РАЗДЕЛ 2
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
В данном разделе рассматриваются вопросы разработки компьютерной технологии энергосберегающего управления режимом работы технологического оборудования НС на основе специальных топологической и матричной моделей технологической схемы НС в условиях нестабильности водопотребления абонентов, с учетом работоспособности элементов технологического оборудования и их технических характеристик.
2.1. Модели технологической схемы насосной станции
Важной частью автоматизированной СУ технологическим оборудованием НС является подсистема принятия решения по оптимальному выбору рабочей технологической схемы (ТС) насосной станции. Для эффективного решения вопросов разработки и внедрения компьютерной технологии решения задач оптимального выбора рабочих ТС различных НС из работоспособного в текущее время оборудования, необходимо построить модель технологической схемы, универсальную для различных НС. Анализ ТС существующих НС [26] позволяет усмотреть в них определенную регулярность структуры (возможность разделения ТС любой НС на стандартные блоки по количеству насосных агрегатов). Поэтому в качестве универсальной технологической модели ТС целесообразно использовать регулярную ТС насосной станции (рис.2.1). Этой схемой поглощается широкий класс реальных ТС, как кольцевых так и разомкнутых. Это обстоятельство позволяет успешно использовать ее для разработки программного обеспечения компьютеризованных СУ различных НС.
Рис.2.1. Регулярная технологическая схема насосной станции
В регулярной ТС насосной станции предусмотрены кольцевые трубопроводы с задвижками, а также двойной напорный коллектор и обводные линии, что позволяет добиться практически полной бесперебойности в подаче воды. ТС практически любой НС можно описать с помощью регулярной ТС. На рис.2.1 приняты следующие обозначения кольцевых трубопроводов с задвижками: Z0 - трубопро-вод, подключенный к всасывающему коллектору; Z1 - трубопровод, подключенный к первому напорному коллектору; Z2 - трубопровод, подключенный ко второму напорному коллектору. Любой насосный блок (рис.2.2) состоит из трех частей: насосного агрегата, всасывающей и напорной частей. Введено следующее обозначение: NBk - k-й насосный блок.
Рис.2.2. Технологическая схема насосного блока регулярной ТС
Цифровое значение k указывает на принадлежность соответствующего элемента k-му насосному блоку регулярной ТС. Считаем, что любой насосный агрегат состоит из всасывающего патрубка насоса с задвижкой (Fk1 ), центробежного насоса в комплекте с электроприводом (Fk2 ), напорного патрубка насоса с задвижкой (Fk3 ) и обратным клапаном (Fk4 ). Ck - обводная линия с задвижкой (находится между всасывающей и напорной частями насосного блока).
Всасывающая часть насосного блока состоит из всасывающего трубопровода с задвижкой (Ak ) и ветвей трубопровода всасывающего коллектора (Bk1 и Bk2 ), т.е. неразветвленных участков трубопровода с запорной арматурой на них или без нее. Напорная часть насосного блока состоит из ветвей трубопровода первого напорного коллектора (Dk1 и Dk2 ), ветви трубопровода второго напорного коллектора (Gk ), ветви трубопровода между первым и вторым напорным коллектором (Ek1 ) и напорного трубопровода с задвижкой (Ek2 ).
Работоспособность любого неразветвленного участка трубопровода в регулярной ТС (рис.2.1, 2.2) определяется работоспособностью самого трубопровода и всех элементов запорной арматуры, включенных в этот участок. При разработке программного обеспечения для компьютеризованной СУ насосной станции удобно применять переменные, которые соответствуют отдельным элементам регулярной ТС, воспользовавшись введенными обозначениями как соответствующими целочисленными переменными. Значения последних несут информацию о работоспособности элементов регулярной ТС в текущее время и их содержательной сущности (насосный агрегат, задвижка, трубопровод и др.).
Для построения топологической модели регулярной ТС воспользуемся математическим аппаратом теории графов [96]. Топологическая модель может быть представлена в виде регулярного орграфа G (рис.2.3), составленного из связных подграфов Gk , , представляющих собой топологические модели технологических схем насосных блоков (рис.2.4), и дуг, соответствующих кольцевым трубопроводам. Дуги регулярного орграфа ориентированы по направлению движения потоков воды. Они соответствуют трубопроводам, соединяющим ключевые точки регулярной ТС, к которым относятся источники и приемники воды, насосные агрегаты и места разветвления трубопроводов. Каждая дуга регулярного орграфа взвешивается значением гидравлического сопротивления соответствующего ей трубопровода. Встречно-параллельные дуги на всех орграфах будем показывать в виде неориентированных ребер.
Для удобства представления регулярной ТС орграфом произведена следующая маркировка элементов : Xk1 , Xk2 , Xk4 , Xk5 , Xk6 - места разветвления трубопроводов, Xk3 - насосный агрегат, Xk0 - источник воды, Xk7 - приемник воды, входящие в состав k-го насосного блока (НБ). Математическим описанием регулярного орграфа G (рис.2.3) является блочная матрица смежности A (рис.2.5а) размера n?n, где n -количество насосных блоков. Она составляется из матриц смежности Ak орграфов Gk насосных блоков (рис.2.5б), верхних Akв и
Рис.2.3. Топологическая модель регулярной ТС
Рис.2.4. Топологическая модель насосного блока
нижних Akн матриц связей между парами Gk , Gk+1 и Gk+1 , Gk смежных орграфов (рис.2.5в, 2.5г), а также нижних Aн и верхних Aв матриц колец (рис.2.5в, 2.5г). Здесь под парой смежных орграфов понимается упорядоченная пара (Gk, Gk+1 ).
Рис.2.5. Матрица смежности регулярного орграфа
Для пары орграфов (Gn , G1 ) матрицы связей обращаются в матрицы колец. При этом соблюдается принцип регулярности, т.е. соответствующие матрицы всех орграфов Gk , , равны между собой. Матрица смежности Ak = [aij