автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Организация управления электропотреблением текстильного предприятия

На правах рукописи

Трофимов Анатолий Николаевич

ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ТЕКСТИЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность 05 02 22 - Организация производства (текстильная и легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ииао71576

Кострома 2007

003071576

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Каравайков Владимир Михайлович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Староверов Борис Александрович

кандидат технических наук, доцент Зосимов Матвей Владимирович

Ведущая организация' Ивановский государственный энергетический

Защита состоится 30 мая 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212 093 01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу 156005, г Кострома, ул Дзержинского,17, ауд 214

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета

Автореферат разослан » апреля 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 093 01

университет

д т н , профессор

ПН Рудовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Наряду с различными видами энергии, электрическая энергия обладает особыми свойствами, использование которых позволяет эффективно совершенствовать орудия труда, облегчать и сберегать человеческий труд, повышать его производительность Она оказывает существенное влияние на ход любого производственного процесса, так как нарушение работы отдельных звеньев электрохозяйства приводит к разрегулировке или даже полному прекращению деятельности основного производства В то же время уровень потребления электроэнергии влияет на эффективность производства, обеспечивает повышение его технической вооруженности и рост производительности труда

Эффективное использование электроэнергии на предприятиях, прежде всего, зависит от ее эффективного использования при работе отдельных промышленных систем и технологических установок Эффективность непосредственно связана с ответами на следующие вопросы

• оправдана ли нагрузка и установленная мощность данной установки,

• можно ли снизить электрическую нагрузку потребителей,

• существуют ли неучтенные потери в электрических сетях и электрооборудовании,

• насколько хорошо обслуживается данная система или установка

Тщательный анализ ответов на эти вопросы и комплексный подход к

возможностям их решения для каждой системы позволяют добиться успешных результатов при использовании электроэнергии в целом на любом предприятии

При этом для экономии энергии совершенно неприемлем такой способ как принудительное отключение и остановка производственных процессов Каждая система должна работать с максимально возможной энергетической эффективностью Этого можно добиться при следующих условиях

• обеспечение максимально высокого объема производства,

• правильный выбор технологии для основных энергоемких производств,

• низкий уровень потерь в системах распределения и потребления энергии

Экономия ресурсов, в частности электроэнергии, означает достижение наименьших издержек производства в целях получения наибольшего экономического эффекта всего предприятия При этом следует иметь в виду, что экономия материальных ресурсов является, прежде всего, фактором увеличения объемов производства на основе сэкономленных ресурсов и одновременно означает экономию ранее затраченного на и^с производство общественного труда, т е повышение производительности общественного труда Таким образом, экономное расходование ресурсов с течением времени приводит к сокращению количества ресурсов, требуемых для получения одного и того же результата В этом и проявляется влияние экономии материальных ресурсов на повышение эффективности производства

Многие существующие текстильные предприятия пытаются держать курс на повышение своей энергетической эффективности Для этого ими внедряются

в производства те или иные энергосберегающие технологии, проводятся различные организационные мероприятия

Несмотря на это эффективность использования энергоресурсов в текстильной промышленности остается недостаточно высокой, удельные энергетические затраты необоснованно велики Это положение сохраняется во многом благодаря базовым просчетам в организации энергосбережения, в частности из-за недостаточной системности в анализе и реализации энергосберегающих мероприятий

Выход из обсуждаемой ситуации видится в применении системного подхода с целью повышения эффективности энергосберегающих мероприятий при реализации промышленных технологий, сохраняющего такие фундаментальные свойства системы как целостность, членимость и целевую ориентацию Такой системный подход не предоставляется возможным без организации управления потреблением энергоресурсов, в частности электроэнергией, на предприятии текстильной промышленности В связи с этим, проблема, рассматриваемая в данной диссертационной работе, является актуальной на сегодняшний день и имеет большую практическую значимость Состояние и степень проработанности темы

Организационно-техническому проектированию текстильного производства посвящены работы российских ученых профессоров К М Пирогова, Ф Ф Бездудного, 3 В Брагиной, Л Н Никитиной, А П Павлова, Г М Травина, О К Платова, В Н Егорова, Е В Беляева, Н Н Масюк, В В Смельского и других

Развитию теории управления, разработке систем управления на основе системного подхода посвящены работы Р Калмана, М Арбаба, С Диретктера, Гиг Дж Вана, Д Клиланда, В Кинга, М Мессаровцча, Е С Вентцеля, В М Добкина, А С Малина, Б 3 Мильнера, В М Павлова и других ученых

Системный подход к организации управления текстильным производством, обеспечивающий внедрение информационных технологий в практику текстильного производства, в той или иной мере реализован в работах Ф Ф Бездудного, К М Пирогова, 3 В Брагиной, Е В Беляева, В Н Егорова, Л Н Никитиной, А П Павлова, О К Платова, А Л Сазонова, Г М Травина, В М Каравайкова и других ученых

Вопросы энергосбережения в промышленности рассмотрены в работах Лившица М Ю , И А Башмакова, Г И Алешина, Г А Вагина, А Г Вакулко, А С Охотина, А А Злобина, М В Самойлова, К Кожевникова, М Тиунова, В С Степанова, В М Каравайкова и других

Вопросы нормирования энергетических ресурсов рассматривали ученые А X Сальников, Л А Шевченко, Г А Вагин, А Б Лоскутов, А С Охотин, Завьялов М М, Гофман Н В , Закатаева А Ф , Головкин П И, Ковалевский А А , Леонов Р Е , Санников А А , Соколова В В

Следует отметить, что ни в одной из рассмотренных выше и известных автору работ не акцентируется задача повышения эффективности электропотребления текстильного производства

Цель работы — разработка организационно-технической методологии управления электропотреблением текстильного предприятия в условиях непрерывного роста цен на электроэнергию и высокой конкуренции на рынке

В соответствии с поставленной целью в диссертационном исследовании решались следующие задачи, отражающие его логику:

► провести анализ энергоэффективности текстильного производства с точки зрения его электропотребления в целом и его структурных объектов и элементов с применением инженерно-технического инструментария,

► уточнить методику проведения энергетического обследования текстильного предприятия,

► провести теоретические исследования в области нормирования электроэнергии и разработать методику нормирования электроэнергии для текстильного предприятия,

► разработать организационно-техническую методологию управления электропотреблением текстильного производства,

► осуществить практическую реализацию работы на текстильных предприятиях Костромской области при создании системы управления электропотреблением производства и нормировании потребления электроэнергии по различным направлениям деятельности предприятия ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - система потребления электрической

энергии текстильного предприятия в условиях непрерывного роста цен на электроэнергию и высокой электроемкости текстильной продукции

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ - организация управления электропотреблением текстильного предприятия

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационного исследования заключается в разработке организационно-технической методологии управления электропотреблением текстильного производства с целью снижения электроемкости текстильной продукции и повышения ее конкурентоспособности

1. Разработан организационно-технический инструментарий

исследования эффективности электропотребления текстильного предприятия и его структурных объектов и элементов, включающий

1 1 Уточненную методику энергетического обследования предприятий путем обеспечения возможности использования методов измерения динамики параметров электрической энергии применительно к предприятиям текстильной промышленности, 1 2 Расчет, составление и анализ балансов потребления электроэнергии текстильным предприятием и его структурными объектами, отличительной особенностью которых является учет фактора времени и динамики объема производства, 1 3 Инструментально и методически обеспечена оценка потенциала экономии электрической энергии, отличительной особенностью которой является учет реальных условий эксплуатации, влияющих на количество и качество потребляемой электроэнергии

2. Разработана методика нормирования потребления электроэнергии текстильным предприятием, включающая

2 1 Классификацию удельных норм расхода электроэнергии на

текстильном предприятии, 2 2 Структуру формирования общезаводской нормы текстильного предприятия,

2 3 Расчет нормативов потребления электроэнергии по направлениям ее использования,

2 4 Разработку модели исследуемого объекта, позволяющей определять

норму его электропотребления с учетом динамики загрузки оборудования и возмущающих воздействий, которые приводят к увеличению расхода электроэнергии

3. Разработан организационно-технический механизм управления эффективностью электропотребления текстильного предприятия, особенностью которого является применение в качестве критерия эффективности нормативного значения, вычисляемого динамически в зависимости от режима работы текстильного предприятия

3 1 Разработана структурная схема системы управления

электропотреблением текстильного предприятия, 3 2 На базе современных теорий менеджмента предприятий разработана морфологическая структура организации энергоменеджмента текстильного предприятия, 3 3 Разработан алгоритм работы системы управления

электропотреблением, 3 4 Разработано программное обеспечение, отвечающее требованиям поставленной задачи и реализующее методику расчета нормативного потребления электроэнергии, которое автоматически вычисляется в зависимости от производительности оборудования, 3 5 Для программного обеспечения разработан дружественный интерфейс в соответствии с пожеланиями персонала текстильного предприятия,

3 6 Разработана база данных, включающая в себя информацию по всему установленному оборудованию, приборам учета, нормативным значениям электропотребления Информационная база исследования включает научные источники в виде монографической литературы, публикаций в периодической печати, научных докладов и отчетов, материалов научных конференций, \уеЬ-сайтов Интернета Использованы законодательные и нормативные акты Российской Федерации по вопросам энергопотребления и энергосбережения В основу диссертации положены результаты собственных расчетов и анализа эффективности электропотребления текстильного предприятия

Соответствие темы и содержания диссертации требованиям паспорта специальности ВАК. Исследование выполнено в рамках специальности 05 02 22 «Организация производства (по отраслям)» Положения диссертации соответствуют 3-й области исследований «Разработка методов и средств информатизации и компьютеризации производственных процессов, их

документального обеспечения на всех стадиях», 10-й области исследований «Разработка методов и средств мониторинга производственных и сопутствующих процессов», 11-й области исследований «Разработка методов и средств планирования и управления производственными процессами и их результатами» Паспорта специальности 05 02 22 ВАК

Практическая значимость работы. Результаты научной работы учтены и использованы при разработке областной целевой программы «Энергоэффективная экономика Костромской области на период до 2010 года», «Методики энергетических обследований организаций и предприятий Костромской области», проекта закона Костромской области «Об энергосбережении на территории Костромской области», программы повышения энергоэффективности ООО «Льнообъединение им И Д Зворыкина» Результаты научной работы используются в процессе преподавания и изучения специальных дисциплин «Энергоаудит и энергоменеджмент», «Социально-экономические аспекты энергосбережения» в Костромском государственном технологическом университете

Апробация результатов диссертационной работы. Основные положения диссертационной работы были представлены в докладах автора на 56-й межвузовской научно-практической конференции молодых ученых (гКострома, 2004 г), на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (г Кострома, 2004 г), на 1У-й Всероссийской научно-практической конференции "Инновации в машиностроении" (г Пенза, 2004 г), на Х-й международной конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (г Вологда, 2007 г), на межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (г Иваново, 2007 г)

Материалы диссертации доложены и обсуждены на расширенном заседании кафедры экономики и управления Костромского государственного технологического университета

Список публикаций автора по теме диссертационного исследования включает 9 работ (3 статьи, в том числе 2 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертационных исследований, и 6 тезисов докладов на международных и всесоюзных конференциях) общим объемом 1,82 п л

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 169 страницы машинописного текста, 43 рисунка, 30 таблиц, библиографический список включает 148 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования, определены цель и задачи, объект, предмет исследования, показана степень разработанности изучаемых проблем в научной литературе, сформулирована научная новизна работы, определено теоретическое и практическое значение научных результатов исследования

В первой главе «Организация потребления электроэнергии на текстильном предприятии», включающей три параграфа, приведено

обоснование необходимости проведения исследований в области организации потребления электроэнергии на текстильном предприятии, произведен анализ эффективности электр о потреб лен и я и исследован вопрос состояния и степени проработанности данной темы.

Эффективное использование электроэнергии на предприятиях, прежде всего, зависит от ее эффективного использования при работе отдельных промышленных систем и техно логических установок. Такими стандартными системами и установками любых технологических процессов являются системы сжатого воздуха, вентиляции, освещения, оборудования холодильных станций, электродвигатели технологического оборудования, электронагревательные установки и др.

В данной работе исследуется система электроснабжения текстильного предприятия. Целью этого исследования является увеличение эффективности использования электроэнергии производством, тем самым снижение себестоимости продукции и повышение его конкурентоспособности.

Таким образом, МЫ формулируем главную цель - повышение конкурентоспособности текстильного предприятия. Схема декомпозиции цели

Рис.1. «Дерево целей» системы эффективного электропотребления

Динамика мощности текстильного производства и количества потребляемой электроэнергии, в том числе удельного электропотребления приведена в табл. 1. Эти данные свидетельствуют о росте электроемкости выпускаемой продукции.

1, Анализ потребления электроэнергии

3. Контроль и управление эфф е ктивн ость ю электропотребления

2. Нормирование

потребления электроэнергии

Таблица 1

Динамика выпуска текстильной продукции и потребления электроэнергии

2002т, 2003г. 2004г. 2005г.

Выпуск готовых тканей, тыс.п.м 11937,3 10376,7 8632,9 10772

Кол-во потребляемой электрической энергии, тыс. КВт\ч 124694 12635,9 12204 15537

Удельное потребление электроэнергии, кВт\п.м. 1,06 1,21 1,41 1,44

Для анализа потребления электроэнергии на текстильном предприятии целесообразно рассмотреть энергоемкость всех его производств (табл.2).

Таблица 2

Потребление электроэнергии производствами текстильного

Наименование Потребление эл. энергии, тыс. кВтч

Прядильное производство 2295

Ткацкое производство 2308

Беяьно-отделочнос производство 1795

Цех оправы льна 263

Вспомогательное производство 343

Коммунально-бытовое потребление 548

Отпуск ей сторону 50,041

Всего по комбинату 7602,041

На рис.2 представлено распределение электроэнергии по направлениям использования наиболее энергоемкого ткацкого производства.

5.2% 4,5%

42.9%

0,1«

10 7«

а Технолгия Ш Вентиляция О сварочное оборудование □ Компрессоры

К Подъем. - транспорт, оборудов. и насосы

■ Освещение Ш прочее

■ Потери в сетях и трансформаторах

Рис. 2. Распределение электроэнергии по направлениям использования прядильного производства

Проведенные экспериментальные исследования системы электроснабжения предприятия позволили определить первоочередные энергосберегающие мероприятия и разработать программу энергосбережения предприятия.

Во 2-й главе «Нормирование потребления электроэнергии на текстильном предприятии», состоящей из 5 разделов, разработана методика нормирования потребления электроэнергии для текстильного предприятия Данная методика позволяет определить минимально-необходимые затраты электроэнергии на производство определенного вида продукции

Нормирование мы рассматриваем как функцию управления предприятием, обеспечивающее четко поставленное планирование, учет, анализ, регулирование

Учитывая направления оценки удельного электропотребления в промышленности, можно предложить классификацию норм расхода электрической энергии, представленную в тексте диссертации

При анализе методов определения удельных норм были выделены три основных направления расчетно-аналитический, опытный, расчетно-статистический

Нормирование и материальное стимулирование, как элементы механизма, воздействующего на повышение эффективности использования энергоресурсов, должны рассматриваться всегда только в комплексе "учет -норма - стимулы" (рис 3) При отсутствии соответствующих технических средств определения удельных расходов в любой момент времени, становятся неоправданным установление нормы расхода и внедрение системы материального стимулирования экономии энергоресурсов

энергоресурсов

Текстильное предприятие с точки зрения электропотребления представляет собой сложную структуру На его балансе имеется большое количество потребителей электроэнергии, режим работы которых сильно отличается друг от друга Электроэнергия расходуется не только на технологию, но и на освещение, вентиляцию, на привод подъемно-транспортного оборудования, насосы, компрессоры, питание административных корпусов (компьютеры, оргтехника и т д ) и в некоторых случаях на отопление В технологии же, электроэнергия используется в основном электроприводами (групповые, одиночные и многодвигательные), приводящими в движение те или иные части машин текстильного предприятия

Рис 4 Формирование общезаводской нормы текстильного предприятия

Для нормирования электропотребления текстильного предприятия разделяем все потребление по основным направлениям использования Нормирование текстильного предприятия делится на 4 основные части (рис 4)

1 общезаводская норма,

2 производственная норма,

3 цеховая норма,

4 норма участка

Для расчета указанных норм целесообразно разделить нормативное потребление электроэнергии на следующие направления ее использования (рис 5)

Рис 5 Направления использования электроэнергии на текстильном

предприятии

Так как норму потребления электроэнергии того или иного агрегата необходимо производить относительно количества выпускаемой продукции, то встает задача, заключающаяся в определении зависимости между производительностью и потребляемой электроэнергией Для технологического оборудования используем опытный метод, так как аналитический метод не даст точного результата в связи с большим числом допущений и погрешностей при аналитическом моделировании текстильных машин, а расчетно-статистический метод неприемлем из-за невозможности выполнения ряда требований работа машины наблюдается длительный период, в течение которого должна находится в исправном состоянии и обслуживаться квалифицированными специалистами

Технологическое оборудование представляем как целостный объект электропотребления (рис 6) - объект управления (ОУ) Входной величиной данного объекта (X) является производительность агрегата, на выходе (У) -количество потребленной электроэнергии Необходим учет и возмущающих воздействий (!), которые воздействуют на объект, приводя к увеличению расхода электроэнергии Такими возмущениями может быть плохое качество электроэнергии, износившееся узлы механизмов, качество сырья, а также человеческий фактор Опытный метод позволяет при определении нормы учесть все эти возмущения и представить реальное нормативное значение

X Г ' ' 1 f Y

ОУ

Рис 6 Модель объекта электропотребления

Истинным для данного режима работы будет являться значение равное

_ Ж

N

где Yep - истинное значение расхода, 7( - значение расхода i-го измерения, N -количество измерений

Для анализа работы технологического оборудования рассматриваем полином вида

у(х) = а0 + <я, х +а2 х1 + + <я„ х", (2)

Для заданных точек получим

a0 + at х0 +а2 х] + +ап < = у0

а0 + а\ ^ +«2 Х\+ +а» Х"=Ух, (3)

а0 + а, + а2 х] + + ап х"п = уп Решая линейную систему относительно ао,аь ,а„, получим необходимую зависимость у = Г(х)

Если режим работы оборудования не постоянный в течение одного цикла производства, то при расчетах необходимо учесть коэффициент спроса (определяется экспериментально) Для упрощения расчетов его можно учесть при составлении таблицы измерений

Нормативное электропотребление системой освещения определяется нагрузкой наружного и внутреннего освещения

(4)

1-1

где п - число зданий, входящих в состав текстильного предприятия, ¡¥о" -нормативное электропотребление системой освещения текстильным предприятием, - нормативное электропотребление системой внутреннего освещения, 1¥"01 - нормативное электропотребление системой наружного освещения

Для определения нормативного электропотребления системой отопления необходимо определить количество теплоты, достаточной для определенного процесса, и учитывая тот факт, что электроэнергия преобразуется в тепловую с коэффициентом полезного действия равным 0,95, подсчитать необходимое количество электроэнергии

Рис 10 Алгоритм управления эффективностью электропотребления

Рис 11 Структурная схема системы управления эффективностью электропотребления

Структурная схема системы управления эффективностью электропотребления представлена на рисунке 11 Данная система имеет 4 уровня контроля и управления 1 -на уровне участка, 2 -на уровне цеха, 3 - на уровне производства, 4 - на уровне всего предприятия Такая схема позволяет контролировать процесс по уровням ответственности на производстве

Для хранения, обработки, принятия решений и построения отчетов на основе полученных данных разработано программное обеспечение, отвечающее требованиям поставленной задачи

Разработана база данных, включающая в себя информацию по всему установленному оборудованию, приборам учета, нормативным значениям В программе реализована методика расчета нормативного потребления электроэнергии, которое автоматические вычисляется в зависимости от производительности Программное обеспечение имеет дружественный интерфейс, разработанный в соответствии с пожеланиями персонала текстильного предприятия

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Поставленная цель диссертационного исследования - разработка организационно-технической методологии управления электропотреблением текстильного предприятия в условиях непрерывного роста цен на электроэнергию и высокой конкуренции на рынке, нашла отражение в решении задач

1 Проведены экспериментальные исследования системы электропотребления текстильного предприятия, выполненные с использованием современных измерительных приборов и средств обработки полученной информации, позволивших определить изменения количества и параметров качества электрической энергии, потребляемой оборудованием и предприятием в целом в условиях изменяющейся динамики текстильного производства На основании анализа экспериментальных данных получены новые и уточнены имеющиеся показатели эффективности электропотребления текстильного предприятия

2 Разработан организационно-технический инструментарий исследования эффективности электропотребления текстильного предприятия и его структурных объектов и элементов, отличительной особенностью которого является учет фактора времени и динамики производства

3 В ходе проведения исследования текстильного производства уточнена методика энергетического обследования предприятия путем обеспечения возможности использования методов измерения динамики параметров электрической энергии применительно к предприятиям текстильной промышленности, выявлены наиболее энергоемкие звенья системы, которым в первую очередь необходимо уделить внимание, в частности прядильное и ткацкое производства доля потребления электроэнергии в которых составляет по 30 % от общего расхода

4 Инструментально и методически обеспечена оценка потенциала экономии электрической энергии, отличительной особенностью которой является учет реальных условий эксплуатации, влияющих на количество и

качество потребляемой электроэнергии, а также произведен расчет, составление и анализ балансов потребления электроэнергии текстильным предприятием и его структурными объектами, отличительной особенностью которых является учет фактора времени и динамики объема производства

5 Уточнена и научно обоснована методика нормирования потребления электрической энергии оборудованием текстильного предприятия, отличительной особенностью которой является учет динамики загрузки оборудования и возмущающих воздействий, которые приводят к увеличению расхода электроэнергии

6 Приведена классификация удельных норм расхода электроэнергии, дана структура формирования общезаводской нормы текстильного предприятия, состоящая из 3 основных уровней, произведен расчет нормативов потребления электроэнергии по направлениям ее использования технологическое оборудование, освещение, система отопления, система транспорта, нагнетательные устройства (вентиляторы, насосы, компрессоры), нормативные потери электроэнергии

7 Разработана организационно-техническая методология управления энергоэффективностью текстильного предприятия,

8 Обоснованы предложения по созданию интегрированной информационной системы управления электропотреблением на текстильном предприятии, а также предложения по структуре интегрированной информационной среды и комплексу программно-технических средств, необходимых для ее реализации

9 Разработана автоматизированная система управления электропотреблением, отличительной особенностью которой является адаптация системы к условиям российского текстильного предприятия и возможность текущего мониторинга параметров электропотребления Управляющее воздействие в разработанной системе формируется на основании сопоставления измеренной величины с нормативными параметрами электропотребления

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, включенных в перечень ВАК

1 Трофимов АН Нормирование потребления энергии в прядильном производстве / Изв ВУЗов Технология текстильной промышленности 2007, №1 -С 110-113 0,31 п л

2 Трофимов А Н Повышение эффективности использования электрической энергии в прядильном и ткацком производствах /АН Трофимов, В М Каравайков // Изв ВУЗов Технология текстильной промышленности 2005, №3 -С 130-135 0,4/0,3 пл

Статьи в сборниках научных трудов и тезисы докладов на международных и всероссийских конференциях

3 Трофимов АН Автоматизация контроля потребления электрической энергии на текстильном предприятии // Тезисы докладов 56-й межвузовской научно-практич конф молодых ученых - Кострома КГТУ, 2004 0,1 п л

4 Трофимов А H Автоматизация контроля электропотребления текстильного предприятия /АН Трофимов, В M Каравайков // Материалы междунар научно-практич конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» Кострома КГТУ, 2004-с 170-171 0,13/0,1 п л

5 Трофимов АН Система контроля потребления электроэнергии на текстильном предприятии /АН Трофимов, В M Каравайков // Материалы IV-й Всероссийской научно-практической конференции "Инновации в машиностроении" -Пенза, 2004-с 99-102 0,25/0,2 пл

6 Трофимов А H Оценка экономической эффективности внедрения частотного регулирования привода водонасосной станции /АН Трофимов, Е И Бородина, В M Каравайков // Вестник Костромского государственного технологического университета, №14, Кострома КГТУ, 2006 - С 134-136 0,3/0,1 пл

1 Трофимов А H Нормирование потребления электроэнергии в текстильном производстве // Материалы Х-й междунар конф «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» - Вологда, 2007 С 78-80 0,13 п л

8 Трофимов А H Реализация потенциала энергосбережения компрессорного оборудования текстильного предприятия /АН Трофимов, И С Смирнов // Материалы научно-технической конференции «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК-2007) -Иваново Иван гос текст академия, 2007 — С 220-221 0,1 п л

9 Трофимов А H Влияние нормирования производственных затрат на энергоэффективность текстильного производства /АН Трофимов // Материалы междунар научно-технич конференции «Современные наукоемкие материалы текстильной и легкой промышленности» - Иваново Иван гос текст академия, 2007 0,1 п л

Трофимов Анатолий Николаевич

ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ТЕКСТИЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 27 04 07 Формат бумаги 60x84 1/16 Печать трафаретная Печл 1,25 Заказ 350 Тираж 100

Костромской государственный технологический университет Редакционно-издательский отдел Кострома, ул Дзержинского, 17

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЕМ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ТЕКСТИЛЬНОМ ПРЕДПРИЯТИИ.

1.1 Актуальность проблемы эффективности электропотребления на современном этапе развития текстильной промышленности

1.2 Экспериментальные производственные исследования состояния электротехнического комплекса текстильного предприятия

1.2.1 Краткие сведения о предприятии.

1.2.2 Анализ потребления электроэнергии на текстильном предприятии.

1.2.3 Анализ потенциала экономии электрической энергии на текстильном предприятии 38 Заключение к главе

ГЛАВА 2 НОРМИРОВАНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

НА ТЕКСТИЛЬНОМ ПРЕДПРИЯТИИ.

2.1 Задачи нормирования электропотребления в текстильной промышленности.

2.2 Классификация удельных норм электропотребления.

2.3 Аналитический обзор методов определения удельных норм.

2.4 Методика нормирования электропотребления текстильного 61 предприятия.

2.4.1 Формирование нормы потребления электроэнергии текстильного 61 предприятия.

2.4.2 Нормативное потребление электроэнергии технологическим 67 оборудованием.

2.4.3 Нормативное потребление электроэнергии системой освещения.

2.4.4 Нормативное потребление электроэнергии системой отопления.

2.4.5 Нормативное потребление электроэнергии вентиляторами, насосами и компрессорами.

2.4.6 Нормативное потребление электроэнергии системой транспорта.

2.4.7 Нормативные потери в сетях и преобразователях. 90 2.5 Нормирование электропотребления объектов текстильного предприятия. 93 Заключение к главе

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 97 ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ТЕКСТИЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ.

3.1 Анализ существующих систем управления.

3.2 Разработка аппаратной части системы.

3.2.1 Требования к системе контроля.

3.2.2 Показатели качества электроэнергии.

3.2.3 Разработка структурной схемы контроля электрической энергии.

3.2.4 Разработка измерительного узла системы контроля.

3.2.5 Разработка системы транспортирования данных.

3.2.6 Проектирование узла учета системы контроля.

3.3 Проектирование программной части системы.

3.3.1 Обоснование выбора среды разработки

3.3.2 Разработка структуры программного обеспечения

3.3.3 Разработка базы данных

3.3.4 Разработка интерфейса программного обеспечения 133 3.4. Морфология эффективности организации управления использованием электроэнергии на текстильном предприятии 13 8 Заключение к главе 3. 153 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 154 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 157 ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы исследования

Наряду с различными видами энергии, электрическая энергия обладает особыми свойствами, использование которых позволяет эффективно совершенствовать орудия труда, облегчать и сберегать человеческий труд, повышать его производительность. Она оказывает существенное влияние на ход любого производственного процесса, так как нарушение работы отдельных звеньев электрохозяйства приводит к разрегулировке или даже полному прекращению деятельности основного производства. В то же время уровень потребления электроэнергии влияет на эффективность производства, обеспечивает повышение его технической вооруженности и рост производительности труда.

Эффективное использование электроэнергии на предприятиях, прежде всего, зависит от ее эффективного использования при работе отдельных промышленных систем и технологических установок. Эффективность непосредственно связана с ответами на следующие вопросы:

• оправдана ли нагрузка и установленная мощность данной установки;

• можно ли снизить электрическую нагрузку потребителей;

• существуют ли неучтенные потери в электрических сетях и электрооборудовании;

• насколько хорошо обслуживается данная система или установка.

Тщательный анализ ответов на эти вопросы и комплексный подход к возможностям их решения для каждой системы позволяют добиться успешных результатов при использовании электроэнергии в целом на любом предприятии.

При этом для экономии энергии совершенно неприемлем такой способ как принудительное отключение и остановка производственных процессов. Каждая система должна работать с максимально возможной энергетической эффективностью. Этого можно добиться при следующих условиях:

• обеспечение максимально высокого объема производства;

• правильный выбор технологии для основных энергоемких производств;

• низкий уровень потерь в системах распределения и потребления энергии.

Экономия ресурсов, в частности электроэнергии, означает достижение наименьших издержек производства в целях получения наибольшего экономического эффекта всего предприятия. При этом следует иметь в виду, что экономия материальных ресурсов является, прежде всего, фактором увеличения объемов производства на основе сэкономленных ресурсов и одновременно означает экономию ранее затраченного на их производство общественного труда, т.е. повышение производительности общественного труда. Таким образом, экономное расходование ресурсов с течением времени приводит к сокращению количества ресурсов, требуемых для получения одного и того же результата. В этом и проявляется влияние экономии материальных ресурсов на повышение эффективности производства.

Многие существующие текстильные предприятия пытаются держать курс на повышение своей энергетической эффективности. Для этого ими внедряются в производство те или иные энергосберегающие технологии, проводятся различные организационные мероприятия.

Несмотря на это эффективность использования энергоресурсов в текстильной промышленности остается недостаточно высокой, удельные энергетические затраты необоснованно велики. Это положение сохраняется во многом благодаря базовым просчетам в организации энергосбережения, в частности из-за недостаточной системности в анализе и реализации энергосберегающих мероприятий.

Выход из обсуждаемой ситуации видится в применении системного подхода с целью повышения эффективности энергосберегающих мероприятий при реализации промышленных технологий, сохраняющего такие фундаментальные свойства системы как целостность, членимость и целевую ориентацию. Такой системный подход не предоставляется возможным без организации управления потреблением энергоресурсов, в частности электроэнергией, на предприятии текстильной промышленности. В связи с этим, проблема, рассматриваемая в данной диссертационной работе, является актуальной на сегодняшний день и имеет большую практическую значимость.

Состояние и степень проработанности темы

Вопросам энергетического менеджмента посвящены труды следующих ученых: Некрасова А.С., Синяка Ю.К., И.Ансофф, Дж.Уайли, Б.З. Мильнера, Э.А. Смирнова, В. А. Афанасьева.

Организационно-техническому проектированию текстильного производства посвящены работы российских ученых профессоров К.М.Пирогова, .Ф.Бездудного, З.В.Брагиной, Л.Н.Никитиной, А.П.Павлова, Г.М.Травина, О.К.Платова, В.Н.Егорова, Е.В.Беляева, Н.Н.Масюк, В.В.Смельского и других.

Развитию теории управления, разработке систем управления на основе системного подхода посвящены работы Р.Калмана, М.Арбаба, С.Диретктера, Гиг Дж.Вана, Д.Клиланда, В.Кинга, М.Мессаровича, Е.С.Вентцеля, В.М.Добкина, А.С.Малина, Б.З.Мильнера, В.М.Павлова и других ученых.

Системный подход к организации управления текстильным производством, обеспечивающий внедрение информационных технологий в практику текстильного производства, в той или иной мере реализован в работах Ф.Ф.Бездудного, К.М.Пирогова, З.В.Брагиной, Е.В.Беляева, В.Н.Егорова, Л.Н.Никитиной, А.П.Павлова, О.К.Платова, А.Л.Сазонова, Г.М.Травина, В.М.Каравайкова и других ученых.

Вопросы энергосбережения в промышленности рассмотрены в работах Лившиц М.Ю., И.А.Башмакова, Г.И.Алешина, Г.А.Вагина, А.Г.Вакулко,

A.С.Охотина, А.А.Злобина, М.В.Самойлова, К.Кожевникова, М.Тиунова,

B.С.Степанова, В.М.Каравайкова и других.

Вопросы нормирования энергетических ресурсов рассматривали ученые: А.Х.Сальников, Л.А.Шевченко, Г.А.Вагин, А.Б.Лоскутов, А.С.Охотин, Завьялов М.М., Гофман Н.В., Закатаева А.Ф., Головкин П.И., Ковалевский А.А., Леонов Р.Е., Санников А.А., Соколова В.В.

Следует отметить, что ни в одной из рассмотренных выше и известных автору работ не акцентируется задача повышения эффективности электропотребления текстильного производства.

Цель работы - разработка организационно-технической методологии управления электропотреблением текстильного предприятия в условиях непрерывного роста цен на электроэнергию и высокую конкуренцию на рынке.

В соответствии с поставленной целью в диссертационном исследовании решались следующие задачи, отражающие его логику: провести анализ энергоэффективности текстильного производства с точки зрения его электропотребления в целом и его структурных объектов и элементов с применением инженерно-технического инструментария; уточнить методику проведения энергетического обследования текстильного предприятия; провести теоретические исследования в области нормирования электроэнергии и разработать методику нормирования электроэнергии для текстильного предприятия; разработать организационно-техническую методологию управления электропотреблением текстильного производства; осуществить практическую реализацию работы на текстильных предприятиях Костромской области при создании системы управления электропотреблением производства и нормировании потребления электроэнергии по различным направлениям деятельности предприятия.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - система электропотребления текстильного производства как организационно-технический объект, рассматриваемый в условиях непрерывного роста цен на электроэнергию и высокой конкуренции на рынке.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ - организация управления электропотреблением текстильного производства.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационного исследования заключается в разработке организационно-технической методологии управления электропотреблением текстильного производства с целью снижения энергоемкости текстильной продукции и повышения ее конкурентоспособности.

1. Разработан организационно-технический инструментарий исследования эффективности электропотребления текстильного предприятия и его структурных объектов и элементов, включающий:

1.1. Уточненную методику энергетического обследования предприятий путем обеспечения возможности использования методов измерения динамики параметров электрической энергии применительно к предприятиям текстильной промышленности;

1.2. Расчет, составление и анализ балансов потребления электроэнергии текстильным предприятием и его структурными объектами, отличительной особенностью которых является учет фактора времени и динамики объема производства;

1.3. Инструментально и методически обеспечена оценка потенциала экономии электрической энергии, отличительной особенностью которой является использование индекса доходности как критерия его эффективности.

2. Разработана методика нормирования потребления электроэнергии текстильным предприятием, включающая:

2.1. Классификацию удельных норм расхода электроэнергии на текстильном предприятии;

2.2. Структуру формирования общезаводской нормы текстильного предприятия;

2.3. Расчет нормативов потребления электроэнергии по направлениям ее использования;

2.4. Разработку модели исследуемого объекта, позволяющей определять норму его электропотребления с учетом динамики загрузки оборудования и возмущающих воздействий, которые приводят к увеличению расхода электроэнергии.

3. Разработан организационно-технический механизм управления эффективностью электропотребления текстильного предприятия, особенностью которого является применение в качестве критерия эффективности нормативного значения, вычисляемого динамически в зависимости от режима работы текстильного предприятия:

3.1. Разработана структурная схема системы управления электропотреблением текстильного предприятия;

3.2. Разработан алгоритм работы системы управления электропотреблением;

3.3. Разработано программное обеспечение, отвечающее требованиям поставленной задачи и реализующее методику расчета нормативного потребления электроэнергии, которое автоматически вычисляется в зависимости от производительности оборудования;

3.4. Для программного обеспечения разработан дружественный интерфейс в соответствии с пожеланиями персонала текстильного предприятия;

3.5. Разработана база данных, включающая в себя информацию по всему установленному оборудованию, приборам учета, нормативным значениям электропотребления.

Информационная база исследования включает научные источники в виде монографической литературы, публикаций в периодической печати, научных докладов и отчетов, материалов научных конференций, web-сайтов Интернета. В числе информационных источников использованы законодательные и нормативные акты Российской Федерации по вопросам энергопотребления и энергосбережения. В основу диссертации положены результаты собственных расчетов и анализа эффективности электропотребления текстильного предприятия.

Соответствие темы и содержания диссертации требованиям паспорта специальности ВАК. Исследование выполнено в рамках специальности 05.02.22 «Организация производства (по отраслям)». Положения диссертации соответствуют 3-й области исследований «Разработка методов и средств информатизации и компьютеризации производственных процессов, их документального обеспечения на всех стадиях», 4-й области исследований «Моделирование и оптимизация организационных структур и производственных процессов, вспомогательных и обслуживающих производств. Экспертные системы в организации производственных процессов», 10-й области исследований «Разработка методов и средств мониторинга производственных и сопутствующих процессов» Паспорта специальностей ВАК.

Практическая значимость работы. Результаты научной работы учтены и использованы при разработке областной целевой программы «Энергоэффективная экономика Костромской области на период до 2010 года», «Методики энергетических обследований организаций и предприятий Костромской области», проекта закона Костромской области «Об энергосбережении на территории Костромской области», программы повышения энергоэффективности ООО «Льнообъединение им. И.Д.Зворыкина».

Результаты научной работы используются в процессе преподавания и изучения специальных дисциплин «Энергоаудит и энергоменеджмент», «Социально-экономические аспекты энергосбережения» в Костромском государственном технологическом университете.

Апробация результатов диссертационной работы. Основные положения диссертационной работы были представлены в докладах автора на 56-й межвузовской научно-практической конференции молодых ученых (г.Кострома, 2004 г.), на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (г.Кострома, 2004 г.), на IV-й Всероссийской научно-практической конференции "Инновации в машиностроении" (г. Пенза, 2004 г.), на Х-й международной конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (г. Вологда, 2007 г.), межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК-2007) (г.Иваново, 2007 г.), международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС-2007) (г. Иваново, 2007 г.).

Материалы диссертации доложены и обсуждены на расширенном заседании кафедры Экономики и управления Костромского государственного технологического университета.

Список публикаций автора по теме диссертационного исследования включает 10 работ (3 статьи, в том числе 2 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертационных исследований, 7 тезисов докладов на международных и российских конференциях) объемом - 1,92 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 169 страниц машинописного текста, в том числе 43 рисунка, 30 таблиц, библиографический список включает 146 наименований. В приложении приведены документы, подтверждающие практическое использование результатов работы.

Заключение.

Поставленная цель диссертационного исследования - разработка организационно-технической методологии управления электропотреблением текстильного предприятия в условиях непрерывного роста цен на электроэнергию и высокую конкуренцию на рынке, нашла отражение в решении задач:

1. Проведены экспериментальные исследования системы электропотребления текстильного предприятия, выполненные с использованием современных измерительных приборов и средств обработки полученной информации, позволивших определить изменения количества и параметров качества электрической энергии, потребляемой оборудованием и предприятием в целом в условиях изменяющейся динамики текстильного производства. На основании анализа экспериментальных данных получены новые и уточнены имеющиеся показатели эффективности электропотребления текстильного предприятия.

2. Разработан организационно-технический инструментарий исследования эффективности электропотребления текстильного предприятия и его структурных объектов и элементов, отличительной особенностью которого является учет фактора времени и динамики производства.

3. В ходе проведения исследования текстильного производства уточнена методика энергетического обследования предприятия путем обеспечения возможности использования методов измерения динамики параметров электрической энергии применительно к предприятиям текстильной промышленности; выявлены наиболее энергоемкие звенья системы, которым в первую очередь необходимо уделить внимание, в частности прядильное и ткацкое производства доля потребления электроэнергии в которых составляет по 30 % от общего расхода.

4. Инструментально и методически обеспечена оценка потенциала экономии электрической энергии, отличительной особенностью которой является использование индекса доходности как критерия его эффективности, а также произведен расчет, составление и анализ балансов потребления электроэнергии текстильным предприятием и его структурными объектами, отличительной особенностью которых является учет фактора времени и динамики объема производства.

5. Уточнена и научно обоснована методика нормирования потребления электрической энергии оборудованием текстильного предприятия, отличительной особенностью которой является учет реальных условий эксплуатации, влияющих на количество и качество потребляемой электроэнергии.

6. Приведена классификация удельных норм расхода электроэнергии, дана структура формирования общезаводской нормы текстильного предприятия, состоящая из 3 основных уровней, произведен расчет нормативов потребления электроэнергии по направлениям ее использования: технологическое оборудование, освещение, система отопления, система транспорта, вентиляторная нагрузка (вентиляторы, насосы, компрессоры), потери.

7. Разработана модель исследуемого объекта, позволяющая определять норму его электропотребления с учетом динамики загрузки оборудования и возмущающих воздействий, которые приводят к увеличению расхода электроэнергии.

8. Обоснованы предложения по созданию интегрированной информационной системы управления электропотреблением на текстильном

155 предприятии, а также предложения по структуре интегрированной информационной среды и комплексу программно-технических средств, необходимых для ее реализации.

9. Разработана автоматизированная система управления электропотреблением, отличительной особенностью которой является адаптация системы к условиям российского текстильного предприятия и возможность текущего мониторинга параметров электропотребления. Управляющее воздействие в разработанной системе формируется на основании сопоставления измеренной величины с нормативными параметрами электропотребления.

1. Аввакулов В.Н. Анализ нормирования электропотребления обогатительной фабрики / Аввакулов В.Н., Кузнецов Н.М. // Промышленная энергетика. 1987.

2. Авилов-Карнаухов Б.К. Нормирование электроэнергии для угольных шахт//М.: Углетехиздат, 1958.

3. Авилов-Карнаухов Б.Н. Метод нормирования и расчета электроэнергии для предприятий, выпускающих, разнородную продукцию // Труды VII международной конференции по промышленной энергетике. Киев: Техника, 1972.

4. Аганичев А. Цифровые счетчики электрической энергии / Аганичев А., Панфилов Д., Плавич М. // Chip news. 2000 - N2 - С. 18-22.

5. Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по светотехнике // М.: Энергоатомиздат, 1995, -528с.

6. Анчарова T.B., Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях / Анчарова Т.В., Гамазин СИ., Шевченко B.B. // М,: Высшая школа, 1990. -143 с.

7. Афанасьева Е.И. Снижение расхода электроэнергии в электроустановках зданий / Афанасьева Е.И., Тульчин И.К. // М.: Энергоатомиздат, 1985

8. Ахмедов Р.Б. Экономика энергетики отраслей народного хозяйства // М.: МИУ, 1980г.

9. Б. Керниган, Язык программирования Си / Б. Керниган, Д. Ритчи // Невский Диалект, 2000. 350 с.

10. Б. Керниган Практика программирования / Б. Керниган, Р. Пайк // Невский Диалект, 2001. 380 с.

11. Балабайченко О.И. Нормирование энергетических ресурсов в химических производствах / Балабайченко О.И., Закатаева А.Ф., Цецерин Ю.А. //М.: Химия, 1985. -48 с.

12. Белых Б.П. Электрические нагрузки и электропотребление на горнорудных предприятиях // М.: Недра, 1971, -244 с.

13. Беляев JI.C. Применение вероятностных методов в энергетических расчетах / Беляев J1.C., Крумм J1.A. // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт.-1983. №2.-С.З-11.

14. Бир С. Мозг фирмы. // М.: Радио и связь, 1993,415 с.

15. Бойко, В.В. Проектирование баз данных информационных систем / Бойко, В.В., Савинков. В.М. // М.:Финансы и статистика, 1989.

16. Бъерн Страуструп Язык программирования С++

17. Вагин Г.Я. Нормирование и прогнозирование расходов электроэнергии металлургическими заводами / Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Редькин Е.В. // М.: МДНТП, 1987. -С.27-32.

18. Ван Тассел Д. Стиль, Разработка, эффективность, отладка и испытание программ // М.: Мир, 1981

19. Варнавский А.Э. Выбор структуры полинома для задач прогнозирования электропотребления // Электрификация металлургических предприятий Сибири. Томск: Изд-во ТГУ, 1989, вып.6.

20. Винер Н. Кибернетика и общество // М.: ИЛ, 1958, 200 с.

21. Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине // М.: Наука, 1983,343 с.

22. Випенский Н.М. Нормирование энергопотребления а промышленности / Випенский Н.М., Клюев Ю.Б., Резникова Р.С. // Свердловск, 1986. -57 с.

23. Воскобойников Д.М. Экономическое стимулирование рационального использования электроэнергии в промышленности // М.: Энергоэтомиэдат, 1986. -77 с.

24. Вагин Г.Я. Методика проведения энергетических обследований Нижегородский государственный технический университет // Нижний Новгород, 200325