В І Бойко - Система автоматизованого обліку витрат енергоносіїв - страница 1

Страницы:
1 

УДК 621.11

B.I. Бойко, А.Т. Нельга, Ю.І. Рейдерман

Дніпродзержинський державний технічний університет

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЗОВАНОГО ОБЛІКУ ВИТРАТ ЕНЕРГОНОСІЇВ

© Бойко В.І., Нельга А. Т., Рейдерман Ю.І., 2010

Розглянуті питання обліку споживання енергоносіїв і комерційних розрахунків за їх використання на підприємстві "ДніпроВагонМаш". З метою підвищення точності й достовірності визначення кількості пари, газу і гарячої води, які споживаються на вказаному об'єкті, впроваджена система обліку енергоносіїв, до складу якої входять сучасні засоби автоматизації та мікропроцесорної техніки. Розглядаються питання вибору шкали вимірювання витрат енергоносіїв, коли похибки обліку не перевищують встановлену межу.

Ключові слова: енергоносії, витрати, точність, тепловодолічильник, комп'ютер, інтерфейс.

 

The questions of account of consumption of power mediums and commercial calculations are considered for their use on the enterprise of "Dniprovagonmash". With the purpose of increase of exactness and authenticity of determining the amount of pair, gas and hot water, which are consumed on the indicated object, the system of account of power mediums, which modern facilities of automation and microprocessor technique enter in the complement of is inculcated. The questions of choice of scale of measuring of charges of power mediums are examined, when the errors of account do not exceed the set limit.

Keywords: Power mediums, charges, exactness, computer, interface.

 

Вступ

У зв'язку з різким збільшенням цін на паливо, актуальності набуває проблема правильності обліку споживання енергоносіїв і комерційних розрахунків за їх використання. Вимоги посилилися до економного використання і обліку, особливо в тих випадках, коли кількість енергоносіїв, що відпускаються і споживаються, достатньо значна.

 

Постановка задачі

Проблема, що стосується напрямку обліку витрат енергоносіїв, зв'язана з нелінійним характером залежності похибки вимірювання витрат теплоенергоносіїв від їх обсягу використання. Допустиму похибку вимірювання регламентує директивний документ, де вказано, що тепло-лічильники повинні забезпечувати вимірювання теплової енергії гарячої води з відносною похибкою не більше 5 % при різниці температур у вхідному і зворотному трубопроводах від 10 до 20 0С і 4 % при різниці температур більше 20 °С; теплової енергії пари - з відносною похибкою не більше 5 % у діапазоні витрати пари від 10 до 30 % і 4 % - у діапазоні від 30 до 100 %.

На основі аналізу одержаних у результаті експериментів даних на зварювально-складальній дільниці ВАТ "ДніпроВагонМаш" була доведена актуальність здійснення розробки системи обліку теплоегергоносіїв. Використання системи обліку на цій дільниці, дія якої заснована на принципі вимірювання методом змінного перепаду тиску на вимірювальному звужувальному пристрої, встановленому на трубопроводі, не задовольняло певною мірою точності, яка прийнята для комерційного обліку [1]. Тому використання сучасних засобів автоматики і обчислювальної техніки є необхідною умовою розробки сучасних вимірювальних систем.

Ціль роботи

Основою досліджень є підвищення точності й достовірності визначення кількості пари, газу і гарячої води, які споживаються на ВАТ "ДніпроВагонМаш", що стало можливим завдяки впровадженню автоматизованої системи обліку енергоносіїв, яка розглядається нижче.

 

Основний склад автоматизованої системи обліку і її інформаційне забезпечення

Визначальною особливістю цієї системи можна вважати застосування сучасних засобів автоматизації і мікропроцесорної техніки, а саме, ультразвукових тепловодолічильників типу "Ергомера - 125", датчиків надмірного тиску КРТ5-1 (0ч1,6 МПа) із стандартним вихідним струмо-вим сигналом 4-20 мА, датчиків температури ТСПР - 0196, первинних перетворювачів п'єзо­електричних (ППЕ) витрат, персонального комп' ютера тощо.

Канали вимірювання витрат визначають інтервали часу розповсюдження звуку по потоку і проти потоку рідини. Зондуючий сигнал, який сформований вимірювальним перетворювачем, подається на ППЕ, який випромінює ультразвуковий сигнал у рідину. Ультразвуковий сигнал, що пройшов через рідину, приймається другим ППЕ і надходить в комп' ютер для оброблення. В наступному циклі зондуючий сигнал подається на другий ППЕ і приймається першим ППЕ. Процес чергування випромінювання і приймання кожним ППЕ повторюється. Вимірювання інтервалів часу t1 і t2 між випромінюванням і прийманням сигналу при випромінюванні ультразвукового сигналу по потоку і проти потоку здійснюється за допомогою інтерполяційного метода. За різницею між t1 і t2 визначається швидкість руху рідини.

Вимірювальні перетворювачі виконують такі функції:

-         перетворення і обробку сигналів, отриманих від первинних перетворювачів витрати, тиску і температури;

-         обробку значень замірів параметрів;

-         архівацію і зберігання в енергозалежній пам' яті результатів вимірювань, обчислень і параметрів функціонування;

-         виведення вимірювальної, архівної, діагностичної і настановної інформації на рідинно кришталевий дисплей і послідовні інтерфейси RS - 232 або RS - 485;

-         автоматична діагностика і облік в архіві нештатних ситуацій.

Під час роботи обчислювальний пристрій здійснює постійний контроль за станом вимірю­вальних перетворювачів, ліній зв' язку і своєї електронної схеми. У разі виявлення несправностей (обрив ліній зв' язку, коротке замикання) на індикаторі відображається відповідна діагностична інформація.

В основі програмного забезпечення витрат енергоносіїв лежить пакет програм "ErgoServ". Цей пакет може бути встановлений у двох варіантах:

1. Мережевий. При мережевій установці програмна оболонка ErgoServ і програма Reader
встановлюються на комп'ютері - сервері, а клієнтські програми ErgoView - на робочих станціях.

2. Локальний. При даній установці весь пакет програм розміщується на одному комп'ютері.
Пакет
ErgoServ складається з чотирьох взаємозв'язаних програм:

1.  ErgoServ.exe - основна програмна оболонка, яка дозволяє виводити звіти на екран або принтер, будувати графіки, зберігати дані у форматі електронних таблиць Excel, додавати або змінювати настройки для роботи з приладами, опитувати прилади за допомогою відповідних програм. Встановлюється, як правило, на серверах або самостійних робочих станціях.

2.  ErgoView.exe - програма для перегляду табличних звітів і графіків, виведення необхідних даних на принтер або збереження у форматі електронних таблиць Excel. Встановлюється на робочих станціях, об' єднаних у мережу.

3.  Reader.exe - програма для зняття інформації з приладів (лічильників або контролерів). Ця програма дозволяє встановлювати зв' язок з приладом безпосередньо через СОМ - порт, за допомогою модему або контролера. Крім того, в програмі можна встановити деякі настройки для роботи з модемом і ін.

4. Mgnoven.exe - програма для зняття хвилинних (технологічних) даних з лічильників рідини або контролерів.

Програми мають зручний інтерфейс і автоматизовану довідкову систему.

Кількість теплової енергії E, що відпущена джерелом теплоти, визначається, як алгебрична сума добутку маси теплоносія по кожному трубопроводу (в тому, що подається і зворотному) на відповідну ентальпію. Маса мережної води в зворотному трубопроводі береться з від'ємним знаком. Тобто

E = M1h1 - M2h2,

де M1 - маса теплоносія, відпущеного джерелом теплоти по трубопроводу, який подає; M2 - маса теплоносія, поверненого джерелу теплоти по зворотному трубопроводу; h1 - ентальпія мережної води в трубопроводі, який подає; h2 - ентальпія мережної води в зворотному трубопроводі. Кількість теплової енергії, яка отримана споживачем, визначається за формулою

E = Eс + (Мгв + Мв) • (h2 - Ііхв),

де Eс - теплова енергія, яка витрачена споживачем; Eс = М1 • (h1 - h2); ііхв - ентальпія холодної води; Мгв - маса мережної води, витраченої споживачем на гаряче водопостачання; Мв - маса витоку теплоносія, визначена, як різниця між масою теплоносія на трубопроводі, який подає, і сумарною масою теплоносія на зворотному трубопроводі

Мв = М1 - (М2 + Мгв).

Середні значення ентальпії за відповідний інтервал часу визначаються на підставі середньо­часових температур і тиску по відповідних таблицях залежності ентальпії від температури і тиску.

Середнє значення маси витрати теплоносія визначається по заміряному об'єму V і густині р при певній температурі і тиску, взятій із таблиці залежності густини води від температури і тиску [2]:

М1, 2 = V1, 2 Р1,2 .

Вимірюють температуру за методом порівняння опору ПТ з величиною опори зразкового резистора.

 

Зменшення похибки обліку енергоносіїв

Використання відзначених пристроїв і реалізації наведених вище аналітичних співвідношень дозволило отримувати необхідне інформаційне забезпечення відповідної точності і періодичності оновлення даних. Але досягти необхідної якості режимних параметрів підсистеми витрати води теплофікації на мінімальних рівнях стало можливим завдяки оперативному введенню у вимірю­вання поправки на змінювання тиску, температури і щільності енергоносіїв, та автоматичному вибору робочого діапазону вимірювання витрати контрольованого енергоносія. Використання останнього виправдано характерним зростанням похибки вимірювання при зниженні витрати контрольованого середовища.

На рис. 1, який пояснює вищерозглянуте, наведені графіки, що аналізують ситуації оцінки відносної похибки А,%, що виникає під час комерційних розрахунків за гарячу воду.

При зниженні витрат гарячої води до критичного значення похибка вимірювання досягає межі допустимого значення. Нижче за це значення похибка вимірювання зростає ще більше, що неприпустимо для комерційних розрахунків. У реальних умовах витрата середовища, яку вимі­рюють з неприпустимою похибкою, може досягати 30-40 % і більше від максимального значення шкали приладу.

Газопостачальні організації вимагають, щоб у випадках, коли витрати споживаного газу скорочуються нижче за межу критичної витрати, у такому разі споживач газу переплачує за не поставлений і невикористаний газ, що, звичайно, для нього є збитково.

Значення критичної витрати середовища визначають розрахунковим методом залежно від таких чинників: діаметра трубопроводу; властивості і кількості енергоносія, який вимірюється [2].

 

 

_,------------------ ,----- !------------------- !-------------------- ^

QmIh            Qicpl       QKp2            QMax Q

Рис. 1. Графіки залежності точності вимірювання витрат гарячої води

 

Алгоритм визначення робочої зони вимірювальної шкали витрат.

Природно, що оперативному персоналу складно відстежувати, де і коли починається зона з неприпустимою похибкою вимірювання. Тому можливі випадки ввімкнення технологічних режимів, при яких витрати енергоносіїв вимірюються з неприпустимою похибкою.

На рис. 2 наведений алгоритм опитування витратоміра гарячої води (Qi).

Алгоритмічна схема включає 10 алгоритмічних блоків. Після активізації блока l (ввімкнення
в роботу мікропроцесорного пристрою контролю) в регістри загального призначення
мікропроцесора заносяться код і
(блоки 2, 3), які утворені 8-розрядним двійковим числом (чи
числом Н-коду).         
- мінімально можливе значення витрат теплоенергоносія, коли точність

вимірювання, ще не виходить за допустиму межу.

Для виявлення "точки" попадання витрат у відповідний інтервал "Нижче за Q^" чи "Вище за Q^", алгоритмом передбачається порівняння (блок 4) поточних значень витрат, які зчитуються через заданий проміжок часу (час затримки).

Після вказаних вище операцій, блоком 5 здійснюється перевірка результату порівнянь на "знак" (позитивний чи негативний). Призначення усіх інших алгоритмічних блоків (6 - 10) є зрозумілим за їх назвою.

Контроль визначає одну із двох зон можливого "попадання" значення параметра. Такими зонами контролю є інтервал значень витрат теплоенергоносіїв "Нижче за Q^" і "Вище за Q^". Умовами контролю є вираз

 

 

де - мінімально можливе значення витрат теплоенергоносія, коли точність вимірювання, ще не виходить за допустимі межі.

Послідовний інтерфейс RS - 232, який входить до складу системи обліку, забезпечує можливість доступу до всіх даних і до архівів. Він також забезпечує безпосередній зв'язок з одним із пристроїв: принтером, пристроєм зчитування даних, модемом або ЕОМ при довжині лінії зв'язку до 15 м. А наявність інтерфейсу RS - 485 дозволяє зчитувати інформацію від віддалених лічильників, які мають порт RS - 485.

Дальність зв'язку по інтерфейсу RS - 485 без ретрансляції досягає 1200 м. Швидкість обміну може становити від 1200 до 38400 Бод.


Висновки

Проведені на ВАТ "ДніпроВагонМаш" дослідження виявили нелінійний характер залежності витрат теплоенергоносіїв від робочої шкали їх вимірювання. На основі аналізу одержаних у результаті експериментів даних було здійснено таке:

1.  Визначено, що похибки вимірювання зростають більще 5 % за зниження витрати контрольованого середовища, що є збитковим для споживача.

2.  Обґрунтована необхідність побудови системи автоматизованого обліку на базі сучасної обчислювальної техніки і засобів автоматизації з метою підвищення достовірності результатів обліку та зменшення похибки вимірювання теплофізичних параметрів.

3.  Отримана залежність похибки вимірювання витрат енергоносіїв від їх значень у межах від мінімального до максимального, що дало можливість знайти "точки" переходу на вимірювальну дільницю з меншою похибкою і автоматично його здійснювати.

4.     Впровадження системи обліку витрат теплоенергоносіїв на зварювально-складальній ділянці ВАТ "ДніпроВагонМаш", забезпечила точність вимірювання теплофізичних параметрів не гірше 2,5 % і дала змогу зменшити виплати за комерційні послуги в середньому на 30 % за рік.

В роботі брали участь студенти Є.О. Гавриленко, О.Ю. Лящина

 

1. ДСТУ ГОСТ 8.586.1,2,3 - 2007 (ISQ 5167 - 1.2:2003). 2. Измерения в энергетике. "Эргомера" - 125. Руководство по эксплуатации ЭУС 126.12 РЭ, ЧНПП "Эргомера", Днепро­петровск, 2006.

Страницы:
1 


Похожие статьи

В І Бойко - Перитоніт після кесарева розтину

В І Бойко - Система автоматизованого обліку витрат енергоносіїв