Автоматизация процессов инженерных систем теплоснабжения промышленных предприятий
НАО УНИАЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА горада СЕМЕЙ
Факультет Инженерно-технологический
Кафедра Автоматизация, информационные технологии и градостроительство
магистерская дисертация
по специальности 7М07104 - Автоматизация и управление
Автоматизация процессов инженерных систем теплоснабжения промышленных предприятий
Исполнитель _______________________ Карсакбаев А.К.
(подпись, дата)
Научный руковадитель ______________к.т.н. Золотов А.Д
(подпись, дата)
Допущен к защите:__________________
(дата)
Заведущий кафедрой_________________Кожахметов а Д.О.
(подпись, дата)
Нормоконтроллер __________________ Демьяненко А.И.
(подпись, дата)
Семей - 2022 г.РЕФЕРАТ
В магистерской диссертации на тему Автоматизация процессов инженерных систем теплоснабжения промышленных предприятий содержится: страниц - 67, таблиц - 1, рисунков - 38, использованных источников - 55.
Ключевые слова: АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, КАМЕРА ОРОШЕНИЯ, МИКРОКЛИМАТ
Публикации. По теме диссертации опубликована две печатные работы.
Целью диссертационной работы является разработка структуры построения систем автоматического адаптивного управления техноло - гическими процессами инженерных систем теплоснабжения и кондиционирова - ния промышленных предприятий на основе теоретического исследования математических моделей наиболее важных элементов системы кондиционирования.
Так как наиболее сложным с точки зрения динамики объектом регулирования в установке кондиционирования воздуха является камера орошения, то одним из основных моментов построения системы кондиционирования является разработка математической модели именно данной камеры на основе уравнений математического баланса.
Выявлено, что динамика камеры орошения не может описываться одним дифференциальным уравнением, и при определении настроечных параметров регулятора необходимо учитывать особенности камеры орошения как объекта с изменяющейся структурой.
На основании полученных зависимостей разработаны структурные схемы связанного регулирования параметров микроклимата и рассчитаны системы автоматического регулирования воздуха и влажности для производственного помещения, определяющие комфортные условия работы.
РЕФЕРАТ
"Өнеркәсіптік кәсіпорындарды жылумен жабдықтаудың инженерлік жүйелері процестерін автоматтандыру" тақырыбындағы магистрлік диссертацияда: беттер - 67, кестелер - 1, суреттер - 38, пайдаланылған көздер - 55.
Түйінді сөздер: АВТОМАТТЫ БАСҚАРУ, МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛЬ, ЖЫЛУМЕН ЖАБДЫҚТАУ, СУАРУ КАМЕРАСЫ, МИКРОКЛИМАТ
Жариял анымдар. Диссертация тақырыбы бойынша екі баспа жұмысы жарық көрді.
Диссертациялық жұмыстың мақсаты-кондиционерлеу жүйесінің маңызды элементтерінің математикалық модельдерін теориялық зерттеу негізінде өнеркәсіптік кәсіпорындардың жылумен жабдықтау және кондиционерлеу инженерлік жүйелерінің технологиялық процестерін автоматты түрде бейімделетін басқару жүйелерін құру құрылымын жасау.
Ауа баптау қондырғысындағы динамика тұрғысынан ең күрделі реттеу объектісі суару камерасы болғандықтан, ауа баптау жүйесін құрудың негізгі сәттерінің бірі математикалық тепе-теңдік теңдеулеріне негізделген осы камераның математикалық моделін жасау болып табылады.
Суару камерасының динамикасын бір дифференциалдық теңдеумен сипаттауға болмайтындығы анықталды және реттегіштің баптау параметрлерін анықтау кезінде суару камерасының өзгеретін құрылымы бар объект ретіндегі ерекшеліктерін ескеру қажет.
Алынған тәуелділіктер негізінде микроклимат параметрлерін байланысты реттеудің құрылымдық схемалары жасалды және ыңғайлы жұмыс жағдайларын анықтайтын өндірістік бөлме үшін ауа мен ылғалдылықты автоматты реттеу жүйелері есептелді.
Report
The master's thesis on "Automation of processes of engineering systems of heat supply of industrial enterprises" contains: pages - 67, tables - 1, figures - 38, sources used - 55.
Keywords: AUTOMATIC CONTROL, MATHEMATICAL MODEL, HEAT SUPPLY, IRRIGATION CHAMBER, MICROCLIMATE
Publications. Two printed works have been published on the topic of the dissertation.
The purpose of the dissertation work is to develop a structure for constructing systems of automatic adaptive control of technological processes of engineering systems of heat supply and air conditioning of industrial enterprises on the basis of theoretical research of mathematical models of the most important elements of the air conditioning system.
Since the irrigation chamber is the most difficult object of regulation in terms of dynamics in an air conditioning installation, one of the main points of building an air conditioning system is the development of a mathematical model of this particular chamber based on mathematical balance equations.
It is revealed that the dynamics of the irrigation chamber cannot be described by a single differential equation, and when determining the adjustment parameters of the regulator, it is necessary to take into account the features of the irrigation chamber as an object with a changing structure.
Based on the obtained dependencies, structural schemes of the associated regulation of microclimate parameters have been developed and automatic air and humidity control systems for the production room have been calculated, determining comfortable working conditions
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ, КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 11
1.1 Производственный микроклимат промышленных предприятий и его влияние на эффективность выполнения технологических процессов 11
1.2 Классификация систем кондиционирования 15
1.3 Обоснование методов автоматического регулирования параметров инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования промышленных предприятий 32
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КАМЕРЫ ОРОШЕНИЯ 38
3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ 48
3.2 Автоматические системы регулирования влажности воздуха 53
3.2 Выбор технических средств автоматизации 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 66
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
При выполнении данной магистерской диссертации руководствовались требованиями и рекомендациями следующих документов:
1. Положение о магистерской диссертации II 042-08.1.00.01- 2013
2. ГОСТ 2.001-93 ЕСКД. Общие положения
3. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов па печатающих и графических устройствах вывода
4. ГОСТ 2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов
5. ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД. Основные надписи
6. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
7. ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы
8. ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам
9. ГОСТ 2.111-68 ЕСКД. Нормоконтроль
10. ГОСТ 2.114-95 ЕСКД. Технические условия
11. ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы
12. ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы
13. ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии
14. ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные
15. ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц
16. ГОСТ 2.319-81 ЕСКД. Правила выполнения диаграмм
17. ГОСТ 2.321-84 ЕСКД. Обозначения буквенные
18. ГОСТ 2.417-91 ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей
19. ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем
20. ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах
21. ГОСТ 2.721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
22. ГОСТ 2.781-96 ЕСКД. Обозначения условные графические.
23. ГОСТ 7.32 - 2001 Правила оформления текстовых документов
24. ГОСТ 7.32-91 Оформление списка литературы.
25. ГОСТ 2.316-68 Перечень допускаемых сокращений слов для основных надписей, технических требований, таблиц, чертежей и спецификаций
26. ГОСТ 2.109-73 Оформление иллюстраций.
27. ГОСТ 7.32-81 Правильность нумерации страниц, разделов, подразделов, иллюстраций, таблиц, приложений, формул
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
ИС
Инженерные системы
ТС
Теплоснабжение
КВ
Кондиционирование воздуха
САР
Система автоматического регулирования
АСУТП
Автоматизированная система управления технологическим процессом
ТОУ
Технологический объект управления
ММ
Математическая модель
ОР
Объект регулирования
САО
Система автоматической оптимизации
ЦАП
Цифро-аналоговый преобразователь
АЦП
Аналого-цифровой преобразователь
СКВ
Система кондиционирования воздуха
САПР
Система автоматического проектирования
ВВЕДЕНИЕ
Оптимальное управление современными системами теплоснабжения городов и промышленных предприятий невозможно без широкого применения средств автоматики и вычислительной техники. При проектировании автоматизированной системы управления (АСУ) теплоснабжением следует исходить из общих требований к точности и скорости выполнения операций ввода с объекта управления измерительной информации, к структуре устройств связи управляющей машины с объектом управления, к параметрам аппаратуры нормализации, коммутации, передачи и преобразования сигналов, к методам борьбы с помехами, к алгоритмам и программам процедур передачи и преобразования информации. Разработка и реализация управления системой теплоснабжения представляет собой сложную задачу, которая должна решаться комплексно с системой кондиционирования.
Эксплуатационные режимы работы инженерных систем промышленных предприятий характеризуются нестабильностью поддержания заданных параметров воздушной среды, так как неуправляемый процесс не учитывает переходные характеристики, связанные с динамическими свойствами объекта, возникающие в процессе производства различных видов продукции и изделий [1]. Поэтому стабилизацию заданных параметров микроклимата в технологических цехах промышленных предприятий могут обеспечить только современные средства и системы автоматизации, разработка которых, вплоть до настоящего времени, сводится к выбору типовых технических средств без учета особенностей микроклимата производства [2]
Для управления тепловым режимом производственного здания наиболее целесообразной является структура управления, при которой факторы теплового режима регулируются соответствующими автоматическими устройствами, а управляющая вычислительная машина, обрабатывающая измерительную информацию, рассчитывает величину управляющих воздействий для них. Однако для реализации такого программного управления необходим поиск как более точных математических моделей объекта управления, так и более эффективных алгоритмов организации процесса управления, что позволит снизить требования к характеристикам ЭВМ, а следовательно - удешевить практическую реализацию системы. Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью совершенствования подходов к математическому описанию теплового состояния основных элементов ТС и КВ как объекта управления и алгоритмизации АСУ теплоснабжением и кондиционированием.
Актуальность работы определяется большим объемом затрат на обеспече - ние эффективности инженерных систем ТС и KB, которые составляют до 40% твердого топлива и до 10% вырабатываемой в стране электроэнергии.
Развитие технических инженерных систем способствует созданию в по - следние годы новых промышленных производств, технологический процесс кото - рых невозможен без точного поддержания заданных параметров воздушной сре - ды, что является необходимым, а часто решающим условием развития нанотехнологий. К ним, в первую очередь относятся производство микропроцессорной и микроэлектронной техники, телерадиосистем, продукции точного приборострое - ния и машиностроения, промышленное производство искусственных материалов.
Необходимость разработки новых современных систем автоматического управления параметрами ТС и КВ промышленных предприятий в на - стоящее время способствуют объективные причины:
развитие новых производств машиностроительной, электронной, химиче - ской и других отраслей промышленности, нуждающихся в поддержании оп - ределенных и постоянных параметров состояния воздушной среды;
возрастающие требования, к улучшению условий труда и повышению про - изводительности в горячих и мокрых цехах, рудниках;
новые тенденции в архитектуре, затрудняющие борьбу с избыточным теп - лом и влагой обычными вентиляционными средствами.
Поэтому необходимо разработать мероприятия и провести научно- исследовательские работы по снижению удельных расходов энергетических ре - сурсов и созданию энергосберегающих технологий за счет автоматизированного управления режимами работы ИС.
Необходимость комплексной автоматизации ИС подтверждается- прежде всего тем, что она позволяет на 20 -- 30% сократить расходы топливо энергетических ресурсов.
Цели и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является разработка структуры построения систем автоматического адаптивного управления техноло - гическими процессами инженерных систем теплоснабжения и кондиционирова - ния промышленных предприятий на основе теоретического и эксперимен - тального исследования математических моделей наиболее важных элементов системы ТС и КВ.
Для достижения поставленной цели решались следующие задач:
-с целью выявления основных параметров улучшения качества регулирования произвести анализ существующих методов регулирования систем отопления и конди - ционирования;
- разработать математическую модель объекта управления, учитывающую температурные режимы систем теплоснабжения и кондиционирования па - раметров воздушной среды;
- построить алгоритм автоматического расчета и контроля температурных ха - рактеристик;
- определить оптимальные параметры настройки регулятора при различных режимах работы инженерной системы;
- разработать локальную систему технологического кондиционирования воздуха.
Методы исследования. Использовались методы математического моделирования, математической статистики, математического программирования, математической физики, математического анализа.
Научная новизна.
При проектировании САР тепловлажностных параметров воздуха учиты - вали взаимосвязь температуры и относительной влажности воздуха в обслужи - ваемом помещении, как двух взаимосвязных параметров одного объекта управле - ния;
Разработана математическая модель системы орошения СКВ;
На основании полученной модели определены оптимальные настройки САР.
Предложены структурные схемы управления.
Практическая значимость: Разработана математическая модель САР устройств ТС и KB и на ее основе построена структурная блок-схема автоматического регулирования парамет - ров воздушной среды в производственном помещении.
Разработана схема автоматизации системы теплоснабжения.
Разработана автономная САР параметров воздуха в промышленном помеще - нии по температуре наружного воздуха.
Разработанные алгоритмы и решения могут быть использованы как при исследовании и проектировании АСУ теплоснабжением, так и при практической реализации управления отоплением на основе программного регулирования.
ГЛАВА 1 СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ, КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
1.1 Производственный микроклимат промышленных предприятий и его влияние на эффективность выполнения технологических процессов
Производственный климат промышленных предприятий определяется тех - нологическими требованиями, определяемыми в зависимости от выполнения [3].
Рисунок 1 - Классификация помещений производственных предприятий по функциональному назначению их использования
Для создания нормальных технологических условий в производственных помещениях различного функционального назначения (рисунок 1) необходимо обеспечить нормальные значения параметров микроклимата: температуры возду - ха, его относительной влажности и скорости движения, а также интенсивности теплового излучения (рисунок 2) [4].
Рисунок 2 - Классификация микроклимата промышленных помещений
Поэтому для обеспечения нормативных технологических параметров микро - климата необходима эффективная работа устройств автоматизации инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования.
Создавая необходимый микроклимат в производственном помещении для обеспечения заданных технологических режимов и для эффектив - ного функционирования, необходимо разработать алгоритм управления режима - ми работы инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования воздуха, учитывающий заданные параметры регулирования [4].
В соответствии с ГОСТ 12.1.005-85* Общие санитарно-гигиенические нор - мы воздуха рабочей зоны и СНиП 2.04.05-91* Отопление, вентиляция и конди - ционирование параметры воздуха в производственном помещении должны иметь приведенные значения, представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Оптимальные параметры воздуха производственных помещений
Помещения и здания
Категория работ
Температура, [°С]
Относительная влажность, [%]
Скорость, [мс]
Легкая I
20-23
22-25
60-40
60-40
0,2
0,2
Производственные
Средней тяжести II а
18-20
21-23
60-40
60-40
0,3
0,3
Средней тяжести II б
17-19
20-22
60-40
60-40
0,3 0,4
Тяжелая III
16-18
18-21
60-40
60-40
0,3
0,7
Самый заметный фактор микрокли - мата помещения - температура. Помимо очевидного влияния температуры воздуха помещения, существует влияние лучистого излучения. Оно исходит от предметов, находящих - ся в помещении, и от солнца (через оконные проемы). Вторым по важности фактором является влажность воздуха. Влажность воздуха оказывает существенное влияние на большинство процессов, которые могут происходить в микроклимате помещения: размножение бактерий, вирусов и пылевых клещей, образование грибков, интенсификация эмиссии стройматериалов, отслоение пыли. На общее состояние микроклимата наибольшее влияние оказывает именно комплексное влияние температуры и влажности. Поэтому САР СКВ необходимо рассматривать как взаимосвязанную систему регулирования[4,5].
1.2 Классификация систем кондиционирования
1. Общепринятой классификации СКВ до сих пор не существует, и связано это с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объекта применения (кондиционируемых помещений). Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам [1]:
а) по основному назначению (объекту применения):
- комфортные;
- технологические.
б) по принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению:
- центральные;
- местные.
в) по наличию собственного (входящего в состав кондиционера) источника тепла и холода:
- автономные;
- неавтономные.
г) по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон):
- однозональные ;
- многозональные.
д) по принципу действия:
- приточные
- рециркуляционные;
- комбинированные.
е) по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха:
- с качественным (однотрубным );
- с количественным (двухтрубным ) регулированием.
ж) по степени обеспечения метеорологических условий в обслуживаемом помещении - первого, второго и третьего классов
з) по давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров - низкого, среднего и высокого давления.
и) Кроме приведенных выше классификаций существуют разнообразные системы кондиционирования, обслуживающие специальные технологические процессы, включая системы с изменяющимися по времени (по определенной программе) метеорологическими параметрами.
Комфортные СКВ.
Комфортные системы кондиционирования воздуха предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям для жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений.
Технологические СКВ.
Технологические системы кондиционирования воздуха предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований к состоянию воздушной среды
Центральные СКВ.
Снабжаются извне холодом (доставляемым холодной водой или хладагентом), теплом (доставляемым горячей водой, паром или электричеством) и электрической энергией для привода электродвигателей вентиляторов, насосов и пр.
Центральные системы кондиционирования воздуха расположены вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое помещение, несколько зон такого помещения или много отдельных помещений. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (производственный цех, театральный зал, закрытый стадион или каток).
Центральные СКВ оборудуются центральными неавтономными кондиционерами, которые изготавливаются по базовым (типовым) схемам компоновки оборудования и их модификациям.
Центральные системы кондиционирования воздуха обладают следующими преимуществами:
- Возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях.
- Сосредоточением оборудования, требующего систематического обслуживания и ремонта, как правило, в одном месте (подсобном помещении, техническом этаже и т.п.)
- Возможностями обеспечения эффективного шумо- и виброгашения. С помощью центральных СКВ при надлежащей акустической обработке воздуховодов, устройстве глушителей шума и гасителей вибрации можно достичь наиболее низких уровней шума в помещениях и обслуживать такие помещения, как радио- и телестудии и т.п.
Несмотря на ряд достоинств центральных СКВ, надо отметить, что крупные габариты и проведение сложных монтажно-строительных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов часто приводят к невозможности применения этих систем в существующих реконструируемых зданиях
Местные СКВ.
Местные системы кондиционирования воздуха разрабатывают на базе автономных и неавтономных кондиционеров, которые устанавливают непосредственно в обслуживаемых помещениях. Достоинством местных СКВ является простота установки и монтажа. Такая система может применяться в большом ряде случаев:
- В существующих жилых и административных зданиях для поддержания теплового микроклимата в отдельных офисных помещениях или в жилых комнатах
- Во вновь строящихся зданиях для отдельных комнат, режим потребления холода в которых резко отличается от такого режима в большинстве других помещений, например, в серверных и других насыщенных тепловыделяющей техникой комнатах административных зданий. Подача свежего воздуха и удаление вытяжного воздуха при этом выполняется, как правило, центральными системами приточно-вытяжной вентиляции
- Во вновь строящихся зданиях, если поддержание оптимальных тепловых условий требуется в небольшом числе помещений, например, в ограниченном числе номеров люкс небольшой гостиницы
- В больших помещениях как существующих, так и вновь строящихся зданий: кафе и ресторанах, магазинах, проектных залах, аудиториях и т.д.
Автономные СКВ.
Автономные системы кондиционирования воздуха снабжаются извне только электрической энергией, например, кондиционеры сплит-систем, шкафные кондиционеры и т.п. Такие кондиционеры имеют встроенные компрессионные холодильные машины, работающие, как правило, на фреоне-22. Автономные системы охлаждают и осушают воздух, для чего вентилятор продувает рециркуляционный воздух через поверхностные воздухоохладители, которыми являются испарители холодильных машин, а в переходное или зимнее время они могут производить подогрев воздуха с помощью электрических подогревателей или путем реверсирования работы холодильной машины по циклу так называемого "теплового насоса".
Наиболее простым вариантом, представляющим децентрализованное обеспечение в помещениях температурных условий, можно считать применение кондиционеров сплит-систем.
Неавтономные СКВ.
Неавтономные системы кондиционирования воздуха подразделяются на:
- Воздушные, при использовании которых в обслуживаемое помещение подается только воздух. (мини-центральные кондиционеры, центральные кондиционеры);
- Водовоздушные, при использовании которых в обслуживаемые помещения подводятся воздух и вода, несущие тепло или холод, либо и то и другое вместе (системы чиллеров-фанкойлов, центральные кондиционеры с местными доводчиками и т.п.).
Однозональные центральные СКВ.
Однозональные центральные системы кондиционирования воздуха применяются для обслуживания больших помещений с относительно равномерным распределением тепла и влаговыделений, например, больших залов кинотеатров, аудиторий и т.п. Такие СКВ, как правило, комплектуются устройствами для утилизации тепла (теплоутилизаторами) или смесительными камерами для использования в обслуживаемых помещениях рециркуляции воздуха.
Многозональные центральные СКВ.
Многозональные центральные системы кондиционирования воздуха применяют для обслуживания больших помещений, в которых оборудование размещено неравномерно, а также для обслуживания ряда сравнительно небольших помещений. Такие системы более экономичны, чем отдельные системы для каждой зоны или каждого помещения. Однако с их помощью не может быть достигнута такая же степень точности поддержания одного или двух заданных параметров (влажности и температуры), как автономными СКВ (кондиционерами сплит-систем и т.п.)
Прямоточные СКВ.
Прямоточные системы кондиционирования воздуха полностью работают на наружном воздухе, который обрабатывается в кондиционере, а затем подается в помещение.
В прямоточных системах кондиционирования воздуха датчики температуры, по которым осуществляется поддержание температуры, устанавливаются непосредственно в обслуживаемом помещении. Показатель влажности может поддерживаться, оперируя значением влажности воздуха в помещении (прямое регулирование) или же косвенным способом, оперируя значением температуры точки росы воздуха, измеряемой после камеры орошения.
При косвенном способе регулирования влажности по температуре точки росы необхо - димо в линию обработки воздуха устанавливать 2 воздухонагревателя. В этом случае воздух в камере орошения нагревается до значений, близких к температуре точки росы приточного потока возду - ха. Температурный датчик, смонтированный после камеры орошения, регулирует мощность работы первого воздухонагревателя таким образом, чтобы темпера - тура потока воздуха после камеры орошения стала стабильной в области точки росы. Воздухонагреватель второго подогрева, расположенный следом за ка - мерой орошения, подогревает приточный поток воздуха до заданной в системе температуры. Таким способом, с помощью температурных регуляторов и без датчиков влажности происходит косвенное регулирование влажности приточного потока воздуха.
Помимо прямого и косвенного способов регулирования влажности воздуха существует и комбинированный, при котором сочетают оба описанных выше способа. Этот метод используется в системах кондиционирования воздуха с наличием обводного канала вокруг ка - меры орошения (рисунок 3), его также называют методом оптимальных режимов[6,7,8,9,10].
ВН - воздухонагреватель, ОК - камера орошения; ПВ - приточный вентилятор; ВВ - вытяжной вентилятор; ОП - обслуживаемое помещение
Рисунок 3 - Система кондиционирования воздуха с наличием обводного канала.
Рециркуляционные СКВ
Рециркуляционные системы кондиционирования воздуха, работают без притока или с частичной подачей (до 40%) свежего наружного воздуха или на рециркуляционном воздухе (от 60 до 100%), который забирается из помещения и после его обработки в кондиционере вновь подается в это же помещение. Классификация кондиционирования воздуха по принципу действия на прямоточные и рециркуляционные обуславливается, главным образом, требованиями к комфортности, условиями технологического процесса производства либо технико-экономическими соображениями.
Рециркуляционные в свою очередь подразделяются с рецеркуляцией воздуха и рецеркуляцией тепла
Автоматизация систем кондиционирования с рекуперацией воздуха
В системах кондиционирования с рециркуляцией воздуха часть воздуха, удаляемого из обслуживаемого помещения, смешивается с приточным воздухом в камере смешения для снижения потерь тепла или холода. Значение температуры смешанного воздуха вычисляется по температуре наружного и удаляемого воздуха с учетом их количества.
Количество приточного и смешанного воздуха регулируется открытием и закрытием 3-х воздушных заслонок: приточной, рециркуляционной и вытяжной. Причем приточная и вытяжная заслонки должны работать синфазно, а рециркуляционная в противофазе относительно 2-х других. Степень рециркуляции может быть установлена в диапазоне значений от 0% до 100% в зависимости от положения заслонок. Например, если полностью открыть приточную и вытяжную заслонки, и закрыть рециркуляционную, то степень рециркуляции будет равна 0%, а система кондиционирования в этом случае будет работать подобно прямоточной. Если же наоборот, открыть целиком рециркуляционную заслонку, а приточную и вытяжную перекрыть, то степень рециркуляции такой системы кондиционирования примет значение 100% (рисунок 4)
ВН - воздухонагреватель, ОК - камера орошения; ПВ - приточный вентилятор; ВВ - вытяжной вентилятор; ОП - обслуживаемое помещение; КС - камера смешения.
Рисунок 4- Система кондиционирования воздуха без обводного канала.
Автоматизация систем кондиционирования с рекуперацией тепла
Системы кондиционирования с рециркуляцией воздуха, безусловно, более экономичны, по сравнению с прямоточными, но несмотря на энергосбережение, они имеют ряд ограничений, которые связаны с санитарно-гигиеническими требованиями. Например, рециркуляция недопустима в случаях ассимилирования в воздухе вредных паров, табачного дыма и других различных испарений. В таких случаях целесообразно будет применять в составе систем кондиционирования рекуперативные или регенеративные теплообменники.
Стоит отметить, что абсолютное разделение встречных воздушных потоков возможно только при использовании рекуперативных теплообменников. В регенеративных теплооб - менниках присутствует незначительная степень рециркуляции (рисунок 5).
ВН - воздухонагреватель, ОК - камера орошения; ПВ - приточный вентилятор; ВВ - вытяжной вентилятор; ОП - обслуживаемое помещение; Т - теплообменник.
Рисунок 5 - Теплообменники с рециркуляцией.
В системах кондиционирования воздуха с использованием регенеративных теплообменников осуществляется регулирование скорости вращения ротора, которая зависит от значения температуры наружного воздуха. Например, при понижении температуры наружного воздуха скорость вращения теплообмен - ника увеличивается.
В системах кондиционирования с рекуператором, для предотвращения его загрязненения, влекущего за собой неисправность работы всей системы, требуется установка фильтров в приточном и вытяжном воздушных каналах.
СКВ с качественным регулированием
Центральные системы кондиционирования воздуха с качественным регулированием метеорологических параметров представляют собой широкий ряд наиболее распространенных, так называемых одноканальных систем, в которых весь обработанный воздух при заданных кондициях выходит из кондиционера по одному каналу и поступает далее в одно или несколько помещений. При этом регулирующий сигнал от терморегулятора, установленного в обслуживаемом помещении, поступает непосредственно на центральный кондиционер.
СКВ с количественным регулированием
Системы кондиционирования воздуха с количественным регулированием подают в одно или несколько помещений холодный или подогретый воздух по двум параллельным каналам. Температура в каждом помещении регулируется комнатным терморегулятором, воздействующим на местные смесители (воздушные клапаны), которые изменяют соотношение расходов холодного и подогретого воздуха в подаваемой смеси.
Система автоматического управления двухканальной СКВ следующая:
Поддержание заданной температуры в двухконтурной инженерной схеме
(рисунок 6) осуществляется по показаниям термодатчиков ТЕ1? ТЕ2, ТЕ10 (1, 2, 10). Терморегулятор (5) в соответствии с полученным значением осуществляет кор - рекцию сигнала управления исполнительным механизмом (ИМ) регулирующего крана (РК) Y2.
Поддержание заданной температуры в помещениях осуществляется по по - казаниям термодатчиков ТЕ5, ТЕ8, ТЕ4. Терморегулятор ТЕ4 осуществляет коррекцию сигнала управления ИМ Y3 в соответствии с полученными значениями. Контроль за работой циркулирующих насосов (М3 и М4) и насосов контуров (М6, М7, М8) осуществляется с помощью датчиков-реле разности давления PDEj, PDE2, PDE3. В случае выхода насоса из строя, он автоматически заменя - ется дублирующим. Для предохранения котла от образования конденсата и уско - рения прогрева в системе используется байпасный насос, который управляется по сигналам датчиков температуры ТЕб, ТЕ7. Для поддержания необходимого количества воды в. системе автоматически происходит пополнение расширительного бачка по сигналам поплавкового дат - чика LEt с помощью насоса М5.
Для подачи газа на запальник котла[;]смонтирован ИМ У8, который управля - ется терморегулятором TQ. Для разрешения подачи газа на основную горелку используется датчик давления PE1, который с помощью регулятора давления PC управляет работой РК У7. Поддержание заданного давления газа, подаваемого на горелку и запальник котла, производится РК Y6.
Схема предусматривает коррекцию подачи газа на горелку в целях его эко - номии с помощью датчика температуры ТЕ6, который воздействует на ИМ РК У4. Коррекция подачи воздуха в зависимости от количества подаваемого газа осуществляется с использованием датчиков расхода FE1?FE2, с помощью уст - ройства сравнения вырабатывается сигнал на управление ИМ РК Yg. В случае по - гасания пламени фотосигнализатор BE посылает сигнал на регулятор, который повторно пытается зажечь пламя, и в случае неудачных 6 попыток происходит блокировка подачи газа. Температура наружного воздуха tH контролируется тер - модатчиком ТЕд
Двухканальные системы используются очень редко из-за сложности регулирования, хотя и обладают некоторыми преимуществами, в частности, отсутствием в обслуживаемых помещениях теплообменников, трубопроводов тепло-холодоносителя, возможностью совместной работы с системой отопления, что особенно важно для существующих зданий, системы отопления которых при устройстве двухканальных систем могут быть сохранены. Недостатком таких систем являются повышенные затраты на тепловую изоляцию параллельных воздуховодов, подводимых к каждому обслуживаемому помещению.
Двухканальные системы так же, как и одноканальные, могут быть прямоточными и рециркуляционными.
Степень обеспечения метеорологических условий
Кондиционирование воздуха, согласно СниП 2.04.05-91, по степени обеспечения метеорологических условий, подразделяется на три класса:
- Первый класс - обеспечивает требуемые для технологического процесса параметры в соответствии с нормативными документами.
- Второй класс - обеспечивает оптимальные санитарно-гигиенические нормы или требуемые технологические нормы.
- Третий класс - обеспечивает допустимые нормы, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха.
Создаваемое вентиляторами давление
По давлению, создаваемому вентиляторами центральных кондиционеров, системы кондиционирования воздуха подразделяются на системы
- Низкого давления (до 100 кгкв.м.),
- Среднего давления (от 100 до 300 кгкв.м.)
- Высокого давления (выше 300 кгкв.м.).
Рисунок 6 - Двухконтурная система кондиционирования воздуха
Проведенными исследованиями установлено [11,12,13], что эффективность СКВ, в ча - стности поддержание микроклимата объекта управления может быть достигнуто только при регулировании параметров, таких как очистка и увлажнение, поддер - жание заданной температуры и заданной скорости движения воздуха, исходя из комфортных и технологических требований (рисунок 7).
Для управления приводами служит система NGSA (1) которая сочетает в себе элементы управления и сигнализацию о текущем положении рабочего органа привода. Так как в течение холодного периода года необходимо осуществлять по - догрев приводов и заслонок, то для их включения используются контакторы NS (2) для управления подогревом приводов и NS (3) для управления подогревом заслонок.
Включение электрокалорифера осуществляется с помощью контакторов NS (5в). Команду на включение калорифера вырабатывает микроконтроллер Т1СА (56) на основании аналогового сигнала датчика температуры ТЕ (5а).
Микроконтроллер включает в себя функции управления электрокалорифе - ром, информирования оператора о значении температуры на выходе электрокало - рифера и аварийной сигнализации при выходе контролируемого параметра за до - пустимые пределы. Для защиты электрокалорифера от перегрева используются реле температуры TS (4а) и TS (46), которые передают информацию в систему аварийной сигнализации TSA (4в). После калорифера воздух проходит через систему фильтров. Для контроля за степенью загрязненности фильтров используется дифференциальное реле пе - репада давления PDS (6а), осуществляющее отбор давления перед и после фильт - ров. Информация- о загрязненности фильтров передается на аварийную сигнали - зацию PDA(66).
Нагрев и охлаждение воздуха автоматически осуществляет микроконтрол - лер TICA (86) на основании информации, получаемой от аналогового датчика температуры ТЕ (8а). По результатам сравнения полученного значения с устав - кой, микроконтроллер включает холодильную машину с. помощью контактора NS (8г), или регулирует подачу теплоносителя с помощью управления электро - приводом водяного клапана Y6 контактором управления NS (8в). Для защиты во - дяного калорифера от заморозки по воздуху используются датчики реле темпера - туры TS (96), TS (9в) и аналоговый датчик температуры ТЕ (9а), информация с которых поступает на систему аварийной сигнализации и блокировки TSA (9г). При возникновении аварийной ситуации по морозу установка выключается, пол - ностью открывается клапан по воде электроприводом Y6 и включается циркуля - ционный насос М4 с помощью контактора NS (7).
После подготовки воздух попадает на вентиляторы нагнетания, включаю - щиеся с помощью контакторов NS (12) для рабочего вентилятора Ml и NS (15) для резервного вентилятора М2. На входе вентиляторов находятся клапаны, кото - рые приводятся в действие с помощью систем NGSA (10) для заслонок рабочего вентилятора и NGSA (13) для заслонок резервного вентилятора. Эти системы включают в себя устройства для управления заслонками и сигнализации о. их по - ложении. Контроль выхода вентиляторов на рабочий режим осуществляется с по - мощью датчика реле перепада давления PDS (11а) для рабочего вентилятора и PDS (14а) для резервного. Для сигнализации о состоянии вентилятора, информа - ция с датчиков перепада давления поступает на устройство сигнализации PDA (166) для рабочего и PDA (146) для резервного вентиляторов. Отбор давле - ния для датчиков осуществляется до и после того вентилятора. После вентилято - ров воздух подается в обслуживаемое помещение.
Для удаления отработанного воздуха используется вытяжной вентилятор, который включается контактором NS (17). Для контроля за выходом вентилятора нарабочий режим используется датчик реле перепада давления PDS (16а), отбор - ные устройства которого расположены до и после вентилятора. Сигнализация о состоянии вентилятора осуществляется с помощью сигнализатора PDA (166), под - ключенного к датчику перепада давления.
На входе и выходе системы воздух проходит через заслонки. Управление приводами обеспечивает система NGSA (18), которая сочетает в себе элементы управления и сигнализацию о текущем положении рабочего органа (РО) привода. Так как в течение холодного периода года необходимо осуществлять подогрев приводов и заслонок, то для их включения используются контакторы NS (19) для управления подогревом приводов и NS (20) для управления подогрева заслонок [14,15].
В помещении стабилизируются сразу два параметра: температура и относи - тельная влажность воздуха. На разные регулирующие органы воздействуют сразу два регулятора, что позволяет поддерживать относительную влажность с точно - стью +-5%. На воздуховоде стоят датчики перепада давления PDS для наблюде - ния за работой фильтра и вентиляторов. В холодное время открывается рецирку - ляционная заслонка на обратном воздуховоде для экономии тепла, что позволяет обойтись без увлажнения, так как недостающая влага вносится с потоком рецир - куляционного воздуха.
В режиме лето приточный и вытяжной вентиляторы включаются в работу вместе. Заслонки на приточном и уходящем воздуховоде сблокированы с рецир - куляционной. По показаниям датчика температуры ТЕ (8 а) регулятор корректиру - ет температуру приточного воздуха.
Защита калорифера от замораживания осуществляется в двух режимах ра - боты установок -- во включенном и отключенном.
В рабочем режиме при температуре обратного теплоносителя ниже +25 °С или при температуре воздуха перед калорифером +5 °С автоматически открыва - ется клапан на теплоносителе первого подогрева, отключается приточный венти - лятор и закрываются заслонки наружного воздуха[16,17]
Рисунок 7 - Функциональная схема автоматизации инженерной системы кондиционирования воздуха
Для производства специфических промышленных изделий высокого каче - ства необходимо обеспечивать в производственном помещении заданные режимы микроклимата. Для этого необходимо разработать адаптивную систему кондиционирования воздуха, которая представляет собой систему высокого порядка с большими воз - можностями по обеспечению заданных режимов работы за счет регулирования параметров воздушной среды на основе современных средств автоматизации.
Подготовка воздуха в СКВ может включать его охлаждение, нагрев, увлаж - нение или осушку, очистку (фильтрацию, ионизацию и т.д.), причем система должна поддерживать в помещении заданные параметры температуры воздуха независимо от уровня и колебаний метеорологических параметров наружного воздуха, а также переменных поступлений в производственное помещение тепла и влаги. Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воз - духа, в максимальной степени отвечающих требованиям определенного произ - водственного ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Факультет Инженерно-технологический
Кафедра Автоматизация, информационные технологии и градостроительство
магистерская дисертация
по специальности 7М07104 - Автоматизация и управление
Автоматизация процессов инженерных систем теплоснабжения промышленных предприятий
Исполнитель _______________________ Карсакбаев А.К.
(подпись, дата)
Научный руковадитель ______________к.т.н. Золотов А.Д
(подпись, дата)
Допущен к защите:__________________
(дата)
Заведущий кафедрой_________________Кожахметов а Д.О.
(подпись, дата)
Нормоконтроллер __________________ Демьяненко А.И.
(подпись, дата)
Семей - 2022 г.РЕФЕРАТ
В магистерской диссертации на тему Автоматизация процессов инженерных систем теплоснабжения промышленных предприятий содержится: страниц - 67, таблиц - 1, рисунков - 38, использованных источников - 55.
Ключевые слова: АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, КАМЕРА ОРОШЕНИЯ, МИКРОКЛИМАТ
Публикации. По теме диссертации опубликована две печатные работы.
Целью диссертационной работы является разработка структуры построения систем автоматического адаптивного управления техноло - гическими процессами инженерных систем теплоснабжения и кондиционирова - ния промышленных предприятий на основе теоретического исследования математических моделей наиболее важных элементов системы кондиционирования.
Так как наиболее сложным с точки зрения динамики объектом регулирования в установке кондиционирования воздуха является камера орошения, то одним из основных моментов построения системы кондиционирования является разработка математической модели именно данной камеры на основе уравнений математического баланса.
Выявлено, что динамика камеры орошения не может описываться одним дифференциальным уравнением, и при определении настроечных параметров регулятора необходимо учитывать особенности камеры орошения как объекта с изменяющейся структурой.
На основании полученных зависимостей разработаны структурные схемы связанного регулирования параметров микроклимата и рассчитаны системы автоматического регулирования воздуха и влажности для производственного помещения, определяющие комфортные условия работы.
РЕФЕРАТ
"Өнеркәсіптік кәсіпорындарды жылумен жабдықтаудың инженерлік жүйелері процестерін автоматтандыру" тақырыбындағы магистрлік диссертацияда: беттер - 67, кестелер - 1, суреттер - 38, пайдаланылған көздер - 55.
Түйінді сөздер: АВТОМАТТЫ БАСҚАРУ, МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛЬ, ЖЫЛУМЕН ЖАБДЫҚТАУ, СУАРУ КАМЕРАСЫ, МИКРОКЛИМАТ
Жариял анымдар. Диссертация тақырыбы бойынша екі баспа жұмысы жарық көрді.
Диссертациялық жұмыстың мақсаты-кондиционерлеу жүйесінің маңызды элементтерінің математикалық модельдерін теориялық зерттеу негізінде өнеркәсіптік кәсіпорындардың жылумен жабдықтау және кондиционерлеу инженерлік жүйелерінің технологиялық процестерін автоматты түрде бейімделетін басқару жүйелерін құру құрылымын жасау.
Ауа баптау қондырғысындағы динамика тұрғысынан ең күрделі реттеу объектісі суару камерасы болғандықтан, ауа баптау жүйесін құрудың негізгі сәттерінің бірі математикалық тепе-теңдік теңдеулеріне негізделген осы камераның математикалық моделін жасау болып табылады.
Суару камерасының динамикасын бір дифференциалдық теңдеумен сипаттауға болмайтындығы анықталды және реттегіштің баптау параметрлерін анықтау кезінде суару камерасының өзгеретін құрылымы бар объект ретіндегі ерекшеліктерін ескеру қажет.
Алынған тәуелділіктер негізінде микроклимат параметрлерін байланысты реттеудің құрылымдық схемалары жасалды және ыңғайлы жұмыс жағдайларын анықтайтын өндірістік бөлме үшін ауа мен ылғалдылықты автоматты реттеу жүйелері есептелді.
Report
The master's thesis on "Automation of processes of engineering systems of heat supply of industrial enterprises" contains: pages - 67, tables - 1, figures - 38, sources used - 55.
Keywords: AUTOMATIC CONTROL, MATHEMATICAL MODEL, HEAT SUPPLY, IRRIGATION CHAMBER, MICROCLIMATE
Publications. Two printed works have been published on the topic of the dissertation.
The purpose of the dissertation work is to develop a structure for constructing systems of automatic adaptive control of technological processes of engineering systems of heat supply and air conditioning of industrial enterprises on the basis of theoretical research of mathematical models of the most important elements of the air conditioning system.
Since the irrigation chamber is the most difficult object of regulation in terms of dynamics in an air conditioning installation, one of the main points of building an air conditioning system is the development of a mathematical model of this particular chamber based on mathematical balance equations.
It is revealed that the dynamics of the irrigation chamber cannot be described by a single differential equation, and when determining the adjustment parameters of the regulator, it is necessary to take into account the features of the irrigation chamber as an object with a changing structure.
Based on the obtained dependencies, structural schemes of the associated regulation of microclimate parameters have been developed and automatic air and humidity control systems for the production room have been calculated, determining comfortable working conditions
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ, КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 11
1.1 Производственный микроклимат промышленных предприятий и его влияние на эффективность выполнения технологических процессов 11
1.2 Классификация систем кондиционирования 15
1.3 Обоснование методов автоматического регулирования параметров инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования промышленных предприятий 32
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КАМЕРЫ ОРОШЕНИЯ 38
3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ 48
3.2 Автоматические системы регулирования влажности воздуха 53
3.2 Выбор технических средств автоматизации 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 66
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
При выполнении данной магистерской диссертации руководствовались требованиями и рекомендациями следующих документов:
1. Положение о магистерской диссертации II 042-08.1.00.01- 2013
2. ГОСТ 2.001-93 ЕСКД. Общие положения
3. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов па печатающих и графических устройствах вывода
4. ГОСТ 2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов
5. ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД. Основные надписи
6. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
7. ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы
8. ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам
9. ГОСТ 2.111-68 ЕСКД. Нормоконтроль
10. ГОСТ 2.114-95 ЕСКД. Технические условия
11. ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы
12. ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы
13. ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии
14. ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные
15. ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц
16. ГОСТ 2.319-81 ЕСКД. Правила выполнения диаграмм
17. ГОСТ 2.321-84 ЕСКД. Обозначения буквенные
18. ГОСТ 2.417-91 ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей
19. ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем
20. ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах
21. ГОСТ 2.721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
22. ГОСТ 2.781-96 ЕСКД. Обозначения условные графические.
23. ГОСТ 7.32 - 2001 Правила оформления текстовых документов
24. ГОСТ 7.32-91 Оформление списка литературы.
25. ГОСТ 2.316-68 Перечень допускаемых сокращений слов для основных надписей, технических требований, таблиц, чертежей и спецификаций
26. ГОСТ 2.109-73 Оформление иллюстраций.
27. ГОСТ 7.32-81 Правильность нумерации страниц, разделов, подразделов, иллюстраций, таблиц, приложений, формул
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
ИС
Инженерные системы
ТС
Теплоснабжение
КВ
Кондиционирование воздуха
САР
Система автоматического регулирования
АСУТП
Автоматизированная система управления технологическим процессом
ТОУ
Технологический объект управления
ММ
Математическая модель
ОР
Объект регулирования
САО
Система автоматической оптимизации
ЦАП
Цифро-аналоговый преобразователь
АЦП
Аналого-цифровой преобразователь
СКВ
Система кондиционирования воздуха
САПР
Система автоматического проектирования
ВВЕДЕНИЕ
Оптимальное управление современными системами теплоснабжения городов и промышленных предприятий невозможно без широкого применения средств автоматики и вычислительной техники. При проектировании автоматизированной системы управления (АСУ) теплоснабжением следует исходить из общих требований к точности и скорости выполнения операций ввода с объекта управления измерительной информации, к структуре устройств связи управляющей машины с объектом управления, к параметрам аппаратуры нормализации, коммутации, передачи и преобразования сигналов, к методам борьбы с помехами, к алгоритмам и программам процедур передачи и преобразования информации. Разработка и реализация управления системой теплоснабжения представляет собой сложную задачу, которая должна решаться комплексно с системой кондиционирования.
Эксплуатационные режимы работы инженерных систем промышленных предприятий характеризуются нестабильностью поддержания заданных параметров воздушной среды, так как неуправляемый процесс не учитывает переходные характеристики, связанные с динамическими свойствами объекта, возникающие в процессе производства различных видов продукции и изделий [1]. Поэтому стабилизацию заданных параметров микроклимата в технологических цехах промышленных предприятий могут обеспечить только современные средства и системы автоматизации, разработка которых, вплоть до настоящего времени, сводится к выбору типовых технических средств без учета особенностей микроклимата производства [2]
Для управления тепловым режимом производственного здания наиболее целесообразной является структура управления, при которой факторы теплового режима регулируются соответствующими автоматическими устройствами, а управляющая вычислительная машина, обрабатывающая измерительную информацию, рассчитывает величину управляющих воздействий для них. Однако для реализации такого программного управления необходим поиск как более точных математических моделей объекта управления, так и более эффективных алгоритмов организации процесса управления, что позволит снизить требования к характеристикам ЭВМ, а следовательно - удешевить практическую реализацию системы. Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью совершенствования подходов к математическому описанию теплового состояния основных элементов ТС и КВ как объекта управления и алгоритмизации АСУ теплоснабжением и кондиционированием.
Актуальность работы определяется большим объемом затрат на обеспече - ние эффективности инженерных систем ТС и KB, которые составляют до 40% твердого топлива и до 10% вырабатываемой в стране электроэнергии.
Развитие технических инженерных систем способствует созданию в по - следние годы новых промышленных производств, технологический процесс кото - рых невозможен без точного поддержания заданных параметров воздушной сре - ды, что является необходимым, а часто решающим условием развития нанотехнологий. К ним, в первую очередь относятся производство микропроцессорной и микроэлектронной техники, телерадиосистем, продукции точного приборострое - ния и машиностроения, промышленное производство искусственных материалов.
Необходимость разработки новых современных систем автоматического управления параметрами ТС и КВ промышленных предприятий в на - стоящее время способствуют объективные причины:
развитие новых производств машиностроительной, электронной, химиче - ской и других отраслей промышленности, нуждающихся в поддержании оп - ределенных и постоянных параметров состояния воздушной среды;
возрастающие требования, к улучшению условий труда и повышению про - изводительности в горячих и мокрых цехах, рудниках;
новые тенденции в архитектуре, затрудняющие борьбу с избыточным теп - лом и влагой обычными вентиляционными средствами.
Поэтому необходимо разработать мероприятия и провести научно- исследовательские работы по снижению удельных расходов энергетических ре - сурсов и созданию энергосберегающих технологий за счет автоматизированного управления режимами работы ИС.
Необходимость комплексной автоматизации ИС подтверждается- прежде всего тем, что она позволяет на 20 -- 30% сократить расходы топливо энергетических ресурсов.
Цели и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является разработка структуры построения систем автоматического адаптивного управления техноло - гическими процессами инженерных систем теплоснабжения и кондиционирова - ния промышленных предприятий на основе теоретического и эксперимен - тального исследования математических моделей наиболее важных элементов системы ТС и КВ.
Для достижения поставленной цели решались следующие задач:
-с целью выявления основных параметров улучшения качества регулирования произвести анализ существующих методов регулирования систем отопления и конди - ционирования;
- разработать математическую модель объекта управления, учитывающую температурные режимы систем теплоснабжения и кондиционирования па - раметров воздушной среды;
- построить алгоритм автоматического расчета и контроля температурных ха - рактеристик;
- определить оптимальные параметры настройки регулятора при различных режимах работы инженерной системы;
- разработать локальную систему технологического кондиционирования воздуха.
Методы исследования. Использовались методы математического моделирования, математической статистики, математического программирования, математической физики, математического анализа.
Научная новизна.
При проектировании САР тепловлажностных параметров воздуха учиты - вали взаимосвязь температуры и относительной влажности воздуха в обслужи - ваемом помещении, как двух взаимосвязных параметров одного объекта управле - ния;
Разработана математическая модель системы орошения СКВ;
На основании полученной модели определены оптимальные настройки САР.
Предложены структурные схемы управления.
Практическая значимость: Разработана математическая модель САР устройств ТС и KB и на ее основе построена структурная блок-схема автоматического регулирования парамет - ров воздушной среды в производственном помещении.
Разработана схема автоматизации системы теплоснабжения.
Разработана автономная САР параметров воздуха в промышленном помеще - нии по температуре наружного воздуха.
Разработанные алгоритмы и решения могут быть использованы как при исследовании и проектировании АСУ теплоснабжением, так и при практической реализации управления отоплением на основе программного регулирования.
ГЛАВА 1 СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ, КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
1.1 Производственный микроклимат промышленных предприятий и его влияние на эффективность выполнения технологических процессов
Производственный климат промышленных предприятий определяется тех - нологическими требованиями, определяемыми в зависимости от выполнения [3].
Рисунок 1 - Классификация помещений производственных предприятий по функциональному назначению их использования
Для создания нормальных технологических условий в производственных помещениях различного функционального назначения (рисунок 1) необходимо обеспечить нормальные значения параметров микроклимата: температуры возду - ха, его относительной влажности и скорости движения, а также интенсивности теплового излучения (рисунок 2) [4].
Рисунок 2 - Классификация микроклимата промышленных помещений
Поэтому для обеспечения нормативных технологических параметров микро - климата необходима эффективная работа устройств автоматизации инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования.
Создавая необходимый микроклимат в производственном помещении для обеспечения заданных технологических режимов и для эффектив - ного функционирования, необходимо разработать алгоритм управления режима - ми работы инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования воздуха, учитывающий заданные параметры регулирования [4].
В соответствии с ГОСТ 12.1.005-85* Общие санитарно-гигиенические нор - мы воздуха рабочей зоны и СНиП 2.04.05-91* Отопление, вентиляция и конди - ционирование параметры воздуха в производственном помещении должны иметь приведенные значения, представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Оптимальные параметры воздуха производственных помещений
Помещения и здания
Категория работ
Температура, [°С]
Относительная влажность, [%]
Скорость, [мс]
Легкая I
20-23
22-25
60-40
60-40
0,2
0,2
Производственные
Средней тяжести II а
18-20
21-23
60-40
60-40
0,3
0,3
Средней тяжести II б
17-19
20-22
60-40
60-40
0,3 0,4
Тяжелая III
16-18
18-21
60-40
60-40
0,3
0,7
Самый заметный фактор микрокли - мата помещения - температура. Помимо очевидного влияния температуры воздуха помещения, существует влияние лучистого излучения. Оно исходит от предметов, находящих - ся в помещении, и от солнца (через оконные проемы). Вторым по важности фактором является влажность воздуха. Влажность воздуха оказывает существенное влияние на большинство процессов, которые могут происходить в микроклимате помещения: размножение бактерий, вирусов и пылевых клещей, образование грибков, интенсификация эмиссии стройматериалов, отслоение пыли. На общее состояние микроклимата наибольшее влияние оказывает именно комплексное влияние температуры и влажности. Поэтому САР СКВ необходимо рассматривать как взаимосвязанную систему регулирования[4,5].
1.2 Классификация систем кондиционирования
1. Общепринятой классификации СКВ до сих пор не существует, и связано это с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объекта применения (кондиционируемых помещений). Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам [1]:
а) по основному назначению (объекту применения):
- комфортные;
- технологические.
б) по принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению:
- центральные;
- местные.
в) по наличию собственного (входящего в состав кондиционера) источника тепла и холода:
- автономные;
- неавтономные.
г) по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон):
- однозональные ;
- многозональные.
д) по принципу действия:
- приточные
- рециркуляционные;
- комбинированные.
е) по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха:
- с качественным (однотрубным );
- с количественным (двухтрубным ) регулированием.
ж) по степени обеспечения метеорологических условий в обслуживаемом помещении - первого, второго и третьего классов
з) по давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров - низкого, среднего и высокого давления.
и) Кроме приведенных выше классификаций существуют разнообразные системы кондиционирования, обслуживающие специальные технологические процессы, включая системы с изменяющимися по времени (по определенной программе) метеорологическими параметрами.
Комфортные СКВ.
Комфортные системы кондиционирования воздуха предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям для жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений.
Технологические СКВ.
Технологические системы кондиционирования воздуха предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований к состоянию воздушной среды
Центральные СКВ.
Снабжаются извне холодом (доставляемым холодной водой или хладагентом), теплом (доставляемым горячей водой, паром или электричеством) и электрической энергией для привода электродвигателей вентиляторов, насосов и пр.
Центральные системы кондиционирования воздуха расположены вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое помещение, несколько зон такого помещения или много отдельных помещений. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (производственный цех, театральный зал, закрытый стадион или каток).
Центральные СКВ оборудуются центральными неавтономными кондиционерами, которые изготавливаются по базовым (типовым) схемам компоновки оборудования и их модификациям.
Центральные системы кондиционирования воздуха обладают следующими преимуществами:
- Возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях.
- Сосредоточением оборудования, требующего систематического обслуживания и ремонта, как правило, в одном месте (подсобном помещении, техническом этаже и т.п.)
- Возможностями обеспечения эффективного шумо- и виброгашения. С помощью центральных СКВ при надлежащей акустической обработке воздуховодов, устройстве глушителей шума и гасителей вибрации можно достичь наиболее низких уровней шума в помещениях и обслуживать такие помещения, как радио- и телестудии и т.п.
Несмотря на ряд достоинств центральных СКВ, надо отметить, что крупные габариты и проведение сложных монтажно-строительных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов часто приводят к невозможности применения этих систем в существующих реконструируемых зданиях
Местные СКВ.
Местные системы кондиционирования воздуха разрабатывают на базе автономных и неавтономных кондиционеров, которые устанавливают непосредственно в обслуживаемых помещениях. Достоинством местных СКВ является простота установки и монтажа. Такая система может применяться в большом ряде случаев:
- В существующих жилых и административных зданиях для поддержания теплового микроклимата в отдельных офисных помещениях или в жилых комнатах
- Во вновь строящихся зданиях для отдельных комнат, режим потребления холода в которых резко отличается от такого режима в большинстве других помещений, например, в серверных и других насыщенных тепловыделяющей техникой комнатах административных зданий. Подача свежего воздуха и удаление вытяжного воздуха при этом выполняется, как правило, центральными системами приточно-вытяжной вентиляции
- Во вновь строящихся зданиях, если поддержание оптимальных тепловых условий требуется в небольшом числе помещений, например, в ограниченном числе номеров люкс небольшой гостиницы
- В больших помещениях как существующих, так и вновь строящихся зданий: кафе и ресторанах, магазинах, проектных залах, аудиториях и т.д.
Автономные СКВ.
Автономные системы кондиционирования воздуха снабжаются извне только электрической энергией, например, кондиционеры сплит-систем, шкафные кондиционеры и т.п. Такие кондиционеры имеют встроенные компрессионные холодильные машины, работающие, как правило, на фреоне-22. Автономные системы охлаждают и осушают воздух, для чего вентилятор продувает рециркуляционный воздух через поверхностные воздухоохладители, которыми являются испарители холодильных машин, а в переходное или зимнее время они могут производить подогрев воздуха с помощью электрических подогревателей или путем реверсирования работы холодильной машины по циклу так называемого "теплового насоса".
Наиболее простым вариантом, представляющим децентрализованное обеспечение в помещениях температурных условий, можно считать применение кондиционеров сплит-систем.
Неавтономные СКВ.
Неавтономные системы кондиционирования воздуха подразделяются на:
- Воздушные, при использовании которых в обслуживаемое помещение подается только воздух. (мини-центральные кондиционеры, центральные кондиционеры);
- Водовоздушные, при использовании которых в обслуживаемые помещения подводятся воздух и вода, несущие тепло или холод, либо и то и другое вместе (системы чиллеров-фанкойлов, центральные кондиционеры с местными доводчиками и т.п.).
Однозональные центральные СКВ.
Однозональные центральные системы кондиционирования воздуха применяются для обслуживания больших помещений с относительно равномерным распределением тепла и влаговыделений, например, больших залов кинотеатров, аудиторий и т.п. Такие СКВ, как правило, комплектуются устройствами для утилизации тепла (теплоутилизаторами) или смесительными камерами для использования в обслуживаемых помещениях рециркуляции воздуха.
Многозональные центральные СКВ.
Многозональные центральные системы кондиционирования воздуха применяют для обслуживания больших помещений, в которых оборудование размещено неравномерно, а также для обслуживания ряда сравнительно небольших помещений. Такие системы более экономичны, чем отдельные системы для каждой зоны или каждого помещения. Однако с их помощью не может быть достигнута такая же степень точности поддержания одного или двух заданных параметров (влажности и температуры), как автономными СКВ (кондиционерами сплит-систем и т.п.)
Прямоточные СКВ.
Прямоточные системы кондиционирования воздуха полностью работают на наружном воздухе, который обрабатывается в кондиционере, а затем подается в помещение.
В прямоточных системах кондиционирования воздуха датчики температуры, по которым осуществляется поддержание температуры, устанавливаются непосредственно в обслуживаемом помещении. Показатель влажности может поддерживаться, оперируя значением влажности воздуха в помещении (прямое регулирование) или же косвенным способом, оперируя значением температуры точки росы воздуха, измеряемой после камеры орошения.
При косвенном способе регулирования влажности по температуре точки росы необхо - димо в линию обработки воздуха устанавливать 2 воздухонагревателя. В этом случае воздух в камере орошения нагревается до значений, близких к температуре точки росы приточного потока возду - ха. Температурный датчик, смонтированный после камеры орошения, регулирует мощность работы первого воздухонагревателя таким образом, чтобы темпера - тура потока воздуха после камеры орошения стала стабильной в области точки росы. Воздухонагреватель второго подогрева, расположенный следом за ка - мерой орошения, подогревает приточный поток воздуха до заданной в системе температуры. Таким способом, с помощью температурных регуляторов и без датчиков влажности происходит косвенное регулирование влажности приточного потока воздуха.
Помимо прямого и косвенного способов регулирования влажности воздуха существует и комбинированный, при котором сочетают оба описанных выше способа. Этот метод используется в системах кондиционирования воздуха с наличием обводного канала вокруг ка - меры орошения (рисунок 3), его также называют методом оптимальных режимов[6,7,8,9,10].
ВН - воздухонагреватель, ОК - камера орошения; ПВ - приточный вентилятор; ВВ - вытяжной вентилятор; ОП - обслуживаемое помещение
Рисунок 3 - Система кондиционирования воздуха с наличием обводного канала.
Рециркуляционные СКВ
Рециркуляционные системы кондиционирования воздуха, работают без притока или с частичной подачей (до 40%) свежего наружного воздуха или на рециркуляционном воздухе (от 60 до 100%), который забирается из помещения и после его обработки в кондиционере вновь подается в это же помещение. Классификация кондиционирования воздуха по принципу действия на прямоточные и рециркуляционные обуславливается, главным образом, требованиями к комфортности, условиями технологического процесса производства либо технико-экономическими соображениями.
Рециркуляционные в свою очередь подразделяются с рецеркуляцией воздуха и рецеркуляцией тепла
Автоматизация систем кондиционирования с рекуперацией воздуха
В системах кондиционирования с рециркуляцией воздуха часть воздуха, удаляемого из обслуживаемого помещения, смешивается с приточным воздухом в камере смешения для снижения потерь тепла или холода. Значение температуры смешанного воздуха вычисляется по температуре наружного и удаляемого воздуха с учетом их количества.
Количество приточного и смешанного воздуха регулируется открытием и закрытием 3-х воздушных заслонок: приточной, рециркуляционной и вытяжной. Причем приточная и вытяжная заслонки должны работать синфазно, а рециркуляционная в противофазе относительно 2-х других. Степень рециркуляции может быть установлена в диапазоне значений от 0% до 100% в зависимости от положения заслонок. Например, если полностью открыть приточную и вытяжную заслонки, и закрыть рециркуляционную, то степень рециркуляции будет равна 0%, а система кондиционирования в этом случае будет работать подобно прямоточной. Если же наоборот, открыть целиком рециркуляционную заслонку, а приточную и вытяжную перекрыть, то степень рециркуляции такой системы кондиционирования примет значение 100% (рисунок 4)
ВН - воздухонагреватель, ОК - камера орошения; ПВ - приточный вентилятор; ВВ - вытяжной вентилятор; ОП - обслуживаемое помещение; КС - камера смешения.
Рисунок 4- Система кондиционирования воздуха без обводного канала.
Автоматизация систем кондиционирования с рекуперацией тепла
Системы кондиционирования с рециркуляцией воздуха, безусловно, более экономичны, по сравнению с прямоточными, но несмотря на энергосбережение, они имеют ряд ограничений, которые связаны с санитарно-гигиеническими требованиями. Например, рециркуляция недопустима в случаях ассимилирования в воздухе вредных паров, табачного дыма и других различных испарений. В таких случаях целесообразно будет применять в составе систем кондиционирования рекуперативные или регенеративные теплообменники.
Стоит отметить, что абсолютное разделение встречных воздушных потоков возможно только при использовании рекуперативных теплообменников. В регенеративных теплооб - менниках присутствует незначительная степень рециркуляции (рисунок 5).
ВН - воздухонагреватель, ОК - камера орошения; ПВ - приточный вентилятор; ВВ - вытяжной вентилятор; ОП - обслуживаемое помещение; Т - теплообменник.
Рисунок 5 - Теплообменники с рециркуляцией.
В системах кондиционирования воздуха с использованием регенеративных теплообменников осуществляется регулирование скорости вращения ротора, которая зависит от значения температуры наружного воздуха. Например, при понижении температуры наружного воздуха скорость вращения теплообмен - ника увеличивается.
В системах кондиционирования с рекуператором, для предотвращения его загрязненения, влекущего за собой неисправность работы всей системы, требуется установка фильтров в приточном и вытяжном воздушных каналах.
СКВ с качественным регулированием
Центральные системы кондиционирования воздуха с качественным регулированием метеорологических параметров представляют собой широкий ряд наиболее распространенных, так называемых одноканальных систем, в которых весь обработанный воздух при заданных кондициях выходит из кондиционера по одному каналу и поступает далее в одно или несколько помещений. При этом регулирующий сигнал от терморегулятора, установленного в обслуживаемом помещении, поступает непосредственно на центральный кондиционер.
СКВ с количественным регулированием
Системы кондиционирования воздуха с количественным регулированием подают в одно или несколько помещений холодный или подогретый воздух по двум параллельным каналам. Температура в каждом помещении регулируется комнатным терморегулятором, воздействующим на местные смесители (воздушные клапаны), которые изменяют соотношение расходов холодного и подогретого воздуха в подаваемой смеси.
Система автоматического управления двухканальной СКВ следующая:
Поддержание заданной температуры в двухконтурной инженерной схеме
(рисунок 6) осуществляется по показаниям термодатчиков ТЕ1? ТЕ2, ТЕ10 (1, 2, 10). Терморегулятор (5) в соответствии с полученным значением осуществляет кор - рекцию сигнала управления исполнительным механизмом (ИМ) регулирующего крана (РК) Y2.
Поддержание заданной температуры в помещениях осуществляется по по - казаниям термодатчиков ТЕ5, ТЕ8, ТЕ4. Терморегулятор ТЕ4 осуществляет коррекцию сигнала управления ИМ Y3 в соответствии с полученными значениями. Контроль за работой циркулирующих насосов (М3 и М4) и насосов контуров (М6, М7, М8) осуществляется с помощью датчиков-реле разности давления PDEj, PDE2, PDE3. В случае выхода насоса из строя, он автоматически заменя - ется дублирующим. Для предохранения котла от образования конденсата и уско - рения прогрева в системе используется байпасный насос, который управляется по сигналам датчиков температуры ТЕб, ТЕ7. Для поддержания необходимого количества воды в. системе автоматически происходит пополнение расширительного бачка по сигналам поплавкового дат - чика LEt с помощью насоса М5.
Для подачи газа на запальник котла[;]смонтирован ИМ У8, который управля - ется терморегулятором TQ. Для разрешения подачи газа на основную горелку используется датчик давления PE1, который с помощью регулятора давления PC управляет работой РК У7. Поддержание заданного давления газа, подаваемого на горелку и запальник котла, производится РК Y6.
Схема предусматривает коррекцию подачи газа на горелку в целях его эко - номии с помощью датчика температуры ТЕ6, который воздействует на ИМ РК У4. Коррекция подачи воздуха в зависимости от количества подаваемого газа осуществляется с использованием датчиков расхода FE1?FE2, с помощью уст - ройства сравнения вырабатывается сигнал на управление ИМ РК Yg. В случае по - гасания пламени фотосигнализатор BE посылает сигнал на регулятор, который повторно пытается зажечь пламя, и в случае неудачных 6 попыток происходит блокировка подачи газа. Температура наружного воздуха tH контролируется тер - модатчиком ТЕд
Двухканальные системы используются очень редко из-за сложности регулирования, хотя и обладают некоторыми преимуществами, в частности, отсутствием в обслуживаемых помещениях теплообменников, трубопроводов тепло-холодоносителя, возможностью совместной работы с системой отопления, что особенно важно для существующих зданий, системы отопления которых при устройстве двухканальных систем могут быть сохранены. Недостатком таких систем являются повышенные затраты на тепловую изоляцию параллельных воздуховодов, подводимых к каждому обслуживаемому помещению.
Двухканальные системы так же, как и одноканальные, могут быть прямоточными и рециркуляционными.
Степень обеспечения метеорологических условий
Кондиционирование воздуха, согласно СниП 2.04.05-91, по степени обеспечения метеорологических условий, подразделяется на три класса:
- Первый класс - обеспечивает требуемые для технологического процесса параметры в соответствии с нормативными документами.
- Второй класс - обеспечивает оптимальные санитарно-гигиенические нормы или требуемые технологические нормы.
- Третий класс - обеспечивает допустимые нормы, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха.
Создаваемое вентиляторами давление
По давлению, создаваемому вентиляторами центральных кондиционеров, системы кондиционирования воздуха подразделяются на системы
- Низкого давления (до 100 кгкв.м.),
- Среднего давления (от 100 до 300 кгкв.м.)
- Высокого давления (выше 300 кгкв.м.).
Рисунок 6 - Двухконтурная система кондиционирования воздуха
Проведенными исследованиями установлено [11,12,13], что эффективность СКВ, в ча - стности поддержание микроклимата объекта управления может быть достигнуто только при регулировании параметров, таких как очистка и увлажнение, поддер - жание заданной температуры и заданной скорости движения воздуха, исходя из комфортных и технологических требований (рисунок 7).
Для управления приводами служит система NGSA (1) которая сочетает в себе элементы управления и сигнализацию о текущем положении рабочего органа привода. Так как в течение холодного периода года необходимо осуществлять по - догрев приводов и заслонок, то для их включения используются контакторы NS (2) для управления подогревом приводов и NS (3) для управления подогревом заслонок.
Включение электрокалорифера осуществляется с помощью контакторов NS (5в). Команду на включение калорифера вырабатывает микроконтроллер Т1СА (56) на основании аналогового сигнала датчика температуры ТЕ (5а).
Микроконтроллер включает в себя функции управления электрокалорифе - ром, информирования оператора о значении температуры на выходе электрокало - рифера и аварийной сигнализации при выходе контролируемого параметра за до - пустимые пределы. Для защиты электрокалорифера от перегрева используются реле температуры TS (4а) и TS (46), которые передают информацию в систему аварийной сигнализации TSA (4в). После калорифера воздух проходит через систему фильтров. Для контроля за степенью загрязненности фильтров используется дифференциальное реле пе - репада давления PDS (6а), осуществляющее отбор давления перед и после фильт - ров. Информация- о загрязненности фильтров передается на аварийную сигнали - зацию PDA(66).
Нагрев и охлаждение воздуха автоматически осуществляет микроконтрол - лер TICA (86) на основании информации, получаемой от аналогового датчика температуры ТЕ (8а). По результатам сравнения полученного значения с устав - кой, микроконтроллер включает холодильную машину с. помощью контактора NS (8г), или регулирует подачу теплоносителя с помощью управления электро - приводом водяного клапана Y6 контактором управления NS (8в). Для защиты во - дяного калорифера от заморозки по воздуху используются датчики реле темпера - туры TS (96), TS (9в) и аналоговый датчик температуры ТЕ (9а), информация с которых поступает на систему аварийной сигнализации и блокировки TSA (9г). При возникновении аварийной ситуации по морозу установка выключается, пол - ностью открывается клапан по воде электроприводом Y6 и включается циркуля - ционный насос М4 с помощью контактора NS (7).
После подготовки воздух попадает на вентиляторы нагнетания, включаю - щиеся с помощью контакторов NS (12) для рабочего вентилятора Ml и NS (15) для резервного вентилятора М2. На входе вентиляторов находятся клапаны, кото - рые приводятся в действие с помощью систем NGSA (10) для заслонок рабочего вентилятора и NGSA (13) для заслонок резервного вентилятора. Эти системы включают в себя устройства для управления заслонками и сигнализации о. их по - ложении. Контроль выхода вентиляторов на рабочий режим осуществляется с по - мощью датчика реле перепада давления PDS (11а) для рабочего вентилятора и PDS (14а) для резервного. Для сигнализации о состоянии вентилятора, информа - ция с датчиков перепада давления поступает на устройство сигнализации PDA (166) для рабочего и PDA (146) для резервного вентиляторов. Отбор давле - ния для датчиков осуществляется до и после того вентилятора. После вентилято - ров воздух подается в обслуживаемое помещение.
Для удаления отработанного воздуха используется вытяжной вентилятор, который включается контактором NS (17). Для контроля за выходом вентилятора нарабочий режим используется датчик реле перепада давления PDS (16а), отбор - ные устройства которого расположены до и после вентилятора. Сигнализация о состоянии вентилятора осуществляется с помощью сигнализатора PDA (166), под - ключенного к датчику перепада давления.
На входе и выходе системы воздух проходит через заслонки. Управление приводами обеспечивает система NGSA (18), которая сочетает в себе элементы управления и сигнализацию о текущем положении рабочего органа (РО) привода. Так как в течение холодного периода года необходимо осуществлять подогрев приводов и заслонок, то для их включения используются контакторы NS (19) для управления подогревом приводов и NS (20) для управления подогрева заслонок [14,15].
В помещении стабилизируются сразу два параметра: температура и относи - тельная влажность воздуха. На разные регулирующие органы воздействуют сразу два регулятора, что позволяет поддерживать относительную влажность с точно - стью +-5%. На воздуховоде стоят датчики перепада давления PDS для наблюде - ния за работой фильтра и вентиляторов. В холодное время открывается рецирку - ляционная заслонка на обратном воздуховоде для экономии тепла, что позволяет обойтись без увлажнения, так как недостающая влага вносится с потоком рецир - куляционного воздуха.
В режиме лето приточный и вытяжной вентиляторы включаются в работу вместе. Заслонки на приточном и уходящем воздуховоде сблокированы с рецир - куляционной. По показаниям датчика температуры ТЕ (8 а) регулятор корректиру - ет температуру приточного воздуха.
Защита калорифера от замораживания осуществляется в двух режимах ра - боты установок -- во включенном и отключенном.
В рабочем режиме при температуре обратного теплоносителя ниже +25 °С или при температуре воздуха перед калорифером +5 °С автоматически открыва - ется клапан на теплоносителе первого подогрева, отключается приточный венти - лятор и закрываются заслонки наружного воздуха[16,17]
Рисунок 7 - Функциональная схема автоматизации инженерной системы кондиционирования воздуха
Для производства специфических промышленных изделий высокого каче - ства необходимо обеспечивать в производственном помещении заданные режимы микроклимата. Для этого необходимо разработать адаптивную систему кондиционирования воздуха, которая представляет собой систему высокого порядка с большими воз - можностями по обеспечению заданных режимов работы за счет регулирования параметров воздушной среды на основе современных средств автоматизации.
Подготовка воздуха в СКВ может включать его охлаждение, нагрев, увлаж - нение или осушку, очистку (фильтрацию, ионизацию и т.д.), причем система должна поддерживать в помещении заданные параметры температуры воздуха независимо от уровня и колебаний метеорологических параметров наружного воздуха, а также переменных поступлений в производственное помещение тепла и влаги. Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воз - духа, в максимальной степени отвечающих требованиям определенного произ - водственного ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
