Материал: Механизация и автоматизация производства систем теплогазоснабжения и вентиляции

Регулирование по оптимальному режиму

В последнее время начинают применять метод регулирования системы кондиционирования воздуха по оптимальному режиму (разработанный А. Я. Креслинем), позволяющий во многих случаях избежать повторного подогрева воздуха, охлажденного в оросительной камере, а также более рационально использовать теплоту рециркуляционного воздуха. В любой момент времени воздух в установке кондиционирования проходит тепло-влажностную обработку в такой последовательности, при которой расходы теплоты и холода оказываются наименьшими.

Метод регулирования систем кондиционирования воздуха по оптимальному режиму энергетически более эффективен. Однако надо отметить, что реализация регулирования по методу оптимальных режимов требует более сложной автоматики, что сдерживает его практическое применение.

Метод количественного регулирования систем кондиционирования воздуха. Сущность метода заключается в регулировании тепло- и холодопроизводительности установок кондиционирования воздуха путем изменения расхода обрабатываемого воздуха.

Регулирование расхода воздуха осуществляется изменением производительности вентилятора путем изменения частоты вращения ротора электродвигателя, применения регулируемых гидравлических или электрических муфт (соединяющих электродвигатель с вентилятором), использования направляющих аппаратов перед вентиляторами.

Регулирование систем кондиционирования воздуха (см. рис. 3) обеспечивается с помощью контуров регулирования. Установленный в рабочей зоне помещения или в вытяжном канале чувствительный элемент терморегулятора воспринимает отклонения температуры. Терморегулятор управляет воздухоподогревателем второй ступени подогрева ВП₂ чаще всего путем регулирования подачи теплоносителя клапаном К.

Постоянство влажности воздуха в помещении обеспечивается двумя терморегуляторами точки росы, чувствительные элементы которых воспринимают отклонения температуры воздуха после оросительной камеры или воды в ее поддоне. Терморегулятор зимней точки росы управляет последовательно клапаном К₂ воздухоподогревателя первой ступени подогрева ВП₁ и воздушными клапанами (заслонками) К, К₄, К;. Терморегулятор летней точки росы управляет подачей холодной воды из холодильной установки в оросительную камеру с помощью клапана К₆.

Для более точного регулирования влажности воздуха применяют влагорегуляторы, чувствительные элементы которых устанавливают в помещении. Влагорегуляторы управляют клапанами К₂-К₆ той же последовательности, что и терморегуляторы точки росы.

Рисунок 3. - Система кондиционирования воздуха с первой циркуляцией круглогодичного действия:

а) схема СКВ; б) процессы обработки воздуха в I- d-диаграмме; в) графики регулирования; ПВ - приточный вентилятор; ВВ - вытяжной вентилятор; Н - насос.

автоматизация управление микроклимат датчик

4. Технические средства автоматизации

Для качественного ведения любого технологического процесса необходим контроль за несколькими характерными величинами, называемыми параметрами процесса.

В системах теплогазоснабжения и кондиционирования микроклимата основными параметрами являются температура, потоки теплоты (общие, радиационные и др.), влажность, давление, расход, уровень жидкости и некоторые другие.

В результате контроля необходимо установить, удовлетворяет ли фактическое состояние (свойство) объекта контроля заданным технологическим требованиям. Наблюдение за параметрами систем осуществляется с помощью измерительных приборов.

Суть измерения - получения количественной информации о параметрах путем сравнения текущего значения технологического параметра с некоторым, его значением, принятым за единицу. Результатом контроля является представление о качественных характеристиках контролируемых объектов.

Совокупность устройств, с помощью которых выполняются операции автоматического контроля, называется системой автоматического контроля (САК).

В современных САК измерительная информация от приборов часто поступает непосредственно в автоматические управляющие устройства.

В этих условиях в основном используются электрические средства измерений, отличающиеся следующими преимуществами:

) простота изменения чувствительности в широком диапазоне измеряемой величины;

) малая инерционность электрической аппаратуры или широкий частотный диапазон, что позволяет измерять как медленно, так и быстро изменяющиеся во времени величины;

) возможность измерения на расстоянии, в недоступных местах, централизация и одновременность измерения многочисленных и различных по своей природе величин;

) возможность комплектования измерительных и обслуживаемых ими автоматических систем из блоков однотипной электрической аппаратуры, что имеет важнейшее значение для создания ИИС (измерительно-информационные системы) [5, с. 29].

Метод измерений - т.е. совокупность отдельных измерительных преобразований, необходимых для восприятия информации о размере измеряемой величины и преобразования ее в такую форму, которая необходима получателю информации, наиболее наглядно можно изобразить в виде функциональной схемы (рис. 4).

Рисунок 4 - Функциональная схема метода измерения

Измерительный прибор конструктивно чаще всего разделяют на три самостоятельных узла: датчик, измерительное устройство и указатель (или регистратор), которые могут размещаться отдельно друг от друга и соединяться между собой кабелем или другой линией связи.

Датчик прибора для измерения той или иной, величины представляет собой конструктивную совокупность нескольких измерительных преобразователей, размещаемых непосредственно у объекта измерения. Используя дистанционную передачу, остальную часть измерительной аппаратуры (измерительные цепи, усилитель, источники питания и т.д.) называемую обычно измерительным устройством, выполняют в виде самостоятельного конструктивного узла, который может быть размещен в более благоприятных условиях. Требования к последней части измерительного прибора, т.е. к его указателю (регистратору) определяются удобством использования полученной информации.

В САК датчик называют первичным прибором. Он соединяется линией связи с вторичным прибором, объединяющим измерительное устройство и указатель. Один и тот же вторичный прибор может использоваться для контроля нескольких величин (параметров). В более общем случае к одному вторичному прибору подключаются несколько первичных преобразователей - датчиков.

Методы измерительных преобразований разделяются на два основных, принципиально отличающихся класса: метод прямого преобразования и метод уравновешивающего преобразования.

Метод прямого преобразования характеризуется тем, что все преобразования информации производятся только в одном, прямом направлении - от входной величины X через ряд измерительных преобразователей П₁, П₂ ... к выходной величине У_вых: метод отличается сравнительно низкой точностью (рис. 5, а).

В методе уравновешивания используются две цепи преобразователей: цепь прямого преобразования П₁, П₂ ..., ... и цепь обратного преобразования, состоящая из преобразователя β.

Рисунок 5 - Метод уравновешивания

Вторичные приборы в соответствии с примененным в них методом измерения подразделяются на приборы прямого преобразования и приборы уравновешивания. По методу прямого преобразования построен прибор для измерения температуры с помощью термопары и милливольтметра, - логометр - магнитно-электрический прибор постоянного тока с электрическим противодействующим моментом (рис. 6, а, б).

Рисунок 6 - Схема измерения температуры с помощью термопары и милливольтметра (а) и схема логометра (б)

Основное достоинство логометра - независимость показаний прибора от величины питающего напряжения Е.

В системах ТГС и СКМ широко применяются приборы уравновешивания с мостовыми равновесными и компенсационными измерительными схемами.

В качестве вторичного прибора используется мост с автоматическим процессом уравновешивания - автоматический мост.

В ТГС и СКМ автоматические мосты применяются для измерения температуры, а также расхода вещества, давления, уровня жидкости, влажности и многих других неэлектрических величин.

В качестве вторичных приборов широко применяются также автоматические потенциометры. Автоматические потенциометры применяют для измерения электрических и неэлектрических величин, которые могут быть предварительно преобразованы в напряжение или ЭДС постоянного тока.

В качестве вторичных приборов в системах ТГС и СКМ находят широкое применение автоматические дифференциально-трансформаторные приборы. Они применяются для измерения неэлектрических величин - давления, расхода уровня, напора и т.п. (модификации КПД, КВД, КСД).

По устройству и назначению вторичные приборы делятся на две группы:

а) показывающие, дающие информацию о мгновенном значении измеряемого параметра.

б) показывающие и самопишущие, осуществляющие мгновенное измерение и фиксирующие величину измеряемого параметра на диаграммной бумаге.

4.1 Первичные преобразователи (датчики)

По принципу действия датчики, применяемые в электрических САК, можно разделить на две группы: параметрические и генераторные.

В параметрических датчиках (термосопротивлениях, тензосопротивлениях, фотосопротивлениях, емкостных датчиках) контролируемая величина преобразуется в параметр электрической цепи: сопротивление, индуктивность, емкость, взаимную индуктивность.

В генераторных датчиках различные виды энергии непосредственно преобразуются в электрическую. К генераторным относятся термоэлектрические датчики (термопары), индукционные, основанные на явлении электромагнитной индукции, пьезоэлектрические, фотоэлектрические и т.п.

По виду выходной величины датчики, применяемые в САК, можно разделить на группы, в которых контролируемый параметр преобразуется в следующие величины:

) омическое сопротивление;

) емкость;

) индуктивность;

) величину постоянного тока (напряжение);

) амплитуду переменного тока (напряжение) и т.д.

Такая классификация позволяет выбрать наиболее пригодные измерительные устройства.

По виду входных величин датчики, используемые в системах ТГС и СКМ, разделяют на следующие основные группы:

) датчики температуры и потоков теплоты;

) датчики влажности и энтальпии влажного воздуха;

) датчики уровня;

) датчики давления;

) датчики расхода;

) датчики анализа состава вещества.

Датчики являются одним из функциональных важнейших элементов всякой системы контроля. Их свойства и характеристики часто во многом определяют работу САК в целом [5, с.34].

5. Современные схемы управления системами кондиционирования воздуха

Каскадное управление СКВ. Повышение точности стабилизации параметров микроклимата может быть достигнуто синтезом стабилизации с коррекцией по отклонениям от заданных температуры и относительной влажности воздуха в помещении. Это обеспечивается переходом от одноконтурных к двухконтурным каскадным системам стабилизации. Каскадные системы стабилизации, по существу, должны быть основными системами регулирования температуры и влажности воздуха.

Рисунок 7. - Функциональная схема каскадной системы управления СКВ

Работа каскадных систем основана на регулировании не одним, а двумя регуляторами, причем регулятор, контролирующий отклонение основной регулируемой величины от заданного значения, воздействует не на регулирующий орган объекта, а на датчик вспомогательного регулятора.

Этот регулятор поддерживает на заданном уровне некоторую вспомогательную величину промежуточной точки объекта регулирования. Так как инерционность регулируемого участка первого контура регулирования незначительная, в этом контуре может быть достигнуто относительно большое быстродействие. Первый контур называется стабилизирующим, второй - корректирующим. Функциональная схема каскадной системы стабилизации непрерывного действия для прямоточной СКВ показана на рис. 7. Стабилизация параметров воздуха осуществляется с помощью двухкаскадных систем.

Заключение