Методическое пособие 816

проведении моделирования различных динамических режимов были исследованы показатели таких характеристик, как скорость выходного вала и токи фаз статора АД.

Внутренняя структура ИНС–регулятора построена в соответствии с рис.1. Идентификация подсистемы Plant характеризуется следующими параметрами: количество задействованных нейронов – 10; количество элементов запаздывания на входе и выходе модели – 2; длина обучающей выборки – 10000; максимальный период идентификации – 0,005 с; количество циклов обучения – 300.Модель формирования управляющего воздействия имеет следующие показатели: количество задействованных нейронов – 13; количество элементов запаздывания на входе – 2; количество элементов запаздывания на выходе – 1; длина обучающей выборки – 100; максимальный период идентификации – 0,0005 с; количество циклов обучения – 200(параметры модели: АД–37 кВт, 380 В, 50 Гц; основная нагрузка –20 Нм; 1 дополнительная ступень нагрузки– 10 Нм; 2 дополнительная ступень нагрузки– 5 Нм. В пункте а) w(задания)=150 [рад/с]; в пункте б) w(задания пуска)=150 [рад/с], w(задания торможения)=0 [рад/с]; в пункте в) время наброса 1 дополнительной нагрузки – 3 с, 2 дополнительной нагрузки–5 с(оба совместно с w(задания пуска)=150 [рад/с]), в t3=7с производиться торможение под нагрузкой до t4=9с (совместно с w(задания торможения)=0 [рад/с]), после чего производиться сброс дополнительных нагрузок (совместно с w(задания пуска)=150 [рад/с])).

Рассмотрим несколько типовых режимов.

А) Пуск в системе ПЧ–АД с фиксированной нагрузкой на

валу

202

В) Режим переменной нагрузки в сочетании с режимами торможения

Рис. 5.20. Переменная нагрузка в сочетании с режимами торможения в системе: а – ПЧ–АД - скорость выходного вала [рад/с] (вверху), токи статор [A] (внизу); б – ИНС–ПЧ–АД (оптимизация по скорости)

-скорость выходного вала [рад/с] (вверху), токи статор [A] (внизу); в

–ИНС–ПЧ–АД (оптимизация по току статора) - скорость выходного вала [рад/с] (вверху), токи статор [A] (внизу)

206

Анализируя результаты моделирования (рис. 5.18 - 5.20), можно отметить, что при формировании оптимизации системы ИНС–ПЧ–АД по скорости получены хорошие результаты по основным показателям качества переходного процесса: снижение величин перерегулирования, колебательности и времени переходного процесса от 7 до 12 % в различных динамических режимах.

Но показатели токов фаз статора АД завышены (порядка 5 % в сравнении с системой ПЧ–АД– по средствам интегральной оценки [131]), что может привести к дополнительным потерям во всех динамических режимах и к ухудшению характеристики скорости по основным показателям (на 5% в различных динамических режимах в сравнении со случаем формирования оптимизации системы ИНС– ПЧ–АД по скорости. В тоже время токи статора уменьшаются (около 10 % в сравнении с системой ПЧ–АД– по средствам интегральной оценки [131, 132]).

Дополнительно хотелось бы отметить, что на ряду с ПЧ, на аппаратном уровне наиболее распространёнными решениями вопроса энерго – и ресурсосбережения и в производственном секторе и в сфере ЖКХ, являются устройства плавного пуска (УПП).

УПП позволяют добиться уменьшения расхода энергии за счёт снижения пусковых токов и, механических ударных нагрузок со стороны электродвигателя в пусковых режимах. УПП является регулятором напряжения, плавность пуска асинхронного электродвигателя (АД) в котором достигается за счет регулирования напряжения, подаваемого на АД, по алгоритмам, предусмотренным в настройках УПП.

Стоимость УПП значительно ниже, чем ПЧ для электромашин одинаковой мощности. Однако, в пусковых режимах эффект от применения УПП близок к эффекту от применения ПЧ.

По аналогии с вариантом использования ПЧ в автоматизированных ЭП, дним из перспективных алгоритмических решений задачи энерго– и ресурсосбережения для насосных и вентиляторных ЭП является применение метода эмулирования искусственных нейросетевых систем (ИНС) с последующим созданием на их базе эффективных СУ УПП.

Действительно, для типового ЭП (УПП-АД) насоса подкачки воды мощностью 55 кВт, можно определить экономию

207

электроэнергии на уровне 9,27 кВтч (при среднем числе пусков – 18

всмену).

Сучётом графика работы цеха (230 рабочих дней в году), а также тарифе на электрическую энергию 3,0 руб./ кВтч, получим экономический эффект от применения СУ с УПП в размере 17056 кВтч/год или 51170,4 руб./год.

Кроме того, стоит отметить, что значительный вклад (в рамках данной работы не рассматривается) в общий экономический эффект от применения УПП состоит в значительном повышении ресурса работы технологического оборудования (АД, всей гидравлической системы ХВС) и снижение затрат на профилактику, ремонт и замену данного оборудования.

При этом, стоимость станции управления на базе УПП составляет 108 000 руб (УПП на 55 кВт серии CSXi “AuCom”; пускорегулирующая аппаратура “OMRON” и “Schneider Electric”; счетчики электрической мощности и моточасов; прочие элементы).

Таким образом, срок окупаемости от внедрения станций с УПП составляет:

При применении в качестве верхнего уровня СУ микроконтроллера с эмуляцией ИНС

дает дополнительный экономический эффект около 10 % по сравнению с системой УПП – АД без ИНС (при увеличении капиталовложений в модернизацию не более чем на 2,5 % от базовой суммы расходов на станцию УПП) [119].

Учитывая, что на больших предприятиях (например, ОАО «КБХА» г. Воронеж), насосы подкачки воды работают в составе целой группы, то оптимальной будет модернизация всей СУ такой группы с использованием, например, микроконтроллера DVP20EX200R производства фирмы Delta Electronics (оптимальный по критерию «цена-качество»). Этот микроконтроллер даёт возможность создать эмуляцию ИНС, т.к. его параметры позволяют реализовать необходимые входы и выходы сети, связь между моделями нейронов (сумматорами в сочетании с маркерами). Наличие констант, счётчиков и таймеров позволяет создавать различные функции возбуждения как отдельных моделей нейронов,

208

так и всей сети в целом. Применение имеющихся регистров позволяет воплотить принцип идентификации и последующего преобразования данных эмулированной ИНС.

Два микроконтроллера DVP20EX200R совместно с модулем расширения аналоговых выходов (DVP04DA), а также модулями расширения дискретных входов/выходов (DVP16XM211N и DVP24XN200R) позволяет производить регулирование группы насосов подкачки (12 насосов по системе УПП – АД). Кроме этого в систему входят 6 датчиков давления DPA, периферийная, коммутационная и сигнальная аппаратура.

Общая стоимость данного оборудования составит 41500 руб. (2 DVP20EX200R – 8000 руб.; DVP04DA – 6000 руб.; DVP16XM211N – 3000 руб.; DVP24XN200R – 4500 руб.; DPA – 2000 руб.).

С учётом этого, затраты на систему ИНС – УПП – АД составляет 111460 руб.

В этом случае, за счёт оптимизации алгоритма управления становится возможным получение экономического эффекта – 116 347,4 руб./год (рис. 5.21, 5.22).

Срок окупаемости составляет:

111460 Ток(ИНС−УПП−АД) = 116347,4 = 0,95 года

Рис. 5.21. а – экономия электроэнергии (кВтч/год); б – экономия энергии (руб.) при тарифе 3руб./кВтч

209