CC BY
41
-□ □-
Розглянуто метод "точки роси" для системи керування промисловим кондиционером. Проведено аналiз системи керування та запропоновано структурну схему системи керування штучним мiкроклiматом Ключовi слова: кондищонер, метод
"точкироси", структурна схема
□-□
УДК 681.5.015.8:519
АНАЛ1З СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ДЛЯ ШТУЧНОГО М1КРОКЛ1МАТУ ЗА МЕТОДОМ "ТОЧКИ
РОСИ"
Рассмотрен метод "точки росы" для системы управления промышленным кондиционером. Проведен анализ системы управления и предложена структурная схема системы управления искусственным микроклиматом
Ключевые слова: кондиционер, метод
"точкиросы", структурная схема
□-□
The dew point method for a control system of the industrial conditioner is considered. The analysis of a control system is carried out and the control system block diagram is offered by an artificial microclimate.
Keywords: conditioner, dew point method,
block diagram -□ □-
Вступ
Бурхливий розвиток комп'ютерно! науки за остан-ш 40 роюв штотно вплинув на тдходи та методи системного аналiзу та синтезу автоматизованих систем керування (АСК) технолопчними процесами (ТП). Проте, ускладнення математичних моделей АСК ТП у рядi випадюв дають скромнiшi результати шж очжу-еться, а лшшт спрощення не дозволяють адекватно "ощнити хщ" процесу у обласи всього робочого дiа-пазону.
Перед розробниками АСК ТП постае завдання виз-начення меж деталiзащi математично! моделi склад-них ТП. 1з одно! сторони - модель повинна бути простою для и дослщження та синтезу АСК, а iз iншого - повинна враховувати особливоси ТП (суттевi не-лiнiйностi та збурення, взаемозв'язки каналiв впливу та т. ш.).
До такого класу об'ектiв керування вщноситься промисловi кондицiонери. Тут мають мiсце процеси тепло- та масообмшу повiтряноi сумiшi iз значною нелшшшстю за каналами впливу. Причому, у рядi випадкiв до мiкроклiмату промислових примщень висуваються жорсткi вимоги зумовлеш технологiею. Досягнення високих показникiв ефективност можли-во тiльки за допомогою коректного керування облад-нанням кондищонера, що передбачае аналiз структури системи керування.
I. М . Гол i н ко
Кандидат техычних наук, доцент Кафедра автоматизаци теплоенергетичних процесiв Нацюнальний технiчний унiверситет УкраТни "КиТвський
пол^ехычний шститут" пр. Перемоги 38, м. КиТв, УкраТна, 03056 Контактний тел.: (044) 332-21-89 E-mail: [email protected] В. Г. Трегуб Доктор техычних наук, професор Кафедра автоматизаци та комп'ютерноннтегрованих
технолопй
Нацюнальний уыверситет харчових технологiй вул. Володимирська, 68, м. КиТв, УкраТна, 01033 Контактний тел.: (044) 550-84-31
Постановка задачi
Аналiз лiтературних джерел [1 - 5] вид^яе де-кiлька типових рiшень АСК для промислових кон-дицiонерiв, серед яких найб^ьше розповсюджен-ня отримав алгоритм керування за методом "точки роси". Даний метод керування дозволяе досить точно пiдтримувати параметри мiкроклiмату у примiщеннi та не потребуе значних витрат на техшчш засоби автоматизаци.
Промисловий кондищонер складаеться iз чотирьох апарапв: калорифери 1-го та 2-го пвд^ву, охолод-жувач та зволожувач. Для стабШзацп температури та вологост (два параметри) у примщеш необхiдно керувати чотирма апаратами. 1ншими словами, для стабiлiзацii двох параметрiв необхiдно синтезувати алгоритмiчнi зв'язки мiж чотирма керуючими впли-вами.
Проведений аналiз показав, що питання синтезу взаемопов'язаних контурiв керування для системи штучного мiкроклiмату (СШМ) розглянуто недо-статньо, а математичних моделей, яю комплексно розглядають промисловий кондицiонер, автори не виявили.
З цих причин синтез взаемопов'язаних контурiв керування для СШМ е актуальним завданням. Про-ведемо аналiз структури системи керування для про-мислового кондищонера.
■Г
Аналiз структури СШМ
Синтез алгоритмiчних зв'язюв СШМ проведено iз використанням рис. 1.
для керування ^ дiаграми [3]
Рис. 1. I-d дiаграма процесу кондицiювання повiтря за методом "точки роси"
Розглянемо можливi варiанти параметрiв приплив-ного повiтря (повиря навколишнього середовища), що надходить у кондицюнер iз навколишнього середовища:
• зимовий перюд - низька температура та абсолютна волопсть (точка 1);
• перехщний перюд - середня температура (12оС < t < 20оС), висока вщносна вологiсть (точка 1');
• лiтнiй перюд - висока температура, низька вщ-носна волопсть (точка 1'').
Зпдно методу "точки роси" спочатку досягаеться температура "точки роси" (точка 3). Далi повiтря на-грiваеться до температури необхщно! у примiщеннi (точка 0).
Реалiзуеться даний метод за допомогою АСК, функцюнальна схема яко1 зображена на рис. 2. Для спрощення мiркувань будемо вважати, що рециркуля-щя у СШМ вiдсутня та коефщент рециркуляцii к=0 (0 < к < 1 ); У холодну пору року регулятор (поз. 1б) впливае на клапан (поз. 1д) калорифера К1 таким чином, щоб повiтря нагрiлося до температури, що характеризуемся точкою 2 (рис. 1). У зрошувальнш камерi З повiтря адiабатично охолоджуеться та зволожуеться (пряма 2-3) до "точки роси". В теплу пору року температура "точки роси" тдтримуеться регулятором
(поз.1б), який впливае на клапан (поз. 1е) для змши витрати холодноая у охолоджувачi О (калорифер К1 не працюе, зволожувач З працюе). На цьому етат проходить процес охолодження та насичення повиря вологою (пряма 1''-3, або 1'-3). Таким чином, неза-лежно вщ пори року повiтря тсля зволожувача мае однаковi параметри, що характеризуются точкою 3. Далi, за допомогою контуру регулювання температури (поз. 2а-2в) повiтря, що надходить у примщення, нагрiваеться до комфортного значення калорифером К2. Ступiнь рециркуляцп визначаеться дистанцiйно оператором (поз. 3а). Перемикання мiж зимовим та лишм режимами роботи кондицiонера вiдбуваеться за допомогою комутатора (поз. 1г) та датчика температури (поз. 1в).
Ввдповщно до рис. 2 стабШзуються два параметри. Перший контур керування (поз. 1а - 1е) стабШзуе температуру "точки роси" на виходi зволожувача, а другий контур керування (поз. 2а - 2в) стабШзуе температуру на виходi iз кондицiонера. Температура "точки роси" е непрямим параметром, що характеризуе волопсть повиря СШМ [1]. Таким чином, перший контур керування стабШзуе волопсть, а другий - температуру повиря, що надходить у примщення.
Рис. 2. Спрощена функцюнальна схема автоматизаци СШМ
Рис. 3. Структурна схема обладнання кондицюнера
Якщо вважати продуктившсть СШМ постшною, то основним збурюючим фактором е температура по-виря, що проходить обробку на обладнанш кондицюнера. В загальному випадку обладнання кондицюнера (калорифери, охолоджувач, або зволожувач) можна представити у виглядi структурноi схеми (рис. 3) iз двома каналами впливу: Wl - канал регулювання; W2 - канал збурення. Вихвдна температура повиря Твих залежить вщ витрати теплоносiя (або холодоноая) G та температури повiтря Твх, що надходить на обладнання кондицюнера.
Для функцiональноi схеми автоматизаци СШМ (рис. 2) iз урахуванням структури обладнання кондицюнера загальна структурна схема СШМ зображена рис. 4.
Тут прийнято таьл позначення: к
- коефщент рециркуляцп; ТП, ТР -температури припливного та рецир-куляцiйного повiтря; ТТР - температура "точки роси"; ТК - температура повiтря на виходi кондицiонера; GЗ
- витрата холодоноая для камери зволоження; ТТР - завдання температури "точки роси"; Т3 - завдання температури повиря на виходi кондицюнера; Р1 - регулятор температури "точки роси" (непрямий споиб регулювання вологосп на виходi кондицiонера); Р2 - регулятор температури повиря на виходi конди-
Прикладные информац ионные технологии
Рис. 4. Загальна структурна схема СШМ
щонера. Для каналiв регулювання (Wl) та збурення (^^2) прийнято наступнi позначення верхнiх iндексiв обладнання: К1, К2 - калорифер першого та другого пш^ву; О - охолоджувач; З - зволожувач.
Шд час роботи СШМ згщно методу "точки роси" клапан витрати холодоносiя зволожувача постшно вiдкритий та не впливае на динамку СШМ. Будемо вважати, що канал регулювання Wl вiдсутнiй. Ви-конавши вiдповiднi перетворення над структурною схемою СШМ, що розглянута вище отримаемо оста-точний варiант, який представлено на рис. 5.
Рис. 5. Структурна схема СШМ
Тут прийнято наступш позначення кана-лiв збурення та регулювання: W* = W2K1 ■ W20 ■ W2;
Ш* = WlK1 ■ W2O ■ W2 ; W3* = WlO ■ W2 . Якщо порiвняти розглянутий метод керування СШМ iз методом керування за "опти-мальним режимом" [4] можна вщмггити, що обидвi системи керування двомiрнi. До переваг даного методу керування слщ вiднести вщсутшсть перехресних зв'яз-кiв каналiв регулювання. Це спрощуе розрахунок системи керування. Регулятор Р1 використовуеться для керування калорифером К1 або охолоджувачем О в залежнос^ вiд пори року та вщносно! вологостi припливного пов^ря. Оскшь-ки динамiчнi властивос^ цих апаратiв в загальному випадку рiзнi - вiдповiднi настройки регулятора повинш залежати в1д апарату, що включено в систему керу-вання. Параметри регулятора Р2 можуть бути сталими. Це пояснюеться тим, що перед калорифером К2 стаб^зуеться температура та волоНсть повiтря. Якщо датчик регулятора Р2 буде встановлено у примщенш, то регулятор Р2 буде вщпрацьовувати температурнi збурення, що присутнi у примщенш.
Авторами проводилося моделювання роботи СШМ за методом "точки роси" [5]. Моделювання СШМ показало, що АСК кондищонера добре вщпрацьовуе тем-пературш збурення та збурення вологосп повiтря припливного повiтря у рiзнi пори року за вщповщних настройок регуляторiв.
Висновки
Враховуючи суттеву залежшсть фiзич-них властивостей повггря вiд температури та вологостi, перспективним напрямком вдо-сконалення АСК кондицiонерiв е синтез систем керування iз програмно-параметрич-ною настройкою регуляторiв, що дозволить оптимiзувати якiсть перехщних процесiв для рiзних пiр року. 1нший перспективний напрямок - розробка та дослщження систем керування, яю реал1зують енергозбер1гакга алгоритми керування на вщповщному об-ладнаннi СШМ. Наприклад, розробка та до-слiдження АСК СШМ, де в якот зволожувача викори-стовуеться електричний парогенератор.
Лггература
1. Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха: учеб. пособие / Бондарь Е.С., Гордиенко А.С., Михайлов
В.А., Нимич Г.В. -К.: Видавничий будинок "Аванпост-Прим", 2005, -560с.
2. Control Systems for Heating, Ventilating, and Air Conditioning. / Roger W. Haines, Douglas C. Hittle. -New York: Springer Scienc-
e+Business Media Inc., 2006, -366р.
3. Системный анализ оптимизации общеобменной вентиляции и кондиционирования воздуха. / Рымкевич А.А. -М.: Стройиз-дат, 1990 -300с.
4. Голшко 1.М. Структурне моделювання системи керування для штучного мшрокл1мату / 1.М. Голшко, А.П. Ладанюк // Сх1д-но-Свропейський журнал передових технологш. -2010. № 6/8 (48). - с.53-55.
5. Голшко 1.М. Методолопя прискорено! розробки та апробацй програмного забезпечення для мшроЕОМ (на приклад1 алгоритму керування системою штучного мшрокл1мату) / 1.М. Голшко, В.Н. Гемба // Електрошка та зв'язок. -2003. №18. с.136-138.
..................................................................................................................................................................................................................................Ш5~
