VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Для проектируемых объектов с повышением мощности, существует ситуация нехватки выделяемой электроснабжающей организацией мощности. Что приводит к снижению производительности объектов или требует дополнительные затраты на установку и эксплуатацию дополнительного источника энергоснабжения.

Цель статьи - показать один из способов решения существующей проблемы с нехваткой электрической мощности для очистных сооружений.

Например, в 2008 году специалисты проектного отдела "Компания"ЭКОС" столкнулись с таким положением. При проектировании объекта "Строительство блок-модульных канализационных очистных сооружений полной биологической очистки с подводящими инженерными сетями в дер. Хапо-Ое Всеволожского района Ленинградской области" станция Е-400БПФ выделяемая мощность оказалась на 9% ниже требуемой для эксплуатации данного сооружения. Однако изменять мощность объекта или устанавливать дополнительный источник энергоснабжения не представлялось возможным, так как для его установки требовался подвод газа или постоянный подвоз дизельного топлива, что невозможно в том районе.

При исследовании систем автоматического управления предъявляются требования независимости источника питания, т.е. предполагаются, что он имеет бесконечно большую мощность никакие изменения на выходе исследуемого объекта управления не повлияют на состояние входа этого объекта иначе говоря -выхода источника питания. Иными словами требуется соблюсти условия направленности действия. В данном случае - это объект, станция Е-400БПФ, который позволил бы соответствовать данному допущению. В этом случае, было бы целесообразно предусмотреть режим частичного отключения, который позволил бы снизить потребляемую мощность на 12% без снижения производительности объекта. Для построения алгоритма был использован подход на основе модели черного ящика.

Рисунок 1. Модель объекта оптимизации на стадии постановки задачи

Принципы построения такой модели обычно соответствуют априорным представлениям об объекте.

К числу управляющих параметров относятся управляющие, возмущающие и контролируемые параметры.

x₁….xn – управляющие параметры, основываясь на них можно воздействовать с целью изменения критериев оптимизации.

z₁…..zp – контролируемые входные параметры, обычно отсутствует возможность воздействия на них.

f₁……fb – возмущающие параметры, не контролируемые они недоступны для измерения, так как изменяются случайным образом.

Для очистных сооружений:

- управляющие параметры x- производительность насосных и воздуходувных агрегатов;

- контролируемы параметры z- температура, расход, уровни в емкостях и концентрация;

- возмущающие f- сбои технологического оборудования, залповые сбросы сточных вод высокой концентрации.

Согласно представленной модели в общем виде в системе регулирования присутствует большое число параметров таких как:

- расход сточных вод;

- концентрация;

- давление;

- работа электрических агрегатов (насосов, мешалок, воздуходувок);

и т. д.

Поскольку таких параметров несколько и они являются связанными по крайней мере через потребляемую мощность, то необходимо найти такой режим, что бы при достижении предела выделяемой мощности от энергоснабжающей организации, эти параметры можно было рассматривать как несвязанные. Решению этой задачи предполагается путем оптимизации графика работы аппаратов в технологического процесса.

В данном случае критерием оптимизации служит технология производства, а именно ресурсоемкость всего комплекса. В качестве граничных условий критерия оптимизации выступает часовая потребляемая мощность объекта управления.

Система управления должна обеспечить такой режим функционирования объекта управления, при котором объект в каждый момент времени в течении 24 часов не потреблял бы мощности больше чем может дать источник электроснабжения. Однако система управления не может принципиально менять мощность того или иного оборудования в связи с чем, система работает по принципу частичного отключения оборудования, которое на данный момент времени может быть выведено из работы.

Для ввода критерия оптимизации необходимо сформулировать цель и граничные условия.

Сложность в построение такой системы состоит в том, что объект управления должен функционировать и производить очищенную сточную воду с постоянным заданным качеством. Это накладывает ограничения на количество отключаемого оборудования и время его простоя так как это может сказаться на качестве выпускаемого продукта.

Следующий этап связан с постановкой задачи сформулировать задачу, после чего общий вид модели упрощается.

Y=φ(x₁,x₂…..x_k)

где Y – критерий оптимизации.

x₁,x₂…..x_k – варьируемые факторы

В данном случае о функции цели говорят, как о функции отклика, поскольку полагают, что величина критерия оптимизации является реакцией (откликом) на воздействие факторов [1]. Если функция отклика известна, то оптимальные условия процесса находят аналитически, без постановки эксперимента [2]. Однако данный процесс не является постоянным и имеет множество входных технологических параметров, меняющихся во времени. В этом случае мы вынуждены ограничиваться представлением функции отклика, например, полиномом вида:

Y=β₀+ β₁Х₁+ β₂Х₂+ β₁₂ Х₁Х₂+ β₁₁ Х₁₂+….

где β₀ , β₁ ,…. – коэффициенты регрессии при соответствующих переменных.

По результатам можно определить только выборочные коэффициенты регрессии β₀ , β₁,…., которые являются лишь оценками теоретических коэффициентов регрессии β₀ , β₁.

При построении систему управления важно правильно выбрать параметр оптимизации. Движение к оптимуму возможно, если выбран один параметр оптимизации, а остальные выступают в качестве ограничений.

Для решения задачи на данном объекте в качестве параметра оптимизации, как сказано выше, была определена часовая потребляемая мощность объекта. Параметрами ограничения были выбраны производительность и качество.

При исследовании процесса учитывались все существующие факторы. Если по каким-либо причинам выявление некоторых факторов невозможно учесть в системе управления, то эти факторы стабилизировались. К таким факторам относиться качество поступающих стоков. Но так как технология очистки предполагает наличие емкостных сооружения что усредняет показатели поступающего стока было теоретически, а в дальнейшем и практически обосновано, что любые колебания в качестве поступающих стоков усредняются в общем объеме, то есть в нашем случае можно считать, что параметр качества поступающих стоков стабилизируется.

Таким образом так как процесс много факторный и не имеет явных алгоритмов для решения, то наилучшем решением будет применение алгоритмов нечеткой логики [1]. Применение алгоритмов нечеткой логики в данном случае позволит поддерживать наилучший показатель, в смысле выбранного критерия оптимизации.

Подход к формализации понятия нечеткого множества состоит в обобщении понятия принадлежности. Нечеткое подмножество отличается от обычного тем, что для критерия оптимизации, в данном случае - это потребляемая мощность, не дает однозначного значения потребляемой мощности в данный промежуток времени. Система позволяет держать выбранный параметр в необходимом интервале основываясь на понятиях "больше-меньше", и на понятии верхняя и нижняя границ энергопотребления.

Литература

1.​ Тихомиров В. Б. Планирование и анализ эксперимента (при проведении исследований в легкой и текстильной промышленности) М. «Легкая индустрия» 1974 г

2.​ .Краснокуцкий И. Н. Разработка алгоритма и средств управления системами электроснабжения осветительных установок на основе методов нечеткой логики / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Омск.2011г.

Код для цитирования: Скопировать