Способ оптимизации систем водоснабжения
METHOD OF OPTIMIZING WATER SUPPLY SYSTEMS

Изобретение относится к области водоснабжения, в частности к системам регулировки работы систем водоснабжения.
Известна «Система автоматического управления водоснабжением» (см. патент RU 27710 U1, опубликовано: 10.02.2003 Бюл. №4), содержащая множество датчиков, размещенных на объектах системы водоснабжения, соединенных с входами персонального компьютера диспетчерского пункта, на носителе информации которого записана программа управления системой водоснабжения, по меньшей мере, один датчик контроля напора в сети, по меньшей мере, один датчик контроля потребления воды жилыми массивами, по меньшей мере, один датчик контроля потребления воды промышленными предприятиями, по меньшей мере, два датчика контроля напора воды на выходах насосных станций, один датчик контроля напора воды в диктующей точке, при этом указанная программа управления водоснабжением выполнена с возможностью учета информации, получаемой от указанных датчиков, и управления насосами подачи воды, причем указанная программа дополнительно содержит блок прогноза водопотребления, блок оптимизации подачи воды, блок планирования работы насосов станций второго подъема, и блок верификации, соединенный с персональным компьютером обратной связью, при этом блоки оптимизации и блок планирования работы насосов второго подъема обратимо связаны между собой, а также с выходом блока прогноза водопотребления и входом блока оптимизации, выход которого связан с входом блоком коррекции воздействия, выход которого соединен с регулируемыми приводами насосов станций второго подъема, а также дистанционно управляемыми задвижками магистрали подачи воды, отходящими от насосных станций, оборудованных устройствами изменения степени открытия задвижки.
Данная система имеет следующие недостатки, заключающиеся:
- в низких показателях надежности, поскольку система состоит из комплекса сложных элементов;
- в больших капитальных затратах на ввод системы в эксплуатацию;
- в больших затратах на передачу информации от датчиков на персональных компьютер диспетчерского пункта в случае их соединения посредство радиосетей, а в случае соединения посредством кабельных сетей в низкой надежности соединений и их большой протяженности.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является «способ управления насосной станцией» (см. патент SU 1361382 А1, опубликовано: 13.12.1987 Бюл. №47), заключающийся в измерении напора во всех контрольной точке сети, сравнении полученного значения с заданным и, в зависимости от рассогласования, регулировании режима работы станции, с целью снижения энергетических затрат путем учета давления в концевых точках, измеряют напор во всех концевых точках, вычисляют разность между полученными значениями напора и заданными, определяют диктующую точку с минимальным алгебраическим значением разности и выравнивают действительное значение напора в диктующей точке с заданным значением.
Для этого способа характерны следующие недостатки:
- высокие эксплуатационные затраты на передачу информации от датчиков давления на блок управления насосной станцией в связи с тем, что способ предполагает постоянный мониторинг давления в концевых точках, что предполагает постоянные сеансы связи для передачи данных об изменении давления в концевых точках;
- ограниченная область применения, поскольку данный способ может применяться только на относительно плоской местности и с застройкой примерно одинаковой высотности, т.к. только при таких условиях контрольные точки могут располагаться в концевых точках сети.
Задачей изобретения является снижение эксплуатационных затрат и расширение области применения известного способа.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе, заключающимся в измерении напора во всех контрольной точке сети, сравнении полученного значения с заданным и, в зависимости от рассогласования, регулировании режима работы станции, с целью снижения энергетических затрат путем учета давления в концевых точках, измеряют напор во всех концевых точках, вычисляют разность между полученными значениями напора и заданными, определяют диктующую точку с минимальным алгебраическим значением разности и выравнивают действительное значение напора в диктующей точке с заданным значением, в соответствии с настоящим изобретением на первом этапе проводят гидравлическое моделирование системы водоснабжения и определяют места расположения контрольных точек на сети,
накапливают статистическую информацию о расположении диктующей точки в зависимости от времени суток и определяют алгоритм определения диктующей точки k в зависимости от времени суток, k ∈ 1, 2, …, n, где n - общее количество контрольных точек.
По сравнению с прототипом предлагаемый способ имеет следующие отличительные признаки:
1. Проведение на первом этапе гидравлическое моделирование системы водоснабжения и определяют места расположения контрольных точек на сети (не известно);
2. Накопление статистической информации о расположении диктующей точки в зависимости от времени суток (не известно);
3. Определение алгоритма определения диктующей точки k в зависимости от времени суток, k ∈ 1, 2, …, n, где n - общее количество контрольных точек (не известно).
По сведениям, имеющихся у авторов, отличительные признаки №1-3 в технической литературе не известны. Совместное применение в заявляемом способе указанных отличительных признаков позволит:
1. Снизить эксплуатационное затраты, поскольку после выявления алгоритма интервал между сеансами передачи информации от контрольных точек может быть увеличен, так как система будет работать, опираясь на выявленную зависимость, а новые данные об изменении напора будут поступать в пакетном режиме в моменты ожидаемой смены диктующей точки;
2. Расширить область применения способа, поскольку гидравлическое моделирование системы водоснабжения позволит определить места расположения контрольных точек на сети, которые из-за сложного рельефа местности и высоты зданий могут располагаться не только в концевых точках сети.
Таким образом, предлагаемый способ оптимизации систем водоснабжения отвечает критерию «промышленная применимость».
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 представлен пример схемы сети водоснабжения для осуществления данного способа, на фиг. 2 приведена таблица с результатами изменения разницы напоров в контрольных точках 15, 16, 17, на фиг. 3 представлен пример графика изменения разности между полученными значениями напоров и заданными в контрольных точках в зависимости от времени суток.
На фигуре 1 изображена схема сети водоснабжения для осуществления данного способа:
Трубопровод насосов 1, питающий насосы 2, 3, 4;
Электрические двигатели 5, 6, 7, запитанные от статических преобразователей частоты 8, 9, 10, приводящие в действие насосы 2, 3, 4;
Подающий трубопровод 11, соединяющий насосы 2, 3, 4 с разводящими трубопроводами 12, 13, 14;
Контрольные точки 15, 16, 17, с находящимися в них датчиками давления 18, 19, 20, соединенные с разводящими трубопроводами 12, 13, 14;
Сервер сбора и обработки данных 21, соединенный с датчиками давления 18, 19, 20 посредством канала связи 22;
Автономное регулирующее устройство 23, соединенное с сервером сбора и обработки данных 21 посредством канала связи 24;
Канал связи 25, соединяющий автономное регулирующее устройство 23 со статическими преобразователями частоты 8, 9, 10.
Способ оптимизации систем водоснабжения осуществляется следующим образом.
При работе системы водоснабжения жидкость поступает по трубопроводам насосов 1 и посредством насосов 2, 3, 4 проходит через подающий трубопровод 11 и разводящие трубопроводы 12, 13, 14 потребителям, в том числе находящимся в контрольных точках 15, 16, 17. Жидкость воздействует на датчики давления 18, 19, 20, находящиеся в контрольных точках 15, 16, 17. Данные от датчиков давления 18, 19, 20 поступают на сервер сбора и обработки данных 21 с помощью канала связи 22, тем самым измеряется напор во всех контрольных точках 15, 16, 17 сети.
Сервер сбора и обработки данных 27 передает данные об измеренных датчиками давления 18, 19, 20 напорах на автономное регулирующее устройство 23 с помощью канала связи 22. Автономное регулирующее устройство 23 вычисляет разности между полученными значениями напоров и заданными (после гидравлического моделирования системы), определяет диктующую точку с минимальным алгебраическим значением разности, выравнивает действительное значение напора в диктующей точке с заданным значением напора, посредством регулировки работы статических преобразователей частоты 8, 9, 10, которые изменяют скорости вращений электрических двигателей 5, 6, 7 насосов 2, 3, 4.
Осуществляя изобретение на первом этапе проводят гидравлическое моделирование системы водоснабжения для определения точных мест расположения контрольных точек 15, 16, 17 на сети, поскольку из-за сложного рельефа местности и высоты зданий контрольные точки 75, 16, 17 могут располагаться не только в концевых точках сети. Настоящим изобретением допускаются различные варианты гидравлического моделирования:
- натурное, с определением давлений путем его измерения непосредственно в различных точках сети, преимущественно расположенных в максимальных расстояниях от подающего трубопровода 11, и максимальных высотных отметках;
- с применением гидравлических математических моделей.
В качестве примера выполнения этого этапа на фиг. 1 приведены места расположения контрольных точек 15, 16, 17 на сети. При этом контрольная точка 16 расположена не на концевой точке сети.
В процессе эксплуатации статистическую информацию об измеренных напорах в контрольных точках 15, 16, 17 накапливают в сервере сбора и обработки данных 21 и выявляют закономерность изменения расположения диктующей точки в зависимости от времени суток и по ней определяют алгоритм определения диктующей точки k в зависимости от времени суток, k ∈ 1, 2, …, n, где n - общее количество контрольных точек. На фиг. 2 приведен пример накопления результатов измерения напоров в контрольных точках 15, 16, 17 и вычисления алгебраической разницы между полученными значениями напоров и заданными. В дополнение на фиг. 3 в графическом виде приведены результаты изменения в течение суток алгебраической разницы для каждой контрольной точки. На основании его определяют алгоритм определения диктующей точки k в зависимости от времени суток, который сводится к тому, что:
- на интервале времени А (от 0 до 4 ч) диктующей точкой является контрольная точка 15;
- на интервале времени Б (от 4 до 12 ч) диктующей точкой является контрольная точка 17;
- на интервале времени В (от 12 до 16 ч) диктующей точкой является контрольная точка 16;
- на интервале времени от Г (16 до 20 ч) диктующей точкой является контрольная точка 15;
- на интервале времени от Д (20 до 23 ч) диктующей точкой является контрольная точка 16;
- на интервале времени от Е (23 до 0 ч) диктующей точкой является контрольная точка 15;
После выявления алгоритма интервал между сеансами передачи информации от контрольных точек 15, 16, 17 может быть увеличен, так как система будет работать, опираясь на выявленную зависимость, а новые данные об изменении напора будут поступать в пакетном режиме в моменты ожидаемой смены диктующей точки. Тем самым снизят затраты на передачу информации от контрольных точек 15, 16, 17 на сервер сбора и обработки данных 21.
Таким образом, предлагаемый способ оптимизации систем водоснабжения отвечает критерию «промышленная применимость».