Том 337 № 5 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/5/5400
Повышение энергоэффективности электропривода шахтного насосного агрегата за счет интеллектуальной автоматизации
Актуальность. В горнодобывающей промышленности остается актуальным вопрос повышения энергоэффективности и ресурсоэффективности шахтных водозаборных сооружений. В традиционных системах управления наблюдается рост энергопотребления и снижение уровня безопасности из-за игнорирования динамических параметров. Проблема. Существующие системы управления насосами работают только на основе статических параметров, что приводит к перерасходу энергии, быстрому выходу оборудования из строя и увеличению аварийности. В шахтных условиях не учитывались резкие изменения плотности воды, давления и скорости потока. Цель. Повышение энергоэффективности, обеспечение надежности и снижение риска аварий с использованием интеллектуальной автоматизaции на базе SCADA и частотно-регулируемых электроприводов шахтных водозаборных устройств. Методология. Для комплексной оценки рабочего процесса насосных агрегатов использовался ряд научных методов. В частности, посредством математического моделирования осуществлена взаимосвязь гидравлических параметров и номинальных параметров электропривода насоса. В процессе анализа динамических параметров насосного агрегата изучались крутящий момент, пусковой ток, изменение нагрузки и долговременная устойчивость процессов движения. Также при расчете гидравлических режимов учитывалась плотность воды, потери давления, сопротивление в трубопроводе и изменчивость расхода. Использовались SCADA-системы, датчики контроля и преобразователи частоты на базе электропривода мощностью 400 кВт. Результаты. В результате интеллектуального управления энергопотребление снизилось на 23 %, объем сброса воды увеличился на 14 %, температура нагрева двигателя снизилась на 19 %, а общий КПД насоса повысился на 20 %. Количество аварий сократилось на 83 %. Научная новизна. Разработан алгоритм интеллектуального управления в реальном времени на основе интегрaции SCADA и ЧРП в шахтных условиях. Он позволяет автоматически оптимизировать мощность насоса в соответствии с давлением и расходом воды. Оригинальность. Разработанная модель позволила рассчитать все динамические параметры привода на основе исходных данных насосного агрегата. Практическая ценность. Эксперимент проводился при различных гидродинамических нагрузках в течение 30 суток, сравнивались результаты традиционного и интеллектуального управления. С помощью предлагаемой системы можно сэкономить 3,5 МВт∙ч электроэнергии в год. Это повышает экономическую эффективность, продлевает срок службы оборудования и значительно повышает безопасность горных работ.
Для цитирования: Тошов Ж.Б., Хамзаев А.А., Уфа Р.А., Тошов Б.Р., Усмонов М.З., Худойбердиев Л.Н., Шаропов Дж.Дж., Хакбердиев А.Л. Повышение энергоэффективности электропривода шахтного насосного агрегата за счет интеллектуальной автоматизации. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2026, Т. 337, № 5, С. 106-119. https://doi.org/10.18799/24131830/2026/5/5400
Ключевые слова:
асинхронный электропривод, насосный агрегат, интеллектуальная автоматика, энергия, ресурс, эффективность
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kaya D., Çanka Kılıç F., Öztürk H.H. Energy efficiency in pumps. Energy Management and Energy Efficiency in Industry. Green Energy and Technology. Springer, 2021. P. 329–374. DOI: 10.1007/978-3-030-25995-2.
2. Malinowski J., Finley B., Rao P., Huddle R. DOE motor and drive assessment leads to energy savings for power drive systems. Proc. IEEE IAS Petroleum and Chemical Industry Technical Conference (PCIC), 2022, P. 69–76. DOI: 10.1109/PCIC42668.2022.10181145.
3. Oshurbekov S., Kazakbaev V., Prakht V., Dmitrievskii V., Gevorkov L. Energy consumption comparison of a single variable-speed pump and a system of two pumps: variable-speed and fixed-speed. Appl. Sci., 2020, Vol. 10, № 24, art. no. 8820. DOI: 10.3390/app10248820.
4. Rabatuly M., Demin V.F., Kenetaeva A.A., Steflyuk Yu.Yu., Toshov J.B. Evaluation of modern methods and techniques for calculating parameters during coal bed degassing. Complex Use of Mineral Resources, 2025, Vol. 334, № 3, P. 110–120. DOI: https://doi.org/10.31643/2025/6445.33.
5. Lai Z., Li Q., Zhao A., Zhou W., Xu H., Wu D. Improving reliability of pumps in parallel pump systems using particle swam optimization approach. IEEE Access, 2020, Vol. 8, P. 58427–58434. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2980395.
6. Akbar K., Javokhir T., Lazizjon A., Umidjon K., Muhammad I. Improvement of soft-start method for high-voltage and high-power asynchronous electric drives of pumping plants. AIP Conf. Proc., 2024, Vol. 3152, art. no. 040006. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0218899.
7. Рахмонов И.У., Ушаков В.Я., Нажимова А.М., Обидов К.К., Сулейманов С.Р. Математическое моделирование минимизации расходов электроэнергии промышленными предприятиями с непрерывным характером производства. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2024, Т. 335, № 4, С. 43–51. DOI: https://doi.org/10.18799/24131830/2024/4/4423
8. Alikulov Sh., Toshov J., Mussin R., Rabatuly M., Tolovkhan B., Bogzhanova Zh., Gabitova A. Study of rational solution parameters during in-situ uranium leaching. Mining of Mineral Deposits, 2025, Vol. 19, Iss. 1, P. 37–46. DOI: https://doi.org/10.33271/mining19.01.037.
9. Suttapong Y., Uthane S. Reduction of energy and water loss in the water supply pump systems by using PLC with variable speed drives. Proc. International Conference on Power, Energy and Innovations (ICPEI), 2021. DOI: 10.1109/ICPEI52436.2021.9690684.
10. Hieninger T., Schmidt-Vollus R., Schlücker E. Improving energy efficiency of individual centrifugal pump systems using model-free and on-line optimization methods. Applied Energy, 2021, Vol. 304, art. no. 117311, P. 1–17. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.117311.
11. Gan X., Pei J., Pavesi G., Yuan S., Wang W. Application of intelligent methods in energy efficiency enhancement of pump system: a review. Energy Reports, 2022, Vol. 8, P. 11592–11606. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.09.016.
12. Ahmed A.A., Moharam B.A., Rashad E.E. Improving energy efficiency and economics of motor-pump-system using electric variable-speed drives for automatic transition of working points. Computers & Electrical Engineering, 2022, Vol. 97, art. no. 107607. DOI: 10.1016/j.compeleceng.2021.107607.
13. Rabatuly M., Myrzathan S.A., Toshov J.B., Nasimov J., Khamzaev A. Views on drilling effectiveness and sampling estimation for solid ore minerals. Complex Use of Mineral Resources, 2026, Vol. 336 (1), P. 5–14. DOI: https://doi.org/10.31643/2026/6445.01
14. Fu S. SM-PI control strategy of electric motor-pump for pure electric construction machinery. IEEE Access, 2020, Vol. 8, P. 100241–100250. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2997517.
15. Dyrcz K. Dynamics of switched reluctance linear tubular motor for reciprocating water pump. Energies, 2021, Vol. 14, № 2, art. no. 430. DOI: 10.3390/en14020430.
16. Bukhari S.F.A., Kahveci H., Şahin M.E. Single phase induction motor driver for water pumping powered by photovoltaic system. Electronics, 2025, Vol. 14, № 6, art. no. 1189. DOI: 10.3390/electronics14061189.
17. Şahin M.E., Blaabjerg F. A hybrid PV-battery/supercapacitor system and a basic active power control proposal in MATLAB/Simulink. Electronics, 2020, Vol. 9, № 1, art. no. 129. DOI: 10.3390/electronics9010129.
18. Murshid S., Singh B. Single stage autonomous solar water pumping system using PMSM drive. IEEE Trans. Ind. Appl., 2020, Vol. 56, № 4, pp. 3985–3994. DOI: 10.1109/TIA.2020.2988429.
19. Zhang Y. Research on multi-objective optimization of automotive electronic water pump motor considering the factor of gap viscous loss. Struct. Multidiscip. Optim., 2022, Vol. 65, № 9, art. no. 243. DOI: 10.1007/s00158-022-03352-4.
20. Muralidhar K., Rajasekar N. A review of various components of solar water‐pumping system: Configuration, characteristics, and performance. Int. Trans. Electr. Energy Syst., 2021, Vol. 31, № 9, art. no. e13002. DOI: 10.1002/2050-7038.13002.
21. Zhuraev A.S., Turdiyev S.A., Jurayev S.T., Salimova S.S. Characteristics of packing gland seals in hydraulic systems of quarry excavators and results of comparative analysis of experimental tests. Vibroengineering Procedia, Apr. 2024, Vol. 54, P. 252–257. https://doi.org/10.21595/vp.2024.24051
22. Toshov J.B., Rabatuly M., Bogzhanova Zh.K., Zheldikbayeva A.T., Malikov Sh.R., Toshov B.R., Ergashev O.S. Influence of radiation and magnetic pulse treatment on the wear resistance of carbide tools. Complex Use of Mineral Resources, 2026, vol. 337 (2), pp. 47–54. DOI: https://doi.org/10.31643/2026/6445.16
23. Атакулов Л.Н., Кахаров С.К., Хайдаров Ш.Б. Выбор оптимального метода стыковки резинотросовых конвейерных лент. Горный журнал, 2018, № 9, С. 97–100. DOI: https://doi.org/10.17580/gzh.2018.09.16.
24. Zokhidov O.U., Khoshimov O.O., Sunnatov S.Z. Selection of the type and design of special water turbines based on the nominal parameters of Navoi mine metallurgical combine engineering structures. AIP Conf. Proc., 2025, Vol. 3331, 050022. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0306554
25. Ataqulov L.N., Haydarov Sh.B., Polvonov N.O. Impact forces on side and middle rollers. Third International Scientific and Practical Symposium on Materials Science and Technology (MST-III 2023). 19 January 2024. 129860Q. DOI: 10.1117/12.3017724
26. Annakulov T., Ziyadov N., Abdikarimov F. Analysis of overburden transportation by conveyor transport as part of a cyclic-flow technology. E3S Web of Conferences. 21 August 2023. Vol. 414, code 191994, article no. 06006. DOI: 10.1051/e3sconf/202341706006.
27. Аннакулов Т.Ж., Темиров К.М., Отажонов Б.О., Юнусов Ж.Ф., Норимонов Ш.Н. Обоснование параметров оборудования мобильных дробильно-перегрузочных-конвейерных комплексов для открытых горных работ. Горный информационно-аналитический бюллетень, 2025, № 12-3, С. 5–22. DOI: https://doi.org/10.25018/02361493-2025-123-0-5.
REFERENCES
1. Kaya D., Çanka Kılıç F., Öztürk H.H. Energy efficiency in pumps. Energy Management and Energy Efficiency in Industry. Green Energy and Technology. Springer, 2021. pp. 329–374. DOI: 10.1007/978-3-030-25995-2.
2. Malinowski J., Finley B., Rao P., Huddle R. DOE motor and drive assessment leads to energy savings for power drive systems. Proc. IEEE IAS Petroleum and Chemical Industry Technical Conference (PCIC), 2022, pp. 69–76. DOI: 10.1109/PCIC42668.2022.10181145.
3. Oshurbekov S., Kazakbaev V., Prakht V., Dmitrievskii V., Gevorkov L. Energy consumption comparison of a single variable-speed pump and a system of two pumps: variable-speed and fixed-speed. Appl. Sci., 2020, vol. 10, no. 24, art. no. 8820. DOI: 10.3390/app10248820.
4. Rabatuly M., Demin V.F., Kenetaeva A.A., Steflyuk Yu.Yu., Toshov J.B. Evaluation of modern methods and techniques for calculating parameters during coal bed degassing. Complex Use of Mineral Resources, 2025, vol. 334, no. 3, pp. 110–120. DOI: https://doi.org/10.31643/2025/6445.33.
5. Lai Z., Li Q., Zhao A., Zhou W., Xu H., Wu D. Improving reliability of pumps in parallel pump systems using particle swam optimization approach. IEEE Access, 2020, vol. 8, pp. 58427–58434. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2980395.
6. Akbar K., Javokhir T., Lazizjon A., Umidjon K., Muhammad I. Improvement of soft-start method for high-voltage and high-power asynchronous electric drives of pumping plants. AIP Conf. Proc., 2024, vol. 3152, art. no. 040006. DOI: 10.1063/5.0218899.
7. Rakhmonov I.U., Ushakov V.Ya., Najimova A.M., Obidov K.K., Suleimanov S.R. Mathematical modeling of minimization of electricity consumption by industrial enterprises with continuous production. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2024, vol. 335, no. 4, pp. 43–51. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.18799/24131830/2024/4/4423
8. Alikulov Sh., Toshov J., Mussin R., Rabatuly M., Tolovkhan B., Bogzhanova Zh., Gabitova A. Study of rational solution parameters during in-situ uranium leaching. Mining of Mineral Deposits, 2025, vol. 19, Iss. 1, pp. 37–46. DOI: https://doi.org/10.33271/mining19.01.037.
9. Suttapong Y., Uthane S. Reduction of energy and water loss in the water supply pump systems by using PLC with variable speed drives. Proc. International Conference on Power, Energy and Innovations (ICPEI), 2021. DOI: 10.1109/ICPEI52436.2021.9690684.
10. Hieninger T., Schmidt-Vollus R., Schlücker E. Improving energy efficiency of individual centrifugal pump systems using model-free and on-line optimization methods. Applied Energy, 2021, vol. 304, art. no. 117311, pp. 1–17. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.117311.
11. Gan X., Pei J., Pavesi G., Yuan S., Wang W. Application of intelligent methods in energy efficiency enhancement of pump system: a review. Energy Reports, 2022, vol. 8, pp. 11592–11606. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.09.016.
12. Ahmed A.A., Moharam B.A., Rashad E.E. Improving energy efficiency and economics of motor-pump-system using electric variable-speed drives for automatic transition of working points. Computers & Electrical Engineering, 2022, vol. 97, art. no. 107607. DOI: 10.1016/j.compeleceng.2021.107607.
13. Rabatuly M., Myrzathan S.A., Toshov J.B., Nasimov J., Khamzaev A. Views on drilling effectiveness and sampling estimation for solid ore minerals. Complex Use of Mineral Resources, 2026, vol. 336 (1), pp. 5–14. DOI: https://doi.org/10.31643/2026/6445.01.
14. Fu S. SM-PI control strategy of electric motor-pump for pure electric construction machinery. IEEE Access, 2020, vol. 8, pp. 100241–100250. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2997517.
15. Dyrcz K. Dynamics of switched reluctance linear tubular motor for reciprocating water pump. Energies, 2021, vol. 14, no. 2, art. no. 430. DOI: 10.3390/en14020430.
16. Bukhari S.F.A., Kahveci H., Şahin M.E. Single phase induction motor driver for water pumping powered by photovoltaic system. Electronics, 2025, vol. 14, no. 6, art. no. 1189. DOI: 10.3390/electronics14061189.
17. Şahin M.E., Blaabjerg F. A hybrid PV-battery/supercapacitor system and a basic active power control proposal in MATLAB/Simulink. Electronics, 2020, vol. 9, no. 1, art. no. 129. DOI: 10.3390/electronics9010129.
18. Murshid S., Singh B. Single stage autonomous solar water pumping system using PMSM drive. IEEE Trans. Ind. Appl., 2020, vol. 56, no. 4, pp. 3985–3994. DOI: 10.1109/TIA.2020.2988429.
19. Zhang Y. Research on multi-objective optimization of automotive electronic water pump motor considering the factor of gap viscous loss. Struct. Multidiscip. Optim., 2022, vol. 65, no. 9, art. no. 243. DOI: 10.1007/s00158-022-03352-4.
20. Muralidhar K., Rajasekar N. A review of various components of solar water‐pumping system: Configuration, characteristics, and performance. Int. Trans. Electr. Energy Syst., 2021, vol. 31, no. 9, art. no. e13002. DOI: 10.1002/2050-7038.13002
21. Zhuraev A.S., Turdiyev S.A., Jurayev S.T., Salimova S.S. Characteristics of packing gland seals in hydraulic systems of quarry excavators and results of comparative analysis of experimental tests. Vibroengineering Procedia, Apr. 2024, vol. 54, pp. 252–257. https://doi.org/10.21595/vp.2024.24051
22. Toshov J.B., Rabatuly M., Bogzhanova Zh.K., Zheldikbayeva A.T., Malikov Sh.R., Toshov B.R., Ergashev O.S. Influence of radiation and magnetic pulse treatment on the wear resistance of carbide tools. Complex Use of Mineral Resources, 2026, vol. 337 (2), pp. 47–54. DOI: https://doi.org/10.31643/2026/6445.16
23. Atakulov L.N., Kakharov S.K., Khaidarov S.B. Selection of the optimal method for splicing steel-cord conveyor belts. Gorny Zhurnal, 2018, no. 9. (In Russ.) DOI: 10.17580/gzh.2018.09.16.
24. Zokhidov O.U., Khoshimov O.O., Sunnatov S.Z. Selection of the type and design of special water turbines based on the nominal parameters of Navoi mine metallurgical combine engineering structures. AIP Conf. Proc., 2025, vol. 3331, 050022. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0306554
25. Ataqulov L.N., Haydarov Sh.B., Polvonov N.O. Impact forces on side and middle rollers. Third International Scientific and Practical Symposium on Materials Science and Technology (MST-III 2023). 19 January 2024. 129860Q. DOI: 10.1117/12.3017724
26. Annakulov T., Ziyadov N., Abdikarimov F. Analysis of overburden transportation by conveyor transport as part of a cyclic-flow technology. E3S Web of Conferences. 21 August 2023. Vol. 414, code 191994, article no. 06006. DOI: 10.1051/e3sconf/202341706006.
27. Annakulov T.J., Temirov K.M., Otajonov B.O., Yunusov J.F., Norimonov Sh.N. Justification of equipment parameters for mobile crushing-reloading-conveyor complexes in open-pit mining. Mining Inf. Anal. Bull., 2025, vol. 12-3, pp. 5–22. (In Russ.) DOI: 10.25018/0236_1493_2025_123_0_5.
