Автоматизована система управління потужністю комбінованої теплофікаційної установки котеджного будинку

Abstract

В статті розглянуто автоматизовану систему управління потужністю комбінованою теплофікаційною установкою, яка складається з газового котла, електричного котла та теплового насосу. Використано математичну модель, в якій враховується залежність витрат на виробництво теплової енергії від вартості первинних енергоносіїв, тобто природного газу та електроенергії. Ця модель використовується для визначення найкращого способу розподілення навантаження між джерелами теплової енергії, які працюють на загального споживача. Визначено цільову функцію, для пошуку мінімуму якої використано модифікований сиплекс метод. Особливістю дослідження є моделювання обладнання як динамічного об’єкта управління. При цьому процедура пошуку мінімуму функції реалізована у вигляді програмного файлу. Це дозволяє оцінити час пошуку при роботі на реальному обладнанні, а також використати цей файл для програмування промислового контролера. Метою управління стає підтримка оптимального співвідношення в системі між максимальною ефективністю використовуваного устаткування і мінімумом вартості витрачених ресурсів при заданій якості управління. З розвитком технічних засобів автоматизації та широким використанням цифрових контролерів для об’єктів керування з невеликим інформаційним навантаженням, таких наприклад як індивідуальні опалювальні котельні, розумні будинки тощо, з’являється можливість використовувати досить складні методи керування, а саме оптимальне керування. Більш того, можна розглянути новий підхід до управління технічними структурами не лише за параметрами, але і по структурі взаємозамінного устаткування системи, яке відрізняється своєю надійністю, ефективністю і вартістю. Тому проведено дослідження автоматизованої системи керування, яка дозволить зменшити витрати на опалення котеджного будинку за рахунок найбільш раціонального розподілення навантаження між елементами установки, яка виробляє теплову енергію.

The article considers a control system with the combined district heating system, which consists of a gas boiler, an electric boiler and a heat pump. A mathematical model is used, which takes into account the dependence of the costs of thermal energy production on the cost of primary energy sources, i.e. natural gas and electricity. This model is used to determine the best way to distribute the load between heat sources that work on the general consumer. The objective function is determined, for the search of the minimum of which the modified simplex method is used. A feature of the study is the modeling of equipment as a dynamic object of control. The procedure for finding the minimum function is implemented in the form of a program file. This allows you to estimate the search time when working on real equipment, as well as use this file to program an industrial controller. The purpose of control is to maintain the optimal ratio in the system between the maximum efficiency of the equipment used and the minimum cost of resources spent at a given quality of control. With the development of technical means of automation and the widespread use of digital controllers for control objects with low information load, such as individual heating boilers, smart homes, etc., it is possible to use quite complex control methods, namely optimal control. Moreover, it is possible to consider a new approach to management of technical structures not only on parameters, but also on the structure of the interchangeable equipment of the system which differs in the reliability, efficiency and cost. Therefore, a study of the automated control system, which will reduce the cost of heating a cottage due to the most rational distribution of load between the elements of the installation, which produces heat.