АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИНАМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
AUTOMATED SYSTEM FOR DYNAMIC ESTIMATION OF ENERGY EFFICIENCY OF PUMPING EQUIPMENT

Изобретение относится к системам автоматизированного управления и контроля процессов перекачки жидкости и может быть использовано для динамической оценки энергоэффективности работы насосного оборудования на объектах водоснабжения, водоподготовки, опреснения и водоочистки.
Известно устройство для учета, регулирования и диспетчирования тепловой энергии и воды (патент на полезную модель №143646, кл. МПК G01K 17/00, G01F 1/00, опубл. 27.07.2014), выполненное в виде прибора, имеющего выводы для связи с температурными датчиками, расходомерами жидкости, диспетчерскими системами и дисплеем и содержащего микропроцессорный системный блок, включающий блок памяти, блок питания и блок интерфейса связи. Микропроцессорный системный блок устройства выполнен с обеспечением возможности общедомового учета и регулирования энергоресурсов и содержит связанные с блоком интерфейса связи блок теплосчетчика и блок регулятора, к входам которых подключен вычислительный блок, при этом прибор содержит соединенные с микропроцессорным системным блоком измерительный модуль, имеющий выводы для подключения температурных датчиков, расходомеров жидкости и датчиков избыточного давления, и релейный модуль, имеющий выводы для подключения насосов и седельно-регулирующих клапанов.
Недостатком данного устройства является узкая область применения, т.к. он рассчитан только на решение задач учета объемов перекачиваемых жидкостей. При этом с его помощью нельзя решать задачи оптимизации потребления электроэнергии насосным оборудованием, поскольку в нем не учитываются фактические энергетические характеристики эксплуатируемых насосов.
Наиболее близким аналогом к предложенному техническому решению является система управления энергопотреблением насосных станций предприятия коммунального хозяйства (патент на полезную модель №62668, кл. МПК F04B 51/00, опубл. 27.04.2007), позволяющая определять и анализировать фактические энергетические характеристики эксплуатируемых насосов. Известная система включает в себя модуль анализа диагностируемых параметров, включающий блок сравнения подач, блок коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, блок коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса, блок анализа диагностируемых параметров, блок ввода эталонного диагностируемого параметра, модуль оптимизации энергопотребления, включающий блок анализа удельного энергопотребления, блок ввода диагностируемых параметров насосов-конкурентов, блок анализа удельного энергопотребления насосов-конкурентов.
Недостатком указанной системы является отсутствие режима динамической оценки энергоэффективности эксплуатируемого оборудования, что не дает возможности оперативно корректировать режимы работы оборудования с целью повышения его энергоэффективности.
Существенные признаки заявляемого изобретения следующие. Автоматизированная система динамической оценки энергоэффективности насосного оборудования включает модуль анализа диагностируемых параметров и модуль оптимизации энергопотребления, который включает блок формирования гидравлических характеристик сетей, блок анализа удельного энергопотребления, блок ввода диагностируемых параметров «эталонных» насосов, блок анализа удельного энергопотребления «эталонных» насосов, блок расчета показателей энергоэффективности.
В отличие от ближайшего аналога в состав системы в модуль оптимизации энергопотребления дополнительно введен блок расчета показателей энергоэффективности.
Технический результат, проявляющийся от использования предлагаемого изобретения, - возможность динамической оценки и автоматического контроля показателей энергоэффективности насосного оборудования.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема автоматизированной системы динамической оценки энергоэффективности насосного оборудования.
Заявляемая система включает модуль анализа диагностируемых параметров 1, подключенный по выходу к блоку формирования гидравлических характеристик сетей 3 и к блоку анализа удельного энергопотребления 5 модуля оптимизации энергопотребления 2, который включает блок формирования гидравлических характеристик сетей 3, подключенный по выходу к блоку анализа удельного энергопотребления 5, к дополнительно введенному блоку расчета показателей энергоэффективности 7 и к блоку анализа удельного энергопотребления «эталонных» насосов 6, который по входу подключен к блоку ввода диагностируемых параметров «эталонных» насосов 4 и по выходу подключен к блоку расчета показателей энергоэффективности 7, который по выходу подключен к внешнему терминалу.
Модули системы выполняют следующие функции.
факт
факт
факт
Модуль анализа диагностируемых параметров 1 осуществляет ввод в систему с заданным периодом текущих данных энергопотребления F, расхода перекачиваемой жидкости Q и напора на выходе насоса Н с измерительных приборов (счетчиков электроэнергии, расходомеров, датчиков давления).
Модуль оптимизации энергопотребления 2 определяет энергоэффективность эксплуатируемого оборудования и в режиме реального времени определяет отклонение значений установленных показателей энергоэффективности от допустимых (оптимальных) значений. Блоки модуля оптимизации энергопотребления 2 выполняют следующие функции.
факт
факт
факт
факт.,n
факт.,n
факт.,n
n
Блок формирования гидравлических характеристик сетей 3 на основании текущих данных измерений F, Q и Н, поступающих из модуля 1, осуществляет формирование текущих гидравлических характеристик для каждой сети F, Q и Н с привязкой к единому времени измерения T=Δt*n (где Δt - временной период ввода данных с приборов в систему; n - номер периода ввода).
Блок ввода диагностируемых параметров «эталонных» насосов 4 предназначен для ввода параметров насосов с потенциально лучшими характеристиками.
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
норм
норм
факт.,n
факт.,n
Блок анализа удельного энергопотребления 5 на основании текущих данных измерений, поступающих из модуля 1, F, Q и H автоматически в реальном времени осуществляет расчет фактического удельного энергопотребления как отношение энергопотребления к фактическому расходу перекачанной жидкости V=F/Q и осуществляет выбор из паспортных характеристик данного насоса нормативного значения КПД (коэффициент полезного действия) η удельного энергопотребления V, соответствующих фактическим значениям энергопотребления F и фактического расхода жидкости Q эксплуатируемого насоса.
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
max
min
факт.,n
Блок анализа удельного энергопотребления «эталонных» насосов 6 на основании гидравлических характеристик, поступающих из блока 3, F, Q, H и информации из блока ввода диагностируемых параметров «эталонных» насосов 4 осуществляет выбор «эталонного» насоса и определяет его энергетические характеристики по фактическим значениям расхода жидкости Q и напора H. Выбор «эталонного» насоса производится в два этапа. На первом этапе выбирается группа насосов, которые по паспортной напорной характеристике H-Q для расхода Q имеют напор H. На втором этапе из выбранной группы насосов выбирается насос, имеющий по паспортным данным максимальный КПД η и соответственно наилучшее (минимальное) значение удельного энергопотребления V для обеспечения фактического расхода жидкости Q.
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
норм
норм
min
max
факт
факт
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
нopм
факт
норм
min
max
Блок расчета показателей энергоэффективности 7 на основании гидравлических характеристик F, Q, H, поступающих из блока 3, данных удельного энергопотребления V, V и КПД η, поступающих из блоков 5, и данных удельного энергопотребления V и КПД η поступающих из блока 6, осуществляет расчет текущего фактического значения КПД η как отношение произведения расхода на напор к энергопотреблению η=Q*Н/F, а также осуществляет расчет установленных показателей энергоэффективности (отклонение фактического удельного энергопотребления V от нормативного V, относительное отклонение КПД η от нормативного η), их проверку путем сравнения с критическими значениями данных показателей и вывод на внешний терминал текущих и расчетных данных и сигналов состояния оборудования. На внешний терминал также выводятся характеристики V и η «эталонного» насоса.
Заявляемая система работает следующим образом.
факт
факт
факт
Модуль анализа диагностируемых параметров 1 по каналам связи с измерительными приборами (счетчиками электроэнергии, расходомерами, датчиками давления) осуществляет синхронный ввод в систему со всех приборов, установленных на объекте, с заданным периодом Δt (например, 1 минута) текущих данных для каждого насоса энергопотребления F, расхода перекачиваемой жидкости Q и напора на выходе насоса H.
факт
факт
факт
n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
норм
норм
Из модуля 1 текущие данные F, Q и H поступают в блок формирования гидравлических характеристик сетей 3 и в блок анализа удельного энергопотребления 5. В блоке 3 формируются развернутые во времени T наборы характеристик для каждого насоса F, Q и H, которые передаются в блоки 5, 6 и 7. В блоке 5 автоматически в динамическом режиме определяются и передаются в блок расчета показателей энергоэффективности 7 фактическое значение удельного энергопотребления V, нормативные значения КПД η и удельное энергопотребление V.
max
min
факт.,n
факт.,n
max
min
В блоке анализа удельного энергопотребления «эталонных» насосов 6 по ранее введенной в блок ввода диагностируемых параметров «эталонных» насосов 4 информации выбирается «эталонный» насос, имеющий лучшие (оптимальные) значения КПД η и удельного энергопотребления V, обеспечивающие требуемый напор H и расход Q. Значения η и V передаются в блок расчета показателей энергоэффективности 7.
факт
факт.,n
факт.,n
факт.,n
факт.,n
В блоке 7 определяется фактическое значение КПД η=Q*Η/F, рассчитываются значения показателей энергоэффективности, производится сравнение рассчитанных показателей с нормативными значениями и осуществляется выдача на внешний терминал текущих и расчетных данных и сигналов текущего состояния оборудования «Норма», «Внимание» или «Критично». Для учета и контроля общего энергопотребления на внешний терминал также выдается текущая сумма энергопотребления по всем насосам Σ F.
В качестве показателей энергоэффективности в системе реализованы следующие показатели.
факт.,n
норм
факт.,n
min
Отношение фактического удельного энергопотребления к нормативному V/V. Критическое значение для данного показателя установлено 1,1. Если фактическое значение показателя 1,1 или больше, то выдается сигнал «Критично», требующий немедленных действий эксплуатирующего персонала по предотвращению потерь электроэнергии. Если значение показателя 1,05 или больше, то выдается сигнал «Внимание», а при показателе меньше 1,05 - сигнал «Норма». Также вычисляется и выдается на терминал отношение V/V, которое используется эксплуатацией для выявления потенциальных возможностей энергосбережения.
факт
норм
факт
max
Отношение фактического КПД насоса к нормативному КПД η/η. Критическое значение для данного показателя установлено 0,9. Если фактическое значение показателя 0,9 или меньше, то выдается сигнал «Критично», требующий немедленных действий эксплуатирующего персонала о ремонте или замене насоса. Если значение показателя 0,95 или меньше, то выдается сигнал «Внимание», а при показателе меньше 0,95 сигнал «Норма». Также вычисляется и выдается на терминал отношение η/η, которое используется эксплуатацией для выявления потенциальных возможностей энергосбережения при замене насоса на «эталонный».
Система реализуется на промышленном контроллере или персональном компьютере в виде программных модулей на языке высокого уровня, что позволяет, не меняя сути системы, изменять (уточнять, добавлять) состав показателей энергоэффективности.
Использование предлагаемого изобретения позволяет в режиме реального времени оценивать энергоэффективность насосного оборудования по установленным показателям энергоэффективности и в динамике контролировать уход параметров энергоэффективности используемого оборудования за критические значения, выявлять тем самым энергетически неэффективное оборудование и оперативно реагировать, реализуя необходимые энергосберегающие мероприятия.