Разработка автоматизированной системы экспериментальных исследований теплового двигателя

Алматинский Университет Энергетики  и Связи 
Кафедра Инженерной Кибернетики

 

 

Дипломная работа 

На тему:

 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

 

Выполнил: студент группы АУТЭ-07-2 Гайсин С.К.

Руководитель: профессор каф. ИК Хан С.Г.

Актуальность работы

 

• Применение новейших информационных технологий (современной компьютерной графики) при разработке АСЭИ теплового двигателя, и  в дальнейшем использование её в режиме удаленного доступа;
• Возможность применения данного проекта при двухступенчатой системе обучения, при дистанционной системе обучения и заочном обучении;
• Исследование системы тригенерации - одного из инновационных видов производства энергии.

 

 

 

 

2

Цели работы

 

• Разработка двухуровневой автоматизированной системы экспериментальных исследований теплового двигателя;
• Разработка приложения в среде Lab View Real Time  для автоматизации сбора и обработки данных, а также подачи регулирующих воздействий.

 

3

Задачи выпускной работы

 

• Изучить процесс тригенерации;
• Разработать двухуровневую АСЭИ теплового двигателя;
• Разработать алгоритм  управления регулирующими клапанами в АСЭИ теплового двигателя;
• Разработать приложение в среде Lab View Real Time  для автоматизации сбора и обработки данных, а также выдачи регулирующих воздействий;
• Безопасность жизнедеятельности;
• Технико–экономическое обоснование.

 

 

4

Преобразование энергии топлива в системах генерации энергии

 

5

Сравнение силовых агрегатов

 

Наименование

 

Преимущества

 

Недостатки

 

η_^эл

 

Сервис

 

ГТУ

 

Надежность. Отсутствие водяной  системы охлаждения. Гибкость по  отношению к выбору топлива. Низкая  эмиссия вредных веществ. «Высокоэнергетический»  выход тепловой энергии

 

Нижний порог эффективного применения (от 5 МВт электроэнергии). Производительность  ниже, чем у поршневых двигателей. Высокий уровень шума. Требуется  подготовка топлива (очистка, осушка, компрессия). Длительный период запуска (0.5 –2 часа). Сложный и дорогой  капитальный ремонт

 

25÷35%

 

0,08

цент/кВт

 

ГПА

 

Высокая производительность. Относительно  низкий уровень начальных инвестиций. Широкий спектр моделей по  выходной мощности. Возможность  автономной работы. Быстрый запуск. Гибкость по отношению к выбору  топлива

 

Дорогое обслуживание (обслуживающий  персонал, использование смазочных  масел и охлаждающих жидкостей). Высокая эмиссия вредных веществ. Высокий уровень (низкочастотного) шума. Низкая тепловая эффективность. Высокое соотношение вес/выходная  мощность. Ресурс работы ниже, чем  у турбин

 

25÷40%

 

1,4 цент/кВт

 

6

Испытательный стенд

 

7

Технологическая схема  тригенерационной установки

 

1 – бак-аккумулятор; 2 –  воздушный радиатор;  3 –  двигатель внутреннего сгорания;  4 – циркуляционный насос; 5  – теплообменник; 6 – электрогенератор; 

7 – фильтр-осушитель; 8 –  влагоотделитель.

 

8

Двухуровневая автоматизированная  система экспериментальных исследований

 

ЭВМ оператора

 

Compact field point

 

ПРОТАР 120

 

датчики

 

ИМ

 

Объект управления

 

Верхний уровень

 

Нижний уровень

 

9

Функциональная схема  автоматизированной системы

 

10

Структурная схема автоматизированной  системы

 

Задатчик1

 

Xa

 

Za 

 

К^{RTD 10}

 

W(P)_{^{PK 5}}

 

W(P)ОУ1

 

Ya  oc

 

-

 

Yвых

 

11

Структурная схема автоматизированной  системы

 

Задатчик2

 

Xb

 

Zb 

 

К^{RTD 14}

 

W(P)_{^{PK 2}}

 

W(P)ОУ2

 

Yb  oc

 

-

 

Yвых

 

12

Алгоритм управления регулирующими  клапанами, реализованный с помощью  регулятора ПРОТАР 120

 

Номер шага программы

 

команда

 

содержание команды

 

результат вычисления

 

0

 

F16

 

Фильтр с масштабированием

 

N16=C1*A*(t1*p+1)

 

1

 

F17

 

Фильтр с масштабированием

 

N16=C2*b*(t2*p+1)

 

2

 

F40

 

ввод переменной для последующего  вычисления

 

C

 

3

 

C

 

переменная

 

 

 

4

 

F49

 

дифференцирование

 

t3*C/(t3*p+1)

 

5

 

t3

 

переменная

 

 

 

6

 

F27

 

умножение

 

t3*C*c3/(t3*p+1)

 

7

 

c3

 

переменная

 

 

 

8

 

F41

 

пересылка и запоминание результата  предыдущего вычисления

 

N00=t3*C*c3/(t3*p+1)

 

9

 

N00

 

переменная

 

 

 

10

 

F25

 

сложение

 

N00+N17

 

11

 

N17

 

переменная

 

 

 

12

 

F25

 

сложение

 

N00+N17+N16

 

13

 

N16

 

переменная

 

 

 

13

Алгоритм управления регулирующими  клапанами, реализованный с помощью  регулятора ПРОТАР 120

 

Номер шага программы

 

команда

 

содержание команды

 

результат вычисления

 

14

 

F41

 

пересылка и запоминание результата  предыдущего вычисления

 

P=N00+N17+N16

 

15

 

P

 

переменная

 

 

 

16

 

F10

 

интегратор задания

 

 

 

17

 

F01

 

регулирование ПИД-импульсное

 

Задание Yo=Po+ao, где ао изменяется  в диапазоне от -а$ до а$. Рассогласование: Е=p/(to*p+1)+Yo; Динамическая или статическая  балансировка (в зависисмости от  переменноц tc). Введение зоны нечувствиетльности  а. ПИД-регулирование: W=(100sec/Ts)*P

 

18

 

F00

 

конец программы и обработка  входов-выходов прибора ПРОТАР 120

 

 

 

14

Интерфейс тригенерационной  установки

 

15

Интерфейс автоматизированной  системы экспериментальных исследований

 

16

Блок-диаграмма запуска  двигателя

 

17

Фрагмент блок-диаграммы 

опроса термодатчиков

 

18

Показания Датчиков

 

19

Графики указателей давления

 

20

Безопасность жизнедеятельности 

 

По индивидуальному заданию произведены:

• Оценка воздействия экспериментальной установки на окружающую среду;
• Расчет системы зануления электродвигателя;
• Разработка мер безопасности экспериментальной установки.

 

 

21

Технико-экономическое обоснование 

 

По индивидуальному заданию определены:

• Годовой расход тепловой энергии коммерческим зданием;
• Максимальная часовая нагрузка тригенерационной установки;
• Себестоимость выработки 1 Гкал тепловой энергии.

 

22

Участие в  конференциях  и научные публикации: 

 

- I I I  Республиканская  студенческая научно-практическая  конференция по математике, механике  и информатике (2011 год, грамота  за активное участие, Евразийский  Национальный Университет им.  Л. Гумилева г. Астана);

- XI Республиканская научно-техническая  конференция молодых ученых и  студентов, посвященная 20-летию  Независимости Республики Казахстан  (2011 год, секция Энергосбережение  – диплом 1 степени, секция  Информационные технологии -   диплом 3 степени, Восточно-Казахстанский  Государственный Технический университет  им. Д. Серикбаева г. Усть-Каменогорск   ) ;

• Публикации в 4-х печатных трудах

 

 

23

Заключение

 

 

 

• Выполнены поставленные задачи;
• Разработана 2-ух уровневая автоматизированная система экспериментальных исследований теплового двигателя;
• Разработано приложение в среде графического программирования Lab View Real Time для физического моделирования работы тригенерационной установки;
• Разработан алгоритм ПИД - регулирования для работы регулятора ПРОТАР-120;
• Экономический расчет: себестоимость вырабатываемой тепловой энергии, равна 12802 тг/Гкал;
• Безопасность жизнедеятельности: оценка воздействия экспериментальной установки на окружающую среду, разработка мер безопасности при работе с тригенерационной установкой.

 

 

24

Спасибо за внимание

 

2

 

4

 

8

 

9

 

10

 

11

 

12

 

13

 

14

 

15

 

16

 

17

 

18

 

19

 

25