Содержание
В настоящее время в Кемеровском научном центре СО РАН для Кузбасского технопарка разрабатывается проект энерготехнологического комплекса (ЭТК) по переработке кузнецких энергетических углей в среднетемпературный кокс (полукокс) с получением электрической и тепловой энергии.
Производительность проектируемого ЭТК составляет 250 тыс. тон полукокса в год. Данный проект не имеет аналогов, поэтому получение точных численных характеристик ЭТК сопряжено с рядом трудностей. Некоторые расчеты проекта производились с учетом ряда допущений и упрощений, а также на основе экспертных оценок.
Такой подход неминуемо приводит к снижению точности расчетов и отклонению от реальных характеристик.
Формирование имитационной модели
Для решения задач исследования, проектирования и управления в новых сложных производственных системах эффективно используют среды имитационного моделирования, которые позволяют [1]:
- Значительно упростить и ускорить процесс имитационного моделирования.
- Строить модели без сложного аналитического описания динамики системы.
- «Продвигать» модельное время от события к событию.
- Генерировать случайные числа и работать со случайными переменными, распределенными по различным законам.
- Автоматически накапливать необходимые данные.
- Осуществлять статистическую обработку выходных данных, управлять экспериментом, оптимизировать поведение системы, сравнивать ее различные альтернативные варианты.
- Упростить процесс визуализации работы системы в соответствии с имитационной моделью.
На основе опыта применения различных программных средств моделирования для отображения процессов в горном деле и машиностроении [2, 3].
Разработана имитационная модель транспортно-складской системы ЭТК, на следующих принципах:
- Модель ориентирована на решение задач выявления внутрисистемных резервов и внесения предложений по повышению эффективности современного углеперерабатывающего производства.
- Концептуальная модель транспортно-складской системы ЭТК разработана на основе математического аппарата теории массового обслуживания (СМО).
- Требованиями в СМО являются дискретные объемы угля и заявки на загрузку соответствующего газификатора.
- В модели множество технологических параметров разбито на пересекающиеся подмножества, каждое из которых сведено ко времени обслуживания требования в СМО.
- Продолжительность технологических процессов отображается вводом случайных временных задержек в приборы СМО, имитирующие оборудование ЭТК.
Для программной реализации концептуальной модели и исследования процессов в транспортно-складской системе ЭТК выбрана среда имитационного моделирования Extend 6.0® (ImagineThat, Inc., США).
Это современное программное обеспечение позволяет строить непрерывные, дискретные и смешанные, статические и динамические, детерминированные и стохастические модели, а так же реализовать структурный подход для их построения.
Принцип работы Extend-модели основан на концепции движения динамических элементов (транзактов) через блоки.
Блоки — программы, написанные на универсальных языках программирования. Транзакты, попадая в блоки, запускают соответствующие программы, отображая, таким образом, процессы в реальной системе. Блоки могут быть как простыми, так и иерархичными. Иерархичный блок представляет собой взаимосвязь иерархичных и обычных блоков. Число уровней вложенности объектов структуры — произвольно, что позволяет отражать в моделях структурную и поведенческую иерархию сложных систем.
На основе концептуальной модели, технологические процессы в транспортно-складской системе ЭТК интерпретированы в терминах среды Extend 6.0®, в частности:
- Транзактами отображены дискретные объемы угля и заявки на загрузку газификаторов.
- Блоки-приборы обслуживания (машины углезагрузочные (МУЗ), газификаторы), обрабатывающие эти заявки.
Для отображения работы ЭТК были созданы иерархические блоки:
- Sklad.
- Muzuni.
Блок Muzuni (рисунок 1) имитируют работу углезагрузочной машины и газификаторов, состоит из блоков:
где
- (а) запуска газификаторов.
- (б) загрузки газификаторов.
- (в) загрузки МУЗ.
- (г) газификаторов.
- (д) математической части, отвечающего за скорость перемещения и времени загрузки МУЗ, координат газификаторов и время газификации в каждом из газификаторов.
Процесс прибытия и разгрузки железнодорожных составов, а также дробление и сортировка исходного угля имитирует блок Sklad.
Вышеописанные блоки, объединяясь друг с другом и прочими базовыми блоками структурно-логическими связями, образуют имитационную модель транспортно-складской системы ЭТК.
Результаты моделирования при различных режимах
Одним из примеров работы модели ЭТК является серия экспериментов по выявлению максимального количества газификаторов, которые сможет обслужить одна МУЗ без потери производительности.
В результате серии экспериментов (таблица 1) выявлено, что при количестве газификаторов от 80 до 100 загрузка МУЗ достигает максимума, при этом загрузка газификаторов снижается:
Были проведены уточняющие эксперименты, с увеличенным временем имитации до 100000 часов (таблица 2):
Таким образом, одна МУЗ способна:
- Без потери производительности обслужить до 90 газификаторов.
- Также 45 пар при этом загрузка МУЗ составит 99,6 %, а газификаторов 97,18 %.
Разработанная модель на основе проведения имитационных экспериментов позволяет определять различные технологические параметры ЭТК.
На данный момент получено свидетельство о государственной регистрации на имитационную модель ЭТК, проводятся работы по совершенствованию и дополнению имитационной модели.
Список литературы
- Имитационное моделирование. Классика CS.: книга / Кельтон В., Лоу, А. — 3-е изд. — СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. — 847 с.
- Зиновьев В.В., Гречишкин П.В. Практическое применение программных средств имитационного моделирования // Сб. докладов III Всероссийск. научн.-практич. конф. Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2007). — Санкт-Петербург, 2007. — С. 78-82.
- Моделирование автоматизированных производственных систем с помощью имитационного подхода / В.В. Зиновьев, А.Н. Стародубов // Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-20 // Сб. трудов XX Междунар. науч. конф. В 10 т. Т. 4. / под общ. ред. В. С. Балакириева. — Ярославль: Яросл. гос. техн. ун-та, 2007. — С. 145-148.
- Экологически чистая энерготехнологическая переработка кузнецких углей / С.Г. Степанов [и др.] // Топливно-энергетический комплекс и ресурсы Кузбасса, 2007. — № 6.
Источник: Определение рациональных параметров энерготехнологического комплекса по глубокой переработке угля / В.А. Полетаев, М.Ю. Дорофеев, А.Н. Стародубов // Вестник КузГТУ. — 2011. — №6. — C. 81-83.
