Regulator Neuronowy - Projekt Politechniki Warszawskiej Regulator Neuronowy - Projekt Politechniki Warszawskiej
Nasi partnerzy

Witamy na stronie projektu regulatora neuronowego

Cel projektu

Celem Projektu jest opracowanie modelu prototypu regulatora neuronowego zwanego w skrócie regulatorem NN, przeznaczonego dla węzłów ciepłowniczych, w którym wykorzystane zostaną sztuczne sieci neuronowe. W początkowym etapie opracowany zostanie i zweryfikowany doświadczalne w warunkach laboratoryjnych następnie przemysłowych w obiekcie rzeczywistym. Będzie on przeznaczony do sterowania węzłami ciepłowniczymi centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej i ciepła technologicznego,  zasilanymi ze scentralizowanych źródeł ciepła.

Stosowane obecnie rozwiązania nie zapewniają odpowiedniej jakości  regulacji. W naszym kraju prawie wszystkie urządzenia regulacyjne stosowane w ciepłownictwie pochodzą z krajów zachodnich, głównie z Niemiec i Danii, w niewielkim zakresie także z Austrii i Szwajcarii. Ciepłownictwo scentralizowane jest również stosowane w tamtych krajach. U nas jednak stosowane rozwiązania dotyczące struktur węzłów ciepłowniczych różnią się nieco od systemów krajów zachodnich, gdyż ciepłownictwo w Polsce zostało zbudowane na wzór powstały w dawnym Związku Radzieckim. 

Ma to istotny wpływ na działania układów regulacji stosowanych w Polsce. W znacznie mniejszym stopniu problem ten występuje w rozwiązaniach stosowanych na zachodzie Europy. Zastosowanie w węzłach ciepłowniczych, regulatorów wykorzystujących sztuczne sieci neuronowe przyczyni się do znacznej poprawy istniejącej sytuacji. Będą one mogły zastąpić dotychczasowe regulatory bazujące na algorytmach typu PID, należy przypuszczać, że znajdą powszechne zastosowanie zarówno w kraju jak i zagranicą.
Aby zbudować nowy regulator NN, potrzebne są szerokie badania analityczne, symulacyjne i doświadczalne.

Aby zrealizować Projekt przewiduje się:

 

  1. Badania analityczne mające na celu opracowanie modeli fizykalnych systemu cieplnego w budynkach. Będą one obejmować budynek, instalacje cieplne oraz układy regulacji.
  2. Opracowanie programów numerycznych do badania układów sterowania i zarządzania energią w budynkach.
  3. Opracowanie modelu sieci neuronowej; wybór struktury, wybór algorytmów uczenia, opracowanie algorytmów sieci dla węzłów ciepłowniczych.
  4. Opracowanie programu cyfrowego regulatora neuronowego dla węzłów ciepłowniczych, działającego w czasie rzeczywistym.
  5. Badania symulacyjne dla różnych warunków cieplnych występujących w czasie sezonu ciepłowniczego.
  6. Opracowanie modeli laboratoryjnych układów sterowania węzłów ciepłowniczych.
  7. Badania laboratoryjne układów sterowania węzłów ciepłowniczych za pomocą sztucznych sieci neuronowych.
  8. Badania doświadczalne w obiektach rzeczywistych, mające na celu identyfikację obiektu regulacji.
  9. Badania doświadczalne w obiektach rzeczywistych modelu sterownika wykorzystującego sztuczne sieci neuronowe.
  10. Opracowanie i wykonanie modelu prototypu sterownika neuronowego dla węzłów ciepłowniczych, oraz badania w obiekcie rzeczywistym.

Oczekiwane rezultaty:

  • adaptacja do zmiennych warunków występujących w tych procesach,
  • automatyczna adaptacja różnych konfiguracji urządzeń ciepłowniczych,
  • kompensacja szeregu różnych zakłóceń występujących w tych procesach,
  • znaczna redukcja drogi pokonywanej przez siłownik i w rezultacie znaczne przedłużenie żywotności zaworów i siłowników,
  • zmniejszenie, a nawet wyeliminowanie przeregulowania oraz zmniejszenie czasu regulacji,
  • ograniczenie parametrów wejściowych do wielkości występujących w obecnych układach standardowych,
  • wymagane będzie jedno wyjście analogowe do sterowania pracą zaworu regulacyjnego,
  • będzie można stosować siłowniki i zawory regulacyjne o dotychczasowych konstrukcjach,
  • bazą do pracy sieci będą dane uzyskane z obiektu regulacji oraz wielkość określająca położenie zaworu.

Korzyści

Sieć neuronowa zapewni lepsze warunki regulacji oraz szerszy zakres zastosowania aniżeli dotychczasowe regulatory PID.  Nie wystąpi zjawisko niestabilności układów regulacji spowodowane działaniem zakłóceń.  Ulepszone wykonanie oraz stabilne i ograniczone do minimum przebiegi przejściowe zapewnią satysfakcję użytkownikom i umożliwią implementację algorytmów pozwalających na znaczną oszczędność energii w porównaniu do układów dotychczasowych z regulatorami tradycyjnymi typu PID.  Sieć neuronowa zapewni regulację układu bez konieczności wprowadzania specjalnych nastaw zarówno w czasie uruchamiania układu jak też w czasie zmiany warunków pracy.

Cechą charakterystyczną sieci neuronowych jest poprawa efektów działania wraz   upływem czasu pracy.  Oznacza to, że skutek działania adaptacyjnego uzyskuje się optymalną regulację danego procesu.  Efektem tego jest oszczędność energii uzyskana w czasie eksploatacji budynku. Zależy ona od przeznaczenia budynku i może wynosić nawet 20-30% w skali całego roku, przy zapewnieniu tych samych warunków cieplnych. Ma to bezpośredni związek z kosztami ponoszonymi przez użytkowników danych obiektów. 

W Polsce roczne zużycie ciepła dostarczanego z zewnętrznych źródeł wynosiło w 2010r - 354PJ.  Przyjmując oszczędności nawet na najniższym poziomie 5% oraz średni koszt ciepła równy 40 zł/GJ, uzyskane oszczędności wyniosłyby ~0,7 mld. zł/rok.   Niewątpliwą zaletą sieci neuronowych jest adaptacja do zmieniających się warunków pracy.  Jeśli na przykład zmianie ulegnie przeznaczenie budynku to po niedługim czasie sieć nauczy się nowych warunków bez żadnych dodatkowych działań zewnętrznych.

Spodziewany efekt końcowy

Przewiduje się, że po wdrożeniu Projektu, dotychczasowe regulatory typu PID zostaną zastąpione przez regulatory neuronowe. Będzie to jedyne polskie urządzenie stosowane w układach regulacji urządzeń ciepłowniczych, ogrzewczych i wentylacyjnych w naszym kraju.

Strona wykorzystuje pliki cookie ("ciasteczka") w celu zapewnienia dostępu do treści (więcej informacji).
Zmiana ustawień dotyczących przechowywania ciasteczek możliwa jest bezpośrednio z poziomu Twojej przeglądarki.
Zamknij