Bachelor's Thesis

Digital twin of the heat exchanger station

Final Thesis 11.09 MB Appendix 13.26 MB

Author of thesis: Bc. Radim Vancl

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: Ing. Michal Husák

Reviewer: Ing. Ondrej Mihálik

Abstract:

The tesis deals with identification and realization of the simulation model of the exchange station. The theoretical part describes the concept of a digital twin and the components that are used in the model of the heath exchanger station. The practical part is divided into two parts. The first part describes the collection of data from the exchange station model. The second part describes the design of the model and the simulation of the exchanger station.

Keywords:

heat exchanger, heat exchanger station, PLC, simulation, model, identification

Date of defence

11.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Sudent obhájil bakalářskou práci a na doplňující otázky odpověděl bez výhrad.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Radovan Hájovský, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jakub Dokoupil, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D. (člen)
Ing. Radovan Holek, CSc. (člen)
Ing. Karel Horák, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Michal Husák

Cílem práce pana Vancla, bylo navrhnout a ověřit matematický model pro školní výměníkovou stanici. Nejprve musel oživit fyzický model, navrhnout scénáře pro testovací měření a naměřit průběhy pro identifikaci a validaci matematického modelu. Na závěr naměřená data použil pro optimalizaci parametrů modelu.

Kolega Vancl se včasně seznámil s fyzickým modelem a provedl prvotní měření, aby odstranil hardwarové nedostatky. Vytvořil ovládací program pro PLC, který doplnil o možnost konfigurace variabilních testovacích scénářů. Identifikoval statické části modelu a aktivně se podílel na vývoji matematického modelu, který sám aplikoval a následně identifikoval s velmi uspokojivými výsledky.

Při práci postupoval systematicky a efektivně využíval konzultací. Sám přicházel s vylepšeními, které implementoval, nebo zdokumentoval pro budoucí práce.

Nesmím opomenout, že se student významně podílel na tvorbě konferenčního příspěvku, který bude prezentován na mezinárodní vědecké konferenci PDeS 2024. Tato práce je velmi přínosná a jistě na ní bude možné navázat. Digitální dvojče teplovodního modelu, bude sloužit pro aplikované testování moderních přístupů v řízení a prediktivní údržbě. 

Rozsah textové práce je více než dostačující, stejně tak využití literárních zdrojů. K formální stránce práce nemohu nic vytknout, je logicky členěna a dokumentuje teorií a postupy, které si student musel osvojit v průběhu zhotovení práce. Všechny body zadání práce byly splněny bez výhrady. 

Hodnocení vedoucího práce: 98 b / A Points proposed by supervisor: 98

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ondrej Mihálik

Posuzovaná bakalářská práce se zabývá aktuálním tématem. Práce je logicky členěna. Čtenář je obeznámen s konceptem digitálního dvojčete a s fyzickým modelem výměníkové stanice. I když bych ocenil více odborných zdrojů na úkor popularizační literatury, práce cituje dostatek zdrojů. Další kapitola popisuje řídicí algoritmus a HMI, které student implementoval v PLC Siemens pro měření dynamických odezev výměníkové stanice. Třetí kapitola popisuje identifikaci nelineárního modelu výměníkové stanice. Student různým podsystémům vhodně přizpůsobil složitost matematického popisu: ventily modeluje systémy prvního řádu, zatímco výměník metodou konečných diferencí. Student pak hledá parametry diferenciálních rovnic použitím optimalizačního algoritmu. Oceňuji, že provádí validaci identifikovaného modelu na druhém experimentálním scénáři. I když zde model hůře vystihuje některé přechodové jevy, vzhledem k tomu, že jde o bakalářskou práci, považuji studentem vytvořený model za velmi detailní. Student si je vědom možných zlepšení a uvádí je na konci práce.

Formální stránka práce je výborná; práce obsahuje jen drobné typografické chyby, např. při psaní uvozovek. Dále chybně značí jednotky dvou parametrů (b a Q) v diferenciálních rovnicích (4.1), (4.3) a (4.6) až (4.10). Kvalita obrázků je velmi dobrá a vhodně ilustrují získané výsledky. Student se aktivně podílel na tvorbě příspěvku souvisejícím s tématem jeho práce. Příspěvek byl přijat na konferenci PDeS 2024. Konstatuji, že student Radim Vancl splnil všechny body zadání. Věřím, že tato práce se stane zdrojem informací pro další závěrečné práce na toto téma. Navrhuji známku „výborně“, 95 bodů. Topics for thesis defence:
  1. 1. Uvádíte, že pracovní tlak v potrubích musí být 50 kPa. Podle čeho volíte právě tuto hodnotu?
  2. 2. V části 3.5.4 uvádíte vzorec pro celkové proteklé množství vody V(k), kde k je čas. Z tohoto diskrétního signálu počítáte objemový průtok jako plovoucí průměr. Neměl byste místo toho počítat diferenci?
  3. 3. Odvoďte správnou fyzikální jednotku tepelné vodivosti b v rovnicích (4.1), (4.6), (4.9) a (4.10) a hmotnostního průtoku Q v rovnicích (4.3), (4.8) až (4.10).
  4. 4. Některé parametry průtokového ohřívače v rovnici (4.15) uvádí výrobce. Je potřeba znova je identifikovat z naměřených dat?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová