Основы автоматизированного проетирования систем воздухоснабжения. Современное состояние и перспективы совершенствования на базе САПР

Согласно ГОСТ можно выделить следующие стадии проектирования:

-техническое задание;

-техническое предложение;

-эскизный проект;

-технический проект;

-рабочая конструкторская документация.

Техническое задание включает в себя наименование и область применения; основание для разработки; цель и назначение разработки; источники разработки; технические требования; экономические показатели, обязательные стадии и этапы разработки; порядок контроля и приемки. Техническое предложение формируется на основе анализа технического задания заказчика и проработки различных вариантов решения, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей. На этом этапе проводится технико-экономическое обоснование целесообразности дальнейшей разработки

оптимального варианта. Эскизный проект дает принципиальные схемные, технические и конструктивные решения, дающие общие представления о работе системы и основные экономические параметры ее. В техническом проекте разрабатываются и обосновываются окончательные технические решения, дающие полное представление об объекте проектированиями производится окончательная проверка степени выполнения всех требований технического задания. Рабочая конструкторская документация представляет собой совокупность текстового и графического материала.

6.1. Задачи, решаемые при проектировании систем воздухоснабжения.

В общем случае при проектировании системы снабжения сжатым воздухом промышленного объекта решаются следующие основные вопросы:

1. Устанавливается график потребления сжатого воздуха. Определяется средняя расчетная и максимально длительная потребность в сжатом воздух предприятия.

2. Рассматриваются возможные варианты воздухоснабжения предприятия.

По каждому варианту:

а). определяется число компрессорных станций на рассматриваемом предприятии и их местоположение. Устанавливаются давления, температуры и расходы воздуха для каждой станции. Выбираются источники и способы подачи энергии, воды и тепла;

б). разрабатывается технологическая схема производства сжатого воздуха.

Решаются вопросы очистки всасываемого воздуха, выбирается тип системы охлаждения. Выбираются типы и количество основного и вспомогательного оборудования, проектируются коммуникации компрессорных установок. Рассчитываются схемы электроснабжения, КИП и автоматики. Составляется принципиальная технологическая схема и производится компоновка компрессорных станций;

в). разрабатывается схема сети воздухопроводов для подачи сжатого воздуха от компрессорной станции к потребителям. Проводится гидравлический и конструктивный расчет воздушной сети;

г). в строительной части устанавливаются размеры здания и вспомогательных сооружений компрессорных станций, определяется место расположения их на территории предприятия, предусматриваются подъездные пути и внешние инженерные коммуникации;

д). определяются эксплуатационные расходы, потребности в электроэнергии, воде и рабочей силе. Рассчитываются технико-экономические показатели.

3. На основании технико-экономического сравнения выбирается наиболее экономичный вариант.

4. Выполняется проектно-сметная документация.

5. Готовится техническая документация для осуществления строительных и монтажных работ. При наличии типовой проектной документации на компрессорные станции проектирование систем воздухоснабжения ведется обычно по двум стадиям. Сначала разрабатывается проектное задание со сводным сметно-финансовым расчетом, и далее выполняются рабочие чертежи со сводной сметой (так называемая привязка типовых проектов). В исключительных случаях при проектировании воздухоснабжения объектов с новым неосвоенным производством и невозможности использования типовых проектов проектирование осуществляется в три стадии: проектное задание, технический проект, рабочие чертежи. Проектное задание выполняется с целью выявления технической возможности и экономической целесообразности предполагаемого строительства в данном месте и в намеченные сроки, обеспечения правильного выбора площадки для строительства, источников снабжения строящейся компрессорной станции электроэнергией, водой и теплом, а также для принятия основных технических решений. В проектном задании определяется общая стоимость строительства и основные технико-экономические показатели. Проектное задание содержит расчетно-пояснительную записку, в которой указываются:

I. Потребители сжатого воздуха по отдельным цехам, средние и максимальные, расходы сжатого воздуха по всему заводу.

2. Расчетная, максимальная длительная и максимальная возможная производительности компрессорной станции.

3. Мощности установленных компрессорных агрегатов.

4. Характеристика площадки строительства.

Здесь также уточняются число и тип компрессоров, и их приводы, водоснабжение, способы очистки всасываемого воздуха, состав и типоразмеры вспомогательного оборудования, схемы КИП к автоматики. К пояснительной записке прилагается технологический чертеж-план в разрез здания компрессорной станций с расстановкой в нем основного оборудования, строительные эскизы здания и сооружений. Размещение оборудования в помещениях компрессорной станции производятся по строительному чертежу с привязкой его к внутренним стенам или выступающим частям строительных конструкций. Кроме того, в состав пояснительной записки входит сводный сметно-финансовый расчет, который определяет общую сметную стоимость строительства. Здесь стоит отметить, что сметная документация является одним из важнейших разделов проекта, от правильного ее составления в значительной мере зависит бесперебойное финансирование строительных работ.

В рабочих чертежах проекта уточняется место расположения здания компрессорной станции на генеральном плане предприятия. Исходными данными для выполнения проектного задания является следующее: I. Ситуационный план предприятия с указанием мест нахождения групп потребителей сжатого воздуха.

2. Требуемые давления сжатого воздуха у потребителей.

3. Расходы сжатого воздуха по каждой группе потребителей, основные характеристические коэффициенты режима работы потребителей.

4. Данные о наличии на предприятии действующей компрессорной станции: ее производительность, назначение, характеристика основного оборудования, существующий способ подачи сжатого воздуха потребителям.

5. Степень загрязненности воздуха на предприятии механическими примесями, мг/м³, и газами, мл/л.

6. Климатические условия в зоне предполагаемого строительства проектируемой компрессорной станции.

6.2. Общие понятия об автоматизации проектирования систем воздухоснабжения промышленных предприятий.

Проектирование систем воздухоснабжения промышленных предприятий сложный, зачастую недетерминированный процесс, требующий анализа большого количества вариантов, связанный как с использованием данных различных наук (термо- и гидрогазодинамики, тепломассообмена, экономики, нагнетателей и т.д.), так и с необходимостью анализа справочных данных по различным элементам, составляющим систему в целом. Этот процесс характеризуется большой продолжительностью во времени, требует отвлечения людских ресурсов и не всегда заканчивается оптимальным решением. Ускорение научно-технического прогресса в значительной степени определяется сокращением сроков реализации новых идей. Длительность процесса реализации, или как принято говорить, цикла "исследование-разработка-производство", зависим от многочисленных и разнообразных по своей природе факторов. Среди этих факторов больше значение имеет степень автоматизации проектно-конструкторских работ. Возрастающие требования к уровню новой техники, сопровождаемые усилением процессов исследований и увеличением объемов получаемой и перерабатываемой информации, привели к тому, что практически не растет производительность труда проектировщиков. Так, за последние десять лет, по данным зарубежной печати производительность труда на производстве возросла на 90 %, а в сфере разработок только на 4%. Очевидно, что заметное сокращение сроков опытно-конструкторских работ при условии повышения их качества может быть достигнуто путем автоматизации проектирования сложных технических систем на базе вычислительной техники, экономико-математических моделей и систем сбора, обработки, накопления и преобразования информации. Основными целями систем автоматизированного проектирования (САПР) являются: повышение качества разработок; оптимизация; сокращение сроков проектирования; частичное или полное освобождение человека от рутинного нетворческого труда. Создание САПР в настоящее время - новая, развивающаяся отрасль науки, возникшая на стыке целого ряда дисциплин. Процесс становления САПР как самостоятельной дисциплины еще не закончен, но можно отметить основные положения и методы создания САПР, изучение и творческое применение которых позволит перейти в будущем на новый более высокий уровень проектирования систем энергоснабжения промпредприятий. Проектирование рассматривается в технике как процесс создания комплекта документации, описания нового объекта на основе преобразования согласно с представлениями физико-технических дисциплин, прикладной математики и кибернетики имеющихся данных и знаний. Оно должно учитывать связь между проблемными задачами и задачами производства и эксплуатации проектируемого объекта. Поэтому автоматизация процесса проектирования является самой сложной организационно-технической системой, включающей в себя методическое, математическое, информационное, программное, техническое и организационное обеспечение. Для разработки САПР необходим анализ и формализация проектных решений по элементам, комплектующим изделиям и материалам и создание формализуемых методов оценки принятых решений. Последнее в значительной степени определяет качество принятых решений. Разработка САПР оказывает влияние на традиционную методологию проектирования, т.к. требуется выявление возможностей формализации решений проектировщика, исключающее принятие интуитивных решений. Было бы наивным предполагать создание в обозримом будущем САПР таких сложных систем, как системы энергоснабжения предприятий, исключающих непосредственное участке проектировщика. Автоматизированное проектирование в энергетике будет развиваться как система, предполагающая участие проектировщика, использующая его знания и опыт. Сама же система автоматизированного проектирования должна играть роль развитого инструмента, позволяющего высвободить творческие возможности человека. Рассмотренные в первых частях учебного пособия особенности систем энергоснабжения промышленных предприятий позволяют отнести их к категории больших систем. Это требует использования методов системного анализа при рассмотрении вариантов и принятии решений в процессе их проектирования. Основой такого подхода является построение модели объекта как единое целое с отображением основных процессов и связей между элементами. Последнее производится путем выделения иерархических уровней объектов в системе. Формальную основу для разработки автоматизированного проектирования определяют действующие в рамках ГОСТа ЕСКД и нормативно-техническая документация (РТМ, РУ, нормы, справочники и др.), перечень которой кратко изложен во вводной части 6-й главы.

6.3. Принципы организации систем автоматизированного проектирования.

Основной задачей автоматизированного проектирования является передача техническим устройствам возможно большего числа функций проектировщика для высвобождения его для творческой деятельности. Исходя из этой точки зрения можно выделить несколько этапов развития автоматизированного проектирования на базе ЭВМ. Так, на первых порах ЭВМ использовались как быстродействующие арифмометры, помогая проектировщику только в простых по алгоритмической основе вычислительных вопросах. Разработка математических моделей процессов, установок и систем в целом и выработка критериев оптимизации позволили использовать ЭВМ для анализа - какой из параметров проектируемого объекта целесообразно принять. Роль разработчика при этом сводится к созданию математической модели объекта и разработке метода оптимизации. Дальнейшее развитие САПР связано с системным подходом, при котором объект проектирования рассматривается как сложная система, имеющая уровни иерархией учитывается взаимное влияние параметров каждого уровня. Комплексная математическая модель состоит из целого ряда моделей, использующих не только детерминированные, но и вероятностные связи между процессами, и, как следствие, получение уже не однозначного оптимального решения, а вероятную область оптимальных решений. На этом этапе чрезвычайно важным становится вопрос организации, хранения и переработки на ЭВМ большого количества справочной и нормативной информации. Использование внешних устройств ЭВМ, способных преобразовывать цифровую информацию в графическую, позволяет освободить проектантов от непроизводительного труда по изготовлению конструкторской документации в строгом соответствии с ГОСТ и ЕСКД. На этом этапе также становится существенным вопрос машинного хранения информации готовых технических решений. Материальную основу любой автоматизированной системы проектирования составляют технические средства, уровень совершенства которых в значительной степени определяет возможности САПР. В подавляющем большинстве случаев САПР создается на базе универсальных цифровых ЭВМ и только в некоторых случаях используется аналоговая вычислительная техника. Наиболее эффективно автоматизированное проектирование осуществляется на базе сетей ЭВМ, построенных по иерархическому принципу. Часть исходной информации обрабатывается на нижних уровнях системы, на малых ЭВМ, которые связаны с ЭВМ высшего уровня каналами связи. Ниже рассматриваются проблемы построения САПР, для создания которых обязательно участие инженера конкретной предметной области. Укрупнено - это две основные задачи:

- разработка математической модели объекта с поддающимися алгоритмизации критериями оптимальности;

- разработка структуры системы хранения необходимой информации - банков данных.

6.4. Основные задачи и классификация автоматизированного проектирования.

В результате создания системы автоматизированного проектирования должна быть разработана применимая для ЭВМ модель объекта, отражающая реальные физико-технические процессы и удовлетворяющая критериям оптимальности. Такая задача достаточно сложна и, включает в себя, как правило, ряд, отдельных взаимосвязанных задач, которые формируются в виде математических моделей, методов и алгоритмов. Системы автоматизированного проектирования можно в достаточной степени условно разделить по ряду признаков. По виду математических моделей:

-технико-экономические модели строятся на основе методов технико-экономического анализа с использованием критериев по минимуму приведенных затрат, максимуму прибавочного продукта и др.;

- термо - и гидрогазодинамические модели используют методы, технической термодинамики и механики жидкости и газа, теплообмена и теории тепловых двигателей и нагнетателей;

- теплофизические модели основываются на различных разделах теории тепломассообмена, термодинамического анализа, теории подобия и размерности. По уровню сложности математических моделей:

- алгебраические модели - используют в своей основе предварительно обработанные данные экспериментальна исследований в виде простых выражений;

- дифференциально-интегральные одномерные модели термодинамические и гидродинамические расчеты на основе одномерной теории, прочностные расчеты на основе простейших гипотез;

- дифференциально-интегральные двух - и трехмерные модели, для анализа которых применяются численные методы;

- стохастические модели - включающие в себя ряд зависимостей, получаемых путем обработки статического материала, накапливаемого в процессе проектирования;

-смешанные модели.

По уровню проектируемой системы:

- объединенная системе (отрасль, предприятие, район);

- подсистема (система воздухоснабжения, система водоснабжения и т. д.);

- объект (насосная станция, станция разделения воздуха, компрессорная станция и т.д.);

- установка (газотурбинная установка, компрессор, вентилятор и т.д.);

- узел (охлаждаемая секция компрессора, теплообменник и т.д.);

- элемент.

По степени проработки конструкторской документации:

- техническое задание;

- техническое предложение;

- эскизный проект;

- технический проект;

- рабочая документация.

По степени участия проектировщика в принятия решений:

- полностью автоматизированная;

- диалоговый режим "проектировщик -ЭВМ"; - расчет на ЭВМ отдельных элементов проектируемой системы с последующим принятием решения человеком.

Существует также целый ряд делений САПР по степени определенности информации, по форме представления документации, по виду хранения информации и т.д. Здесь только отметим, что наиболее перспективной САПР представляется система самообучающаяся, упрощенная идея которой состоит в накоплении информации в банках данных, регулярная обработка ее ЭВМ и внесение этих результатов обработки самой ЭВМ в алгоритмы процесса проектирования.

Общие понятия о математическом моделировании.

Системы энергоснабжения промпредприятий безусловно можно отнести к сложным кибернетическим системам:

- большое количество элементов (подсистем), взаимодействующих между собой;

- определенность цели функционирования при наличии ограничительных условий;

- возможность выделения подсистемы;

- наличие подсистемы регулирования;

- внешнее воздействие детерминированных и случайных факторов.

При изучении сложных систем принципиально невозможно учесть влияние всех действующих факторов. В силу этого для обоснованного принятия решения применяются методы теории вероятности и математической статистики. Изучение свойств системы с учетом всех существующих факторов, определяющих их работу, требует применения системного подхода, основой которого является математическое моделирование. Математическая модель,- это математическое о писание, с требуемой точностью описывающее поведение исследуемого объекта. Математическое моделирование - это построение математической модели объекта для изучения его свойств. В зависимости от целей исследования принимаются те или иные допущения или упрощения и соответственно получаются математические модели различного уровня.

При разработке математических моделей имеет место очевидное стремление к повышению точности описания объекта, что влечет за собой усложнение модели и, с другой стороны, сокращение времени вычислений, удобство пользования и уменьшение затрат на эксплуатацию САПР, т.е. сам процесс построения математических моделей имеет противоречивый внутренний характер. В процессе разработки математических моделей можно выделить несколько основных этапов:

- общая концепция и формализация;

- математическое описание;

- алгоритмизация и выбор вычислительных методов;

- программирование, отладка программ на ЭВМ;

- численный эксперимент для проверки и анализа возможностей модели.

Математическая модель занимает одно из центральных мест в САПР, т.к. возможность анализа с помощью ММ объекта зависит от глубины отражения объекта. Последнее в свою очередь зависит от выбора метода расчета и используемого математического и численного аппарата. На этом этапе разработки ММ обычно проявляются индивидуальные склонности разработчиков. Вместе с тем при построении ММ можно выделить ряд методических приемов, позволяющих в определенной степени формализовать процесс разработки ММ:

-ранжирование факторов, т.е. расположение их по убывающей степени их влияния на рассматриваемые процессы;

- выделение наиболее важных факторов с целью последующего их включения в ММ;

- выделение из целостной системы САПР ряд подсистем, каждая из которых может рассматриваться как самостоятельная;

- интегрирование модели сложного объекта как суммы ММ отдельных частей его.

Разные подходы при разработке ММ можно показать на примере гидравлического расчета сети воздухоснабжения предприятия. Первое, и самое существенное, необходимо четко определить целевое назначение математической модели и перечень исходной информации. Пусть известна конфигурация сети, расходы и давление воздуха на конечных участках, требуется определить диаметры трубопроводов и рассчитать пьезометрический график. Как известно из гидрогазодинамики, система уравнений, включающих в себя дифференциальное уравнение неразрывности, уравнения движения, уравнения энергии и со стояния, полностью описывают движение жидких и газообразных сред. Такой подход позволяет получить ММ в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных. Математическую модель системы воздухоснабжения можно составить в виде набора уравнений в алгебраической форме: уравнение неразрывности, уравнение Бернулли, те или иные соотношения для расчета потерь трения, справочные данные по величинам местных сопротивлений. И по внешней форме совсем просто будет выглядеть модель гидравлического расчета для длинных трубопроводов с использованием формул Шези. Здесь рассматривается только подход с точки зрения построения модели. Конечно, даже при использовании самых простых методик гидравлического расчета математическая модель и ее программная реализация могут иметь достаточно сложный вид, например, для сложных закольцованных систем. Трудности в реализации на ЭВМ математических моделей могут возникнуть даже при использовании самых, казалось бы, простых инженерных методик. Так, в рассмотренном примере значения коэффициентов местных сопротивлении приводятся в справочной литературе в виде многомерных таблиц. Использование справочных данных в табличной форма или графической форме может потребовать либо предварительной аппроксимации их, либо хранения в памяти ЭВМ большого количества численной информации, обращение к которой по мере расчета значительно усложняет программу. Изменение какой-то части алгоритма расчета по математической модели, внесение новых справочных данных или изменение существующих требует значительных программистских работ, сравнимых по объему с созданием новых программ. В этом случае возникает необходимость такой организации постоянно хранящихся в ЭВМ массивах данных, которая позволила бы избежать значительных затрат труда, т.е. организация банка данных.

6.5. Информационная база и программное обеспечение автоматизированного проектирования систем энергоснабжения предприятий.

Уже на первом этапе процесса проектирования при выборе той или иной схемы энергоснабжения или отдельных ее элементов у конструктора возникает естественное желание в изучении существующих разработок по схемным решениям и анализе производимого промышленностью оборудования. Однако даже анализ заводских или отраслевых каталогов по тому или иному виду оборудования представляет собой довольно трудоемкое занятие. Поэтому в традиционной практике проектирования решение принимается на основании сравнения ограниченного числа вариантов. При этом необходимо учесть особенность человеческого мышления - рассматривать одновременно не более трех-четырех факторов при условии наложения на них ограничений по диапазону изменения. Таким образом, возникает потребность в автоматизации процессов сбора, накопления и обработки различных данных и перехода к безбумажному их хранению в виде автоматизированных баз данных (АБД), использование которых создает необходимые предпосылки для разработки САПР.

6.5.1. Краткая характеристика АВД.

Разработка АВД предполагает создание информационной базы и программного обеспечения (системы управления базой данных (СУВД)), обеспечивающих его функционирование. При этом выделяются следующие этапы:

- разработка инфологической схемы базы данных (выполняется на первом этапе проектирования до привязки к конкретной системе управления базой данных (СУВД));

- выбор средств реализации базы данных, основная задача этапа - выбор СУВД;

- конструирование схемы базы данных, внешних схем и разработка программ обслуживания информационной базы,

Можно выделить три основные модели АБД, которые используются в СУВД: иерархическая, сетевая и реляционная. В иерархической модели данные хранятся в виде обращенного дерева (рис.6.1 а), называемого также двоичным деревом. Узлы двоичного дерева могут иметь только по две ветви и связываться только с узлом-родителем и двумя узлами потомками. Взаимосвязи между данными жестко фиксируются при определении структуры базы данных. Изменение связей требует изменения структуры и повторного ввода информации всех данных. Число связей в данной модели ограничено. Сетевая модель (рис.6.1. б) - это древовидная структура, не имеющая ограничений на количество ветвей в узле. В сетевой структуре можно задавать гораздо большее число связей, однако изменение связей также вызывает в большие трудности. В реляционных моделях (рис.6.1. в) данные хранятся в двумерных таблицах, которые называются отношениями. Двумерные таблицы независимы друг от друга и интегрируются, когда пользователь указывает логическую операцию объединения информации, содержащейся в таблицах. Расширение базы данных производится достаточно просто путем добавления таблиц для новой информации.

6.5.2. Особенности реляционных баз данных.

Большинство существующих систем являются нереляционными. Это естественный результат пути, по которому развивалась сама теория вычислений. Сравнительно малая емкость и большое время обращения к устройствам прямого доступа, традиционная ориентация на последовательные носители, такие как магнитные ленты и перфораторы, ограниченный объем памяти в самой вычислительной машине - эти и другие факторы оказали значительное влияние на конструкцию первых систем такого рода. Современные аппаратные средства и технология позволяют проектировать и строить системы, которые были бы свободны от недостатков первых проектов и отличались бы простотой в эксплуатации. При работе пользователя широкого профиля с реляционной моделью данных можно отметить определенные преимущества, поскольку - эта модель представляет собой обычные таблицы (отношения), с которыми пользователю удобно и привычно работать;

- пользователю не нужно помнить пути доступа к данным (что связано с иерархической и сетевой моделями) и строить алгоритмы и процедуры обработки своего запроса. При написании запроса на языке реляционного исчисления пользователь только указывает требования к формированию нового отношения и представляет машине самой решать, какие операции и в какой последовательности должны быть выполнены для получения нужных данных из базы;

- наконец, языки общения с иерархической и сетевой базами данных предназначены для программистов и малопригодны для категории случайных пользователей, в то время как реляционные языки, особенно языки, основанные на реляционном исчислении, легко изучаются пользователями, не имеющими программистских навыков.

Преимущества реляционной базы данных следующие:

I. Простота. Использование таблиц для представления большинства структур данных - самый простой способ работы с базами данных для необученного или не очень опытного пользователя.

2. Гибкость. Операции проекции и соединения позволяют "резать" и "склеивать" отношения; таким образом, прикладные программисты могут получать разнообразные файлы в нужной им форме.

3. Точность. Направленные связи, ставшие обычным явлением (для сетевых и иерархических) в базах, могут быть опущены. Отношения по своей природе обладают точным смыслом и поддаются математически точным методам манипулирования с использованием таких средств, как алгебра и исчисление отношений.

4. Связанность. Реляционное представление дает ясную картину взаимосвязей атрибутов из различных отношений.

5. Секретность. Контроль секретности упрощается. Для каждого отношения задается правомерность доступа.

6. Простота внедрения, физическое размещение "плоских" файлов может оказаться намного проще, чем размещение иерархических и сетевых структур. Исключение сложных указателей связи в файле снижает требования к аппаратуре (например, к ассоциативному процессору).

7. Независимость данных. Независимость данных проще обеспечить в нормализованной базе, чем в случае иерархических и сетевых структур.

8. Простота языка манипулирования данными. С помощыо алгебры отношений или исчисления отношений можно построить простой и гибкий язык манипулирования данными. Для данных в виде "плоских" структур язык манипулирования получается необоснованно сложным для пользователя либо ограниченным по своим возможностям.

9. Ясность. Логическая схема базы данных при изображении связей с помощью стрелок выглядит ясной, пока количество стрелок невелико. Рост базы данных приводит к такому увеличению числа связей, что их невозможно достаточно четко отразить на схеме с направленными связями. В то же время использование нормализованных структур данных удовлетворяет всем требованиям к возможности роста и модификации базы. Поэтому реляционная модель и тут является наилучшим выходом. Однако реляционные системы не свободны от недостатков, таких как:

I. Низкая в ряде случаев эффективность использования ресурсов вычислительной техники.

2. Возникающая зависимость произвольной, ранее заданной структуры от требований доступа к базе данных в том случае, если каждое нормализованное отношение соответствует отдельному физическому файлу.

6.5.3. Выбор конкретной системы управления базой данных.

Одним из этапов, который необходимо пройти при проектировании банка данных, после разработки инфологической схемы информационной базы и выбора модели базы данных является установление внешних ограничений и выбор СУВД. К внешним ограничениям относятся в первую очередь ограничения вычислительного комплекса: модель ЭВМ, конфигурация вычислительной системы, скорость выполнения операций ввода-вывода, параметры телеобработки и т.п. К этой же группе ограничений относится используемое математическое обеспечение (операционная система, система программирования для прикладных программ и т.п.). Характеристики инфологической модели и дополнительные ограничения, определяющие среду, в которой предстоит, реализовать банк данных, позволяет проектировщику сформулировать требования, которым должна удовлетворять СУВД, и на основе этих требований выбрать систему, в наибольшей степени соответствующую разрабатываемой автоматизированной базе данных. При этом проектировщик анализирует следующие характеристики:

- наличие пакетов прикладных программ, реализующих функции разрабатываемой, автоматизированной системы (АС) и согласованных с анализируемой СУВД;

- трудоемкость реализации основных программных комплексов АС;

- стоимость обслуживания базы данных (в том числе стоимость проведения реорганизаций);

- параметры периферийных устройств и оперативной памяти;

- прогнозируешь временные параметры основных видов обработок;

- языковые и сервисные средства СУБД;

- трудоемкость обучения персонала и качество документации.

Так же выбираемая СУВД должна предусматривать случай поэтапного создания базы данных. Программные средства СУВД должны обеспечивать получение требуемых запросов и удовлетворять требованиям надежности при эксплуатировании. Одной из оригинальных разработок, не имеющих прототипов и аналогов, о которой в дальнейшем пойдет речь, является система управления базами данных СУБД РЕЛБАЗ. Система описания и манипулирования данными РЕЛБАЗ базируется на реляционной модели данных, что обеспечивает для широкого пользователя простые и понятные структуры данных. Для описания и организации данных, пользователю представляется язык определения данных (ЯОД), а для использования данных при работе прикладных программ (ПП) - язык манипулирования данными. ЯМД позволяет обрабатывать в отношениях строку за строкой (покортежная обработка), а также оперировать отношениями как едиными целыми с целью выбора части отношений (таблиц), удовлетворяющих заданным условиям, образовывать новые отношения, обновлять и корректировать отношения и т.д. СУВД РЕЛБАЗ представляет пользователю универсальный комплекс программ корректировки БД, снимающий с прикладного программиста необходимость разрабатывать свои ПП корректировки. Кроме этого, пользователю предоставляется ряд сервисных автономных функций по распечатке схемы ВД, печати содержания отношений ВД и других.

6.6. Разработка баз данных для САПР СВС промышленных предприятий

6.6.1. Основные этапы построения САПР СВС промышленного предприятия.

Прежде чем приступить к рассмотрению вопроса разработки баз данных для САПР СВС, полезно познакомиться с примером построения упрощенного варианта САПР СВС промышленного предприятия, разрабатываемого на кафедре промышленной теплоэнергетики Смоленского филиала МЭИ для учебных целей. Как следует из выше изложенного, для создания САПР необходимо разработать целый ряд подсистем, взаимно связанных между собой, каждая из которых решает свою узкую задачу проектирования СВС промпредприятия. При этом алгоритмы работы подсистем САПР могут быть составлены го методикам, изложенным в данном пособии. Блок-схема связь между подсистемами, разрабатываемой САПР СВС, представлены на рис.6.2. В комплексе предлагаемый набор подсистем позволит решить широкий круг вопросов проектирования СВС в режиме диалога проектировщик (в данном случае студент) - ЭВМ. Разработка каждой из подсистем является достаточно сложной самостоятельной задачей. К настоящему времени для решения частных задач курсового и дипломного проектирования уже используется ряд подсистем. К ним относятся (см. рис.6.2): гидравлический расчет воздушной сети и выбор трубопроводной арматуры, выбор типоразмеров компрессоров и компоновки КС, расчет и выбор теплообменников в системах охлаждения КС.

В блок-схеме разрабатываемой САПР можно выделить логическую и информационную части. К логической части относится управляющая работой САПР программа (блок I). В ней производится анализ исходных данных и выбор режима работы в зависимости от постановки задачи проектирования. Долее управление работой САПР передается соответствующим подсистемам согласно выбранному режиму (блоки Ш-УП). Для успешного проектирования необходимо наличие справочной информации: ЕСКД, СНИП, а также каталоги номенклатур агрегатов и изделий. Часть САПР, обеспечивающая это требование, относится к информационной и организуется в виде банков данных (блоки I - 5). Уровень развития САПР и соответственно банков данных может быть различным. Возможно получение справочное информации из общей автоматизированной базы данных, которая будет иметь сложную структуру вследствие содержания в себе весьма разноплановой справочной информации. В данной САПР каждая из подсистем имеет свой упрощенный банк данных, организованный, в виде файлов последовательного доступа (фПД). Такой подход замедляет работу САПР, но расширяет возможности в плане ее развития, упрощает блок-схему и не требует наличия развитой СУБД. Использование ФПД дало возможность быстро разработать ряд подсистем САПР СВС. Об уровне САПР говорит и наличие подсистемы, обеспечивающей получение конструкторно-графической информации. Однако разработка такой подсистемы - отдельная задача, требующая специальных технических средств, таких как графопостроители, и наличия БД для хранения чертежей, соответствующих объектов. Перечисленные упрощения дают возможность быстро создавать подобные САПР по другим системам энергоснабжения и допускать к работе с ними малоквалифицированных в работе с вычислительной техникопользователей. Для решения производственных задач проектирования необходимо рассмотрение более широкого круга вопросов, что влечет за собой необходимость использования развитых САПР с АБД. На кафедре промышленной теплоэнергетики Смоленского филиала МЭИ и промышленных теплоэнергетических систем МЭИ накоплен положительный опыт разработки и эксплуатации ММ, а также АВД центробежных компрессоров и парогенераторов. Изучение этого опыта может помочь при разработке и использовании банков данных по другим видам энергетических машин и оборудования. Ниже рассматриваются на примере АВД ЦК принципы построения и использования таких банков данных, отвечающих тенденциям развития САПР и задачам производственного проектирования.

6.6.2. База данных промышленных центробежных компрессоров.

Компрессоры являются одним из важнейших элементов любой системы воздухоснабжения и в значительной степени определяют эффективность ее работы в целом. При наличии большого числа типоразмеров и широком диапазоне рабочих параметров задача оптимального выбора этих машин при проектировании СВС практически неразрешима без организации банков данных. В большинстве случаев для промтеплоэнергетических задач такой банк данных должен иметь следующую информацию. Основные паспортные данные компрессора (завод, марка, габариты, привод, параметры расчетной точки и т.д.). Характеристики компрессора и вспомогательных элементов на нерасчетных режимах, помпажные зоны, ограничения по приводу, тепловые и гидравлические характеристики теплообменников. Стоимостные показатели всех элементов при возможности их корректировки. Такой информации достаточно, если не решаются вопросы утилизации тепла. С учетом последнего необходима более подробная деталировка компрессора. Здесь нужно знать характеристики секций компрессора и характеристики межсекционных холодильников. В случае рассмотрения при проектировании СВС вопросов пересчета характеристик на другую температуру или среду необходимо наличие информации об устройстве проточной части компрессора. Еще более подробной информации требует решение задачи проектирования компрессора. Таким образом, глубина деталировки объекта определяется целевым назначением базы данных. Ниже рассматривается база данных, разработанная на кафедре ПТЭ Смоленского филиала МЭИ, предназначенная не только для САПР СВС, но и для проектирования самих компрессоров. Согласно перечню задач, решаемых при информационном обеспечении проектирования данной базой данных, реальный объект - центробежный компрессор, представлен пятью уровнями детализации (рис.б.3);

первый - компрессор; второй - секция (группа неохлаждаемых ступеней);

третий - ступень; четвертый - элемент (входное устройство, рабочее колесо, диффузор, обратный направляющий аппарат, выходное устройство);

пятый - деталь (диски колеса, лопатки и т.д.).

Первые четыре уровня характеризуются набором отношений, отражающих конструктивную компоновку, геометрические размеры, оптимальные параметры, энергетические характеристики, общие справочные данные. Отношения базы данных, составляющие пятый уровень деталировки, содержат только геометрию конструктивных элементов. Выбор системы управления базой данных определяет в значительной степени информационно-логическую структуру ее. Наиболее целесообразной системой управления данной базой данных оказалась реляционная. В качестве конкретной реализации использована СУВД РЕЛБАЗ, многолетний опыт эксплуатации которой показал ее высокую эффективность. Язык общения с базой данных легко изучается пользователем, не имеющим программистских навыков. Выбор СУВД определяет также и систему кодификаторов оборудования, входных форм и технологию сбора и подготовки данных. Одной из важных особенностей рассматриваемой АБД является возможность простого изменения содержания ее. Это обстоятельство предполагает в дальнейшем проведение реорганизации базы, ее совершенствование и развитие на основе уже существующей с учетом целей САПР и пользователей.

Логическое построение АБД позволяет:

I. Получить основные геометрические параметры ПЦК (секции, ступени, отдельных элементов).

2. Получить энергетические характеристики ПЦК (секции, ступени, отдельных элементов).

3. Произвести несложную статистическую обработку материала по предварительному запросу. База данных центробежного компрессора состоит из 33 постоянных отношений, которые включают в себя более 600 аспектов. Структурные связи между отношениями базы представлены на рис.6.4. Содержание базы данных наиболее удобно рассматривать на примере таблиц, соответствующих отношениям АБД. Общие технические данные центробежных компрессоров представлены в виде следующих отношений: 1. Общие энергетические данные.

2. Компоновка компрессора.

3. Привод компрессора.

4. Габариты и масса.

5. Энергетические характеристики.

Конструктивные и энергетические характеристики секции включены в отношения:

1. Секция.

2. Оптимальные параметры станции.

3. Энергетические характеристики.

Аналогичные отношения предусмотрены и для ступени, входных устройств, рабочих колес, диффузоров, поворотного колена, обратного направляющего аппарата, выходных устройств. СУБД РЕЛБАЗ позволяет хранить в АБД как буквенную, так и числовую информацию. Но использование буквенной информации значительно увеличивает потребную память ЭВМ и в значительной степени усложняет, составление программ запросов из АБД. Поэтому только в самых необходимых случаях целесообразно вносить в АБД буквенную информацию. Чтобы обойти эту проблему перед разработкой АБД необходимо создать кодификаторы информации. При составлении кодификаторов учитывается следующее:

- кодификаторы должны быть удобными для заполнения входных форм, предназначенных для подготовки данных к внесению в базу;

- кодификаторы должны быть простыми и понятными;

- система кодировки информации должна обеспечить возможность подготовки данных различными организациями и пользователями;

- при обработке информации, хранящейся в базе данных, кодификаторы должны позволить решать задачи, поставленные перед банком данных САПР.

При заполнении входных форм представители различных организаций имеют возможность кодировать элементы ПЦК и их характеристики в диапазоне чисел, указанных для дано организации. В связи с этим необходимо отметить, что различные элемент компрессора могут иметь совпадающие коды. Из-за ограниченности объема пособия не представляется возможным рассмотреть подробно все аспекты БД на конкретных примерах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Политехнический словарь. 2-е изд. - М.:Сов. энцикл., 1980, 540 с.

2. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа.-М.:Энергия, 1973

3. Системы охлаждения компрессорных установок./Берман Я.А., Маньковский О.Н., Марр Ю.Н., Рафалович А.Г.-Л.:Машиностроение, 1984, 228 с.

4. Блейхер И.Г., Лисеев В.П. Компрессорные станции.-М.:Машгиз, 1959, 324 с.

5. Карабин А.И. Сжатый воздух. Выработка, потребление, пути экономии. - М.:Машиностроение, 1964, 343 с.

6. Компрессорные машины./Страхович К.И. t Френкель М.И., Кондряков И.К., Рис В.Ф. - М. Машиностроение, I961, 300с.

7. Оконский И.С. Основы кислородного производства. - М.:Энергия, 1986, 185с.

8. Белянкин П.Н., Черненко И.С. Авиационные фильтры и очистители гидравлических систем. - М.:Машиностроение, 1964, 254 с.

9. Назаренко У.П. Экономия электроэнергии при производстве и использовании сжатого воздуха. - M. Энергия, 1976, 104с.

10. Борисенко К.С. Взрывы в компрессорных установках. Киев: Наукова думка, 1973, 102с.

II. Лукашевич Н.М. Пневмотранспортные устройства и установки в сельском хозяйстве. - Минск: Урожай, 1982, 143 с.

12. Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов. - М.:Металлургия, 1973, 32с.

13. Очистка сжатого воздуха для пневматических систем и приводов станков, прессов, литейных и других машин. Отраслевой руководящий материал. - М.:НИИМАШ, 1969, 7 с.

14. Рекомендации по определению нагрузок на отдельно стоящие опоры и эстакады под трубопро воды. - М.:Стройиздат, 1973, 64 с.

15. Meклер В.Я., Овчинников П. А., Агафонов Е.П. Вентиляция и кондиционирование воздуха на машиностроительных заводах: Справочник.-М.:Машиностроение, 1980, 335 с.

16. Пирумов А.И. Новые конструкции воздушных фильтров для очистки воздуха от пыли в системах приточной вентиляции и кондиционирования. - М.:ЦНИИ ТЭстроймаш, 1973, 230 с. 17. Пирумов А.И, Обеспыливание воздуха.-М.:Стройиздат, 1981, 340 с.

18. Воздух сжатый для распыления лакокрасочных материалов. ГОСТ 9.010-80.

19. Сжатый воздух. Классы загрязнения. ГОСТ 17433-80 ССТ СЭВ 1704-79;.

20. Тарасов В.М. Эксплуатация компрессорных установок. - М. Машиностроение, 1987, 136 с.

21. Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б., Анисимов С.А. Теория и расчет турбокомпрессоров. - Л.:Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986, 392 с.

22. Соколов Е.Я. Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учебн. пособие для вузов. - М.:Энергоиздат, 1981, 320 с.

23. Кумиров Б.А. Методические указания по курсовому проектированию по курсу "Системы производства и распределения энергоносителей". - М.:Моск. энерг. ин-т, 1986, 40с.

24. Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. - М.: Энергоатомиздат, 1985, 232 с.

25. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник/ Под ред. В. А. Григорьева. - М.:Энергоатомиздат, 1983

СОДЕРЖАНИЕ

В в е д е н и е …………………………………………………………………….3

I. Система производства и распределения энергоносителей………………….5

I. I. Требо вания к системе и ее функции………………………………………..6

1.2. Характеристика функций вспомогательных элементов системы …………..8

1.3. Целевые функции и показатели эффективности системы………… ……….9

2. Системы воздухоснабжения промышленных предприятий …………………...12

2.1. Структура системы воздухоснабжения ……………………………………..12

2.2. Характеристика потребителей сжатого воздуха…………………………..16

2.3. Показатели эффективности системы воздухоснабжения …………………..19

3. Режимы воздухопотребления…………………………………………………...27

3.1. Определение нагрузок на компрессорную станцию ……………………… 27

3.2. Выбор типоразмера и количества компрессоров, устанавливаемых на компрессорной станци……………………………………………………………32

4. Оборудование компрессорных станций и систем воздухоснабжения………40

4.1. Характеристика компрессорного оборудования …………………………..40

4.2. Технологические схемы компрессорных станций………………………...53

4.3. Компоновка сооружений компрессорных станций …………………………57

4.4. Определение местоположения компрессорной станции…………………67

4.5. Коммуникации сжатого воздуха, методика расчета ……………………...69

5. Вспомогательное оборудование компрессорных станций…………………90

5.1. Загрязнения сжатого воздуха и их воздействие на пневматические приводы и системы. ………………………………………………………………………...90

5.2. Устройства очистки воздуха от механических примесей ……………….95

5.3. Влаго- и маслоотделители………………………………………………...118

5.4. Осушка воздуха ……………………………………………………………123

5.5. Сосуды для выравнивания пульсаций давления в сети и аккумулирования газа……………………………………………………………………………….135

5.6. Системы охлаждения воздуха и характеристика теплообменной аппаратуры ……………………………………………………………………….139

6. Основы автоматизированного проектирования систем воздухоснабжения. Современное состояние и перспективы совершенствования на базе САПР …..153

6.1. Задачи, решаемые при проектировании систем воздухоснабжения. …….. 153

6.2. Общие понятия об автоматизации проектирования систем воздухоснабжения промышленных предприятий …………………………………………………….156

6.3. Принципы организации систем автоматизированног проектирования …..158

6.4. Основные задачи и классификация автоматизированного проектирования…………………………………………………………………….159

6.5. Информационная база и программное обеспечение автоматизированного проектирования систем энергоснабжения предприятий…………………..…..163

6.6. Разработка баз данных для САПР СВС промышленных предприятий……169

Литература………………………………………………………………………177

Дата добавления: 2014-11-18