Глава четвертая.
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПРЕДПРИЯТИЙ.
4-1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЕКТОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭВМ.
В процессе проектирования обрабатывается большое количество исходной информации, используются сведения, хранящиеся в справочно-информационном фонде проектной организации, производится ряд расчетов и логических операций, отображаются результаты труда коллектива проектировщиков в виде схем, конструктивных чертежей, описаний и таблиц, оформляется проект в целом.
Развитие промышленного строительства и рост капитальных вложений в народном хозяйстве СССР требуют увеличения выпуска проектов, повышения технико-экономических показателей проектируемых объектов при одновременном значительном росте производительности труда строителей и монтажников, а также сокращения сроков проектирования и освоения проектных мощностей установок.
Бурный рост мощностей, механизация и автоматизация технологических процессов вызвали к жизни автоматизированный электропривод, автоматическое дистанционное управление, технологическую автоматизацию и сигнализацию, контроль и автоматизацию управления производством, которые в свою очередь влекут за собой лавинообразное увеличение количества элементов и функциональных связей, входных и выходных устройств с различными характеристиками. Все это влечет за собой огромный рост числа кабельных связей и применение в электроустановках различного сложного электротехнического оборудования, включая электронные управляющие и вычислительные машины.
Электротехническое проектирование крупных объектов требует участия больших коллективов инженеров и техников различного профиля, специалистов в таких областях, как электропривод, подстанции, электроснабжение и сети, автоматика и телемеханика, вычислительная техника, светотехника, техника высоких напряжений, линии электропередач, электрифицированный транспорт, электрические машины и аппараты, радиотехника и других. Усложняются вопросы проектирования электрических сетей предприятий.
Глубокая проработка в проектах конструктивных решений, касающихся таких работ, как ошиновки, прокладка кабелей по согласованным с проектировщиками других специальностей трассам и раскладка кабелей по кабельным конструкциям и полкам с учетом многих факторов и другие работы, требуют увеличения объема проектно-конструкторских работ и влекут за собой выпуск большого количества рабочих детальных чертежей. Дальнейший рост и детализация этих работ сдерживают процесс проектирования.
Старые методы проектирования, основанные главным образом на широком и детальном использовании опыта проектных работников, полученного ими ранее при создании аналогичных объектов, в современных условиях быстрого развития науки и техники уже не могут в полной мере отвечать растущим требованиям к качеству и срокам выполнения проектов.
Развитие электронно-вычислительной техники позволяет широко использовать возможности цифровых вычислительных машин для выполнения проектных работ, связанных с логической обработкой информации, вычислениями и частичным оформлением проектных материалов. В современных условиях без ЭВМ немыслимо полноценное решение проектных задач по выбору оптимального варианта, особенно в условиях, изменяющихся исходных данных, что является характерным явлением при проектировании новых технологических процессов и агрегатов большой производительности, когда проектирование ведется практически одновременно с научными исследованиями.
На универсальных цифровых ЭВМ практически может быть решена любая задача, если разработан численный метод решения и составлено формальное описание (алгоритм) данной проектной задачи. Возможности применения ЭВМ определяются развитием теории и техники программирования, а также быстродействием процессора и емкостью памяти машин.
Для эффективного использования ЭВМ в процессе проектирования необходимо создание автоматизированной системы электротехнического проектирования. В эту систему входит составной частью подсистема автоматизированного проектирования электроснабжения и линий электропередачи промышленных предприятий.
Автоматизированная система проектирования, создаваемая на основе применения ЕС ЭВМ, по заданию специалистов и на основе определенного состава исходных данных выполнит все необходимые расчеты, выберет оптимальный вариант, составит сметы, спецификации, сделает и некоторые графические работы.
Известно, что никакая автоматизированная система не может действовать без высококачественной и достоверной исходной информации. Поэтому система автоматизированного электротехнического проектирования сочетается с автоматизированной системой информации об электротехническом оборудовании, кабельной продукции, монтажных деталях, материалах и т. п.
Применение ЭВМ в процессе проектирования предполагает внедрение современных методов хранения и поиска информации, применение фотомодельных методов плоскостного макетирования, а также новых средств размножения и выпуска проектов.
Применение ЭВМ в работе проектных институтов требует проведения тщательного анализа и частичного изменения проектных операций в отдельности и взаимосвязей этих операций при разработке комплексного проекта электрооборудования проектируемого объекта строительства, включая электроснабжение. Возникает задача постепенного пересмотра действующих нормативных материалов, определяющих объем и содержание отдельных чертежей и частей проектов.
Наилучший эффект от применения ЭВМ в процессе проектирования может быть получен в том случае, если инженеры в каждом проектном отделе в соответствии со специализацией смогут непосредственно обращаться к ЭВМ, оценивать возможности ее использования. Для этой цели ведущие инженеры-проектировщики и конструкторы должны не только уметь формализовать решаемую задачу, но и подготовить программу для обращения к ЭВМ на определенном языке программирования.
Инженеру-проектировщику необходимо принимать непосредственное участие в обработке исходной информации на ЭВМ с участием специалистов вычислительного центра, отдела математических методов проектирования или другого соответствующего подразделения проектных институтов.
При полном развитии система автоматизированного электротехнического проектирования представляет собой систему «Проектант-ЭВМ», в которой проектировщик в процессе общения с машинным комплексом будет просматривать на экранах дисплея и оценивать варианты решения проектных задач, вносить желаемые исправления, учитывающие изменения исходных данных и т. п.
Технической основой системы автоматизированного электротехнического проектирования является комплекс из нескольких универсальных цифровых ЭВМ единой серии «Ряд» с большим объемом памяти, расположенных в основных отделениях специализированных электротехнических проектных институтов Тяжпромэлектропроект и Электропроект Минмонтажспецстроя СССР, использующих терминальные устройства для связи многих проектировщиков с ЭВМ.
Важным качеством ЭВМ серии «Ряд» является их совместимость по программному и математическому обеспечению, большая память и возможность работы в режиме разделения времени одновременно с несколькими операторами, т. е. возможность одновременного выполнения нескольких программ одной центральной ЭВМ с помощью терминальных устройств.
Эффект от применения ЭВМ в процессе проектирования главным образом лежит в области улучшения использования и сокращения капитальных вложений в строящиеся объекты за счет оптимизации проектных решений, лучшего использования оборудования и материалов.
Система автоматизированного электротехнического проектирования входит в общую систему автоматизированного проектирования объектов строительства, создаваемую под руководством головного института ЦНИПИАСС Госстроя СССР.
4-2. ФОРМАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭВМ.
Выполнить формальное описание процесса проектирования — это значит представить его в виде последовательно выполняемых отдельных видов работ (анализ исходных данных, выполнение расчетов, выбор электрооборудования и т. п.) и указать взаимосвязь между ними. Формальное описание содержит также методику выполнения работ, расчетные формулы и логические действия при анализе результатов расчетов и их использовании в процессе проектирования.
Функциональная схема проектирования электроснабжения отражает последовательность и объем работ, производимых на данной стадии выполнения проекта.
Один из возможных вариантов функциональной схемы для стадии технического проекта электроснабжения представлен на рис. 4-1.
Выполнение технического проекта электроснабжения начинается, как правило, с рассмотрения, анализа и уточнений требований технических условий энергосистемы, рассмотрения схемы внешнего электроснабжения, прилегающего к проектируемому предприятию района сетей 35—330 кВ (блок 2).
Анализируются исходные данные по электроприемникам с учетом очередности строительства цехов или производств проектируемого предприятия, учитывается количество смен работы цехов, категорийность электроприемников в отношении бесперебойности электроснабжения. После уточнений и логического анализа исходной информации проектировщик выбирает способ ее дальнейшей обработки.
При этом возможны два пути получения приемлемого варианта решения задачи электроснабжения. Один — задание проектировщиком ряда конкурентоспособных вариантов и получение с помощью ЭВМ на каждый из них технико-экономических показателей, которые позволяют выбрать приемлемый вариант. Второй — задание проектировщиком необходимых для ЭВМ исходных данных и некоторых ограничений по координатам, — например по условиям генплана предприятия и т. п., — получение в результате работы ЭВМ графа схемы электроснабжения и теоретических координат расположения подстанций, распределительных пунктов и линий электропередачи на генплане проектируемого предприятия (блоки 3—8).
Рис. 4-1.
Рис. 4-1. Функциональная схема выполнения проекта электроснабжения.
Первый способ использования ЭВМ целесообразен в случае разработки проекта реконструкции предприятия, когда применение второго способа затруднено многочисленными ограничениями и условиями, чрезмерно усложняющими подготовку исходных данных для ЭВМ. Второй способ целесообразен при проектировании вновь сооружаемых объектов. Оба способа общения проектировщика и ЭВМ не исключают возможности их одновременного применения: проектировщик может сравнить свое предположение с решениями, выданными ЭВМ на основе заданных ей ограничений и исходных данных.
После выбора вариантов схемы электроснабжения на генплан предприятия наносятся электротехнические сооружения (ТП, РП, ГПП), определяются их реальные координаты. Этот этап выполняется при совместной работе проектировщиков-электриков, технологов и строителей. В результате взаимного согласования и работы над генпланом проектируемого предприятия закрепляются координаты всех сооружений, включая ТП, РП и ГПП, что позволяет задать ЭВМ разрешенные точки их расположения (блок 9) для каждого варианта, подлежащего оценке.
Для дальнейшего проектирования сети электроснабжения необходимо выполнение схемы замещения, на основе которой производятся расчеты токов к. з., выбор пусковых реакторов для электродвигателей, определение длин и сечений кабелей, токопроводов. Решение этих задач возлагается на ЭВМ, в которую вводятся данные, отмеченные в блоке 9.
Результаты работы ЭВМ могут быть выведены на печать в заданной программой последовательности для анализа и оценки их проектировщиком. Затем полученные и уточненные данные вновь вводятся в ЭВМ, которая выполняет предварительный расчет токов к. з. и выбор токоограничивающих реакторов (блок 11). Расчет остаточных напряжений при пусках двигателей и выбор пусковых реакторов для электродвигателей осуществляется ЭВМ на следующем этапе работы (блок 12).
Рис. 4-2. Функциональная схема проектирования главной понизительной подстанции промпредприятия (технический проект).
Выбор марок и сечений кабелей (блок 15) производится с помощью ЭВМ на основе данных, полученных в результате предварительного расчета токов к. з„ выбора реакторов, расчета остаточных напряжений и выбора при этом пусковых реакторов для мощных электродвигателей. Проектировщик может вывести на печать полученные данные и подвергнуть их анализу, внося коррективы, если это потребуется. Дальнейшая работа по этапам, определенным программой, выполняется ЭВМ. В результате получаются таблицы, отпечатанные ЭВМ и содержащие данные расчетов токов к. з. в определенных программой расчетных точках, данные по остаточным напряжениям при коротких замыканиях, при самозапусках электродвигателей, а также расчетные уровни напряжения при действии устройств регулирования напряжения трансформаторов и регуляторов напряжения генераторов ТЭЦ (блоки 14—17).
уценка качества напряжения при работе различных электроприемников возлагается на ЭВМ (блок 18), в которую вводятся данные о составе и характере работы электроприемников, данные по всем элементам схемы, рассчитанные и полученные выше.
Для выполнения работ по оценке качества напряжения используются методика и расчеты, приведенные а гл. 5, составляется программа для ЭВМ. Результатом работы по оценке качества напряжения может быть таблица результатов расчета и рекомендации по их реализации в проекте, спецификация необходимого оборудования.
Рис. 4-3. Функциональная схема проектирования главной понизительной подстанции промпредприятия (рабочий проект).
На основании работ, выполненных в соответствии с указанной последовательностью (блоки 3—18), появляются исходные данные для решения последующих задач проекта, таких как расчеты потерь электроэнергии в сетях предприятия, выбор средств и размещения устройств компенсации реактивной мощности. Затем производятся окончательные расчеты электрических нагрузок, определение капитальных затрат и оценка надежности схемы электроснабжения.
Характер и последовательность этих работ представлены в блоках 39—24. При оснащении ЭВМ устройствами для автоматического вычерчивания схем и другой графической информации результаты работы могут непосредственно выдаваться в виде чертежей (блок 25).
Следующим этапом работы является анализ проектировщиком полученных результатов для каждого варианта схемы и окончательный выбор проектного решения.
Работы на последующих этапах, вплоть до выпуска проекта представлены в последовательности блоков 26—33.
Нормальное описание разработки технического проекта электроснабжения, включая методики, применяемые формулы и необходимые исходные данные, приведены в работах Электропроекта.
Разработка автоматизированной системы проектирования электроснабжения, выполняемая на основе упомянутого формального описания, ведется по этапам и фрагментам, приведенным на функциональной схеме рис. 4-1.
На рис. 4-2 и 4-3 представлены функциональные схемы выполнения технического проекта и рабочих чертежей главной понизительной подстанции.
Представленные примеры функциональных схем иллюстрируют возможность сформулировать задачи и определить границы совместной работы нескольких инженеров-программистов, участвующих в разработке конкретных программ для автоматизированной системы проектирования.
В первую очередь автоматизируется решение задач, требующих наибольших затрат времени при традиционных методах проектирования, затем задач, обеспечивающих автоматизацию выполнения отдельных разделов проекта и, наконец, всего проекта в целом.
В процессе разработки программ для автоматизации процессов проектирования возникает необходимость разработки вспомогательных программ, обеспечивающих выпуск проектной документации в форме, приемлемой для электромонтажников и эксплуатационников. При этом изменяются формы технической документации, применяющиеся при традиционных методах проектирования.
