В статье изложен метод повышения эффективности проектирования электромонтажных схем системы управления технологическим оборудованием с использованием математического моделирования. Разработана математическая модель оптимизации структуры электромонтажной схемы системы управления модульной компрессорной станцией. Результаты оптимизации, позволяют сократить затраты и сроки проектирования, повысить обоснованность принимаемых решений.
Ключевые слова: модульная компрессорная станция, эффективность проектирования, математическое моделирование, сетевая модель, математическая модель оптимизации, распределительная таблица, метод оптимизации.
Повышение эффективности проектирования электромонтажных схем является актуальной задачей. Математическое моделирование позволяет повысить эффективность проектирования электромонтажных схем систем управления технологическим оборудованием.
Открытое акционерное общество (ОАО) «Курганхиммаш» — одно из ведущих российских предприятий по проектированию и производству технологического оборудования для нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, химической, энергетической, атомной, металлургической, машиностроительной, медицинской, пищевой и других отраслей промышленности.
ОАО «Курганхиммаш» выпускает более 2000 наименований продукции. Одним из видов оборудования, выпускаемого на ОАО «Курганхиммаш» являются модульные компрессорные станции (МКС), выполняющие функции:
дожим топливного газа газовых турбин, газодизельных двигателей и др.;
откачка газа из трубопроводов и резервуаров;
переработка газа и нефтехимии.
ОАО «Курганхиммаш» производит модульное компрессорное оборудование для сжатия различных газов на базе поршневых и винтовых компрессорных установок. Оборудование используется в нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, энергетической и других отраслях промышленности.
Модульные компрессорные станции предназначены для компримирования различных газов: атмосферный воздух, азот, сухой азот, нефтяной попутный газ, факельный газ, сухой отбензиненный газ, природный газ, пропилен, этилен, водород, пропан, бутан, метан, аргон и другие.
Модульные компрессорные станции представляют собой автономные, полностью автоматизированные станции, для эксплуатации при температуре от — 60° С до +50° С. Станции изготавливаются в виде сварных блок-боксов с каркасно-панельным утеплением. Станции имеют шумо-и тепло изоляцию. В состав газовых МКС входит система контроля загазованности и система принудительной вентиляции. Оборудование, поставляемое не во взрывозащищенном исполнении (шкафы управления и др.), монтируется в взрывобезопасном отсеке.
Для управления и контроля компрессорной установкой, а также системой автоматического пожаротушения в МКС служит система автоматики, которая располагается в шкафу автоматики. Шкаф автоматики монтируется во взрывозащищенном отсеке МКС.
Шкаф автоматики предназначен для размещения следующих элементов:
контроллеров (приборов автоматики);
блоков питания датчиков (при необходимости);
автоматов питания;
светосигнальной аппаратуры;
кнопок управления, переключателей режима;
клеммных соединителей или панелей клеммных колодок (для подвода внешних кабелей) [1].
Разработаем математическую модель оптимизации структуры электромонтажной схемы системы управления модульной компрессорной станцией, выпускаемой ОАО “Курганхиммаш”.
Постановка задачи. Из числа формирующей структуру номенклатуры блоков, предлагаемых фирмами на рынке сбыта, выбрать блоки, определяющие оптимальный план с наименьшей стоимостью.
Пусть
—
фирмы, предлагающие комплектующие для электромонтажных схем,
;
—
наименование комплектующих изделий,
;
—
блоки, формирующие электромонтажную схему системы управления
модульной компрессорной станцией,
;
—
количество блоков j наименования,
;
—
стоимость блока j-го наименования,
выпускаемого i фирмой;
—
искомая переменная (бинарная).
=1,
если устанавливается на электромонтажную схему блок j наименования
i фирмы,
=0,
если не устанавливается на электромонтажную схему блок j наименования
i фирмы.
На рис.1 представлена сетевая модель задачи оптимизации структуры электромонтажной схемы.
Рис. 1 Сетевая модель оптимизации структуры электромонтажной схемы
Математическая модель оптимизации структуры электромонтажной схемы системы управления модульной компрессорной станцией имеет вид
Ограничение 1 обеспечивает выбор j блока i фирмы.
Ограничение 2 обеспечивает выбор i фирмы, поставляющей j блок.
Ограничение 3 налагает неотрицательность на искомые переменные.
Ограничение 4 налагает дискретность на искомые переменные.
Исходные данные задачи записываются в виде распределительной таблицы (табл.1).
Таблица 1
Распределительная таблица оптимизационной задачи
Алгоритм решения оптимизационной задачи.
Определение опорного плана оптимизационной задачи.
Проверка полученного распределения блоков на оптимальность.
Если распределение не оптимально, то блоки перераспределяются, снижая значение целевой функции.
Повторная проверка оптимальности полученного распределения блоков [2, с. 207].
Итеративный процесс повторяется до тех пор, пока не будет получено оптимальное решение.
Применение алгоритма требует выполнения условий:
Даны
стоимости блоков j-го наименования,
выпускаемых i фирмой,
,
.Даны
—
необходимое количество блоков j наименования,
.Даны
—
предлагаемое i фирмой количество
комплектующих изделий,
.Общая потребность в блоках равна общему предложению:
.
Общая потребность в блоках меньше
общего предложения,
.
Открытая модель преобразуется в модель закрытого типа
посредством введения фиктивного блока
с потребностью
.
Методы решения оптимизационной задачи.
Распределительный метод.
Метод потенциалов.
Результаты проведенных исследований позволили сделать выводы.
Разработана математическая модель оптимизации структуры электромонтажной схемы системы управления модульной компрессорной станцией, выпускаемой ОАО “Курганхиммаш”.
Математическая модель позволяет сократить затраты и сроки проектирования электромонтажной схемы. Повысить обоснованность принимаемых решений.
Литература:
- http://khm.zaural.ru/.
Таха Х. А. Введение в исследование операций. 7-е издание: Пер. с англ. М.: Издательский дом “Вильямс”, 2005–912 c.