ЕКСТРЕМАЛЬНА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА СИСТЕМА АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ БАГАТОАГРЕГАТНИМИ НАСОСНИМИ УСТАНОВКАМИ

 

ЕКСТРЕМАЛЬНА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА СИСТЕМА АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ БАГАТОАГРЕГАТНИМИ НАСОСНИМИ УСТАНОВКАМИ

  АНОТАЦІЯ Актуальність роботи. За останні роки в Україні зросла тенденція використання вичерпаних водних ресурсів. Кількість…

Основні наукові та практичні результати, їх значення.

1. Розроблені математичні моделі екстремальних енергоефективних регуляторів ККД насосної установки для послідовного та паралельного з’єднання агрегатів.

2. Розроблений датчик ККД насосу на основі нейронних мереж на статичних характеристик.

3. Досліджені динамічні режими роботи екстремальних алгоритмів для різних типів з’єднань в різних умовах роботи.

4. Проаналізовані отримані результати експериментальних досліджень та виявлені умови роботи екстремального регулятора для різних типів з’єднань та область їх застосування.

Загальна характеристика наукової роботи.

Робота складається із вступу, 2 розділів і висновків. Загальний обсяг роботи становить 35 сторінки, в тому числі основний текст на 26 сторінках і список літератури з 12 найменувань на 2 сторінках.

 

ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ, НАСОСНА УСТАНОВКА, ЕКСТРЕМАЛЬНА СИСТЕМА, НАПІР, ПРОДУКТИВНІСТЬ, ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ, АСИНХРОННИЙ ДВИГУН, НЕЙРОННА МЕРЕЖА, КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ.

ДОВІДКА

Про ступінь самостійності студентської роботи

Представлена робота виконана автором самостійно і є узагальненням результатів, отриманих нею при виконанні бакалаврської роботи. Зокрема, протягом учбового року, автор самостійно зняла масив робочих точок з каталожних характеристик насосу, запрограмувала нейронну мережу для оцінювання ККД насосу. За розробленими алгоритмами екстремального керування студенткою були складені математичні моделі та структурні схеми екстремального регулятору для різних типів з’єднань насосів. Також нею було проведено математичне моделювання роботи екстремального регулятора для послідовного та паралельного з’єднання насосів. Отримані та проаналізовані графіки перехідних процесів. Зроблені загальні висновки про можливість використання запропонованих алгоритмів у технологічних процесах.

З боку керівника здійснювалось загальне керівництво та редагування друкованого матеріалу.

ЗМІСТ

ВСТУП......................................................................................................... 7

1. АНАЛІТИЧНий огляд........................................................................ 8

2. ДОСЛІДНИЦЬКА ЧАСТИНА.............................................................. 12

2.1 Алгоритм роботи екстремального керування ККД

насосної установки.................................................................................... 12

2.2 Модель датчика ККД насоса на основі нейронної мережі................ 13

2.3 Апроксимація кривої максимального ККД за допомогою

нейронної мережі....................................................................................... 16

2.4 Алгоритм роботи для послідовного з’єднання насосів..................... 17

2.5 Алгоритм роботи для паралельно з’єднаних насосів...................... 20

2.6. Дослідження екстремальної системи автоматичного керування

насосною установкою................................................................................ 23

2.7. Дослідження екстремальної системи керування з послідовно

з’єднаними насосами................................................................................. 27

2.8. Дослідження екстремальної системи керування з паралельно

з’єднаними насосами................................................................................. 30

 

ВИСНОВКИ.............................................................................................. 33

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ ............................................................................ 34

 

ВСТУП

Системи водопостачання та насосні установки відносяться до числа найбільш енергоспоживаючих технологічних об’єктів. У зв’язку з постійним подорожчанням та вичерпуванням енергетичних та водних ресурсів питанням енергоефективного керування насосних установок почали приділяти значної уваги. Саме тому, все більш актуальним стає питання розробки та впровадження енергоощадливих та енергоефективних технологій у даній сфері. На практиці широке розповсюдження знайшли системи стабілізації напору та програмне керування насосами на основі графіків добового водоспоживання. Більша енергоефективність може бути досягнута при максимально можливому зменшенні швидкості, яке допустиме для конкретного режиму водоспоживання, та забезпеченні продуктивності насоса, яка відповідає потребам споживачів. Так звані "інтерактивні" алгоритми керування забезпечують автоматичний пошук мінімально-достатньої швидкості насосу, яка задовольняє потреби споживачів. Розглянуті вище способи забезпечують певний рівень енергозбереження, але оскільки робоча точка не завжди опиняється на лінії максимального ККД при використанні вищерозглянутих алгоритмів керування, енергоефективність системи може знижуватися.

Метою даної роботи є підвищення енергоефективності при забезпеченні потреб споживачів за рахунок вдосконалення існуючих електромеханічних систем автоматичного керування насосними установками на основі частотно-керованих асинхронних електроприводів та застосування екстремального методу керування для різних типів з’єднань насосів.

 

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

Метод предиктора потреб був розроблений за останні 20 років. Усі ідеї цього методу прогнозування базуються на експериментальних дослідженнях та… Методи нечіткої логіки генерують правила прогнозування з бази даних… Математична модель всієї системи водопостачання нелінійна, мультизмінна, взаємозв’язана, має розподілені та…

Дослідницька частина

Алгоритм роботи екстремального керування ККД насосної установки

Розглянемо детально задачу пошуку максимального ККД. Нехай насос працює в робочій точці А (рис.1), вона розташована зліва від лінії максимального… Рис. 1 – Результат пошуку точки максимального ККД для заданої продуктивності при розташуванні робочої точки зліва від…

Модель датчика ККД насоса на основі нейронної мережі

Для створення НМ моделі датчика ККД насосу використаний пакет прикладних програм MatLab з редактором нейронних мереж Network/Data Manager. Процедура… Для створення НМ моделі датчика ККД насосу було знято 265 Q-H характеристик із… Для роботи з НМ обираємо 3 – шарову НМ, тоді маємо наступні параметри: ім’я мережі (name) – network1; тип мережі…

Апроксимація кривої максимального ККД за допомогою нейронної мережі

Рис. 5 – Лінія максимального ККД для сімейства статичних характеристик насоса… Завдяки комп’ютерній програмі підбору насосів Vogel Select було знято 265 робочих точок Q та ω* при максимальному…

Алгоритм роботи для послідовного з’єднання двох насосів

, , ,

Алгоритм роботи для паралельного з’єднання двох насосів

, , , , , , де Q1, Q2 – продуктивності першого та другого насосів відповідно; Q – сумарна… При паралельному з’єднанні насосних агрегатів можливий варіант реалізації екстремального керування ККД для…

Дослідження екстремальної системи автоматичного керування насосною установкою

Рис. 10 – Структурна схема ЕМСА насосної установки  

Дослідження екстремальної системи керування послідовно з’єднаними насосами

Рис. 17 – Структурна схема екстремальної системи керування Для дослідження вибрано два однакові насоси фірми Vogel Pumpen CNX-100-65-400 з наступними максимальними даними:…

Дослідження екстремальної системи керування з паралельно з’єднаними насосами

Рис. 20 – Структурна схема екстремальної системи керування  

ВИСНОВКИ

У роботі здійснено теоретичне узагальнення й розв’язання актуальної науково-технічної задачі підвищення енергоефективності насосної установки з нейронним датчиком та екстремальним регулятором ККД, шляхом розробки екстремальних алгоритмів керування.

Найбільш суттєві наукові і прикладні результати, висновки і рекомендації полягають у наступному:

1. Запропонований екстремальний алгоритм керування ККД насосної установки дозволяє для будь-якої вихідної робочої точки насосу перейти на лінію максимального ККД при забезпеченні заданої продуктивності, не порушуючи режим роботи насосної установки.

2. При послідовному та паралельному з’єднанні насосів умова стабілізації продуктивності під час роботи алгоритму не є обов’язковою. Робоча точка при зменшенні швидкості обертання автоматично переходить на лінію максимального ККД.

3. Під час роботи екстремального алгоритму підвищується енергоефективність системи, а також за рахунок зменшення швидкості обертання насосу знижується споживана двигуном потужність, що також забезпечує деяке додаткове енергозбереження.

4. Запропонований алгоритм також нечутливий до зміни гідравлічного опору в мережі. При його зменшенні або збільшення під час роботи насосної установки робоча точка автоматично буде переходити в окіл максимального ККД.

5. Аналіз перехідних процесів дав змогу визначити сферу застосування екстремального алгоритму керування ККД – системи наповнення резервуарів та системи поливу, де об’єм води, що перекачується фіксований, а ККД насосу під час транспортування води може бути значно меншим за максимальний.

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

2. Y.C.Chen, B.Coulbeck, “Optimized operation of water supply systems containing a mixture of fixed and variable speed… 3. A.Wolfram, D.Füssel, T.Brune, R.Iserman, „Component-based Multi-model… 4. C.S.Kallesoe, V.Cocquempot, R.Izadi-Zamanabadi, “Model Based Fault Detection in a Centrifugal Pump Application”,…