Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Simulation einer realen GuD-Anlage1 als lauffähiges Programm unter dem Betriebssystem MS-Windows. Als Referenzanlage wurde die GuDAnlage Leuna-Werke der Leuna-Steag Energiegesellschaft mbH gewählt. Das Programm
soll durch verschiedene Darstellungsformen wie Systemschaltbilder, Kurvendarstellungen, Analogbilder verschiedener Parameter einem Kraftwerkswartenplatz ähneln. Primär soll das Programm möglichst in Echtzeit arbeiten und so den Anfahr- und Abfahrprozess simulieren sowie alle Anlagendaten wie Temperaturen, Massenströme und Leistungen
auf dem Systembildschirm ausgeben. Der Betrieb der Dampfturbine muss komplett neu berechnet werden, da die Referenzanlage den Niederdruckdampf als Prozessdampf verwendet.
Im Programm soll aber eine Kondensationsdampfturbine arbeiten und allen verfügbaren Dampf entspannen. Um die Wartezeiten der Echtzeitsimulation zu verkürzen, eine kalte Anlage benötigt bis zu 7 Stunden bis sie zu 100% hochgefahren ist, soll auch eine Veränderung der Simulationsgeschwindigkeit implementiert werden.
Die Ausgangsmaterialien zur Erstellung des Programms sind originale Datenblätter der GuD-Anlage Leuna-Werke sowie der GuD-Anlage „Agua del Cajon“ in Neuquen / Argentinien. Hierzu gehören Kurvendarstellungen des Anfahr- und Abfahrprozesses der
Gasturbinen mit Abhitzekessel sowie diverse Planungsunterlagen der jeweiligen Betreiber. Als Programmiersprache habe ich Visual Basic 5.0 ausgewählt, da sie bei der heutigen Prozessorleistung diesen Anforderungen gerecht wird und leicht zu erlernen ist. Zusätzlich gibt es eine große Auswahl von ActiveX2 Steuerelementen zur freien Benutzung im Internet Sie werden benötigt um diverse Animationen oder Darstellungen des GuD-Prozesses benutzerfreundlich darzustellen.
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Aufgabenbeschreibung
1.2 Lösungsansatz
1.3 Gliederung der Diplomarbeit
2 Aufbau und Funktion von GuD-Anlagen
2.1 Grundlagen
2.1.1 Die GuD-Anlage ohne Zusatzfeuerung
2.1.2 Das Kombikraftwerk
2.1.3 Das Verbundkraftwerk
2.2 Komponenten einer GuD-Anlage
2.2.1 Die Gasturbine
2.2.2 Der Abhitzekessel im GuD-Prozess
2.2.3 Die Dampfturbine im GuD-Prozess
2.2.4 Sonstige Komponenten im GuD-System
2.3 Betriebsarten und Funktion
2.3.1 Der Anfahrvorgang
2.3.2 Die GuD-Anlage im Teillastbetrieb
2.4 Die Referenzanlage GuD-Anlage Leuna
3 Ideen und Konzepte zur Programmerstellung
3.1 Programmplanung
3.2 Grundidee und Leistungsumfang
3.3 Quellen und Unterlagen
3.4 Die Programmstruktur
4 Die Entwicklungsumgebung Visual Basic 5.0
4.1 Kurzbeschreibung
4.2 Die Steuerelemente (OCX)
4.3 Dynamic Link Libraries (DLL) und das API
4.4 Ereignisorientierte Programmierung (EOP)
5 Programmerstellung
5.1 Einführung
5.2 Das Fensterkonzept
5.3 Aufbau der grafischen Oberfläche
5.3.1 Das MDI-Formular
5.3.2 Das Prozessfenster
5.3.3 Das Panel-Formular
5.3.4 Das Schreiber-Formular
5.3.5 Das Protokoll-Formular
5.4 Die Programmierung
5.4.1 Das Systemfenster Form3
5.4.1.1 Die Timer der Gasturbinen und Abhitzekessel
5.4.1.2 Die Timer4 Routine
5.4.1.3 Funktionen in Timer6
5.4.2 Das Panel Form5
5.4.2.1 Die Option ’Anlagen Sollleistung’
5.4.2.2 Der Betriebsschalter für den automatischen Betrieb
5.4.2.3 Der Button ’Detail’
5.4.2.4 Die Gasturbinen Startschalter
5.4.2.5 Die vertikalen Scrollbars
5.4.2.6 Die Optionsfelder der Simulationsgeschwindigkeit
5.4.3 Das Protokoll-Formular Form6
5.4.4 Das Schreiber-Formular Form2
5.4.4.1 Initialisierung beim Start der Form
5.4.4.2 Die Optionsfelder
5.4.4.3 Die PictureBox
5.4.4.4 Die CheckBox für das Fadenkreuz
5.4.5 Das MDI-Formular Form1
5.4.5.1 Initialisierung beim Start
5.4.5.2 Die CPU-Auslastungsanzeige
5.4.5.3 Das Programmmenü
5.4.5.4 Die Buttonleiste Toolbar1
5.4.5.5 Das Deklarationsmodul Modul1.bas
6 Benutzungshinweise
6.1 Kompatibilität
6.2 Installation
6.3 Bedienung
7 Ausblick und Einschränkungen
7.1 Die Abfahrroutine
7.2 Begrenzte Schreiberfläche
7.3 Unzureichende Meldungen im Protokollfenster
7.4 Statischer Anfahrvorgang
7.5 Speicherfunktion
7.6 Die Button- und Menüleiste
7.7 Prozess mit optimalen Wirkungsgrad
8 Schlussbetrachtung
9 Anhang
9.1 Anhang A - Prozessdiagramme
Zielsetzung und Themen
Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die Erstellung eines lauffähigen Simulationsprogramms für den Betrieb einer realen Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD) unter dem Betriebssystem MS-Windows. Hierbei liegt der Fokus auf der Echtzeitsimulation der An- und Abfahrprozesse sowie der Visualisierung relevanter Anlagendaten wie Temperaturen, Massenströme und Leistungen auf einem digitalen Kraftwerkswartenplatz.
- Simulation der An- und Abfahrprozesse in Echtzeit
- Implementierung einer benutzerfreundlichen grafischen Bedienoberfläche
- Integration von Korrekturfaktoren zur dynamischen Leistungsberechnung
- Datenvisualisierung durch digitale Schreiber und Messinstrumente
- Nutzung von Visual Basic 5.0 und ActiveX-Komponenten für die Programmstruktur
Auszug aus dem Buch
Die Programmstruktur
Das Programmziel ist festgelegt, die Quellen und Unterlagen sind vorhanden und eine grafische Oberfläche mit dem Kraftwerksaufbau ist erstellt worden. Das Programm macht aber noch gar nichts, es zeigt nur, wie in Abbildung 1.1, den schematischen Aufbau der Anlage. Für ein weiteres Vorgehen muss jetzt eine Programmstruktur erdacht werden, in der später der Programmcode implementiert werden kann. Dazu ist es nötig, sich mit den Quellen und Unterlagen intensiv zu beschäftigen. Folgende Fragen müssen dazu beantwortet werden:
1. Welche Informationen sind statisch und welche können dynamisch verwendet werden?
2. Wie bekommt man die Informationen in das Programm?
3. Wie können die Informationen in Echtzeit verarbeitet werden?
4. Wie lässt man die verschiedenen Prozesse parallel nebeneinander laufen?
5. Wie integriert man die Veränderung der Simulationsgeschwindigkeit?
6. Wie kann man das Programm dynamisch gestalten?
7. Wie integriert man regelungstechnische Vorgänge im Gesamtzusammenspiel der Anlage?
8. Welche Leistungswerte hat die Dampfturbine?
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Aufgabenstellung, den Lösungsansatz zur Simulation einer GuD-Anlage und die Gliederung der Arbeit.
2 Aufbau und Funktion von GuD-Anlagen: Erläutert die theoretischen Grundlagen, die Komponenten und die Betriebsarten der untersuchten Kraftwerkstypen sowie die Referenzanlage Leuna.
3 Ideen und Konzepte zur Programmerstellung: Legt den Grundstein für das Simulationskonzept, definiert die Anforderungen an den Leistungsumfang und die benötigten Programmstrukturen.
4 Die Entwicklungsumgebung Visual Basic 5.0: Bietet einen Überblick über die eingesetzte Programmiersprache, deren Steuerelemente (OCX) und die Einbindung externer Funktionsbibliotheken (DLL).
5 Programmerstellung: Detaillierte technische Beschreibung der Benutzeroberfläche, der Logik hinter den Timern, der Datenverarbeitung und der Steuerungsroutinen.
6 Benutzungshinweise: Gibt Informationen zur Systemkompatibilität, zur Installation und zur allgemeinen Bedienung des Simulationsprogramms.
7 Ausblick und Einschränkungen: Diskutiert noch nicht implementierte Funktionen, wie Abfahrroutinen und Speicheroptionen, und beleuchtet Möglichkeiten zur weiteren Optimierung.
8 Schlussbetrachtung: Führt ein Fazit der Arbeit durch und reflektiert die erreichten Ziele sowie den Modellcharakter der Software.
9 Anhang: Enthält die prozessrelevanten Diagramme und grafischen Auswertungen zur untermauerung der Simulationsparameter.
Schlüsselwörter
GuD-Anlage, Simulation, Echtzeit, Visual Basic, Kraftwerksbetrieb, Abhitzekessel, Dampfturbine, Anfahrvorgang, Prozessvisualisierung, Steuerungstechnik, Programmierung, Leuna, Energietechnik, Anlagensimulation, Wirkungsgrad
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Simulationsprogramms für den An- und Abfahrprozess einer realen Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD) unter dem Betriebssystem MS-Windows.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Felder sind die thermodynamische Modellierung des GuD-Prozesses, die ereignisorientierte Programmierung mit Visual Basic und die Visualisierung von Prozessdaten in Echtzeit.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, ein lauffähiges Programm zu erstellen, das dem Anwender durch verschiedene Darstellungsformen wie Schaltbilder und Kurven einen Kraftwerkswartenplatz simuliert.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es werden Regressionsanalysen aus vorliegenden Datenblättern und Anfahrkurven verwendet, um das dynamische Verhalten der Anlage durch Funktionen und Korrekturfaktoren in das Programm zu integrieren.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Konzeption der Programmstruktur, die Erläuterung der Entwicklungsumgebung sowie die detaillierte Beschreibung der Implementierung von Timern und Steuerungsmodulen.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind insbesondere GuD-Anlagen, Visual Basic, Echtzeitsimulation, Anfahrkurven, Prozessvisualisierung und Wirkungsgradoptimierung.
Wie löst das Programm das Problem der Echtzeitsimulation?
Durch die Verwendung mehrerer Timer, die in festen Intervallen von 250 ms den Programmcode ausführen, wird der Eindruck einer kontinuierlichen Echtzeitverarbeitung der Prozessdaten erzeugt.
Warum wurde für das Projekt Visual Basic 5.0 gewählt?
Die Wahl fiel auf Visual Basic 5.0, da die Sprache leicht zu erlernen ist, eine grafische Oberflächengestaltung ermöglicht und moderne ActiveX-Komponenten die Animation des Anlagenbetriebs erleichtern.
- Quote paper
- Rainer Jungbluth (Author), 2001, Erstellung eines Simulationsmodells für den Betrieb einer Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1058