SOFTWARE ARCHITECTURE OF INTELLIGENT SYSTEMS FOR MANAGING ENERGY EFFICIENCY OF ELECTROMECHANICAL SYSTEMS

ISSN 1813-5420 (Print). Енергетика: економіка, технології, екологія. 2024. № 2 УДК 621.873-83(082) DOI 10.20535/1813-5420.2.2024.304115 О.О. Закладний1, канд. техн. наук, доцент, ORCID 0000-0003-2813-3692 В.В. Прокопенко1, канд. техн. наук, доцент, ORCID 0000-0002-5518-5802 1 Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» АРХІТЕКТУРА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЮ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ В сучасному світі не володіння енергоресурсами займають домінуюче місце, а інноваційні технології ефективного використання енергоресурсів, відновлювані джерела енергії, засоби інтелектуалізації систем енергопостачання та енергоспоживання. Змінилась філософія конкурентного світу: від суспільства безлімітного споживання ресурсів – до сталого розвитку, «зеленого переходу», «розумного» енергоспоживання та в перспективі – активного застосування штучного інтелекту. В цих умовах зростає роль підвищення енергоефективності як головного чинника, який “тягне” за собою модернізацію всього підприємства або енергоефективне проектування нового, підвищення продуктивності виробництва та якості продукції, поліпшення екологічної ситуації. Принцип «Енергоефективність понад усе» повинен стати основним гаслом при відновленні економіки України та переході від сировинної моделі розвитку до галузей з високим ступенем переробки (машинобудування), які дозволять, в тому числі, розвивати вітчизняний ВПК. Найбільший вплив на ефективне використання електроенергії підприємством спричиняє енергоефективність електромеханічної системи (ЕМС) як основного споживача електроенергії (понад 70% у промисловості). Інтелектуалізація споживання електричної енергії передбачає створення цифрової системи управлінням енергоефективністю ЕМС в реальному часі. На жаль, на сьогодні утвердилась практика оцінювання енергоефективності ЕМС в кращому випадку аперіодично, наприклад, під час проведення енергетичного аудиту. Тому актуальним завданням є створення інтелектуальних систем управління ефективністю споживання електроенергії ЕМС та контролю за чинниками, які на неї впливають: якість електричної енергії, завантаження обладнання та технічний стану. Сучасний розвиток вимірювальної та обчислювальної техніки дозволяють створювати подібні системи, які загалом складаються з технічної (давачі струму, напруги, технологічних параметрів виробничого процесу) та програмної частин. Ключові слова: енергетичний менеджмент, програмне забезпечення, електромеханічна система, енергоефективність, клієнт-серверна архітектура. Вступ. Довоєнна сировинна модель економіки України, що базувалась на експорті непереробленої продукції сільського господарства, залізної руди та металевих напівфабрикатів не дає можливості реалізувати високий науковий та технічний потенціал України, де понад 80% населення охоплено вищою освітою. До речі, за цим показником Україна випереджає переважну кількість країн розвиненого Заходу, зокрема, навіть Німеччину [1]. Сировинна модель диктує повну залежність від тенденцій світової економіки і не потребує залучення великої кількості професійної та високоосвіченої робочої сили. Будьяка фінансова криза спричиняє суттєве зниження попиту на сировинні товари та глибоке економічне падіння в державі, знецінення національної валюти. При цьому сировинна економіка продукує товари з “негативним потенціалом”, коли собівартість кожної наступної видобутої тони залізної руди (тільки експорт якої у 2021 році сягнув 7 млрд. доларів) чи кам’яного вугілля, дорожче попередньої, і головне – не може забезпечити розвиток ВПК України. Дисбаланс між занепадом сектору глибокої переробки сировини (машинобудування) та довоєнним розвитком, пов’язаними із експортом IT-послуг, сфери якісних побутових послуг “24/7”, торгівлі та електронної комерції не є винятком із загальної сировинної моделі – це, як правило, – атрибути країн з бідним населенням, таких як Україна чи Індія. Післявоєнне відновлення України повинно базуватись передусім на розвитку машинобудівного комплексу із залученням закордонних інвестицій та передових технологій, що включають повну інтелектуалізацію виробничих процесів. Постановка задачі дослідження. Дотепер в енергетичному менеджменті деталізоване управління раціональним використанням енергії не поширювалося на конкретного технологічного споживача, його режими роботи. В першу чергу розглядалось підприємство в цілому або окрема технологічна лінія. Приймались до уваги загальні показники по підприємству - питомі витрати енергоресурсів на виробництво товарів або надання послуг. Контроль конкретного обладнання, наприклад, ЕМС, не був постійним і безперервним та відбувався за фактом аварійної ситуації, а не в реальному часі, коли неефективне споживання електроенергії мало місце значний проміжок часу. 124 ISSN 2308-7382 (Online) ISSN 1813-5420 (Print). Енергетика: економіка, технології, екологія. 2024. № 2 Останніми роками енергетичний менеджмент набув нових завдань, а саме, – він став поширюватися на кінцевого споживача. Це є сучасним підходом у методології енергетичного менеджменту – запроваджується високий ступінь деталізації, контроль енергетичної ефективності ЕМС і, відповідно, – оперативне реагування на погіршення енергоефективності. Мета полягає у забезпеченні енергоефективної роботи кожної окремої одиниці обладнання в реальному часі. Ці нові завдання пов’язані з постійним суттєвим удорожчанням електричної енергії, коли основна складова вартості життєвого циклу ЕМС – витрати на електричну енергію – становлять в середньому 85% від усіх витрат за життєвий цикл обладнання [2, 3]. Розв’язати такі задачі можна лише шляхом охоплення споживачів електроенергії сучасними засобами інтелектуалізації: цифровими давачами струму, напруги, технологічних параметрів виробництва, мікроконтролерів, потужними робочими станціями для збору та обробки інформації з використанням можливостей штучного інтелекту, сучасного спеціалізованого програмного забезпечення (рис. 1 ). Датчики струму, напруги, температури m-DAQ мікросистема збирання даних USB Протокол функціонального діагностування енергоефективності насосної установки з асинхронним двигуном Дата проведення вимірювань: 17.10.2010 11:58:26 Назва агрегату: Асинхронний двигун Асинхронний електродвигун номінальна потужність на валу 160000 Вт номінальна частота обертання ротора 1487 об/хв номінальний струм 263,81 А номінальний коефіцієнт потужності 0,9 номінальний ККД 96,2 % перевантажувальна здатність 2,5 в.о. кількість полюсів 2 номінальна частота мережі 50 Гц номінальна напруга 400 В -----------------------------------------------------------------------------Середнє навантаження АД: 40,32 % номінального значення ------------------------------------------------------------------------------ Рисунок 1 - Структурна схема мобільного програмно-апаратного комплексу для контролю енергоефективності ЕМС Основні матеріали дослідження. Система інтелектуалізації управління споживанням електроенергії ЕМС має п’ять компонент (...truncated)