Разработка алгоритма взаимодействия расчетных Simulink-моделей тепловых схем ТЭС с графическим интерфейсом GUI MATLAB

В рамках данной работы был создан собственный графический интерфейс пользователя в среде разработки GUIDE MATLAB для обеспечения удобства расчета тепловых схем тепловых электрических станций и в частности отдельных элементов тепловой схемы (теплоэнергетического оборудования). В работе рассмотрены алгоритмы взаимодействия собственного графического интерфейса c файлами моделей тепловых схем ТЭС, разрабатываемых в среде Simulink. Представлены основные команды, внутренние переменные и функции для обеспечения удобства работы пользователя при расчете тепловых схем. Рассмотрены основные элементы графического интерфейса, которые позволяют вводить необходимые параметры для расчета, данные о модели, а также выводить полученные результаты расчетов. Были протестированы рассмотренные в работе возможности графического интерфейса. Сделаны выводы о важности и необходимости данной разработки.

Авторы - Е.С. Селезнев, П.Ю. Худяков (ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург, Россия).

Автоматизация расчета тепловых схем ТЭС в наше время является основной задачей при поиске максимально эффективных решений в теплоэнергетике. Преимущественно созданный собственный графический интерфейс позволяет выполнять расчет тепловых схем ТЭС пользователям с различными уровнями подготовки и квалификации.

Для обеспечения расчета термодинамических параметров в блоках элементов тепловой схемы ранее была создана собственная программа Water-Steam Calculator [1] с динамически подключаемой библиотекой свойств воды и водяного пара на основе формуляции IAPWS–IF97 [2]. Данная библиотека является основой для автоматизации такого типа расчетов. Ее некоторые функции были представлены ранее на конференции [3].

При модернизации разрабатываемого продукта для возможности работы с программой и проведения расчета тепловых схем для пользователей с различным уровнем профессиональной подготовки было принято решение о создании графического интерфейса в среде GUIDE MATLAB [4] и обеспечении его взаимодействия с Simulink [5]. Главное окно интерфейса представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Главное окно интерфейса

Для начала моделирования пользователю необходимо либо найти модель, либо создать новую, либо открыть ее из существующего файла с разрешением *.slx или *.mdl. Все данные операции осуществляются по нажатию одноименных кнопок. Название модели указывается в редактируемом текстовом поле edit.

После нажатия одной из этих кнопок происходит проверка заполненности поля с именем модели, а также проверяется существование внутренней переменной «handles.MN», которой присваивается имя открытой модели. Если хотя бы одно из условий (заполненность поля с именем модели и отсутствие открытой модели во внутренней переменной «handles.MN») не выполняется, то программа не позволит открыть/создать модель, а отобразит ошибку.

Другая возможная ситуация, когда пользователь вводит в редактируемое поле название уже имеющейся модели. В таком случае интерфейс уведомит его о существовании данной модели и предложит открыть ее.

Кнопка «открыть» вызывает диалоговое окно для выбора и открытия файла с указанными ранее возможными разрешениями файлов моделей (рис. 2).

После открытия либо создания модели пользователю необходимо ввести исходные данные для расчета. Например, для расчета цикла ПТУ необходимо указать:

• параметры острого пара (начальные температуру и давление)
• давления отборов
• давление в конденсаторе
• мощность турбины
• коэффициент регенерации тепла
• давление в деаэраторе.

Если же необходимо нагревать сетевую воду для внешних потребителей, то необходимо указать данные для сетевой подогревательной установки.

Рис. 2. Диалоговое окно открытия модели тепловой схемы

Пользователю также необходимо быстро и просто открывать библиотеку с имеющимися блоками элементов тепловой схемы. Для этого была предусмотрена кнопка по открытию Simulink Browser, в котором и внедрена скриптом данная библиотека «HS_lib» (рис. 3). Пользователю остается перетащить необходимые блоки в свою модель и соединить их между собой.

Рис. 3. Библиотека элементов тепловой схемы «HS_lib» в Simulink Browser 314

В модели обязательным условием для успешного расчета тепловой схемы является присутствие блока инициализации (инициализирует собственную библиотеку *.dll в модель), блоков исходных данных и технико-экономических показателей (ТЭП).

После построения модели соответствующей кнопкой запускается выполнение расчета. На главном окне интерфейса появляются таблицы о неподключенных входах и выходах у блоков. Отображается таблица соединений с указанием названий отправляющего/принимающего блоков, имен входов/выходов и их порядковых номеров.

Результаты расчетов (основные показатели) отображаются в таблице графического интерфейса. Основными показателями для определения эффективности тепловой схемы ТЭС являются термический КПД, электрический КПД и мощность ПТУ. Эти данные передаются из модели Simulink через блок «To Workspace» в собственную переменную MATLAB «TEP_sim», из которой и считываются графическим интерфейсом. Таким образом, взаимодействие графического интерфейса GUI и среды Simulink осуществляется через создаваемые переменные. Также предусмотрен принцип накопления расчетов скриптом: все полученные новые результаты отображаются строкой ниже, не стирая предыдущие значения.

Благодаря автоматизированному расчету, а в частности собственному графическому интерфейсу, специалисты в теплоэнергетической области имеют возможность быстро, без множества рутинных операций, определять эффективность той или иной тепловой схемы ТЭС, отслеживая все результаты и взаимодействуя с моделью на понятном и доступном уровне.

Список использованных источников

1. Water-Steam Calculator: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / П.Ю. Худяков, А.Ю. Кисельников, Е.С. Селезнев. — No2018613649; дата регистрации 21.03.2018 г.
2. Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 // The International Association for the Properties of Water and Steam [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.iapws.org/relguide/IF97-Rev.pdf (дата обращения: 15.03.2018).
3. Селезнев Е.С., Худяков П.Ю. Третья научно-техническая конференция молодых ученых Уральского Энергетического Института // Сравнительный анализ полученных значений параметров воды и водяного пара на основе формуляции IAPWS-IF97 в программе Water-Steam Calculator. Екатеринбург. 2018. С. 36–37.
4. MathWorks. MATLAB GUI - MATLAB & Simulink [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.mathworks.com/discovery/matlab-gui.html (дата обращения: 18.02.2019).

Данный материал взят из электронного научного архива Уральского Федерального Университета.