RU2782760C1 - Method for monitoring of state of cooling system - Google Patents
Method for monitoring of state of cooling system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782760C1 RU2782760C1 RU2021129093A RU2021129093A RU2782760C1 RU 2782760 C1 RU2782760 C1 RU 2782760C1 RU 2021129093 A RU2021129093 A RU 2021129093A RU 2021129093 A RU2021129093 A RU 2021129093A RU 2782760 C1 RU2782760 C1 RU 2782760C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- consumers
- data
- ccm
- cooling system
- cooling
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 28
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 14
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 6
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static Effects 0.000 description 2
- 240000000220 Panda oleosa Species 0.000 description 1
- 235000016496 Panda oleosa Nutrition 0.000 description 1
- 208000003473 Pediatric Autoimmune Neuropsychiatric Disorders Associated with Streptococcal infection Diseases 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002596 correlated Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000004301 light adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000010979 ruby Substances 0.000 description 1
- 229910001750 ruby Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Области техникиTechnical fields
Настоящее изобретение относится к автоматизированным технологиям управления технологическими процессами, а именно, к средствам управления системой охлаждения. Изобретение может быть использовано в системах диспетчеризации инженерного оборудования, системах управления зданиями, программно-аппаратных комплексах управления системами охлаждения.The present invention relates to automated process control technologies, namely, to the means of controlling the cooling system. The invention can be used in engineering equipment dispatching systems, building management systems, software and hardware systems for controlling cooling systems.
Уровень техникиState of the art
Известен способ управления системой охлаждения, раскрытый в патенте РФ на изобретение № RU2501715 (опубл. 20.12.2013, приоритет от 29.09.2009, 13.11.2009, заявка PCT № WO 2011/038888). Способ включает обработку сигналов о режиме работы системы охлаждения и потребителей холодильной энергии. Данные о приоритете потребителей в зависимости от режима работы сохраняют в базу данных. В зависимости от сигналов о режиме работы и данных о приоритете, генерируются сигналы, управляющие подводом холодильной энергии к потребителям.A known method of controlling the cooling system, disclosed in the RF patent for invention No. RU2501715 (published on 12/20/2013, priority dated 09/29/2009, 11/13/2009, PCT application No. WO 2011/038888). The method includes processing signals about the mode of operation of the cooling system and consumers of refrigeration energy. Data on the priority of consumers, depending on the mode of operation, is stored in the database. Depending on the operation mode signals and the priority data, signals are generated that control the supply of refrigeration energy to the consumers.
Однако известный способ характеризуется низкой оперативностью реакции на возникновение неисправностей в системе охлаждения, что может привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования. Это обусловлено тем, что способ не предоставляет возможности своевременного устранения и локализации неисправности и не позволяет обрабатывать данные о функционировании системы, что могло бы указать на наличие утечки хладагента в контуре охлаждения.However, the known method is characterized by low responsiveness to the occurrence of malfunctions in the cooling system, which can lead to the failure of expensive equipment. This is due to the fact that the method does not provide the possibility of timely elimination and localization of the malfunction and does not allow processing data on the functioning of the system, which could indicate the presence of a refrigerant leak in the cooling circuit.
Известен способ удаленного мониторинга и прогнозирования состояния отдельных агрегатов и сложных технологических комплексов, раскрытый в патенте РФ на изобретение № RU2677429 (опубл. 16.01.2019, приоритет от 30.01.2017). Способ включает накопление данных о функционировании агрегатов, их получение в виде последовательностей показателей, коррелированных с моментами времени, выбор модели функционирования агрегатов, способа оценки различия параметров, значения отклонений и способа оценки значений их отклонения. В ходе функционирования комплекса получают текущие показатели функционирования, выявляют отклонения от выбранной ранее модели функционирования и формируют сигнал оповещения о выявленном отклонении и его статусе (нормальное/аномальное).There is a known method for remote monitoring and forecasting the state of individual units and complex technological complexes, disclosed in the RF patent for invention No. RU2677429 (publ. 01/16/2019, priority dated 01/30/2017). The method includes accumulating data on the functioning of the aggregates, obtaining them in the form of sequences of indicators correlated with time points, choosing a model for the functioning of the aggregates, a method for estimating the difference in parameters, a deviation value, and a method for estimating their deviation values. During the operation of the complex, current performance indicators are obtained, deviations from the previously selected functioning model are detected, and a notification signal is generated about the detected deviation and its status (normal/abnormal).
Однако известный способ характеризуется узкой областью применения, ограниченной работой с турбоагрегатами и комплексами таких агрегатов. В способе не ведется учет рабочих параметров из специальных областей, а также не предложены интеграции и способы связи с холодильными машинами, потребителями холодильной энергии и устройствами, предназначенными для сбора данных о функционировании систем, состоящих из названных устройств. Помимо этого, известный способ использует достаточно сложный вычислительный аппарат, для адаптации которого для других областей применения требуются значительные доработки.However, the known method is characterized by a narrow scope, limited work with turbine units and complexes of such units. The method does not take into account operating parameters from special areas, and also does not offer integration and methods of communication with refrigeration machines, consumers of refrigeration energy and devices designed to collect data on the functioning of systems consisting of these devices. In addition, the known method uses a rather complex computing apparatus, for the adaptation of which for other areas of application, significant improvements are required.
Известна система управления для управления охлаждающей системой, раскрытая в патенте РФ на изобретение № RU2720585 (опубл. 12.05.2020, приоритет от 21.04.2017, заявка PCT № WO 2018/192827). Система управления включает центральный блок управления и контроллеры объектов, выполненные с возможностью управления одним из охлаждающих объектов, в частности в отношении подачи холодильного агента в испаритель объекта. Центральный блок управления и контроллеры объектов объединены в защищенную сеть связи с возможностью обмена сигналами связи.A control system for controlling a cooling system is known, disclosed in the RF patent for invention No. RU2720585 (published on May 12, 2020, priority dated April 21, 2017, PCT application No. WO 2018/192827). The control system includes a central control unit and object controllers configured to control one of the cooling objects, in particular in relation to the supply of refrigerant to the object's evaporator. The central control unit and object controllers are integrated into a secure communication network with the ability to exchange communication signals.
Однако известный способ характеризуется низкой оперативностью реакции на возникновение неисправностей в системе охлаждения, что может привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования.However, the known method is characterized by low responsiveness to the occurrence of malfunctions in the cooling system, which can lead to the failure of expensive equipment.
Помимо этого, существующие способы мониторинга охладительных систем ограничиваются визуальным контролем состояния оборудования, визуальным анализом изменения параметров хладагента и охлаждаемого воздуха, контролем параметров хладагента и охлаждаемого воздуха на предмет выхода за статичные границы, установкой дополнительных систем контроля.In addition, the existing methods of monitoring cooling systems are limited to visual control of the state of the equipment, visual analysis of changes in the parameters of the refrigerant and cooled air, control of the parameters of the refrigerant and cooled air in order to go beyond static boundaries, and installation of additional control systems.
Данные решения не позволяют заранее и с высокой точностью определить утечку хладагента, особенно в тех случаях, когда система охлаждения имеет десятки потребителей, размещенных друг от друга на некотором расстоянии, например, по территории предприятия.These solutions do not allow to determine the refrigerant leakage in advance and with high accuracy, especially in cases where the cooling system has dozens of consumers located at some distance from each other, for example, across the territory of the enterprise.
Визуальный контроль за состоянием систем снижает вероятность обнаружения неисправностей, что обусловлено человеческим фактором. При этом зачастую существуют сложности с обследованием трасс, по которым осуществляется циркуляция хладагента, вследствие недоступности мест прохождения трасс. В случае территориально распределенных систем многократно возрастает объем требуемых трудозатрат. Visual monitoring of the state of systems reduces the likelihood of detecting faults, which is due to the human factor. At the same time, there are often difficulties with surveying the routes along which the refrigerant circulates, due to the inaccessibility of the places where the routes pass. In the case of geographically distributed systems, the volume of required labor costs increases many times over.
Статичные границы для контроля параметров потребителей подбираются таким образом, чтобы снизить количество ложных срабатываний оповещения, поэтому выход регулируемых параметров потребителей (например, температуры воздуха внутри потребителя) за пределы этих границ чаще всего происходит или за несколько часов до неисправности, или уже непосредственно в момент неисправности. Static limits for monitoring consumer parameters are selected in such a way as to reduce the number of false alarms, therefore, the output of adjustable consumer parameters (for example, the air temperature inside the consumer) beyond these limits most often occurs either a few hours before a malfunction, or already immediately at the time of a malfunction. .
Установка дополнительного оборудования требует вмешательства в работу холодильной установки, дополнительных затрат на установку и обслуживание систем контроля. Например, при установке детектора утечки хладагента обнаружение утечки осуществляется только в том помещении, где он установлен, этот способ не подходит в случае расположения потребителей, например, в торговых залах с большими площадями, где необходимая концентрация газа в случае утечки не будет достигнута вследствие слишком малого объема газа относительно объема помещения, кроме того, данный способ не подходит в случае появления утечки на трассах или соединениях, расположенных на улице.The installation of additional equipment requires intervention in the operation of the refrigeration unit, additional costs for the installation and maintenance of control systems. For example, when installing a refrigerant leak detector, leak detection is carried out only in the room where it is installed, this method is not suitable if consumers are located, for example, in sales areas with large areas, where the required gas concentration in the event of a leak will not be achieved due to too small volume of gas relative to the volume of the room, in addition, this method is not suitable in case of leakage on routes or connections located on the street.
С учетом вышесказанного, существует необходимость в создании способа мониторинга состояния охлаждающих систем, позволяющего увеличить оперативность реагирования на возникновение неисправностей в системе охлаждения.In view of the foregoing, there is a need for a method for monitoring the condition of cooling systems, which allows to increase the responsiveness to the occurrence of malfunctions in the cooling system.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в обеспечении возможности мониторинга состояния системы охлаждения.The technical problem underlying the present invention is to provide the possibility of monitoring the state of the cooling system.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в повышении оперативности реагирования на возникновение утечки хладагента в контуре охладительной системы.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to increase the responsiveness to the occurrence of a refrigerant leak in the cooling system circuit.
Изобретение раскрывает компьютерно-реализуемый способ мониторинга состояния системы охлаждения, состоящей из центральной холодильной машины (ЦХМ) и связанных с ней потребителей холодильной энергии, которые обеспечивают охлаждение воздуха с использованием сгенерированного ЦХМ холода. Способ включает стадии, на которых:The invention discloses a computer-implemented method for monitoring the state of a cooling system consisting of a central refrigeration machine (CCM) and associated refrigeration energy consumers that provide air cooling using the cold generated by the CCM. The method includes the steps in which:
- с заданной периодичностью проводят сбор текущих данных о работе ЦХМ и потребителей и записывают их в базу данных;- with a given frequency, they collect current data on the work of the CCM and consumers and record them in the database;
- обеспечивают доступность предварительно собранных архивных данных о работе ЦХМ и потребителей;- ensure the availability of previously collected archival data on the work of the CCM and consumers;
- на основе упомянутых текущих и архивных данных формируют временные ряды, каждый из которых отражает распределение во времени отдельного параметра работы охладительной системы, при этом в качестве упомянутых параметров работы используют по меньшей мере один параметр, который выбран из группы, включающей: температуру воздуха в каждом потребителе, количество потребителей в режиме охлаждения, время нахождения каждого потребителя в режиме охлаждения, значение производительности компрессора ЦХМ, значение давления на входе в компрессор ЦХМ;- on the basis of the mentioned current and archive data, time series are formed, each of which reflects the time distribution of a separate parameter of the operation of the cooling system, while at least one parameter is used as the mentioned operation parameters, which is selected from the group including: air temperature in each consumer, the number of consumers in the cooling mode, the time spent by each consumer in the cooling mode, the value of the performance of the CCM compressor, the value of the pressure at the inlet to the CCM compressor;
- проводят предварительную обработку временных рядов, включающую процедуры сглаживания, заполнения пропусков в данных и нормализации;- carry out pre-processing of time series, including procedures for smoothing, filling gaps in the data and normalization;
- определяют значения коэффициентов регрессии для каждого обработанного временного ряда;- determine the values of the regression coefficients for each processed time series;
- передают значения коэффициентов регрессии на вход вычислительной модели, отражающей зависимость между вероятностью утечки хладагента в охладительной системе, параметрами ее работы и удаленностью каждого потребителя от ЦХМ;- transmit the values of the regression coefficients to the input of the computational model, which reflects the relationship between the probability of a refrigerant leak in the cooling system, the parameters of its operation and the remoteness of each consumer from the CCM;
- определяют значение вероятности утечки хладагента, обновляют в базе данных упомянутое значение и передают адресату сигнал об изменении упомянутого значения.- determining the value of the refrigerant leakage probability, updating said value in the database and transmitting a signal to the addressee about the change in said value.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения проявляются в следующих частных вариантах его осуществления.Additional features and advantages of the present invention appear in the following particular embodiments.
В частности, источником текущих данных о работе охладительной системы являются контроллеры ЦХМ и потребителей.In particular, the controllers of the CCM and consumers are the source of current data on the operation of the cooling system.
В частности, источником текущих данных о работе охладительной системы является интегрированный в упомянутую систему блок мониторинга, связанный с контроллерами ЦХМ и потребителей.In particular, the source of current data on the operation of the cooling system is the monitoring unit integrated into the said system and connected to the controllers of the CCM and consumers.
В частности, собранные текущие и предварительно собранные архивные данные снабжают меткой времени их сбора.In particular, the collected current and pre-collected archive data are provided with a time stamp of their collection.
В частности, сглаживание данных проводят по меньшей мере одним методом, который выбран из группы, включающей: экспоненциальное сглаживание, метод скользящего среднего, метод Холта-Винтерса.In particular, data smoothing is carried out by at least one method selected from the group consisting of: exponential smoothing, moving average method, Holt-Winters method.
В частности, нормализацию данных проводят одним из методов, который выбран из группы, включающей деление на максимальное значение, минимакс нормализацию или Z-нормализацию.In particular, data normalization is carried out by one of the methods selected from the group consisting of division by maximum value, minimax normalization, or Z-normalization.
В частности, адресат, которому передают сигнал об изменения значения вероятности утечки хладагента, является модулем оповещения оператора системы мониторинга охладительной системы.Specifically, the destination to which the refrigerant leakage probability value change signal is signaled is the refrigeration system monitoring system operator notification module.
В частности, адресат, которому передают сигнал об изменения значения вероятности утечки хладагента, является модулем визуализации данных.Specifically, the destination to which the refrigerant leakage probability value change signal is signaled is the data visualization unit.
Заявленный способ позволяет выявить наличие утечки хладагента в контуре системы охлаждения, состоящей из большого числа связанных с центральной холодильной машиной потребителей, без необходимости визуального контроля работы оборудования. Используемая для этого вычислительная модель отражает зависимости между параметрами работы охладительной системы, удаленностью потребителей от центральной холодильной машины и вероятностью наличия утечки. The claimed method makes it possible to detect the presence of a refrigerant leak in the circuit of the cooling system, which consists of a large number of consumers connected to the central refrigeration machine, without the need for visual control of the operation of the equipment. The computational model used for this reflects the relationship between the operating parameters of the cooling system, the distance of consumers from the central refrigeration machine, and the probability of a leak.
Наличие утечки хладагента определяется как следствие ситуации, при которой все потребители холодильной энергии, кроме наиболее удаленных, имеют стабильные показатели температуры охлаждаемой среды и производительности, в то время как удаленные потребители показывают небольшой, но стабильный рост. В качестве дополнительных факторов наличия утечки в системе выступает рост суммарного времени нахождения всех потребителей в режиме охлаждения с одновременным ростом производительности центральной холодильной машины.The presence of a refrigerant leak is defined as a consequence of a situation in which all but the most remote refrigeration consumers have stable temperatures of the refrigerated medium and capacity, while remote consumers show a small but stable increase. As additional factors for the presence of a leak in the system, there is an increase in the total time spent by all consumers in the cooling mode with a simultaneous increase in the performance of the central refrigeration machine.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
ФИГ.1 иллюстрирует пример системы охлаждения;FIG. 1 illustrates an example of a cooling system;
ФИГ.2 иллюстрирует структурную схему программной реализации мониторинга состояния системы охлаждения;FIG.2 illustrates a block diagram of the software implementation of monitoring the state of the cooling system;
ФИГ.3 иллюстрирует блок-схему способа мониторинга состояния системы охлаждения.FIG. 3 illustrates a flowchart of a method for monitoring the state of a cooling system.
Описание вариантов осуществления изобретенияDescription of embodiments of the invention
В соответствии с ФИГ.1, охлаждающая система включает центральную холодильную машину (ЦХМ) 101 и связанных с ней потребителей холодильной энергии 102. Центральная холодильная машина 101 обеспечивает выработку холодильной энергии. Потребители холодильной энергии 102 обеспечивают охлаждение объемов воздуха, используя выработанный ЦХМ 101 холод. Процесс охлаждения является постоянно повторяющимся циклом, в котором хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное. Хладагент является рабочим веществом холодильного цикла, основной характеристикой которого является низкая температура кипения. В качестве хладагентов применяют углеводородные соединения, которые, в частности содержат атомы хлора, фтора, брома. Помимо этого, в качестве хладагента применяют аммиак, углекислый газ, пропан, воздух. При повреждении в контуре системы охлаждения герметичности трасс, по которым осуществляется циркуляция хладагента, количество хладагента в системе постепенно уменьшается, снижая охлаждающую способность системы.In accordance with FIG.1, the cooling system includes a central chiller (CCM) 101 and associated consumers of
Выработанную ЦХМ 101 холодильную энергию доставляют к потребителям, которые обеспечивают охлаждение охлаждаемого объекта. Охлаждаемый объект может являться помещением, морозильной камерой, оборудованием, но не ограничиваться лишь этими примерами охлаждаемых объектов. Потребитель 102 может являться потребителем произвольного типа, включающим теплообменник (испаритель). В потребителе 102 подготовленный холодильной машиной 101 хладагент испаряется и забирает избытки тепла охлаждаемой среды.The refrigeration energy generated by the
Центральная холодильная машина 101 связана с контроллерами ЦХМ 103, образующими систему автоматики ЦХМ. Примерами контроллеров ЦХМ 103 являются специализированные контроллеры производителей Danfoss, Carel, Dixell, но не ограничиваются лишь этими примерами контроллеров. Для целей управления ЦХМ 101 могут быть использованы контроллеры ЦХМ 103 различных производителей, поскольку алгоритмы управления и состав управляемого оборудования в потребителях и холодильной машине могут быть различными. Потребители холодильной энергии 102 связаны с контроллерами потребителей 104. В качестве контроллеров потребителей 104 могут быть использованы конфигурируемые контроллеры произвольного производителя или назначения. Это обусловлено тем, что алгоритмы управления в потребителях 102 сравнительно проще, чем в холодильной машине 101, а количество потребителей 102 может варьироваться в зависимости от холодильной мощности системы охлаждения.The
Контроллеры ЦХМ 103 и контроллеры потребителей 104 могут быть связаны информационными интерфейсами. В альтернативном варианте контроллеры ЦХМ 103 и контроллеры потребителей 104 могут быть не связаны информационными интерфейсами. В таком случае упомянутые контроллеры 103, 104 работают автономно, решая задачи регулирования температуры окружающей среды и регулирования параметров хладагента соответственно.Controllers CKM 103 and
Контроллеры ЦХМ 103 и контроллеры потребителей 104 могут быть способны поддерживать открытые коммуникационные протоколы связи, применяемые в системах автоматизации. Упомянутые протоколы связи могут быть представлены протоколами Modbus, BACnet, Lonworks, но не ограничиваются лишь этими примерами протоколов. Контроллеры ЦХМ 103 и контроллеры потребителей 104 необязательно способны поддерживать упомянутые протоколы связи. В частности, если для сбора показаний контроллеров 103, 104 использовано промежуточное оборудование, совместимое с упомянутыми контроллерами иным образом, то поддержка открытых коммуникационных протоколов в таком случае становится опциональной. The
Утечка хладагента происходит вследствие разгерметизации контура охлаждения. В качестве причин разгерметизации могут выступать внешние повреждения трассы или элементов контура, некачественные соединения, неплотно закрытые сервисные порты. Утечка приводит к уменьшению объема хладагента и, как следствие, к снижению количества хладагента в жидком агрегатном состоянии, подводимого к потребителям, причем чем дальше от центральной холодильной машины находится потребитель, тем выше вероятность нехватки хладагента для него в случае утечки. Недостаток количества хладагента приводит к снижению холодопроизводительности отдельного потребителя и повышению температуры охлаждаемой среды.Refrigerant leakage occurs due to depressurization of the cooling circuit. The causes of depressurization may be external damage to the route or circuit elements, poor-quality connections, loosely closed service ports. A leak leads to a decrease in the volume of refrigerant and, as a result, to a decrease in the amount of refrigerant in the liquid aggregate state supplied to consumers, and the further the consumer is from the central refrigeration machine, the higher the likelihood of a shortage of refrigerant for him in the event of a leak. The lack of refrigerant leads to a decrease in the cooling capacity of an individual consumer and an increase in the temperature of the cooled medium.
Чаще всего при небольших утечках большая часть потребителей продолжает работать в нормальном режиме, в то время как потребители, расположенные на удалении от центрального холодильного агрегата, начинают испытывать недостаток хладагента. Это приводит к постепенному увеличению времени работы данных потребителей в режиме охлаждения, и в результате к повышению температуры охлаждаемой среды.Most often, with small leaks, most of the consumers continue to operate normally, while consumers located at a distance from the central refrigeration unit begin to experience a lack of refrigerant. This leads to a gradual increase in the operating time of these consumers in cooling mode, and as a result, to an increase in the temperature of the cooled medium.
В соответствии с ФИГ.2, программная реализация мониторинга состояния системы охлаждения имеет модульную структуру.In accordance with FIG.2, the software implementation of monitoring the state of the cooling system has a modular structure.
Упомянутые модули могут быть реализованы посредством различных сочетаний аппаратных и программных средств. Каждый модуль может быть реализован с использованием по меньшей мере одного процессора, устройства оперативной и/или долговременной памяти, способными обеспечивать функционирование программных модулей, а также по меньшей мере одним физическим интерфейсом связи, способным обеспечивать обмен данными и командами между контроллерами и по меньшей мере одним серверным устройством по каналам связи. Упомянутые модули могут быть представлены любым требуемым числом компьютерных программных модулей и могут использовать любое требуемое число библиотек, оболочек, приложений, программных пакетов в зависимости от конкретной функции или этапа способа, реализуемых определенным модулем. Компьютерные программные модули могут быть реализованы в виде машинного кода или в виде текста программы на языке программирования, таком как C, C++, C#, Java, Python, Perl, Ruby, но не ограничивающимся лишь этими примерами языков программирования. В качестве систем управления базами данных (СУБД), которые необходимы для информационного обеспечения способа, могут выступать СУБД PostgreSQL, InfluxDB, MySQL, Prometheus, но не ограничиваются лишь этими примерами СУБД.Said modules may be implemented by various combinations of hardware and software. Each module may be implemented using at least one processor, RAM and/or non-volatile memory capable of operating program modules, and at least one physical communication interface capable of exchanging data and commands between controllers and at least one server device through communication channels. Said modules may be any number of computer program modules desired and may use any desired number of libraries, shells, applications, software packages, depending on the particular function or method step implemented by the particular module. Computer program modules may be implemented as machine code or as program text in a programming language such as C, C++, C#, Java, Python, Perl, Ruby, but not limited to these examples of programming languages. As database management systems (DBMS), which are necessary for information support of the method, PostgreSQL, InfluxDB, MySQL, Prometheus DBMS can be, but are not limited to these examples of DBMS.
Программная реализация мониторинга состояния системы охлаждения включает модуль ‘Backend’ 201, предназначенный для организации взаимодействия компонентов программной системы. Примером реализации модуля 201 может являться программное обеспечение Django. Модуль 201 связан с модулем ‘Frontend’ 202, предназначенным для визуализации данных и обеспечения взаимодействия с пользователем. Примером реализации модуля 202 может являться программное обеспечение Grafana. Модули 201, 202 могут быть связаны с аналитическими модулями 203, выполняющими обработку данных мониторинга состояния системы охлаждения. Модули 201, 202, 203 связаны с базами данных 204, необходимыми для работы упомянутых модулей. The software implementation of monitoring the state of the cooling system includes a module 'Backend' 201, designed to organize the interaction of the components of the software system. An example implementation of
Модуль 201 может быть связан с модулем ‘ETL’ 205 (англ. Extract, Transform, Load), обеспечивающим извлечение и преобразование данных, полученных от блоков мониторинга 206. Блоки мониторинга 206 предназначены для получения данных от контроллеров 103, 104. Сбор данных может осуществляться посредством передачи файлов известной структуры, например, созданных с использованием языка разметки XML. Помимо этого, сбор данных может осуществляться посредством отправки запросов к прикладному программному интерфейсу блока мониторинга или контроллера, например, с использованием стиля взаимодействия систем REST API.The
Модуль 201 может быть связан напрямую с контроллерами 103, 104 для обеспечения сбора данных. Сбор данных возможен по открытым протоколам коммуникации. Например, при использовании протокола Modbus для обеспечения сбора данных может быть использовано программное обеспечение Zabbix.
В соответствии с ФИГ. 3, способ мониторинга состояния системы охлаждения включает следующие шаги.In accordance with FIG. 3, the method for monitoring the state of the cooling system includes the following steps.
На шаге 301 с заданной периодичностью проводят сбор текущих данных о работе ЦХМ и потребителей и записывают их в базу данных 204. Собранные данные с метками времени сохраняются в БД 204, где полями таблицы являются параметры оборудования. Дополнительно для каждого потребителя вычисляются параметры, связанные режимом его работы: суммарное время ( T ) нахождения потребителя в режиме охлаждения за предшествующий период, например, за последний час; а также текущее количество ( N ) потребителей, находящихся в режиме охлаждения. Эти данные также сохраняются в БД 204 с метками времени получения данных. At
На шаге 302 обеспечивают доступность предварительно собранных архивных данных о работе ЦХМ и потребителей.At
На шаге 303 на основе упомянутых текущих и архивных данных формируют временные ряды, каждый из которых отражает распределение во времени отдельного параметра работы охладительной системы, при этом в качестве упомянутых параметров работы используют по меньшей мере один параметр, который выбран из группы, включающей: температуру воздуха в каждом потребителе, количество потребителей в режиме охлаждения, время нахождения каждого потребителя в режиме охлаждения, значение производительности компрессора ЦХМ, значение давления на входе в компрессор ЦХМ.At
Оценка вероятности наличия утечки хладагента производится на основании текущих и архивных данных. Изменение температуры воздуха в охлаждаемом объеме при небольшой утечке достаточно инерционный процесс, поэтому достаточно вычислять оценку вероятности с частотой, равной, например, 6 часам (Freq = 6 часов), оценивая данные за предыдущие 3 дня (Hist = 3 дня). Параметры Freq и Hist должны определяться на нескольких выборках эмпирическим путем и могут быть оптимизированы в случае применения метода на системах охлаждения с характеристиками, отличающимися от стандартных. Алгоритм запускается с заданной периодичностью Freq и выгружает из БД последние параметры за выбранный период Hist.The likelihood of a refrigerant leak is assessed based on current and historical data. The change in air temperature in the cooled volume with a small leakage is a rather inertial process, therefore it is sufficient to calculate the probability estimate with a frequency equal to, for example, 6 hours (Freq = 6 hours), evaluating the data for the previous 3 days (Hist = 3 days). The parameters Freq and Hist must be determined empirically on several samples and can be optimized if the method is applied to cooling systems with characteristics different from the standard ones. The algorithm runs at the specified frequency Freq and unloads the last parameters from the database for the selected period Hist.
Для расчета оценки из БД выгружаются следующие параметры:To calculate the score, the following parameters are unloaded from the database:
- суммарное время (T) нахождения потребителя в режиме охлаждения за последний час;- total time (T) of the consumer being in the cooling mode for the last hour;
- количество (N) потребителей, находящихся в режиме охлаждения;- number (N) of consumers in cooling mode;
- температура (t) воздуха в охлаждаемом объеме потребителя, для каждого потребителя;- temperature (t) of air in the cooled volume of the consumer, for each consumer;
- производительность (P) компрессора центральной холодильной машины (ЦХМ);- productivity (P) of the compressor of the central refrigerating machine (CHM);
- давление (p) хладагента на входе компрессора.- pressure (p) of the refrigerant at the compressor inlet.
На шаге 304 обеспечивают предварительную обработку данных. Предварительная обработка включает сглаживание временных рядов, заполнение пропусков в них и нормализацию данных.At
Текущие данные могут иметь единичные выбросы и различные флуктуации. Оценка вероятности наличия утечки, напротив, работает с более длительными изменениями. Для исключения влияния флуктуаций в исходной выборке, к ней применяется сглаживание методом простого скользящего среднего (SMA) по формуле:Current data may have single outliers and various fluctuations. Estimating the likelihood of a leak, in contrast, works with longer-term changes. To eliminate the influence of fluctuations in the original sample, smoothing is applied to it by the simple moving average (SMA) method according to the formula:
где SMA t - значение простого скользящего среднего в точке t; n - количество сэмплов в выбранном окне; p t-i - значение параметра в точке t-i. whereSMA t - the value of the simple moving average at the pointt;n - the number of samples in the selected window;p ti - parameter value at pointti.
Наиболее стабильные результаты оценки вероятности наличия утечки метод показал при величине окна сглаживания, равном периоду Hist. Величина окна сглаживания зависит от периода сохранения данных в БД. В нашем случае период сэмплирования составлял 2 минуты, соответственно, величина окна составляла 2160 сэмплов.The method showed the most stable results for assessing the probability of a leak with a smoothing window equal to the period Hist . The size of the smoothing window depends on the period of saving data in the database. In our case, the sampling period was 2 minutes, respectively, the window size was 2160 samples.
Процедура сглаживания может быть осуществлена с использованием произвольного программного пакета, подходящего для этой цели, например Pandas, но не ограничиваясь лишь этим примером. Также для сглаживания можно использовать экспоненциальное сглаживание или метод Холта-Винтерса. Последний вариант может дать лучший результат, так как учитывает сезонную составляющую и тренд временного ряда.The smoothing procedure can be carried out using any software package suitable for this purpose, such as Pandas, but not limited to this example. You can also use exponential smoothing or the Holt-Winters method for smoothing. The latter option may give the best result, as it takes into account the seasonal component and the trend of the time series.
Исходные данные по меньшей мере частично содержат пустые значения, что может быть вызвано, среди прочего, потерями данных при нестабильном сетевом соединении. В частности, упомянутые пустые значения могут быть заменены на ближайшие соседние значения, которые встречаются в выборке. Помимо этого, упомянутые пустые значения могут быть заменены на значение среднего арифметического выборки данных.The initial data contains at least partially null values, which can be caused, among other things, by data loss due to an unstable network connection. In particular, said null values may be replaced by nearest adjacent values that occur in the sample. In addition, these empty values can be replaced by the value of the arithmetic mean of the data sample.
После процедур сглаживания и обработки пропущенных значений, выполненной для всех оцениваемых параметров, выполняется нормализация данных по формуле:After smoothing procedures and processing of missing values, performed for all estimated parameters, the data is normalized according to the formula:
где z i - cтандартизованная оценка величины x i , x i - значение стандартизируемого параметра, μ - среднее значение и σ - стандартное отклонение параметра в нормируемой выборке.where z i is the standardized estimate of x i , x i is the value of the standardized parameter, μ is the mean value and σ is the standard deviation of the parameter in the normalized sample.
На шаге 305 определяют значения коэффициентов регрессии для каждого временного ряда. Определение упомянутого значения может быть осуществлено с использованием произвольного программного пакета, подходящего для этой цели, например, Sklearn, но не ограничиваясь лишь этим примером.At
На шаге 306 передают полученные значения коэффициентов регрессии на вход вычислительной модели, отражающей зависимость между вероятностью утечки хладагента в охладительной системе, параметрами ее работы и удаленностью каждого потребителя от ЦХМ.At
Функция, используемая в вычислительной модели, может быть записана в аналитическом виде следующим образом:The function used in the computational model can be written analytically as follows:
где (T i , t i ), - вычисленные ранее коэффициенты регрессии для температуры воздуха в потребителе и времени нахождения потребителя в режиме охлаждения, N - коэффициент регрессии для количества потребителей в режиме охлаждения, R - коэффициент регрессии для производительности компрессора, p - коэффициент регрессии для давления на входе в компрессор.where ( T i , t i ), are the previously calculated regression coefficients for the air temperature in the consumer and the time the consumer is in cooling mode, N is the regression coefficient for the number of consumers in cooling mode, R is the regression coefficient for the compressor performance, p is the regression coefficient for the pressure at the compressor inlet.
Для анализа потребителей выбирается несколько потребителей с наибольшими (неотрицательными) слагаемыми, например 3 потребителя. Назначение весовых коэффициентов k i для потребителей осуществляется в соответствии со степенью их удаленности от ЦХМ. В частности, весовой коэффициент k для трех потребителей может принимать следующие значения: 0.1, 0.15 и 0.25 для наиболее отдаленного. For the analysis of consumers, several consumers with the largest (non-negative) terms are selected, for example, 3 consumers. The assignment of weight coefficients k i for consumers is carried out in accordance with the degree of their remoteness from the CCM. In particular, the weight coefficient k for three consumers can take the following values: 0.1, 0.15 and 0.25 for the most distant one.
На шаге 307 определяют значение вероятности утечки хладагента, обновляют в базе данных упомянутое значение и передают адресату сигнал об изменении упомянутого значения.In
Стоит отметить, что представленное выше описание приведено в качестве примера, и не должно быть истолковано как ограничивающее объем охраны настоящего изобретения, определяемым исключительно объемом приложенной формулы изобретения.It is worth noting that the above description is given by way of example and should not be construed as limiting the scope of protection of the present invention to be determined solely by the scope of the appended claims.
Несмотря на то, что описанные выше частные случаи осуществления приведены со ссылкой на конкретные шаги, выполняемые в определенном порядке, должно быть очевидно, что эти шаги могут быть объединены, разделены или их порядок может быть изменен без отклонения от сущности настоящего изобретения. Соответственно, порядок и группировка шагов не носят ограничительного характера для сущности настоящего изобретения.Although the particular embodiments described above are given with reference to specific steps performed in a certain order, it should be obvious that these steps can be combined, separated, or their order can be changed without deviating from the essence of the present invention. Accordingly, the order and grouping of steps is not limiting to the spirit of the present invention.
Claims (20)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2782760C1 true RU2782760C1 (en) | 2022-11-02 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070156373A1 (en) * | 2004-01-21 | 2007-07-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Equipment diagnosis device, refrigerating cycle apparatus, fluid circuit diagnosis method, equipment monitoring system, and refrigerating cycle monitoring system |
US20090044550A1 (en) * | 2005-12-16 | 2009-02-19 | Daikin Industries, Ltd. | Air conditioner |
US20110112814A1 (en) * | 2009-11-11 | 2011-05-12 | Emerson Retail Services, Inc. | Refrigerant leak detection system and method |
US20190170600A1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | Johnson Controls Technology Company | Systems and methods for detecting refrigerant leaks in heating, ventilating, and air conditioning (hvac) systems |
RU2720585C1 (en) * | 2017-04-21 | 2020-05-12 | Данфосс А/С | Cooling system control system |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070156373A1 (en) * | 2004-01-21 | 2007-07-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Equipment diagnosis device, refrigerating cycle apparatus, fluid circuit diagnosis method, equipment monitoring system, and refrigerating cycle monitoring system |
US20090044550A1 (en) * | 2005-12-16 | 2009-02-19 | Daikin Industries, Ltd. | Air conditioner |
US20110112814A1 (en) * | 2009-11-11 | 2011-05-12 | Emerson Retail Services, Inc. | Refrigerant leak detection system and method |
RU2720585C1 (en) * | 2017-04-21 | 2020-05-12 | Данфосс А/С | Cooling system control system |
US20190170600A1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | Johnson Controls Technology Company | Systems and methods for detecting refrigerant leaks in heating, ventilating, and air conditioning (hvac) systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200408447A1 (en) | Energy Management for Refrigeration Systems | |
US20210088390A1 (en) | Continuous calibration of sensors in a remotely monitored cooling system | |
US20240094095A1 (en) | Managing The Effectiveness Of Repairs In Refrigeration Assets | |
US11359861B2 (en) | Freeze drying process and equipment health monitoring | |
US7496590B2 (en) | System and method for applying deadband filtering to time series data streams to be stored within an industrial process manufacturing/production database | |
CN110986244B (en) | Air conditioner pipeline detection method and device, storage medium, terminal and air conditioner | |
EP3795915B1 (en) | Malfunction diagnosis system | |
RU2782760C1 (en) | Method for monitoring of state of cooling system | |
JP2006275303A (en) | Abnormality detection system | |
JP6410990B2 (en) | Refrigerant shortage prediction device, refrigerant shortage prediction method and program | |
US11360498B2 (en) | Refrigeration manager tool for monitoring and controlling disparate refrigeration systems at an installation site | |
KR102540400B1 (en) | Apparatus, method and system for monitoring freezer/fridge | |
JP7528046B2 (en) | Anomaly detection device and anomaly detection method | |
JP2021526692A (en) | Methods and systems for diagnosing chiller performance abnormalities | |
JP2017207265A (en) | Deterioration estimation method and deterioration estimation device | |
KR102667747B1 (en) | Customized cloud fems system for energy saving in distributed facilities with clean room environment and method of operating the system | |
RU2777424C1 (en) | Automated system for managing information flows of enterprise data | |
US20240040422A1 (en) | Asset Management and IOT Device for Refrigerated Appliances | |
Chiu et al. | Intelligent Predictive Maintenance (IPM) | |
CN118331828A (en) | Cloud data storage management method | |
JP2002260127A (en) | Monitoring method and monitoring system |