CC BY
39
УДК 621.3:519.81
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Рахмонов И.У.
Ташкентский государственный технический университет, г. Ташкент,
Узбекистан
ORCID: http://orcid.org/0000-0003-2076-5919, iliderl987@yandex.ru
Резюме: ЦЕЛЬ. Разработка автоматизированной системы для управления электропотреблением промышленных предприятий. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи, в частности при анализе автоматизированных систем для управления электропотреблением промышленных предприятий и существующих программ для мониторинга электропотребления используется SWOFT анализ. РЕЗУЛЬТАТЫ. На основе анализа и изучения существующих систем разработана автоматизированная система управления электропотреблением промышленных предприятий. Система обеспечивает: управления электропотреблением; контроль выполнения нормативных показателей расхода по видам энергоресурсов; прогнозирование энергоресурсов; формирование энергобаланса; мониторинг и автоматическое отключение при необходимости автоматизированной части технологического процесса. А также обеспечивает равномерного распределения нагрузки, оценивает расхода энергии и энергоресурсы. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Высокая экономическая эффективность от внедрения разработанной системы обеспечивается реализацией следующих мероприятий: расчёт показателей энергоэффективности на последовательных этапах технологических процессов. Определённые по результатам расчёта показателя энергоемкости, формирование энергетических балансов по технологическим процессам, видам потребляемой энергии в цехе и на предприятии в целом анализируются на основе бенчмаркинга. На основании сформированных балансов определяются реальные потери топливно-энергетических ресурсов. Кроме этого с учётом факторов, влияющих на объемы потребления энергоресурсов, осуществляются прогнозирования расхода топливно-энергетических ресурсов на следующий отчётный период за счёт планирования суточного, месячного и годового расходов топливно-энергетических ресурсов. Оценивается эффективности работы электрооборудования, проводится расчёт нормативных значений удельных расходов по технологическим процессам и на единицу произведенной продукции.
Ключевые слова: автоматизированные системы; энергомониторинг; управление; электропотребление; интерфейс; нормирование; прогнозирование; структура.
Для цитирования: Рахмонов И.У. Автоматизированная система управления электропотреблением промышленных предприятий // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. №4 (56). С. 30-38.
AUTOMATED SYSTEM FOR POWER CONSUMPTION OF INDUSTRIAL
ENTERPRISES
Rakhmonov IU.
Tashkent State Technical University, Tashkent, Uzbekistan
ORCID: http://orcid.org/0000-0003-2076-5919, iliderl987@yandex.ru
Abstract. PURPOSE. Development of an automated system for managing the power consumption of industrial enterprises. METHODS. SWOFT analysis is used in solving the problem, in particular, in the analysis of automated energy consumption management systems of industrial enterprises and existing programs for energy consumption monitoring. RESULTS. Based on the analysis and study of existing systems, an automated system for managing the
power consumption of industrial enterprises has been developed. The system provides: power consumption management; monitoring the implementation of normative consumption indicators by types of energy resources; forecasting of energy resources; formation of energy balance; monitoring and automatic shutdown, if necessary, of the automated part of the process. And also provides a uniform distribution of the load, evaluates energy consumption and energy resources. CONCL USION. High economic efficiency from the implementation of the developed system is ensured by the implementation of the following activities: calculation of energy efficiency indicators at successive stages of technological processes. Determined by the results of calculating the energy intensity indicator, the formation of energy balances for technological processes, types of energy consumed in the workshop and at the enterprise as a whole are analyzed on the basis of benchmarking. Based on the generated balances, the real losses offuel and energy resources are determined. In addition, taking into account the factors affecting the volume of consumption of energy resources; forecasting of the consumption of fuel and energy resources for the next reporting period is carried out by planning the daily, monthly and annual consumption of fuel and energy resources. The efficiency of electrical equipment is evaluated, the calculation of standard values of specific costs for technological processes and per unit of output is carried out.
Keywords: automated systems; energy monitoring; control; power consumption; interface; regulation; forecasting; structure.
For citation: Rakhmonov IU. Automated system for power consumption of industrial enterprises. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2022;14(56):30-38.
Введение
Анализ современного состояния проблемы.
Сегодня во всем мире большое внимание уделяется созданию автоматизированных программных продуктов для мониторинга и управления энергопотреблением промышленными предприятиями. Целью этого является правильное и точное определение энергопотребления на промышленных предприятиях и автоматическое ведение его учёта, что способствует повышению эффективности использования энергоресурсов. Следует отметить, что в последние годы в отраслях промышленности Республики Узбекистан для этого осуществляется широкомасштабная работа по внедрению современных программных и технических средств учёта и контроля энергопотребления, что способствует повышению энергоэффективности и расширению использования этих средств, а также ускорению инновационного развития страны [1-4].
В настоящее время программные продукты автоматизированных систем, предназначенных для мониторинга энергопотребления, внедряемые на промышленных предприятиях, нельзя назвать совершенными, так как большинство программных продуктов предназначены для мониторинга потребления только электрической и тепловой энергии. Известно, что промышленные предприятия в значительных объёмах потребляют также газ, пар, воду и многие другие носители энергии в зависимости от характера технологического процесса. Такое комплексное потребление оправданно во всех аспектах. Из этого следует, что создание автоматизированного программного продукта-алгоритма и модуля, способного осуществлять мониторинг всех видов энергии, потребляемых промышленными предприятиями, является, актуальным и востребованным [5-9].
Анализ существующих автоматизированных систем управления электропотреблением показывает, что на сегодня их применение на предприятиях большой мощности может быть целесообразно для определения точек целевого использования электроэнергии и обеспечить повышение эффективности электропотребления в этих точках за счёт внедрения организационно-технических мероприятий [10-12].
Научная новизна работы состоит в разработке системы, обеспечивающей следующие мероприятия: сокращение энергозатрат промышленного предприятия за счёт прогнозирования суточного, месячного и годового расходов ТЭР с учётом факторов, влияющих на объемы их потребления. Осуществляется оценка эффективности работы электрооборудования, расчёт нормативных значений удельных расходов по
31
технологическим процессам и на единицу произведенной продукции и оперативно оценивать ключевые показатели энергоэффективности (потерь электроэнергии, удельный расход) и определяются основные направления для постоянного улучшения показателей энергоэффективности. Осуществляется мониторинг/оценку результатов внедрения мероприятий энергосбережению.
В настоящее время в Республике Узбекистан предпринимаются меры по цифровизации отраслей экономики и услуг. В этой связи созданная информационная система может рассматриваться как практическая работа в области цифровизации отрасли, позволяющая корректно и точно формировать и передавать данные о потреблении энергии промышленными предприятиями.
Актуальность данного исследования заключается в разработке единой автоматизированной информационной системы и ее структуры для управления энергоэффективностью промышленных предприятий.
Цель исследования заключается в том, чтобы на основе анализа и изучения существующих автоматизированных систем разработать автоматизированную систему управления энергоэффективностью промышленных предприятий обеспечивающей управления электропотреблением, контроль выполнения нормативных показателей расхода по видам энергоресурсов, прогнозирование энергоресурсов, формирование энергобаланса, мониторинг и при необходимости автоматическое отключение автоматизированной части технологического процесса, обеспечение равномерного распределения нагрузки, оценка расхода энергии и энергоресурсы.
Материалы и методы
Для управления электропотреблением на всей траектории от производства электроэнергии до её потребления используется ряд автоматизированных систем, в том числе Power SCADA Operation 8.2, Monitoring Expert 8 for Schneider Electric, Wattics for Wattics, XClarity Energy Manager, ETAP Energy Management System, OpenDEM, EnergyCAP, Waterfield Energy. Широко используются такие системы, как программное обеспечение SSI Energy Management System, N'VIEW [4-11].
В настоящее время внедрённые на промышленных предприятиях программные продукты автоматизированных систем, предназначены для мониторинга использования преимущественно только электрической и тепловой энергии, т.е. не являются универсальными. В то же время, комплексный учёт потребления промышленными предприятиями всех видов энергии является экономически наиболее эффективным [13-16].
Результаты и их обсуждение
Результаты исследований показали, что существующим автоматизированным программным продуктам для мониторинга электропотребления промышленными предприятиями присущи определённые ограничения в применении. Кроме того, они чрезвычайно дороги для многих отраслей экономики, что ограничивает масштабы их использования. С учётом вышеприведенного, пунктом 9 Постановления Президента Республики Узбекистан от 10 июля 2020 года № ПП-4779 «О дополнительных мерах по сокращению зависимости отраслей экономики от топливно-энергетической продукции путём повышения энергоэффективности экономики и задействования имеющихся ресурсов» Министерству энергетики, Министерству экономического развития и сокращения бедности, Государственному налоговому комитету, Государственному комитету по статистике и Министерству по развитию информационных технологий и коммуникаций поручено задание по созданию Единой автоматизированной информационной системы Министерства энергетики. Заказчиками по исполнению задания определены Министерство энергетики и Министерство инновационного развития Республики Узбекистан. В настоящее время в установленном порядке разработчиками информационной системы на основании госзаказа по реализации исследовательских проектов подписан контракт между Министерством инновационного развития и Ташкентским государственным техническим университетом имени Ислама Каримова от 30.12.2020 г. № И0Т-2021-2023 на разработку автоматизированной системы управления электропотреблением промышленных предприятий (АСУЭПП).
В целях обеспечения исполнения данного Постановления разработан проект технического задания (ТЗ) на создание автоматизированной информационной системы учёта, анализа и прогнозирования энергоэффективности крупных промышленных предприятий и других секторов отраслей экономики (рис. 1-3) и согласован с организациями топливно-энергетического сектора и соответствующими ведомствами республики.
Назначение АСУЭПП заключается в следующем:
1. Учёт, сбор, анализ и прогнозирование потребления ТЭР на энергоёмких промышленных предприятиях и в других отраслях экономики;
2. Облегчение составления отчёта по произведённой и потреблённой энергии производителей и крупных потребителей энергии в электронном виде за счёт упрощения механизма предоставления в онлайн-режиме идентификационных номеров;
3. Определение эффективности энергопотребления энергоёмких промышленных предприятий и автоматизация сбора, систематизации и анализа информации по учёту произведённой и потреблённой энергии.
Рис. 1. Интерфейс автоматизированного системы управления электропотреблением промышленных предприятий: окно расчётных и установленных нормативных показателей на единицу продукции
Fig. 1. Interface of an automated power consumption management system for industrial enterprises: window of calculated and established normative indicators per unit of production
Notnli birlikiarda
In.srfrnda Ming.Dollar ishy
Chbe Vtii GIM Mlat С
sahifasi
SaNfalar
¡2) Bosh sahifa @ Sozlamalar Й Ma'lumollaml tdrltish gg Hlsobotlar
9 Suv |m3 ) 0 TaWy gaz (mmq m3 ) • Qektt energlyasl (irtng kWsoel i ф Suyulmagan gaz i mlng m3 )
0
Рис. 2. Интерфейс автоматизированного системы управления электропотреблением промышленных предприятий: загрузки отчётов в графическом виде
Fig. 2. Interface of an automated power consumption management system for industrial enterprises: download reports in graphical form
Важнейшей целью создания данной системы является обеспечение возможности для осуществления следующих процедур:
© Рахметов II. У.
формирование единого информационного пространства в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
- анализ потребляемого энергоресурса для дальнейшего планирования и принятия мер по повышению энергоэффективности потребителей;
- повышение оперативности, эффективности и качества управления в области энергосбережения;
повышение качества, полученной от первоисточника, информации и статистических данных и её дальнейшая обработка;
повышение информационной открытости и прозрачности в области энергосбережения;
- мониторинг индикаторов эффективности использования ТЭР оборудованием в технологическом процессе;
- выявление факторов, влияющих на энергопотребление, и определение степени их влияния, а также выявление наилучших/наихудших режимов работы оборудования (в аспекте энергоэффективности);
- верификация данных систем учёта ТЭР на предприятии;
- нормирование потребления ТЭР;
- выявление отклонений норм энергопотребления и анализ причин их отклонений;
- прогнозирование потребления ТЭР;
- экспортирование отчёта в формате pdf, doex, xlsx.
АСУЭ1 ill позволяет повысить качество принятия решений при управлении энергопотреблением предприятия, и, тем самым, повысить эффективность расходования ТЭР. Система обладает предикативными возможностями (предсказательной аналитикой), может быть адаптирована под каждое конкретное производство с учётом особенностей технологических процессов и оборудования и может быть интегрирована с имеющимися на предприятии системами учёта.
FEVRAL-2022 OYI UCHUN HISOBOT
HisoBöi töpshHIlavotgan sana: 16-03-2022
□ OWirgl malumouarnl «IrK-l
-rfryrv V'l.r-.nii"!-' m Inr. I"h -í n-.h T 1. EJektr f :Lnj:,t'J [m¡ng.kW*srat]
1 и; г и j iV'll-jI E 'jH' i: rrylrir.l taif btfy n- ¡J Isyirrl (so
2. Siiyultlrllgan gai Irr Irr n
mlng.m3 Suynlllnlgan дат tarlf bo'ylcha I rr г г г
" tw'yicna -,m-:l isom]
4. гиг, 3-17 rlry.riíl
i rr г g ni i,l. r i.. ' trr' bo'ylOM qlymali iso'mi
sahifasi
Й Busn san (fa {§S Sozlamalar Й Ma'iumotiami kirlilsh
□q Hisobotlsr
EnergetlX resursfmahsulot isle'mol qiJish ma'lumotlarini kirilish
Рис. 3. Интерфейс автоматизированного Fig. 3. Interface of an automated
системы управления электропотреблением power consumption management system for промышленных предприятий: ввода данных о industrial enterprises: enter data on the потребляемых в цехе различных видов энергии various types of energy consumed in the
workshop
Блок-схема АСУЭ1 ill (рис. 4) состоит из 5 основных модулей:
- головной модуль,
- информационный модуль,
- модуль ввода и обновления,
- модуль энергопотребления,
- модуль формирования отчётов.
Взаимодействие указанных модулей позволяет достичь цели, ради которой создаётся программный продукт управления энергопотреблением на промышленных предприятиях. Общим для всех модулей является хранение ежедневных, ежемесячных и
годовых данных, которые поступают пользователю по его запросу. За исходные данные для расчётов можно взять объём выпускаемой предприятием продукции по товарной номенклатуре.
В соответствии с требованиями пользователя, информация, необходимая для анализа, нормирования и прогнозирования электропотребления на промышленном предприятии, хранится в специализированной базе данных.
Программный продукт состоит из следующего набора баз данных:
• Общая информационная база промышленного предприятия OnelDbase.db, Registration base.
• База данных входящей информации - Inputbase.db
• База данных для запросов - MESSAGE, db
База всех данных заполняется отдельно по каждому цеху. Чтобы исправить ошибки, допущенные при вводе информации о цехе, их можно изменить через раздел «редактиро вать ».
Сведенпя(данные) базы ГНК
Входные данные
(с участием персонала]
Сведения (данные) базы ГСК
База АСКУЭ/АИИСКУЭ
(
-i
Модул загрузки
База ЕИС
Г
I I
IÍ
\s
Анализ эн есго п о тоеб лен и я
Нормирование
Модул формирования
Прэгкэ энроЕани Е
СрЕЕНЕНКЕ данныт:(рЕэультатоЕ I 7. базой!
Эн ЕРГЕГШЧЕЗСЕЙ б ЕДЕН С
Рис. 4. Структурная схема Fig. 4. Structural diagram of an
автоматизированного системы управления automated power consumption management
электропотреблением промышленных system for industrial enterprises
предприятий
Известно, что не каждая автоматизированная система может оказаться эффективной для предприятия, поскольку это зависит от характеристик объекта, на котором она внедрена. Одним из преимуществ созданной автоматизированной системы управления потреблением электроэнергии является возможность полного анализа и планирования работы энергетического хозяйства промышленного предприятия, а также принятия решения по результатам их анализа. Высокая экономическая эффективность от внедрения этой системы обеспечивается реализацией следу ющих мероприятий:
- расчёт показателей энергоэффективности на последовательных этапах технологических процессов. Показатель энергоемкости, определённый по результатам расчёта, анализируется на основе бенчмаркинга. Другими словами, значение показателя энергоёмкости данной отрасли сравнивается с показателями энергоёмкости местных и зарубежных ведущих предприятий, работающих в аналогичной отрасли промышленности. По результатам сравнения, с учётом особенности технологического процесса, осуществляются мероприятия по снижению энергоёмкости производства;
- формирование энергетических балансов по технологическим процессам, видам
потребляемой энергии в цехе и на предприятии в целом. На основании сформированных балансов определяются реальные потери ТЭР.
Выводы
На основе проведенного исследования были сделаны следующие выводы:
1. Разработана единая автоматизированная информационная система и ее структура для управления электропотреблением промышленными предприятиями. В результате создана возможность решать с высокой точностью задачи анализа, нормирования и прогнозирования потребления электроэнергии на промышленном предприятии с помощью удобного интерфейса.
2. Предложена и обоснована система управления потреблением электроэнергии, состоящая из подмодулей, включающих в себя все этапы - от формирования базы данных модуля энергопотребления до загрузки результатов в виде отчёта.
3. Достигнуто снижение энергетических затрат за счет определения энергоёмких цехов предприятий и проведения в них организационно -технических мероприятий на основе разработанного интерфейса анализа энергопотребления.
4. Разработано и обосновано интерфейсное программное обеспечение для анализа, нормирования и прогнозирования энергопотребления. Анализ показателей, рассчитанных с использованием разработанной и предложенной методики показал, что расчёт результатов обеспечивает более высокую точность по сравнению с существующими и применяемыми методами.
Литература
1. Rakhmonov I.U., Reymov К.М., Shayumova Z.M. The role information in power management tasks//E3S Web Conf. Volume 139, 2019. Rudenko International Conference "Methodological problems in reliability study of large energy systems" (RSES 2019) 01080. 1-3 p. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913901080.
2. Rakhmonov I.U., Nematov L.A., Niyozov N.N., Reymov K.M., Yuldoshev T.M. Power consumption management from the positions of the general system theory // Journal of Physics: Conference Series. ICMSIT-2020. 1515 (2020) 022054 doi: 10.1088/17426596/1515/2/022054.
3. К Vinay Kumar. Dr. Balakrishna R. Supervisory control and data acquistion (scada) in subtransmission and distribution levels in power systems T: www.researchgate.net, 2013.
4. Energy Management Software //https://softwareconnect.com/energy-management/.
5. https://www.se.com/my/en/product-range/63067-ecostraxure% E2%84% A2-power-scada-operation-8.2/#overview.
6. Rakhmonov I.U., Kurbonov N.N. Analysis of automated software for monitoring energy consumption and efficiency of industrial enterprises // E3S Web Conf. Volume 216. Rudenko International Conference on Methodological Problems in Reliability Study of Large Energy Systems (RSES 2020) doi:10.1051/e3sconf/202021601178.
7. Energy Data Analytics Software Platform For Energy Professionals // https://www.wattics.com/analytics/.
8. https://sourceforge.net/software/product/Wattics/.
9. Lenovo XClarity Energy Manager. Lenovo Russia // htti)s://www.lenovo.com/ru/ru/data-center/software/systems-management/xclarity-energy-manager/.
10. Energy Management System | Power Management System Software. ETAP // https://etap.com/packages/energy-management-system
11. Utility & Energy Management Systems by EnergvCAP // https://www.energvcap.com/.
12. Савенко А.Г., Рыбин А.Г. электроэнергии в энергетическом комплексе Темрюкского района // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2021. № 1(49). С. 152-162.
13. Бородин М.В. Программный продукт по сокращению коммерческих потерь электроэнергии // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2021. №2 (46). С. 76-85.
14. Уколова Е.В., Воропай Н.И. Развитие метода backward/forward для исследования гибкости систем электроснабжения // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2021. № 2 (46). С. 24-35.
15. Герасимов Д.О., Суслов КВ. Системы имитационного моделирования мультиэнергетических объектов // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2020. № 4 (48). С. 11-19.
16. Капанский А.А. Методы решения задач оценки и прогнозирования энергетической эффективности // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019. № 2 (42). С. 103-115.
Автор публикации
Рахлюнов Икромжон Усмонович - д-р. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Электроснабжение», Ташкентский государственный технический университет, Ташкент, Узбекистан.
References
1. Rakhmonov IU, Reymov KM, Shayumova ZM. The role information in power management tasks. E3S Web Conf. Volume 139, 2019. Rudenko International Conference Methodological problems in reliability study of large energy systems (RSES 2019) 01080. 1-3 p. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913901080.
2. Rakhmonov IU, Nematov LA, Niyozov NN,et al. Power consumption management from the positions of the general system theory. Journal of Physics: Conference Series. ICMSIT-2020. 1515 (2020) 022054 doi: 10.1088/1742-6596/1515/2/022054.
3. K. Vinay Kumar, Dr. Balakrishna R. Supen'isory control and data acq nisi ion (scada) in subtransmission and distribution levels in power systems T: www.researchgate.net, 2013.
4. Energy Management Software II https://softwareconnect.com/energy-management/.
5. https://www.se.com/my/en/product-range/63067-ecostraxure% E2%84% A2-power-scada-operation-8.2/#overview.
6. Rakhmonov IU, Kurbonov NN. Analysis of automated software for monitoring energy consumption and efficiency of industrial enterprises. E3S Web Conf. Volume 216. Rudenko International Conference on Methodological Problems in Reliability Study of Large Energy Systems (RSES 2020) doi:10.1051/e3sconf/202021601178.
7. Energy Data Analytics Software Platform For Energy Professionals. https://www.wattics.com/analytics/.
8. https://sourceforge.net/software/product/Wattics/.
9. Lenovo XClaritv Energy Manager Lenovo Russia, https://www.lenovo.com/ru/ru/data-center/soñware/systems-management/xclarity-energy-mamger/.
10. Energy Management System Power Management System Software. ETAP. https://etap.com/packages/energy-management-system
11. Utility & Energy Management Systems by EnergyCAP https://www.energvcap.com/.
12. Savenko AG, Rybin AG. Vnedreniye ASU dlya povysheniya nadejnosti i effektivnosti raboty rassredotochennyx istochnikov elektroenergii v energeticheskom komplekse Temryukskogo rayona. Vestnik Irkutskogo gosudarsh'ennogo tekhnicheskogo universiteta. 2021;1(49):152-162.
13. Borodin MV. Programmny produkt po sokrasheniyu kommercheskix poter elektroenergii. Vestnik Irkutskogo gosudarsh'ennogo tekhnicheskogo universiteta. 2021;2(46):76-85.
14. Ukolova YeV, Voropay N1. Razvitiye metoda backward/forward diva issledovaniya gibkosti sistem elektrosnabjeniya. Vestnik Irkutskogo gosudarsh'ennogo tekhnicheskogo universiteta. 2021;2(46):24-35.
15. Gerasimov DO, Suslov KV. Sistemy imitatsionnogo modelirovaniya multienergeticheskix ob'ektov. Vestnik Irkutskogo gosudarsh'ennogo tekhnicheskogo universiteta. 2020;4(48):11-19.
© PaxMonoe M. Y.
16. Kapanskiy AA. Metody resheniya zadach otsenki i prognozirovaniya energeticheskoy effektivnosti. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2019;2(42):103-115.
Authors of the publication
Ikromjon U. Rakhmonov - doctor of technical sciences, associate professor, Tashkent State Technical University Head of the "Electric Power Supply" department, Tashkent, Uzbekistan.
Получено 28.10.2022г.
Отредактировано 10.11.2022г.
Принято 17.11.2022г.
