций общего пользования установленной мощностью более 25 МВт, около 74 тыс. отопительных котельных и порядка 18 млн индивидуальных теплоисточников [1].

В настоящее время в России остро стоит вопрос физического и морального износа парка тепловых установок [2-8]. В 2018 году Минэнерго предложило модернизировать до 2035 года 39 ГВт энергетических мощностей и подготовило проект постановления правительства РФ, утверждающий механизм привлечения инвестиций в модернизацию тепловых электростанций. Не менее остро стоит вопрос и со старением котельных установок, используемых в различных отраслях промышленности.

По данным Министерства энергетики, 20% котлов и турбин тепловых электростанций служат более 50 лет при норме в 40 лет [9]. Также по данным Министерства энергетики, для того, чтобы российская система теплоснабжения стала надежной и приблизилась по эффективности к европейским стандартам, до 2025 года нужно вложить в отрасль 2,5 трлн руб. Из них около 40% требуется потратить на обновление генерирующих объектов, 30% - на обновление теплосетей, а оставшуюся треть средств планируется направить на оптимизацию операционных расходов (на диспетчеризацию, автоматизацию, создание системы раннего диагностирования, повышение квалификации персонала, создание удобной инфраструктуры для работы с потребителями и выполнение других задач) [10].

Большинство параметров тепловой установки (расход топлива, выбросы загрязняющих веществ) зависят от производственного режима работы. Производство тепла сопровождается неизбежными теплопотерями в том числе с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической

неполноты сгорания [11]. Тепловые потери являются важнейшим технико-экономическим показателем работы любой тепловой установки. Технологический режим, при котором обеспечиваются наименьшие теплопотери с избытком воздуха, является энергосберегающим [12]. Очень важным является поддержание энергосберегающего режима работы тепловой установки не только в установившихся условиях, но и при изменении характеристик горелок и топок, внешних возмущающих воздействий на процесс сжигания топлива, расхода топлива [13, 14].

Физически и морально изношенные тепловые установки ввиду несовершенных систем регулирования расхода воздуха (например, способ прямопропорционального регулирования расхода воздуха относительно расхода топлива (поддержание соотношения «топливо-воздух»)) и, как правило, невозможности в полной мере обеспечить герметичность тепловой установки, что в свою очередь, с учётом разрежение в топке, приводит к подсосу воздуха, эксплуатируются с высоким значением коэффициента расхода воздуха и значительными теплопотерями.

В масштабах народнохозяйственного значения страны в старом не модернизированном фонде тепловых установок, работающих на природном газе, имеется потенциал экономии 117 млн м3 природного газа или 522 млн руб. (в ценах 2021 года) ежегодно.

Проблемой управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок является поддержание энергосберегающего режима работы тепловой установки, заключающегося в минимизации теплопотерь с уходящими дымовыми газами, предотвращение недожогов топлива при смене технологического режима и снижение влияния внешних возмущающих воздействий на процесс сжигания топлива.

Работа основывается на достижениях в области управления процессом сжигания топлива, поддержанием соотношения «топливо-воздух»: Бакулина В.Н., Бесекерского В.А., Брещенко Е.М., Герасимова Д.Н., Гоппе Г.Г., Дубовкина Н.Ф., Колюбина С.А., Луконина А.А., Никифорова В.О., Павлова В.Е., Ремизовой И.В.,

Слюта М.О., Фаворского О.Н., управления процессом сжигания топлива путём регулирования давления в рабочем пространстве тепловой установки: Андреева С.М., Вострикова А.С., Гапоненко А.М., Добробабы Ю.П., Ермакова А.А., Зимы Е.А., Логуновой О.С., Марченко М.А., Ничепуренко С.В., Носа О.В., Панкратова В.В., Парсункина Б.Н., Симакова Г.М., Смольникова А.П., Французовой Г.А., Хапусова В.Г., Шорохова В.А.

На сегодняшний день достаточно изучены способы поддержания заданного газодинамического режима в тепловой установке, однако, ряд способов имеют технологические ограничения и не обладают предиктивным управлением.

Поддержание заданного газодинамического режима в тепловой установке является одним из способов управления процессом сжигания топлива. Данный способ описан в работах [15]. Недостатком этого метода управления является тот факт, что при больших нагрузках на многих тепловых установках дымоотводящий вентилятор не в состоянии поддерживать необходимое разрежение.

Также существует другой современный инновационный способ управления процессом сжигания топлива: способ энергосберегающего управления процессом сжигания топлива за счёт изменения мощности дымососа или положения дымового клапана. Этот способ управления при работе оборудования в режимах высокой или низкой производительностей приводит к дестабилизации давления и срыву пламени с горелки [16-18].

Системы, которые формируют управляющее воздействие по обратной связи (содержание дымовых газов, давление в рабочем пространстве и др.) при смене технологического режима, ведущего к увеличению расхода топлива, могут допускать кратковременные недожоги топлива, объясняемые тем, что расход воздуха начнёт изменяться только по факту снижения коэффициента расхода воздуха ниже заданного [19].

Для предотвращения кратковременных недожогов топлива и избытков воздуха в переходных режимах, необходимо учитывать корректировку регулирующего воздействия, формирование которой осуществлялось бы на

основе прогноза изменения коэффициента расхода воздуха в отходящих дымовых газах. Прогнозировать изменение коэффициента расхода воздуха можно по косвенному параметру: расходу топлива.

Учитывая результаты и выводы современных научных исследований в области управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок, было выявлено, что актуальным является управление процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок автоматической системой, построенной на базе регулятора, устойчивого к влиянию внешних возмущающих воздействий, использующей обратную связь по концентрации кислорода в отходящих дымовых газах с целью минимизации теплопотерь с уходящими газами и обладающей предиктивной корректировкой регулирующего воздействия, обеспечивающей предотвращение недожога топлива при смене технологического режима.

Объект исследования - процесс сжигания топлива в рабочем пространстве камеры сгорания котельных установок.

Предмет исследования - система автоматического управления процессом сжигания топлива, обеспечивающая поддержание заданного газодинамического режима и обладающая предиктивной корректировкой регулирующего воздействия.

Цель работы - повышение эффективности технологического процесса сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок за счёт системы управления, формирование управляющего воздействия в которой осуществляется нечётким регулятором на основании контроля входных параметров и состава дымовых газов и обладающей предиктивной корректировкой регулирующего воздействия.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1) выполнить теоретико-аналитический обзор существующих способов управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок;

2) выполнить экспериментальные исследования процесса сжигания топлива для определения статических и динамических характеристик котла ДЕ-16-14 ГМ;

3) разработать математическую модель процесса сжигания топлива в рабочем пространстве котельной установки ДЕ-16-14 ГМ;

4) разработать математическое описание и алгоритм функционирования системы управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок, формирование управляющего воздействия в которой осуществляется на основании контроля входных параметров и состава дымовых газов нечётким регулятором, лингвистическая модель которого основана на базе формализованной имитации и обобщенного практического опыта формирования управляющих воздействий экспертом в различных реальных производственных ситуациях, и обладающей предиктивной корректировкой регулирующего воздействия;

5) оптимизировать структуру системы управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок, путём выявления закономерности влияние скорости изменения входного управляющего воздействия и его формы на основные показатели качества регулирования;

6) выполнить оценку экономической эффективности от внедрения предложенной системы на одну котельную установку ДЕ-16-14 ГМ.

Методы исследования. В процессе исследования и синтеза системы энергосберегающего автоматического управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок широко использовались методы математического моделирования для математического описания динамики исследуемой системы, теория дифференциальных уравнений для получения уравнений экспериментальных функциональных зависимостей объекта управления, метод нечёткой логики для реализации нечёткого регулятора, метод математической статистики для анализа адекватности математического описания и метод сравнительного анализа для аналитического обзора существующих способов управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок.

Область исследования соответствует паспорту научной специальности 2.3.3. (05.13.06) Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические науки) по:

-«п. 3. Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация»;

-«п. 14. Теоретические основы, методы и алгоритмы интеллектуализации решения прикладных задач при построении АСУ широкого назначения (АСУТП, АСУП, АСТПП и др.).»;

-«п. 15. Теоретические основы, методы и алгоритмы построения экспертных и диалоговых подсистем, включенных в АСУТП, АСУП, АСТПП и др».

Положения, выносимые на защиту, обладающие научной новизной:

1) математическая модель процесса сжигания топлива в рабочем пространстве тепловой установки, отличающееся от ранее известных тем, что рассмотрение процесса сжигания топлива выполнено с точки зрения объёмов подачи топлива и воздуха в рабочее пространство тепловой установки, объёмов подсосов атмосферного воздуха, объёмов топлива, принявшего участие в процессе горения, определения количества теплоты, полученной в результате горения и концентраций кислорода в отходящих дымовых газах;

2) математическое описание системы управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок, отличающиеся от ранее известных тем, что формирование управляющего воздействия нечётким регулятором на основании контроля входных параметров и состава дымовых газов осуществляется с предиктивной корректировкой регулирующего воздействия, что позволяет решить одновременно три задачи: минимизировать теплопотери с уходящими дымовыми газами, снизить влияния внешних возмущающих воздействий на процесс сжигания топлива и не допустить недожога в переходных режимах;

3) алгоритм функционирования системы управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок, формирование

управляющего воздействия в которой осуществляется нечётким регулятором на основании контроля входных параметров и состава дымовых газов осуществляется с предиктивной корректировкой регулирующего воздействия;

4) структура системы управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок, сформированная с учётом выявленных закономерностей влияния скорости изменения входного управляющего воздействия и его формы на основные показатели качества регулирования.

Практическая значимость достигается разработанной системой управления процессом сжигания топлива в камерах сгорания тепловых установок, а также определяется ожидаемой экономической эффективностью, благодаря сокращению удельного расхода топлива и повышению надёжности и сохранности технологического оборудования.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XI Всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (газ, нефть, энергетика) (Москва, 2015), пятой открытой научно-технической конференции молодых учёных и специалистов, приуроченной к 35-летию Уренгойского газопромыслового управления ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2015); внутренней конференции молодых учёных и специалистов ООО «Газпром добыча Уренгой» в рамках празднования 50-летия со дня открытия Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (Новый Уренгой, 2016); на открытой конференции молодых учёных и специалистов в г. Новый Уренгой, посвящённой 50-летия со дня открытия Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (Новый Уренгой, 2016); на окружном этапе конкурса инженерных компетенций проекта «Славим человека труда!» Уральского федерального округа по компетенциям «Лучший инженер по системам автоматического управления» в 2016 году (Новый Уренгой, 2016); на конкурсе на предоставление Гранта ООО «Газпром добыча Уренгой» для получения послевузовского образования (Новый Уренгой, 2016); на 71-ой Международной молодёжной научной конференции «Нефть и газ - 2017» «РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина» (Москва,

2017); на первой арктической совместной конференции молодых учёных и специалистов ООО «Газпром добыча Уренгой» и ООО «Газпром добыча Ямбург» (Новый Уренгой, 2017); на конкурсе на предоставление Гранта ООО «Газпром добыча Уренгой» для получения послевузовского образования (Новый Уренгой, 2017); на 2018 International Russian Automation Conference (RusAutoCon 2018) (Sochi, Russia, 2018); на 72-ой конференции «Нефть и газ - 2018» «РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина» (Москва, 2018).

Основные результаты диссертации отражены в трудах вышеперечисленных конференций, а также в журналах «Автоматизированные технологии и производства», «Электротехнические системы и комплексы» (входит в перечень высшей аттестационной комиссии), «Научный журнал Российского газового общества», «2018 International Russian Automation Conference (RusAutoCon 2018)» (индексируется в базе Scopus), Вестники Пермского национального исследовательского политехнического университета «Химическая технология и биотехнология» и «Прикладная математика и вопросы управления» (входят в перечень высшей аттестационной комиссии), «Автоматизация. Современные технологии» (входит в перечень высшей аттестационной комиссии) и других изданиях, а также получено свидетельство на государственную регистрацию программы для ЭВМ.

Публикации, патенты и свидетельства. Основные результаты исследования опубликованы в 24 работах, в том числе 6 - в изданиях из «Перечня...» ВАК, 1 - в изданиях, индексируемых в международных базах SCOPUS и Web of Science, 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, состоящего из 107 наименований, и 7 приложений. Диссертация изложена на 200 страницах, содержит 68 рисунков и 9 таблиц.

1 ТЕОРЕТИКО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ТЕПЛОВЫХ УСТАНОВОК

В разделе приводятся результаты сравнительного анализа существующих способов управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок, существующая проблема управления процессом сжигания топлива в тепловых установках, обзор самонастраивающихся систем, способ с принципом упреждающего управления, цель и задачи научного исследования, полученные совместно с доктором технических наук, доцентом С.М. Андреевым, доктором технических наук, профессором Б.Н. Парсункиным, кандидатом технических наук, старшим преподавателем Н.С. Сибилевой, кандидатом технических наук Т.У. Ахметовым, И.И. Васильевым, и представлены в [15-18, 38-56]. Личное участие соискателя заключается в постановке цели, формулировке задач исследования, описании результатов анализа. Доля личного вклада автора составляет 85%.

Горение - один из самых распространённых процессов в мире, без которого существование современного общества было бы невозможным [20]. Сегодня перечень отраслей промышленности, в которых имеется процесс горения, огромен - это и металлургия, нефтегазовая промышленности, и электроэнергетика, и производство пищевых продуктов и многое другое. При этом большинство эксплуатируемых тепловых установок имеет системы управления, которые физически и морально устарели, что сказывается на увеличении выбросов двуокиси углерода, водорода и в целом ухудшает экологическую обстановку. Подтверждение тому, что ещё в ноябре 2017 года на совещании по вопросам развития электроэнергетики глава Минэнерго Александр Новак заострил внимание на проблеме старения оборудования [8]. Сохранить природу и экологическую обстановку - задача непростая. Инновационные подходы к разрешению экологических проблем базируются на анализе источников загрязнения окружающей среды и непосредственно на очистке

атмосферы, воды и почвы от токсичных компонентов. К сожалению, даже использование самой современной техники для измерения загрязнения продуктами горения неэффективно, потому что это уже борьба со следствиями несовершенства огневых и других технологий [21]. Таким образом, совершенствование управления процессом горения на сегодняшний день является актуальной задачей.

Горение представляет собой сложнейший процесс. Наука объясняет горение, как «процесс преобразования химической энергии межмолекулярных связей» или «преобразования энергии на молекулярном и атомном уровнях в тепло и свет».

Стремление повысить экологическую эффективность тепловых установок и минимизировать прогнозные затраты на программу ремонтов побуждает модернизировать системы сжигания топлива.

Сейчас в литературе уделяется внимание модернизации тепловых установок с применением инновационных решений для сжигания органических топлив.

Синтез инновационных технологий в области управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок с целью повышения производительности является важной задачей при модернизации котлов, не отвечающих требованиям надёжности, экономичности и экологичности.

1.1 Способы управления процессом сжигания топлива

1.1.1 Системы управления процессом сжигания топлива, в которых поддерживается соотношение «топливо-воздух»

На практике чаще других используется способ прямопропорционального регулирования расхода воздуха относительно расхода топлива (поддержание соотношения «топливо-воздух»). Так, в котельной установке ГКП-2 Общества

«Газпром добыча Уренгой» используются немецкие горелки WEISHAUPT (Вайсхаупт), в которых расход воздуха изменяется прямопропорционально расходу газа. Аналогичную конструкцию и принцип управления имеют и другие современные горелки: GIERSCH (Гирш), CIB UNIGAS (Чиб Унигаз). Данный способ регулирования описан в трудах Бакулина В.Н., Бесекерского В.А. Брещенко Е.М., Герасимова Д.Н., Гоппе Г.Г., Дубовкина Н.Ф., Колюбина С.А., Луконина А.А., Никифорова В.О. Павлова В.Е., Ремизовой И.В., Слюта М.О., Фаворского О.Н. [22-26] и др.

При регламентированных типовых испытаниях, в ходе измерений концентрации кислорода в дымовых газах тепловых установок, в которых поддерживается соотношение «топливо-воздух», как правило выясняется, что коэффициент расхода воздуха равен или больше значения 1,25. Это говорит о имеющихся теплопотерях. Есть два фактора, которые объясняют природу высокого значения коэффициента расхода воздуха - это, во-первых, регулирование расхода воздуха пропорционально расходу топлива с заведомо учтённым избытком воздуха с целью гарантированного сжигания топлива, во-вторых, невозможность в полной мере обеспечить герметичность тепловой установки, что в свою очередь, с учётом разрежение в топке, приводит к подсосу воздуха. Размер этих подсосов необходимо учитывать при регулировании расхода воздуха, сделать это можно при постоянном контроле содержания кислорода в дымовых газах.

1.1.2 Управление процессом сжигания топлива путём поддержания нечётким регулятором заданного давления в рабочем пространстве тепловой установки

Удельный расход топлива и многие другие важные параметры, такие как, например, металлопотери с окалиной или поддержание работоспособности оборудования, зависят от газодинамического режима (давления) в рабочем пространстве тепловой установки.

Давление в рабочем пространстве тепловых установок зависит от огромного количества факторов, но при этом есть только одно регулирующее воздействие. Это регулирование мощности дымососа или степени открытия дымового клапана и, как следствие, изменение давления в рабочем пространстве и дымовой трубе тепловой установки.

Управление процессом сжигания топлива путём регулирования давления в рабочем пространстве тепловой установки изучали Андреев С.М., Ахметов Т.У. Востриков А.С., Гапоненко А.М., Добробаба Ю.П., Ермаков А.А., Зима Е.А., Марченко М.А., Ничепуренко С.В., Нос О.В., Панкратов В.В., Парсункин Б.Н., Симаков Г.М., Смольников А.П., Французова Г.А., Хапусов В.Г., Шорохов В.А. [15, 27-36] и др.

В работе [15] рассмотрен способ управления процессом сжигания топлива путём поддержания нечётким регулятором заданного давления в рабочем пространстве тепловой установки.

Структура системы управления процессом сжигания топлива путём поддержания нечётким регулятором заданного давления в рабочем пространстве тепловой установки, показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структура системы управления процессом сжигания топлива путём поддержания нечётким регулятором заданного давления в рабочем пространстве

тепловой установки 17

На схеме (рисунок 1.1) показаны: объект управления (ОУ); дымовой регулирующий клапан (РК); исполнительный механизм (ИМ); сигнум-реле (СР); регулятор, базирующийся на нечёткой логике (НР); блок дифференцирующий (Д); блоки «масштабирования» ^2); нормированные сигналы текущего

рассогласования (Х1) и скорости изменения рассогласования (Х2); элемент сравнения (ЭС) заданного и текущего давлений Рз(т) и Р(т) в тепловой установке.

Входными параметрами системы являются: заданное значение Рз(т), формируемое оператором, и действительное значение Р(т) давления.

Далее на элементе сравнения ЭС формируется сигнал г(т) (1.1):

е(т) = Рз(т)-Р(т) (1.1)

Перед подачей на нечёткий регулятор сигнал проходит через блоки масштабирования, которые нормируют сигнал следующим образом (1.2):

^£(т)

и (1.2)

где и Х2 - соответственно нормированные сигналы текущего рассогласования и скорости изменения рассогласования.

Нечёткий регулятор формирует выходное значение управляющего сигнала Y(т) с использованием алгоритма нечёткой логики, которое поступает сигнум-реле.

Значение функции [/(т)б(—1Д +1) определяется сигнум-реле (1.3):

-1, если У(т)

ЛУ ЛУ

^(т) = \ 0, если —

=^<Пт)<^, (13)

2 2

ЛГн

+1, если У(т) < —

2

Положение вала ИМ в каждым момент времени рассчитывается по формуле

(1.4):

*вх(т) = + и(т) • Ким • т, (1.4)

где Хвх(т), Хн -текущее и начальное положения соответственно, %; Ким -скорость перемещения ИМ, %/с; т - время.

Характеристики объекта управления, обладающего инерционностью и запаздыванием, моделируются благодаря применению численного способа Эйлера.

В рассматриваемой системе предлагается осуществлять управление процессом сжигания топлива за счёт стабилизации заданного значения давления в рабочем пространстве тепловой установки. Однако, в условиях ограниченных возможностей дымоотводящей системы, на большинстве тепловых установок существует ограничение на реализуемость данного способа управления газодинамическим режимом при максимальных тепловых нагрузках [15].

1.1.3 Персептрон контура стабилизации заданного значения давления в рабочем пространстве тепловой установки

В системе управления, представленной в параграфе 1.1.2, в качестве стабилизирующего регулятора может также использоваться ПИД-регулятор или искусственные нейронные сети.

Людей всегда интересовала тайна их собственного мышления. Нейробиологи и нейроанатомы усердно изучали структуру и функции нервной системы человека. В процессе накопления знаний выяснилось, что мозг содержит сотни миллиардов нейронов, каждый из которых соединён с тысячами других нейронов, образующих систему, далеко превосходящую самые смелые мечты о суперкомпьютере.

В пятидесятых и шестидесятых годах 20-го века были созданы первые искусственные нейронные сети. Это вызвало взрыв активности и оптимизма, уже тогда искусственные нейронные сети были способны решать и решали достаточно широкий класс практических задач, таких как: расшифровка кардиограммы, предсказание погоды и т.д.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Васильев Михаил Иванович, 2022 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Сведения о снабжении теплоэнергией (форма N 1-ТЕП): «Формы федерального государственного статистического наблюдения»: офиц. текст. -М.: Данные Росстата, 2013.

2. Постановление Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2014 г. № 321. Программа РФ «Развитие энергетики» со сроком реализации до 2024 года. - 2019. - 197 с.

3. Министерство энергетики РФ. Государственная программа РФ «Энергоэффективность и развитие энергетики». - 2013. - 356 с.

4. ООО «Эрнст энд Янг — оценка и консультационные услуги». Обзор электро-энергетической отрасли России. - 2018. - 40 с.

5. Шахова, А. А. Современное состояние и проблемы электроэнергетики России / А. А. Шахова // Экономика и социум. - 2018. - № 6(73). - 856 с.

6. Гумбин, М. П. Анализ состояния электроэнергетики России и перспективы развития / М. П. Гумбин // Вестник КрасГАУ. - 2014. - № 10. -С. 51-55.

7. Эльбакян, А. М. Современное состояние электроэнергетики / А. М. Эльбакян // Экономика и управление. - 2014. - № 9(118). - С. 67-70.

8. О развитии электроэнергетики Российской Федерации: сайт. - URL: https://minenergo.gov.ru/node/9848 (дата обращения: 12.06.2021). - Текст: электронный.

9. Текущее состояние отрасли теплоснабжения: сайт. - URL: https://ur.hse.ru/data/2016/03/28/1127797157/Кравченко%20В.М._Текущее%20со стояние%20отрасли%20теплоснабжения.pdf (дата обращения: 12.06.2021). -Текст: электронный.

10. О реформе теплоснабжения в Российской Федерации: сайт. - URL: https://minenergo.gov.ru/system/download-pdf/4227/69137 (дата обращения: 12.06.2021). - Текст: электронный.

11. Верете А. Г. Судовые паровые и газовые энергетические установки /

A. Г. Верете, А. К. Дельвинг // Учебник для мореходных училищ. - 1990. -240 с.

12. Байрашевский Б. А. Исследование режимов работы котла в составе котельной методом математического моделирования // Энергия и менеджмент.

- 2000. - № 3.

13. Гиршфельд В. Я. Режимы работы и эксплуатация ТЭС /

B. Я. Гиршфельд, А. М. Князев, В. Е. Куликов // М.: Издательство «Энергия». -1980.

14. Доброхотов В. И. Эксплуатация энергетических блоков / В. И. Доброхотов, Г. В. Жгулев // Энергоатомиздат. - 1987. - 256 с.

15. Моделирование управления давлением в рабочем пространстве промышленных печей при использовании принципа нечёткой логики / М. И. Васильев, Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев, Т. У. Ахметов // Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах. - 2014. - № 2. - С. 35-45.

16. Парсункин, Б. Н. Энергосберегающее нечеткое управление давлением в рабочем пространстве нагревательных печей / Б. Н. Парсункин, М. И. Васильев // AB OVO ... (С САМОГО НАЧАЛА ...) ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

- 2014. - С. 81-90.

17. Парсункин, Б. Н. Энергосберегающее автоматическое нечеткое управление давлением в рабочем пространстве нагревательных печей / Б. Н. Парсункин, М. И. Васильев, Н. С. Сибилева // Электротехнические Системы и Комплексы. - 2018. - С. 63-69.

18. Управление давлением в рабочем пространстве промышленных печей при использовании принципа нечёткой логики / М. И. Васильев, Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев [и др.] // Автоматизированные технологии и производства. - 2015. - № 1. - С. 29-34.

19. Лекция Динамические характеристики котла Общие положения: сайт. - URL: https://docplayer.ru/53309032-Lekciya-dinamicheskie-harakteristiki-kotla-obshchie-polozheniya.html (дата обращения: 13.06.2021). - Текст: электронный.

20. Небел, Б. Наука об окружающей среде // М.: Мир, 1993.

21. Дудышев, В. Д. Новая электроогневая технология экологически чистого горения // Новая энергетика. - 2003. - С. 55-64.

22. Гоппе, Г. Г. Управление соотношением топливо-воздух в котлоагрегатах ТЭС при регулировании производительности дутьевых вентиляторов методом дросселирования / Г. Г. Гоппе, А. А. Луконин, В. Е. Павлов // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2015.

23. Ремизова, И. В. Совершенствование системы управления соотношением «газ-воздух» в котлоагрегате, использующем газовое топливо / И. В. Ремизова, М. О. Слюта // Международный научный журнал «СИМВОЛ НАУКИ». - 2019.

24. Газовые топлива и их компоненты. Свойства, получение, применение, экология: учебник / В. Н. Бакулин, Е. М. Брещенко, Н. Ф. Дубовкин, О. Н. Фаворский - М.: Издательский дом МЭИ, 2016 г.

25. Герасимов, Д. Н. Адаптивное управление соотношением воздух-топливо и крутящим моментом в инжекторных двигателях внутреннего сгорания / Д. Н. Герасимов, С. А. Колюбин, В. О. Никифоров // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики - 2009.

26. Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического управления: учебное пособие // В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. - Санкт-Петербург: Профессия, 2003. - 752 с.

27. Марченко, М. А. Система регулирования разрежения в котлоагрегате по двум каналам воздействия с управляемыми асинхронными двигателями / М. А. Марченко, Г. М. Симаков // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). - 2013. - С. 117-122.

28. Гапоненко, А. М. Синтез программных систем автоматического управления теплоэнергетическими процессами барабанных котлов: монография / А. М. Гапоненко, Ю. П. Добробаба, С. В. Ничепуренко. - Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2003. - 106 с.

29. Панкратов, В. В. Специальные разделы современной теории автоматического управления: учебное пособие / В. В. Панкратов, Е. А. Зима, О. В. Нос - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. - 220 с.

30. Востриков, А. С. Синтез систем регулирования методом локализации: монография / А. С. Востриков. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. - 252 с.

31. Востриков, А. С. Теория автоматического регулирования: учебное пособие / А. С. Востриков, Г. А. Французова. - Новосибирск: Изд-во НГТУ,

2006. - 368 с.

32. Система автоматического регулирования разрежением котлоагрегата, управляемая по двум каналам воздействия: материалы 10-й Междунарной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения». АПЭП-2010 / - Новосибирск, 2010. - Т. 7. - С. 85-89.

33. Исследование системы автоматического регулирования разрежения парового барабанного котла: труды 3-й Международной научной технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» / - Омск,

2007. - Ч. 2. - С. 27-31.

34. Хапусов, В. Г. Динамические стохастические модели управления котлоагрегатом по каналу «расход топлива - разрежение в топке» в производстве пара / В. Г. Хапусов, А. А. Ермаков // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2017.

35. Хапусов, В. Г. Динамические стохастические модели по каналу частота вращения питателей сырого угля - содержание кислорода в уходящих газах, в производстве пара / В. Г. Хапусов, А. А. Ермаков // Вестник ИрНИТУ. -2016. - № 2. - С. 45-51.

36. Шорохов, В. А. Разработка динамической модели многосвязной АСР пылеугольного блока с прямым вдуванием пыли / В. А. Шорохов, А. П. Смольников // Теплоэнергетика. - 2009. - № 10. - С. 56-61.

37. Рутковская, Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечёткие системы: монография/ Д. Рутковская, М. Пилинский, Л. Рутковский. - М: «Горячая линия - Телеком», 2004. - С. 452.

38. Парсункин, Б. Н. Локальные стабилизирующие контуры автоматического управления в АСУ ТП промышленного производства: монография / Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев, О. С. Логунова. - Магнитогорск: КТ «Буки-Веди», 2012. - 406 с.

39. Васильев, М. И. Персептрон контура стабилизации заданного значения давления в рабочем пространстве тепловой установки / М. И. Васильев // Сборник тезисов докладов V открытой научно-технической конференции молодых учёных и специалистов, посвящённой 35-летию УГПУ ООО «Газпром добыча Уренгой». - 2015.

40. Парсункин, Б. Н. Определение места отбора импульса для управления давлением в рабочем пространстве методических печей: монография / Б. Н. Парсункин, В. В. Дегтяров. - М: Известия вузов «Чёрная металлургия», 1992. - № 11. - С. 63-65.

41. Автоматическое регулирование работы регенеративных нагревательных колодцев с помощью устройства для расчёта коэффициента расхода воздуха: монография / Б. Н. Парсункин, С. Е. Хусид, Н. И. Иванов, А. В. Слесарев. - М.: Сталь, 1969. - № 5. - С. 169-171.

42. Парсункин, Б. Н. Расчеты систем автоматической оптимизации управления технологическими процессами в металлургии: учебное пособие / Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев, М. В. Бушманова - Магнитогорск, 2009. -267 с.

43. Васильев, М. И., Выбор формы входного управляющего воздействия для оптимизации по быстродействию нечеткого регулятора тепловых объектов / М. И. Васильев, С. М. Андреев, И. И. Васильев // Вестник Пермского

национального исследовательского политехнического университета «Химическая технология и биотехнология». - 2020. - № 2. - С. 123-136.

44. Васильев, М. И. Нечеткое управление подачей воздуха в рабочее пространство тепловой установки / М. И. Васильев, С. М. Андреев, И. И. Васильев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета «Химическая технология и биотехнология». -2020. - № 2. - С. 137-159.

45. Васильев, М. И. Регулятор подачи воздуха в рабочее пространство тепловой установки, основанный на нечеткой логике / М. И. Васильев, С. М. Андреев, И. И. Васильев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета «Прикладная математика и вопросы управления». - 2020. - № 2. - С. 99-121.

46. Vasilyev, M. I. Energy-saving method of fuzzy control combustion process in thermal plants / M. I. Vasilyev, I. I. Vasilyev // «2018 International Russian Automation Conference (RusAutoCon 2018)» Sochi, Russia, 2018. - Pages 1-561.

47. Васильев, М. И. Способ энергосберегающего нечёткого управления процессом горения в тепловых установках / М. И. Васильев, Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев // Автоматизированные технологии и производства. - 2016. -С. 66-73.

48. Васильев, М. И. Способ энергосберегающего нечёткого управления процессом горения в тепловых установках / М. И. Васильев // сборник трудов 72-ой международной молодежной научной конференции «Нефть и газ 2018». Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина. М: 2018. - С. 50-59.

49. Васильев, М. И. Способ энергосберегающего нечёткого управления процессом горения в тепловых установках / М. И. Васильев, И. И. Васильев // Научный журнал Российское газовое общество. - 2018. - С. 37-41.

50. Васильев, М. И. Способ энергосберегающего управления процессом горения в тепловых установках / М. И. Васильев // Ежегодный сборник материалов научно-практических конференций молодых ученых и

специалистов ПАО «Газпром» - призеров 2016 года «Инновационный потенциал молодых ученых и специалистов ПАО «Газпром», ООО «Газпром экспо». - 2017.

51. Васильев, М. И. Способ энергосберегающего управления процессом горения в тепловых установках / М. И. Васильев // Сборник тезисов докладов XI Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (газ, нефть, энергетика). -2015. - С. 468.

52. Парсункин, Б. Н. Энергосберегающее нечёткое управление давлением в рабочем пространстве нагревательных печей / Б. Н. Парсункин, М. И. Васильев // Электротехнические системы и комплексы. - 2014. - С. 81.

53. Васильев, М. И. Способ энергосберегающего управления процессом горения в тепловых установках / М. И. Васильев // Сборник тезисов докладов открытой конференции молодых ученых и специалистов в г. Новый Уренгой, посвящённой 50-летию со дня открытия УНГКМ. - 2016. - С. 62.

54. Васильев, М. И. Способ энергосберегающего управления процессом горения в тепловых установках / М. И. Васильев // Сборник тезисов докладов Первой Арктической совместной научно-практической конференции молодых учёных и специалистов ООО «Газпром добыча Уренгой» и ООО «Газпром добыча Ямбург». - 2017. - С. 42-43.

55. Парсункин, Б. Н. Способ энергосберегающего управления процессом горения в тепловых установках / Б. Н. Парсункин, М. И. Васильев // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Тезисы докладов 76-ой международной научно-технической конференции. - 2018. -С. 274

56. Васильев, М. И. Способ энергосберегающего нечёткого управления процессом горения в тепловых установках / М. И. Васильев, И. И. Васильев // сборник докладов 72-ой международной молодежной научной конференции «Нефть и газ 2018». Российский государственный университет нефти и газа

(национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина. М: 2018. - С. 16.

57. Заде, Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений: монография / Л. Заде. - М.: Мир, 1976. -166 c.

58. Dadios, E. Fuzzy Logic - Algorithms. Techniques and Implementations: монография / E. Dadios. - М.: ИнТех, 2012. - 294 с.

59. Syropoulos, A. Theory of Fuzzy Computation: монография / A. Syropoulos. -Springer, 2014. - 170 с.

60. Stefano, D. On the Need of a Standard Language for Designing Fuzzy Systems / D. Stefano, N. Bruno // On the Power of Fuzzy Markup Language. Studies in Fuzziness and Soft Computing. - 2013. - 296 pp.

61. Shows how to practically use Fuzzy Markup Language / Acampora, Giovanni; Loia, Vincenzo; Lee, Chang-Shing; Wang, Mei-Hui // On the Power of Fuzzy Markup Language. Studies in Fuzziness and Soft Computing. - 2013. -296 pp.

62. Zadeh, L. A. «Fuzzy algorithms». Information and Control. - 1968. -№ 12 (2). - P. 94-102.

63. Zadeh, L. A. «Fuzzy sets». Information and Control. - 1965. - № 8 (3). -P. 338-353.

64. Патент US-6190160-B1. Соединённые Штаты Америки, МПК F23C99/00. Process for combustion of a fuel with an oxygen-rich oxidant: заявл. 02.07.1999: опубл. 20.02.2001 / Hibon Isabelle (FR), Simon Jean-Francois (FR)

65. Патент RU-2353876-C2. Российская Федерация, МПК F27B7/12. Печь, способ ее применения и управления: заявл. 26.02.2004: опубл. 27.04.2009 / Эванс Томас Хадсон (GB)

66. Патент RU-2313815-C2. Российская Федерация, МПК G05B 1/00. Устройство и способ для контроля технической установки, содержащей множество систем, в частности установки электростанции: заявл. 04.07.2003: опубл. 27.12.2007 / Фик Вольфганг (DE), Аппель Мирко (DE), Герк Уве (DE)

67. Патент RU-2523931-C2. Российская Федерация, МПК F23N 5/00. Способ регулирования процесса горения, в частности, в топочном пространстве парогенератора, отапливаемого ископаемым топливом, и система сжигания: заявл. 23.06.2010: опубл. 27.07.2014 / Беманн Маттиас фЕ), Шпет Тилл (DE), Вендельбергер Клаус фЕ)

68. Оптимальный автоматически настраивающийся общепромышленный регулятор (регулятор ОАОР) / A. M. Шубладзе, В. Е. Попадько, С. В. Гуляев, А. А. Шубладзе - 2002. - № 7. - С. 2-5.

69. Мань, Н. В. Настройка регуляторов по переходной характеристике замкнутой системы с уточненной моделью объекта / Н. В. Мань, Л. С. Чыонг // Теплоэнергетика. - 1998. - № 7. - С. 55-58.

70. Автоматически настраивающийся адаптивный промышленный регулятор (АНАП регулятор) / A. M. Шубладзе, С. В. Гуляев, В. Р. Ольшванг, А. А. Шубладзе // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2005. - № 3. - С. 32-35.

71. «Способ оптимальной автоматической настройки системы управлениям», патент РФ № 2243584, МПК G05B 13/00, опубл. 27.12.2004.

72. Гендрина, И. Ю. Учебно-методическое пособие. Градиентные и овражные методы безусловной минимизации / И. Ю. Гендрина, С. С. Катаева, А. П. Рыжаков - Томск. - 2008.

73. Моисеев, Н. Н. Методы оптимизации / Н. Н. Моисеев, Ю. П. Иванилов, Е. М. Столярова - М.: Наука, 1975.

74. Пантелеев, А. В. Методы оптимизации в примерах и задачах / А. В. Пантелеев, Т. А. Летова - М.: Высшая школа, 2002. - 544 с.

75. Гусев, Ю. М. Решение задачи оптимизации удельного расхода топлива ТВВД на основе интеллектуальных методов управления и анализ полученных результатов / Ю. М. Гусев, О. Е. Данилин, Б. И. Бадамшин // Вестник УГАТУ. - 2010. - Т. 14. - № 2(37). - С. 136-145.

76. Попов, Е. П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. - Наука. - 1988. - 255 с.

77. Эйкхофф, П. Основы идентификации систем управления. - М.: Мир. -1975. - 683 с.

78. Ziegler, J. G. Optimum settings for automatic controllers / J. G. Ziegler, N. B. Nichols // Trans. ASME. - 1942. - P. 759-768.

79. Деменков, Н. П. Программные средства оптимизации настройки систем управления. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. - 2006. - 244 с.

80. Пивкин, А. А. Курсовая работа по дисциплине: «Теплогенерирующие установки» на тему: «Тепловой расчет котла ДЕ-16-14ГМ» / А. А. Пивкин, Г. Н. Трубицына. - Магнитогорск: МГТУ, 2016.

81. Роддатис, К. Ф. Справочник по котельным установкам малой мощности: монография / К. Ф. Роддатис, А. Н. Полтарецкий А.Н. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

82. Павлова, Г. А. Расчет теплогенерирующих установок малой и средней мощности: учебное пособие / Г. А. Павлова. - Магнитогорск: МГТУ, 2002.

83. Делягин, Г. Н. Теплогенерирующие установки: монография / Г. Н. Делягин, В. И. Лебедев, Б. А. Пермяков. - М.: Стройиздат, 1986.

84. Котельное оборудование и металлоконструкции ООО «ПТО» г. Москва: сайт. - URL: http://www.dlyakotlov.ru (дата обращения: 21.03.2021). -Текст: электронный.

85. Котельное оборудование и системы автоматизации. Алтайский край г. Бийск. ООО «Бийская Энергетическая Компания»: сайт. - URL: http://biek.ru/ (дата обращения: 21.03.2021). - Текст: электронный.

86. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский // - М.: Наука, 1971.

87. Рябчиков, М. Ю. Планирование эксперимента и обработка результатов измерений: Учеб. пособие / М. Ю. Рябчиков, Е. С. Рябчикова -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2012. - 150 с.

88. Южаков, И. В. Современные методы численного моделирования процессов горения / И. В. Южаков, Е. И. Левин // Конференция молодых ученых - 2017 УралЭНИН, ФГАОУ ВО «УрФУ». - 2017. -С. 20-23.

89. Смирнов, Е. М. Конспект лекций дисциплины «Течения вязкой жидкости и модели турбулентности: методы расчёта турбулентных течений» / Е. М. Смирнов, А. В. Гарбарук // Федеральное агентство Российской Федерации по образованию «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет». - 2010. - 127 с.

90. Зайцев, Л. М. Труды МФТИ «Прикладная механика, динамика жидкости и газа» / Л. М. Зайцев, В. Б. Аккерман. - 2010. - Том 2. - № 2. - С. 92100.

91. Математическая модель процесса горения жидкого органического энергоносителя / Л. М. Кондратьева, Н. А. Корчевин, О. Л. Свердлова, Л. Г. Евсевлеева // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2019. - том 9. - № 1. - С. 133-138.

92. Андреев, С. М. Разработка и моделирование несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов: учебное пособие / С. М. Андреев, Б. Н. Парсункин. - М.: Издательский центр «Академия», 2016. - 272 с.

93. Рассел, С. Искусственный интеллект: современный подход: научное пособие / С. Рассел, П. Норвиг. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2010. -408 с.

94. Повышение производительности доменной печи при оптимизации автоматического управления подачей природного газа и технического кислорода в дутье / Б. Н. Парсункин, Б. К. Сеничкин, С. М. Андреев, М. Ю. Рябчиков // Вестник «МГТУ им. Г.И. Носова». - 2011. - № 4 (36). -С. 69-73.

95. Ang, K. H. PID control system analysis, design, and technology / K. H. Ang, G. Chong, Y. Li - Текст: непосредственный // IEEE Trans. on Control Systems Technology. - 2005. - Vol. 13. - № 4. P. 559-576.

96. Воронов, А. А. Основы теории автоматического управления / А. А. Воронов //М. - Л., ч. 3, 1970.

97. Парсункин, Б. Н. Оптимизация управления технологическими процессами в металлургии: Монография / Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев. -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2006. - 198 с.

98. Денисенко, В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием: учебное пособие / В. В. Денисенко. - М.: Горячая линия -Телеком, 2008. - 608 с.

99. Рябчиков, М. Ю. Планирование эксперимента и обработка результатов измерений: учебное пособие / М. Ю. Рябчиков, Е. С. Рябчикова. -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2012. - 150 с.

100. Радиоавтоматика: учебное пособие / В. А. Бесекерский, А. А. Елисеев, А. В. Небылов [и др.] ; под редакцией В. А. Бесекерского. - М.: Высш. шк. 1985. - 271 с.

101. Васильев, М. И. Анализ и сравнение основных входных регулирующих воздействий на ПИД регулятор / М. И. Васильев, Д. Л. Власов, И. И. Васильев // Автоматизированные технологии и производства. - 2017. -С. 35-39.

102. Analysis and geometry in control theory and its applications / P Bettiol, P Cannarsa, G Colombo, M Motta, F Rampazzo (Eds.). // Springer International Publishing. Springer Nature. 2015.

103. Gregory J. Constrained optimization in the calculus of variations and optimal control theory / J Gregory // Springer, 1992. - 217 p.

104. Mehta B. R. Industrial Process Automation Systems. 1st Edition. Design and Implementation. / B. R. Mehta, Y. J. Reddy. - 2014. - 668 p.

105. Васильев, М. И. Поиск оптимальной постоянной скорости изменения регулирующего входного воздействия нечёткого регулятора стабилизирующего контура / М. И. Васильев, И. И Васильев // Автоматизация. Современные технологии. - 2020. - № 9. - С. 424-428.

106. Васильев, М. И. Программа автоматической настройки пропорционально-интегрально-дифференцирующих регуляторов в разомкнутом контуре / М. И. Васильев, И. И. Васильев // Ежемесячный научно-

технический и производственный журнал «Автоматизация в промышленности». - 2020. - № 6 2020. - С. 35-36.

107. О реформе теплоснабжения в Российской Федерации: сайт. - URL: https://minenergo.gov.ru/system/download-pdf/4227/69137 (дата обращения: 21.03.2021). - Текст: электронный.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Схема автоматизации котла ДЕ-16-14

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)

Алгоритм функционирования системы управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве тепловых установок

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(обязательное)

Результаты проведения активного эксперимента

Таблица. Результаты проведения активного эксперимента

Расход Концентрация кислорода в отходящих дымовых газах, % Обработка результатов измерения

№ Объект управления Средневзв. Стандартн. Критерий Стьюдента Критич. Эксперимент Критерий Фишера Критич. Однородн. Критерий Дисперсия Критерий

п/п куб. м./ч Модель Серия (план) №1, эксперим ент № Средн. Диспер- Дисперсия Серия (план) №2, эксп. № Средн. Диспер- Дисперсия по числу квадрат. значение воспроиз- значение дисперсий Фишера для адекват- Фишера для

1 2 3 4 5 знач. сия воспроизв. 1 2 3 4 знач. сия воспроизв. опытов откл. критерия водим критерия (Да/Нет) воспроизвод. ности адекватности

1 3 465 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 Да 0,00000 Да

2 3 809 0,97 0,97 0,99 0,93 0,98 0,98 0,97 0,00055 1,01 0,95 0,97 0,92 0,96 0,00129 0,00088 0,02960 0,22284 Да 2,35513 Да

3 4 011 1,92 2,00 1,83 1,90 1,88 1,90 1,90 0,00371 1,84 1,97 1,89 1,96 1,91 0,00372 0,00372 0,06096 0,23678 Да 1,00382 Да

4 4 267 2,76 2,78 2,71 2,69 2,64 2,85 2,73 0,00719 2,77 2,82 2,87 2,83 2,82 0,00167 0,00474 0,06882 1,89487 Да 4,30809 Да

5 4 475 3,47 3,48 3,61 3,57 3,64 3,63 3,59 0,00436 3,51 3,48 3,60 3,51 3,52 0,00294 0,00373 0,06109 1,49836 Да 1,48271 Да

6 4 684 4,19 4,31 4,24 4,30 4,12 4,33 4,26 0,00714 4,01 4,37 4,09 4,13 4,15 0,02407 0,01467 0,12110 1,33710 Да 3,37204 Да

7 4 947 4,87 4,93 4,66 4,76 5,07 4,91 4,87 0,02590 4,64 4,75 4,89 4,68 4,74 0,01193 0,01969 0,14032 1,33595 Да 2,17169 Да

8 5 157 5,47 5,47 5,49 5,56 5,48 5,53 5,51 0,00137 5,46 5,70 5,26 5,68 5,52 0,04225 0,01954 0,13978 0,17815 Да 30,87834 Нет

9 5 367 5,99 6,20 5,81 6,04 5,93 6,17 6,03 0,02633 6,21 6,12 6,18 6,28 6,20 0,00463 0,01668 0,12917 1,90333 Да 5,69082 Да

10 5 576 6,48 6,28 6,37 6,45 6,76 6,34 6,44 0,03648 6,64 6,18 6,27 6,51 6,40 0,04511 0,04032 0,20079 0,28918 Да 1,23680 Да

11 5 835 7,02 6,68 6,84 7,04 6,70 6,97 6,85 0,02568 7,20 7,10 7,32 6,74 7,09 0,06315 0,04234 0,20576 1,76289 Да 2,45899 Да

12 6 039 7,46 7,53 7,62 7,31 7,52 7,50 7,50 0,01317 7,81 7,66 7,19 7,49 7,54 0,07193 0,03929 0,19821 0,29805 Да 5,46217 Да

13 6 240 7,84 7,61 7,64 7,76 7,47 7,83 7,66 0,01979 7,79 7,90 7,62 7,70 7,75 0,01530 0,01779 0,13339 1,05397 Да 1,29381 Да

14 6 485 8,28 8,13 8,06 8,66 7,89 8,60 8,27 0,11727 8,08 7,89 7,89 7,93 7,95 0,00848 0,06892 0,26252 1,81593 Да 13,82961 Нет

15 6 724 8,65 8,26 8,66 8,85 8,65 9,02 8,69 0,08044 0,05265 8,26 8,94 9,01 8,88 8,77 0,11797 0,05046 0,09712 0,31164 0,40427 2,36460 Да 1,46645 9,11700 Да 1,04336 0,34140 0,32721

16 6 908 8,97 9,08 9,28 9,40 9,08 9,36 9,24 0,02430 9,21 8,86 8,73 9,16 8,99 0,05325 0,03716 0,19278 1,93063 Да 2,19169 Да

17 7 131 9,31 9,60 9,39 9,38 9,43 8,89 9,34 0,06979 9,17 9,05 9,26 9,24 9,18 0,00856 0,04258 0,20634 1,13976 Да 8,15396 Да

18 7 385 9,67 9,55 9,91 9,20 10,01 9,83 9,70 0,10672 10,08 9,68 9,45 10,13 9,83 0,10785 0,10722 0,32745 0,60516 Да 1,01059 Да

19 7 585 9,94 10,28 10,08 10,18 9,98 9,94 10,09 0,01924 9,79 9,80 9,70 10,06 9,84 0,02380 0,02127 0,14584 2,60705 Нет 1,23669 Да

20 7 809 10,23 9,89 10,52 10,16 10,00 10,23 10,16 0,05898 10,64 10,28 10,13 10,28 10,33 0,04710 0,05370 0,23173 1,10773 Да 1,25227 Да

21 8 047 10,51 10,36 10,72 10,51 10,27 10,85 10,54 0,05883 10,50 10,10 10,64 10,97 10,55 0,12869 0,08988 0,29980 0,07032 Да 2,18755 Да

22 8 259 10,76 11,22 10,51 11,12 10,65 10,82 10,87 0,09191 10,45 10,25 10,39 10,69 10,45 0,03336 0,06588 0,25668 2,41825 Нет 2,75537 Да

23 8 492 11,01 10,84 10,59 11,23 10,83 10,54 10,81 0,07362 10,69 11,03 11,53 10,77 11,00 0,14185 0,10394 0,32240 0,91610 Да 1,92688 Да

24 8 714 11,25 11,01 10,72 11,31 10,85 11,37 11,05 0,08153 11,69 10,98 11,05 11,12 11,21 0,10467 0,09182 0,30301 0,76489 Да 1,28374 Да

25 8 914 11,45 11,68 11,40 11,59 11,38 11,80 11,57 0,03301 11,30 11,89 11,59 11,49 11,56 0,06079 0,04536 0,21297 0,02484 Да 1,84177 Да

26 9 147 11,67 11,17 11,99 11,68 12,07 11,22 11,63 0,17451 12,06 11,74 11,67 11,56 11,76 0,04612 0,11745 0,34270 0,57504 Да 3,78398 Да

27 9 348 11,85 12,17 12,33 11,79 12,20 11,50 12,00 0,11726 11,74 12,28 11,96 11,58 11,89 0,09038 0,10531 0,32452 0,49953 Да 1,29746 Да

28 9 601 12,07 11,68 12,30 12,12 11,56 12,19 11,97 0,10824 12,36 11,80 12,05 11,96 12,04 0,05450 0,08436 0,29044 0,36005 Да 1,98627 Да

29 9 795 12,24 12,76 12,74 12,74 12,16 12,76 12,63 0,07109 12,12 12,56 12,61 12,74 12,51 0,07241 0,07168 0,26773 0,70756 Да 1,01857 Да

30 9 983 12,39 12,46 12,23 12,99 12,50 12,08 12,45 0,12097 12,43 11,95 11,89 12,61 12,22 0,12599 0,12321 0,35101 0,99282 Да 1,04150 Да

(обязательное)

Программный код инструкции нечеткого регулятора

// Производим расчет сигнала рассогласования E:=Atek-Azad;

// Расчет лингвистических переменных X1:=E/K1;

If Timer.acc>0 Then dE:=(E-Elast)/Timer.acc; Else dE:=0; END_IF;

Timer.en:=0; Elast:=E;

Timer.en:=1;

X2:=dE/K2;

// Расчет значений ф-ий принадлежности

If X1>1 Then A1_x1:=1;

Elsif X1<0.2 Then A1_x1:=0;

Else A1_x1:=1.25*X1-0.25;

END_IF;

If X1>0.5 Then A2_x1:=1.7-1.4*X1; Elsif X1<-0.2 Then A2_x1:=0; Else A2_x1:=1.43*X1+0.29; END_IF;

If X1<-0.8 OR X1>=0.8 Then A3_x1:=0; Else Elsif X1<=0 Then A3_x1:=1.25*X1+1; Else A3_x1:=-1.25*X1+1; END_IF;

If X1<=-1 OR X1>0.2 Then A4_x1:=0; Elsif X1<-0.5 Then A4_x1:=1.4*X1+1.7; Else A4_x1:=0.23-1.43*X1;

Приложение Г (продолжение)

END_IF;

If X1>-0.2 Then A5_x1:=0; Elsif X1<-1 Then A5_x1:=1; Else A5_x1:=-1.25*X1-0.25; END_IF;

If X2>1 Then A1_x2:=1; Elsif X2<0.2 Then A1_x2:=0; Else A1_x2:=1.25*X2-0.25; END_IF;

If X2>0.5 Then A2_x2:=1.7-1.4*X2; Elsif X2<-0.2 Then A2_x2:=0; Else A2_x2:=1.43*X2+0.29; END_IF;

If X2<-0.8 OR X2>=0.8 Then A3_x2:=0; Elsif X2<=0 Then A3_x2:=1.25*X2+1; Else A3_x2:=-1.25*X2+1; END_IF;

If X2<=-1 OR X2>0.2 Then A4_x2:=0; Elsif X2<-0.5 Then A4_x2:=1.4*X2+1.7; Else A4_x2:=0.23-1.43*X2; END_IF;

If X2>-0.2 Then A5_x2:=0; Elsif X2<-1 Then A5_x2:=1; Else A5_x2:=-1.25*X2-0.25; END_IF;

// Расчет ф-ий базы правил

If A5_x1<A3_x2 Then n1:=A5_x1; Else n1:=A3_x2; END_IF; If A1_x1<A3_x2 Then n2:=A1_x1; Else n2:=A3_x2; END_IF;

Приложение Г (продолжение) If A4_x1<A3_x2 Then n3:=A4_x1; Else n3:=A3_x2; END_IF; If A2_x1<A3_x2 Then n4:=A2_x1; Else n4:=A3_x2; END_IF; If A4_x1<A4_x2 Then n5:=A4_x1; Else n5:=A4_x2; END_IF; If A2_x1<A2_x2 Then n6:=A2_x1; Else n6:=A2_x2; END_IF; If A4_x1<A2_x2 Then n7:=A4_x1; Else n7:=A2_x2; END_IF; If A2_x1<A4_x2 Then n8:=A2_x1; Else n8:=A4_x2; END_IF; If A3_x1<A4_x2 Then n9:=A3_x1; Else n9:=A4_x2; END_IF; If A3_x1<A2_x2 Then n10:=A3_x1; Else n10:=A2_x2; END_IF; If A3_x1<A3_x2 Then n11:=A3_x1; Else n11:=A3_x2; END_IF;

// Нормирование выходного значения Y:=(n1-n2+0.5*n3-0.5*n4+n5-n6+0.5*n9-0.5*n10)/(n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7+n8+n9+n10+n11);

// Управляющее воздействие W0:=W;

If F=0 Then W:=0; If Y>(Yn/2) Then U:=1; Elsif Y<(Yn/2) Then U:=-1;

Else U:=0; END_IF; Else U:=0; If Y>(Yn/2) Then W:=W0+Kim; Elsif Y<(Yn/2) Then W:=W0-Kim; Else W:=W0; END_IF;

(обязательное)

Удостоверение на рационализаторское предложение № 535

(обязательное)

Свидетельство о регистрации программы для электронной вычислительной

машины

(обязательное)

Свидетельство о регистрации программы для электронной вычислительной

машины