Спосіб автоматичного управління насосною станцією

Реферат: UA 100139 U UA 100139 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем автоматизації насосних станцій і може бути використана в галузі водопостачання населених пунктів. Відомим аналогом є спосіб керування електродвигунами насосних агрегатів станції водопостачання [патент UA 74429, МПК F04D15/00, Е03В 5/00, Лісний М.І., Мажейніс І.Д., Михайличенко Д.А., 25.10.2012], що включає вимірювання напору води на виході основного насоса, який порівнюють із заданим значенням та мінімізують відхилення вимірювального напору від заданого значення. При зменшенні поточного значення напору на виході одночасно комутують двигуни основного насоса безпосередньо до електричної мережі. Встановлюють рівень напруги перетворювача частоти, необхідний для стабілізації напору на заданому рівні. При збільшенні поточного значення напору на виході вхід перетворювача частоти комутують з двигуном основного насосного агрегату і встановлюють рівень частоти напруги, потрібний для нормалізації напору води. Недоліком аналога є невисока якість регулювання при змінному графіку водопостачання ізза наявності перерегулювання в динамічних режимах і високі енергозатрати, особливо при поривах трубопроводів і різкому спаду тиску на виході насоса, що призводить до автоматичного збільшення його продуктивності та зростання споживання електроенергії. Відомим аналогом є спосіб управління продуктивністю насосної станції [патент UA 51109, МПК F04D15/00, Хазнаферов М.В., 25.06.2010], в якому використовують підключення та відключення нерегульованих і регульованих насосних агрегатів, причому зміна продуктивності регульованого насосного агрегату здійснюється шляхом зміни частоти обертання за допомогою частотного перетворювача за сигналом зворотного зв'язку від датчика тиску у вихідному колекторі. Сумарна продуктивність включає постійну складову, яку забезпечує насосний агрегат з нерегульованою продуктивністю, і змінну складову, яку забезпечує насосний агрегат з регульованою продуктивністю. Одночасно передбачається підвищення надійності за рахунок дублювання основних елементів схеми управління та підвищення інформативності за рахунок вимірювання тиску у вихідному колекторі, контролю витрати води по споживачах та вимірювання рівня води в накопичувальних ємностях. Недоліком аналога є невисока якість регулювання в режимах змінного водокористування, оскільки в динамічних режимах зменшення і збільшення забору води виникає значне перерегулювання із-за умови стабілізації тиску у вихідному колекторі і відповідно надлишкові енергозатрати, особливо при великих втратах води в міських водоводах. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення якості процесу регулювання та зниження енергозатрат. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому способі автоматичного управління насосною станцією здійснюється підключення та відключення нерегульованих і регульованих насосних агрегатів, причому зміна продуктивності регульованого насосного агрегату здійснюється шляхом зміни частоти обертання за допомогою частотного перетворювача, вимірювання тиску і витрати води у вихідному колекторі, згідно з корисною моделлю, додатково на основі миттєвих значень витрати води у вихідному колекторі визначаються тренди (погодинні, подобові, посезонні) зміни водоспоживання за попередні періоди часу, а за допомогою штучного інтелекту прогнозуються зміни водоспоживання в наступні періоду часу, встановлюється різниця між миттєвими та трендовими значеннями витрати води, на основі якої формується сигнал задання для автоматичного регулятора керуючого частотним перетворювачем, крім того, за різницею між миттєвими і прогнозованими для наступного періоду значеннями витрати води формується коректуючий сигнал, що також подається на вхід автоматичного регулятора, одночасно в разі різкого зниження тиску води у вихідному колекторі формується сигнал про аварійне пошкодження водоводів. Корисна модель полягає в підвищенні якості процесу автоматичного регулювання подачі води споживачам та зменшення енергозатрат, оскільки регулювання продуктивності насосних агрегатів здійснюється на основі відомих і прогнозованих трендів зміни водоспоживання, які неперервно уточнюються, з урахуванням миттєвих витрат води, що суттєво зменшує затрати електроенергії за рахунок відсутності перерегулювань, а також своєчасних відключень насосних агрегатів при аварійних пошкодженнях водоводів. Корисна модель пояснюється кресленням, де приведена блок-схема автоматичної системи управління насосною станцією. Вона включає в себе нерегульований насосний агрегат 1 та регульований насосний агрегат 2 до якого під′єднано перетворювач частоти (ЧП) 3. На вихідному колекторі станції встановлено давач тиску 4 і давач витрати 5, які з'єднані з програмованим контролером (ПК) 6 вихід якого під′єднаний до автоматичного регулятора (АР) 7 з'єднаного з перетворювачем частоти 3. Корисну модель здійснюють наступним чином. 1 UA 100139 U 5 10 15 20 25 30 Автоматичний регулятор 7 формує управляючий сигнал для перетворювача частоти 3, що підключений до регульованого насосного агрегату 2, який сумісно з нерегульованим насосним агрегатом 1 забезпечує необхідну продуктивність насосної станції у відповідності з запитами водоспоживачів. Як сигнал зворотного зв'язку використовується миттєве значення витрати, що неперервно вимірюється давачем 5 і надходить в програмований контролер 6. В програмованому контролері 6 за допомогою, наприклад, вейвлет аналізу неперервно проводиться систематизація значень витрати води за попередні періоди і визначаються тренди зміни водоспоживання для кожної години, доби і сезону (літо, зима). Встановлюється різниця між миттєвими значеннями витрати в даний момент часу та розрахованими трендовими значеннями для аналогічного періоду часу та формується сигнал задання для автоматичного регулятора 7. Крім того, в програмованому контролері 6 також на основі виміряних датчиком витрати 5 значень за допомогою, наприклад, нейронних мереж визначаються прогнозовані значення витрати води на наступний період часу (годину, добу) та встановлюється різниця між дійсним миттєвим і прогнозованим значеннями витрати води на наступний період, на основі чого формується коректуючий сигнал, який також надходить на автоматичний регулятор 7. В автоматичному регуляторі 7, що може бути реалізований, наприклад, у вигляді регулятора з нечіткою логікою який характеризується високими якостями перехідного процесу (мінімальним часом регулювання з мінімальним перерегулюванням) формується на основі вхідних сигналу завдання та коректуючого сигналу відповідний вихідний сигнал управління частотним перетворювачем 3 з метою встановлення продуктивності насосної станції, яка необхідна для споживачів. Одночасно неперервно здійснюється контроль тиску у вихідному колекторі за допомогою давача 4 сигнал з якого надходить в програмований контролер 6 і при різкому зниженні тиску до певної межі формується сигнал про можливе пошкодження водоводів, який може використовуватись для аварійного відключення насосів або прийняття рішення оператором про зупинку насосної станції, що дозволяє зменшити енергозатрати. Результати комп'ютерного моделювання з використанням програмного середовища Matlab підтвердили те, що запропонований спосіб автоматичного управління в умовах реальної зміни водоспоживання в мережі міських водоводів характеризується високими якостями перехідного процесу з мінімальним часом регулювання при відсутності перерегулювання, що забезпечує зниження енергозатрат на подачу води споживачем. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Спосіб автоматичного управління насосною станцією, при якому здійснюють підключення та відключення нерегульованих і регульованих насосних агрегатів, причому зміна продуктивності регульованого насосного агрегату здійснюють шляхом зміни частоти обертання за допомогою частотного перетворювача, вимірюють тиск і витрату води у вихідному колекторі, який відрізняється тим, що на основі миттєвих значень витрати води у вихідному колекторі визначають тренди (погодинні, подобові, посезонні) зміни водоспоживання за попередні періоди часу, за допомогою штучного інтелекту прогнозують зміни водоспоживання в наступні періоди часу, встановлюють різницю між миттєвими та трендовими значеннями витрати води, на основі якої формують сигнал задання для автоматичного регулятора, керуючого частотним перетворювачем, визначають різницю між миттєвим та прогнозованим значеннями води в наступний період та формують коректуючий сигнал для автоматичного регулятора і в разі різкого зниження тиску води у вихідному колекторі формують сигнал про аварійне пошкодження водоводів. 2 UA 100139 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3