MODEL SYSTEMU ZESPÓ POMPOWY PRZEWÓD ZE STEROWANYM UK ADEM NAP DOWYM NA POTRZEBY DIAGNOSTYCZNE

Transkrypt

1 DIGNOSTYK 2(46)/28 BRTMN, KOZIOROWSK, Model yteu zepó popowy pzewód ze teowany ukade... 6 MODEL SYSTEMU ZESPÓ POMPOWY PRZEWÓD ZE STEROWNYM UKDEM NPDOWYM N POTRZEBY DIGNOSTYZNE. WSTP Jacek BRTMN, nna KOZIOROWSK Intytut Techniki, Uniweytet Rzezowki ul. Rejtana 6a, Rzezów jbatan@univ.zezow.pl, akozioo@univ.zezow.pl Stezczenie Pzediote pacy jet kontukcja odelu yteu zepó popowy pzewód kadajcego i z pzeiennika cztotliwoci, ilnika napdowego, popy oaz uocigu. Idea pacy yteu opiea i na tabilizacji cinienia toczenia wody w uocigu popzez cztotliwociow egulacj pdkoci ilnika napdzajcego pop toczc. W pacy pzedtawiono topologi yteu oaz jego opi analityczny, któy zotanie wykozytany jako odel diagnotyczny w dalzych badaniach. Ukad opiano wykozytujc odelowanie ateatyczne, odelowanie neuonowe oaz chaakteytyki tatyczne. Szczególn uwag zwócono na dobó odelu neuonowego - poównujc uzykane z niego wyniki z danyi poiaowyi. Sowa kluczowe: ukad napdowy, ztuczne ieci neuonowe, odelowanie. MODEL OF PUMP GGREGTE PIPELINE SYSTEM WITH ONTROLED DRIVING MTH ON DIGNOSTI REQUIREMENTS Suay The ai of the pape i contuction of pup aggegate pipeline yte odel conit of fequency convete, diving oto, pup and pipeline. Idea of yte wok i baed on peue tabilization in pipeline though fequency contol of peed of oto which dive the pup. The pape peent the topology of analyed yte and it analytical deciption which will be taken advantage a diagnotic odel in fathet eeach. The yte i decibed though uing atheatical odeling, neuon odeling and tatic chaacteitic. Thee wa payed the pecial attention on election of neuon odel copaing eceived eult to eauing data. Keywod: dive yte, atificial neual netwok, odeling. Potp techniczny jaki dokona i w otatnich latach daje oliwo obewacji pacy yteu w celu wczenego wykycia yptoów awaii pozczególnych jego eleentów. Otatnio w diagnotyce technicznej ukadów napdowych badania dowiadczalne na zeczywitych ukadach czto zatpuje i badaniai yulacyjnyi. Powadzenie bada yulacyjnych wyaga opiu odelowanego obiektu w foie oliwej do algoytizacji chaakteytyki, odele ateatyczne, odele neuonowe itp. Itotn zalet bada yulacyjnych opócz zdecydowanie nizych koztów jet oliwo ozwaania nawet ektealnych tanów pacy ukadu, niedopuzczalnych w takcie noalnej ekploatacji. Nowoczene ytey wodocigowe wyagaj duej elatycznoci w dotoowywaniu i do wyogów odbioców wody. Utzyanie waciwych paaetów toczenia wody wyuza zatoowanie do napdu pop ilników z egulowana pdkoci obotow (y. ). Ry.. Ukad napdowy pop [8] Dziki potpowi jaki dokona i w enegoelektonice oliwe jet wykozytanie w ty celu ilników indukcyjnych zailanych popzez pzeienniki cztotliwoci [5] i takie ozwizanie jet aktualnie najczciej toowane.

2 62 DIGNOSTYK 2(46)/28 BRTMN, KOZIOROWSK, Model yteu zepó popowy pzewód ze teowany ukade... ele pacy jet pzedtawienie koplekowego odelu ukadu zepó popowy pzewód waz z zatoowanie jednokieunkowej ztucznej ieci neuonowej do opiu uocigu. Popawnie opacowany odel oe zota wykozytany do diagnozowania potencjalnych tanów awayjnych yteu. Modelowanie neuonowe bazuje na danych poiaowych uzykanych w pzepopowni wody Rzezów-Pobitno wypoaonej w pzeiennik cztotliwoci S 5-- fiy BB oaz ilniki SLg 28M2 fiy ela o ocy znaionowej 9 kw. Poiay paaetów elektycznych - wykozytanych w odelowaniu neuonowy - pzepowadzone zotay za pooc ienika Skylab fiy pobe Intuent, odel OPIS UKDU W analizowany yteie zepó popowy - pzewód ona wyodbni natpujce eleenty: - ilniki indukcyjne, - pzeiennik cztotliwoci z falownikie PWM, - popy, - uocig i kady z nich opia niezalenie pzy poocy okelonych etod z zadan dokadnoci. Pozczególne eleenty kadowe analizowanego yteu najwygodniej jet odelowa toujc óne (pzytoowane do pecyfiki obiektu) etody ich opiu... Model ateatyczny ilnika napdowego W liteatuze [5, 8, 4] opianych jet wiele ónych potaci odeli ilników aynchonicznych. Modele te w óny topniu uwzgldniaj zjawika wytpujce w czaie pacy azyny lub te odtwazaj je ónyi etodai. Model oe uwzgldnia zjawika naycenia, tat w dzeniu lub te oe je poija. Ponadto pzy twozeniu odelu og by pzyjte inne upozczenia, jak np.: zaoenie yetycznoci zailania, zatpienie paaetów ozoonych kupionyi itd. W niniejzej pacy wykozytane zotay odele obwodowe, zapiane w potaci znanej jako odele typu [4, 5]. Kocowe ównania opiujce zaleno pdów tojana i winika ilnika indukcyjnego klatkowego w funkcji napicia zailania oaz paaetów ilnika i obcienia ona pzedtawi w natpujcej potaci: di ( U RI ) dt K () Pozczególne kadniki ównania () opiane natpujcyi zaleznociai: I i a i b i a T b i Ry. 2. Scheat ideowy ukadu Pzynajniej jeden z zepoów ilnik-popa ui ie egulowan pdko obotow.. MODEL UKDU Model yteu wykozytywany do analizy jego pacy, tanowi odzwieciedlenie aktualnego tanu wiedzy o poceach w ni zachodzcych. Jego dokadno (pecyzja odwzoowania zachodzcych zjawik) zaley od celu bada, do ealizacji któych zota on opacowany. dekwatny odel to taki odel, któy odwzoowuje z wytaczajc dokadnoci pac analizowanego ukadu [7]. Jednoczenie naley ba pod uwag fakt, i uwzgldnienie zbyt wielu czynników w opiie oe powadzi do duego wzotu zoonoci obliczeniowej odelu. Najczciej powoduje to ównie popaw uzykiwanych ezultatów, jednak nie zawze ta popawa jet znaczca, a czto bywa tak, i z punktu widzenia analizy ukadu jet ona nieitotna. R K ia i ib i a b a u b ia ib U u T u a = U in(2ft + ), u b = U in(2f t o ) 2 a 2 c b a c b b c

3 DIGNOSTYK 2(46)/28 BRTMN, KOZIOROWSK, Model yteu zepó popowy pzewód ze teowany ukade u ST 2acin in f f t gdzie: t cza; f cztotliwo; f wpóczynnik odulacji cztotliwoci. Równanie uchu a pota: d p T e T (2) dt J gdzie: T e p iaib ibia, i a, i b, i a, i b watoci pdów tojana i winika; a, b, c watoci ezytanncji faz tojana; wato ezytancji winika; odwotno indukcyjnoci agneujcej; odwotno indukcyjnoci tojana; odwotno indukcyjnoci winika, t cza; f cztotliwo zailania; pdko obotowa ilnika; T e oent elektoagetyczy; T() oent echaniczny; p liczba pa biegunów; J oent bezwadoci..2. Model ateatyczny pzeiennika cztotliwoci Najczciej toowan obecnie etod teowania pdkoci ilników pdu pzeiennego jet ziana cztotliwoci zailania [6]. W ty celu touje i poednie pzeienniki cztotliwoci, w kad któych wchodz: potownik ieciowy, obwód poedniczcy napicia/pdu taego i falownik napicia/pdu. Najczciej w ukadach napdowych pop wodocigowych touje i falowniki napicia o odulowanej zeokoci ipulów PWM (ang. Pule Width Modulation) []. haakteyzuj i one zbliony do inuoidalnego kztate pdu oaz ayi tatai - jet to efekt wyokiej cztotliwoci cze. Poównujc wzocowy ygna inuoidalny (u Sk ) z pzebiegie tójktny (u ST ) uzykuje i pzebieg napicia zailajcego ilnik z egulowana pdkoci obotow (y. ): oaz k ign( usk ust ), k, B, 2 u Sk in2 f t, k, B, Ry.. Uzykiwanie pzebiegu napicia w falowniku PWM Uzykany pzebieg a chaakte dwuwatociowej funkcji pzeczajcej: dla u dla u u ST Sk k t, k, B, ST u Sk () Napicia idzyfazowe oaz fazowe odbionika aj aplitudy popocjonalne do aplitudy napicia zailajcego i wyaone za pooc funkcji pzeczajcych (). Równania opiujce je aj pota: u u u u u u B B B (t) (t) (t) (t) (t) (t) 2U 2 U ac ac B B (t) (t) (t) (t) (t) (t) Gówne kozyci z zatoowania ukadów z egulacj pdkoci ktowej to oliwo ealizacji agodnych ozuchów i wycze zepoów popowych lub fagentów ukadu wodocigowego oaz oliwo pynnego dotoowania wydajnoci pop lub ich zepoów do aktualnego zapotzebowania odbioców w wod. Ponadto pynna egulacja pdkoci pozwala unika udeze hydaulicznych w ieci wodocigowej... Mateatyczny opi popy Na potzeby odelowania ukadów wodocigowych wytaczajc dokadno uzykuje i taktujc popy jako eleenty tatyczne [, ]. Wówcza ich funkcjonowanie ona opia za pooc zbiou chaakteytyk, okelajcych zaleno cinienia toczenia od pzepywu pzy ónych pdkociach obotowych (y. 4).

4 64 DIGNOSTYK 2(46)/28 BRTMN, KOZIOROWSK, Model yteu zepó popowy pzewód ze teowany ukade... Podcza pacy popy wzot zapotzebowania na wod (wzot pzepywu Q) powoduje padek cinienia wody w uocigu (p). Popzez wzot pdkoci obotowej popy natpuje pzejcie na kolejn chaakteytyk i pzywócenie cinienia do watoci podanej. nalogicznie pzy zniejzaniu i zapotzebowania na wod pdko obotowa popy alej i cinienie wody oe by utzyane na waciwy pozioie. nauczonej. Sieci o zbyt aej liczbie neuonów nie potafi z wytaczajc dokadnoci identyfikowa obiektu. Pzewyiaowanie ieci neuonowej powadzi natoiat najczciej do wytpienia efektu tzw. pzeuczenia ie badzo dobze identyfikuje wzoce uczce, natoiat jej efektywno gwatownie pada w pzypadku pezentacji wzoców poza zbiou uczcego. Ry. 5. Scheat ieci neuonowej wykozytanej jako odel uocigu Ry. 4. Zbió chaakteytyk popy nalitycznie chaakteytyki pzepywu w odelach pzedtawione w potaci wzou apokyujcego pzyjujcego pzy zieniajcej i pdkoci popy fo []: Na potzeby identyfikacji uocigu wykozytano ie zoon z neuonów w watwie wejciowej, 4 w watwie ukytej oaz neuonu w watwie wyjciowej (y. 5). Ilo neuonów w watwie zeowej wynika z dugoci wektoa wejciowego, w kad któego wchodz: cinienie wejciowe (y. 6), pzepyw (y. 7) oaz pdko ktowa popy (y. 8). p N 2 p aq 2 (4) gdzie p cinienie; p ax cinienie wytwazane pzez pop; pdko obotowa popy; n noinalna pdko obotowa popy; Q pzepyw; a taa popy. input peaue [MPa] Sie neuonowa jako odel uocigu Ruocig zota opiany w opaciu o odelowanie neuonowe [9, 7]. Zalet tej etody jet oliwo zatoowania jej do opiu obiektów nieliniowych oaz obiektów o nieznanych paaetach. Metoda nie wyaga jawnego okelenia paaetów odelowanego obiektu co zwykle tanowi powana tudno i oganiczenie pzy toowaniu etod analitycznych. Do odelowania uocigu wybano ie neuonow jednokieunkow wielowatwow uczon etod nadzoowan. Wekto wejciowy oaz oczekiwane odpowiedzi do uczenia ieci uzykano z poiaów w tacji pzepopowni wody. Wybó odpowiedniej achitektuy ieci neuonowej dla danego zadania jet poblee, któy nie jet jednoznacznie zdefiniowany analitycznie. Wedug liteatuy [7] do ozwizania kadego pobleu wytacza ie zoona z tzech watw (wejciowej, ukytej i wyjciowej). chitektua ieci wpywa na zybko jej uczenia oaz na jako pacy ieci flow [ /h] tie [] Ry.6. Pzebieg cinienia wejciowego tie [] Ry. 7. Pzebieg pzepywu (zapotzebowania na wod)

5 DIGNOSTYK 2(46)/28 BRTMN, KOZIOROWSK, Model yteu zepó popowy pzewód ze teowany ukade Liczba neuonów w watwie wyjciowej jet ówna iloci wyznaczanych ygnaów w pzypadku uocigu jet to tylko cinienie wyjciowe. Dugo watwy ukytej wyznaczono heuytycznie gdy bak etod, któe uoliwiay by wyznaczenie jej w poób analityczny peue [MPa] eaueent eult net anwe peed [ad/] tie [] Ry. Pzebieg cinienia toczenia uzykany z poiaów (k. niebieki) oaz z odelu neuonowego (k. czewony) tie [] Ry. 8. Pzebieg pdkoci obotowej popy Sie uczono etod Levenbega-Maquadta, zatoowanie tej etody byo oliwe popzez wykozytanie danych poiaowych z pzepopowni. Pzebieg poceu uczenia pokazano na y. 9. Taining-Blue Goal-Black Pefoance i.4867e-6, Goal i.5e Epoch Ry. 9 Pzebieg poceu uczenia ieci 4. PODSUMOWNIE Idea wykozytania odelowania w poceach diagnotycznych jet powzechnie toowana. Jej bezinwazyjny chaakte wpywa na obnienie koztów bada, a badzo czto kaca ównie cza ich twania. W pacy podjto pób opacowania odelu yteu zepó popowy pzewód, wydzielajc z niego gówne eleenty kadowe, z któych kady opiano niezalenie wykozytujc óne etody. Scheat odelu analizowanego yteu uwzgldniajcy pecyfik odeli pozczególnych jego eleentów pzedtawiono na y.. Jedny z najitotniejzych pobleów pzy opacowywaniu opiu analitycznego ukadu jet konieczno znajooci jego paaetów. Dlatego te jeden z eleentów opiano wykozytujc odelowanie neuonowe, a inny bazujc na chaakteytykach tatycznych. Oceniajc uzykany odel ukadu nie ona poin pobleu jego adekwatnoci z ukade zeczywity. dekwatno pzedtawionego w atykule odelu uocigu okelono poównujc wyniki yulacyjne z ezultatai uzykanyi z poiaów. Ry.. Scheat odelu yteu zepó popowy pzewód uwzgldniajcy pecyfik odeli pozczególnych jego eleentów. Koloe óty oznaczono eleenty opiane popzez ównania ateatyczne, niebieki opiane pzez chaakteytyki a zielony odelowane neuonowo

6 66 DIGNOSTYK 2(46)/28 BRTMN, KOZIOROWSK, Model yteu zepó popowy pzewód ze teowany ukade... Poównanie to (y. ) pokazao, i paca uocigu dla pzypadku chaakteyzujcego i elatywnie niewielkii duyi zianai zapotzebowania na wod (y. 7) jet odelowana w poób zadawalajcy. Jednak dla penej oceny odelu naley wykona dodatkowe badania obejujce jak najzezy zake pacy uocigu. Wówcza oliwe bdzie wykozytanie odelu w celu onitoowania jego pacy i diagnozowania tanów awayjnych. PIMIENNITWO [] Bagieki J. Ptazyki L: Zatoowanie pzetwonic cztotliwoci do egulacji pacy pop wiowych, Popy Popowanie, (2), n, t [2] Babeki J.: Waniejze apekty techniczne egulowanego napdu elektycznego pop, Popy Popowanie, (2), n 2, t [] Batan J, Kozioowka, Kwate T.: Badania yulacyjne ukadu wodocigowego podcza pacy cigej, IV Kajowa konfeencja Modelowanie i yulacja. Refeaty. To II, t [4] Buczek K, Batan J., Kozioowka.: Model pacy yteu wodocigowego z pop napdzan ilnikie indukcyjny z egulowan pdkoci, Pzegld Elektotechniczny, 8 (27), n, t [5] zaban W.: Modelowanie ateatyczne poceów elektoechanicznych, Lwów 997 (w jzyku ukaiki). [6] Kaiekowki M., Tunia H.: utoatic ontol of onvete-fed Dive. Elevie, teda-waow 994. [7] Koodziki E.: Syulacyjne etody badania yteów WT Wazawa 2. [8] Koalewki B.: Pobley zwizane z odelowanie ilników indukcyjnych, Pzegld Elektotechniczny, 78 (22), n 9, t [9] Kobicz J., Obuchowicz., Uciki D.: Sztuczne ieci neuonowe: podtawy i zatoowania. PLJ, Wazawa 994. [] Koczak.: Dynaika ukadów popowych. Wazawa 996. [] Kulbik M.: Koputeowa yulacja i badania teenowe iejkich yteów wodocigowych, Wyd. Politechniki Gdakiej, 24. [2] Kuleza.: Koodziej H.: Ukady autoatycznej egulacji pop, Popy Popowanie, (2), n, t [] awowki Z.: Ekploatacja ilników elektycznych napdzajcych popy, Popy Popownie (22), n, t [4] Moulahou S., Touhai O., Induction achine odel in peence of atuation and ion lo: a copaative tudy, chive of Electical Engineeing, LV, (26), no. 2 pp [5] Oowka-Kowalka T.: Stan obecny i tendencje ozwojowe napdu elektycznego, Pzegld Elektotechniczny 8, (24), n, t [6] Skowoki M.: Wpópaca pop z napdai elektycznyi Popy Popownie (2), n 5, t [7] Tadeuiewicz R.: Sieci neuonowe. kadeicka Oficyna Wydawnicza RM Wazawa 99. [8] kwiecie 28 D in. Jacek BRTMN jet adiunkte w Zakadzie Elektotechniki i Infoatyki Intytutu Techniki Uniweytetu Rzezowkiego. Jego zainteeowania naukowe obejuj: zatoowania ateatyki i infoatyki w naukach technicznych i biologicznych, odelowanie ateatyczne, ztuczne ieci neuonowe. D in. nna KOZIOROWSK jet adiunkte w Zakadzie Elektotechniki i Infoatyki Intytutu Techniki Uniweytetu Rzezowkiego. Jej zainteeowania naukowe obejuj: zatoowania ateatyki i infoatyki w naukach technicznych i biologicznych, odelowanie ateatyczne