CC BY
48
УДК: 697.34; 681.51.
А. А. БОБУХ, канд. техн. наук, доцент Д. А. КОВАЛЕВ, ассистент
Харьковская национальная академия городского хозяйства, г. Харьков
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ ЗАКРЫТОЙ СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НА
ИХ ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ
Рассматриваются вопросы исследования объектов управления закрытой системы централизованного теплоснабжения на физических моделях индивидуального теплового пункта и системы отопления.
Розглядаються питання дослідження об'єктів керування закритої системи централізованого теплопостачання на фізичних моделях індивідуального теплового пункту і системи опалення.
Введение
Актуальным, учитывая высокую стоимость топливно-энергетических ресурсов, является решение задач по повышению эффективности объектов управления закрытой системы централизованного теплоснабжения (СЦТ) за счет усовершенствования существующих или разработки новых систем автоматического управления. Закрытая СЦТ по характерным признакам относится к «сложным системам» [1], которым присущи: наличие подсистем; наличие иерархической (многоярусной) структуры системы управления с большим числом связей между подсистемами; наличие элементов самоорганизации, которые определяют поведение подсистем управления в зависимости от изменения внешних условий; наличие в системе относительно большой номенклатуры технических средств, которые различают по принципу действия и роли, которую они выполняют в системе; участие оперативного персонала в процессе управления технологическими процессами. Особенностью закрытой СЦТ как сложной системы является технологическая невозможность проведения активных экспериментов [2] в отопительный сезон для получения необходимых экспериментальных данных с целью разработки математических моделей, необходимых для повышения экономической эффективности, в частности, снижения расхода потребляемой тепловой энергии, при реализации утвержденного температурного графика системы отопления. Для преодоления указанной технологической невозможности сотрудниками кафедры теплохладоснабжения Харьковской национальной академии городского хозяйства была разработана и реализована физическая модель закрытой СЦТ (ФМСЦТ), состоящая из комплекта физических моделей следующих объектов управления: источника тепловой энергии (ФМИТЭ), индивидуального теплового пункта (ФМИТП), системы отопления (ФМСО) и системы горячего водоснабжения (ФМСГВ).
Принципиальная схема закрытой ФМСЦТ условно изображена на рисунке 1. Для реализации этой физической модели используются: электрическая энергия, поступающая от щита электрического (ЭЩ), напряжение питания 220 В, частота 50 Гц; и вода (1) - из городского водопровода (В). В комплект закрытой ФМСЦТ входят:
1) ФМИТЭ состоящая из: электрического нагревателя (2) с блоком термо-электрических нагревателей (ТЭН), напряжение питания которых 220 В, частота 50 Гц, мощность 4-6 кВт для системы отопления; циркуляционного (подкачивающего) электронасоса (3), напряжение питания 220 В, частота 50 Гц; обратного клапана (4); экспанзомата (расширительного бачка) (5); предохранительного клапана (6); фильтров сетчатых - 2 шт. (7, 8); вентилей пластмассовых
- 7 шт. (9-15); термометров манометрических показывающих жидкостнонаполненных - 3 шт.
№10 СІ04) 2012 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ • ЭНЕРГЕТИКА • ЭНЕРГОАУАИТ
36
Рис. 1.Принципиальная схема физической модели системы централизованного теплоснабжения
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
(позиции 1; 2; 3), шкала 0-120 оС; манометров деформационных показывающих трубчатых - 5 шт. (из них - 1 шт. (позиция 4), шкала 0-1,0 МПа и 4 шт. (позиции 5; 6; 7; 8), шкала 0-1,6 МПа);
2) ФМИТП состоящая из: смесительного электронасоса (16), напряжение питания 220 В, частота 50 Гц; обратного клапана (17); вентилей пластмассовых - 2 шт. (18; 19); микропроцессорного контролера (МПК) типа РТГ в комплекте [3], напряжение питания которого 220 В, частота 50 Гц (позиции 9; 9.1; 10; 11); термометров манометрических показывающих жидкостнонаполненных - 4 шт. (из них 3 шт. (позиции 1; 2; 3) относятся также к ФМИТЭ, 1 шт. (позиция 12), все имеют шкалу 0-120 оС; манометров деформационных показывающих трубчатых - 4 шт. (из них - 3 шт. (позиции 5; 6; 8) относятся к ФМИТЭ, имеют шкалу 0-1,6 МПа и 1 шт. (позиция 13), шкала 0-1,0 МПа;
3) ФМСО состоящая из: приборов отопления: радиаторов алюминиевых (РА) - 2 шт. (20; 21) и - стальных (РС) - 2 шт. (22; 23), с индивидуальными терморегуляторами - 4 шт. (24; 25; 26; 27); конвектора (К) «Аккорд» (28) и радиатора чугунного(РЧ) (29); вентилей пластмассовых
- 23 шт. (30; 31-36; 37; 38-42; 43; 44-48; 49-52), с помощью которых можно смонтировать подключение любого прибора отопления или всех вместе; автоматического воздухоотводника (53); счетчика потребляемой тепловой энергии типа SUPERCAL 539 в комплекте (позиции 14; 15; 16, 14.1); термометров манометрических показывающих жидкостнонаполненных - 12 шт. (позиции 17-28), шкала 0-120 оС;
4) ФМСГВ состоящая из: пластинчатого теплообменника (ТО) типа СВ-14 20Н (54); вентилей пластмассовых - 7 шт. (55-61); фильтров сетчатых (62); крыльчатого счетчика холодной воды типа КВ-1,5 (максимальное давление воды - 1 МПа) (позиция 29); термометров манометрических показывающих жидкостнонаполненных - 2 шт. (позиции 30; 31), шкала 0-120 оС; манометров деформационных показывающих трубчатых - 2 шт. (позиции 32; 33), шкала 0-1 МПа; а также - бак для слива воды из ФМИТЭ, ФМИТП, ФМСО, ФМСГВ (позиция 63) в канализацию.
В комплект МПК типа РТГ входят:
а) электронный блок с передней панелью, который включает микропроцессор, нормирующие усилители и преобразователи сигналов, силовые элементы, элементы гальванической развязки и питания. По принципу действия электронный блок представляет собой ПИД - регулятор, реализованный с помощью микропроцессора. На фрагменте функциональной схемы автоматизации технологических процессов (ФСА ТП) ФМИТП (2) и ФМСО (3), выполненной адресным методом [4] (рис. 2), этот блок условно изображен как
Рис. 2. Фрагмент ФСА ТП ФМИТП (2) и ФМСО (3), где 1.1 - горячий теплоноситель послеФМИТЭ(насхеме непоказана); 1.2 - теплоноситель вФМИТЭ;
1.3 - горячийсмешанныйтеплоноситель после ФМИТП(в ФМСО); 1.4 -
теплоноситель после ФМСО
«МПК»с функциями:автоматическшеконтроля,сигнализации и уп^р^а^вления соответствующими параметрами;
б) ) ерввеин-серввеющее пре обв^евоветпли(КВТ№[р(П) сі^ге^:^о в али і^с^а^^^р ^.пятем пературы
кв бпвемкеросссм в-термопреотрдоваткеемфирмвісАпаІ0£ЛВ^інв»ев ькоднымп спгнал»мп иоттоянвдяо лона. Имничеакеи1111/ПрП зав/аят аккомимесосс ^п]^^^і^е^і^^.ІИс ФСА
ТПпсображеасі ери 1111/ПрПпозижвя е - доя комтроляяяппера'.фы енролаго смешеиного теоптуосптеля после ФМОТП Вт ФМСО); ^(^зщїм М - дче кяипроля яампературы кемлоеспкевля ичтлс ФМуО; позиция П--ля контроля темверяа-рынаружног^єчи»тк^т(в
СС^І^Т^^^(^110ЛСЄПЯк ТЄМПВДО^РОі)1
в) олясоОво»опсIр элавидоофовс0 с диакяесім оборотным затвором с истесксе исчотсикетьсого метснипмс Iим) (чопияли 9.е). Мси1имстьный кгот чосо»окс сстс лкого затвора - 90°. Электропривод можно разъединить с редуктором дискового оборотного затвора с помощью муфты. При этом вал электропривода оборачивается маховиком ручного управления. МуЯжемвжет служить яаожсрллoтклюрeния МПК типа РТГ без влияния на электрические коммутациноные слеме—ты.
M[афpагме»уe ф<ЖЫ ТП Во»ы 2) иенK»ежeпытaкжт вoутярааусяпно показывающие контромсня-ивмерителаиылпрпОлдыдля контрееоттзмератуеы и -авленав.
При проведении экяпер-менткв на ФПОйТП т ФМСО ссселедовалесе киаиежс свттматитесгогв упразлзнпя ((НАУ. ояупер-туаои горячего сч^^п^^і^і^с^в^о^^»^:^с^нос^і^т^^зн им сыходт ИТП -е Y (ТЕТ ЄЄ (на входеСОІскоурекцовП кю дeмпoтвлвpaм:нврyжнoroвoздуап -X1 (ТЕТИ) и теплочосителж в и»тнтном »pиТунупвoдeнaеыxудeиoCO- Х2 (ИЕс 10]. ^^мвек^ач^І^і^і^ш ерафпк управления указанной температурой (Y) в памяти МПК типа РТГ показан на рис. 3.
Рис. Є. Темче»скк»ный грсфии кч»сслєнну кемчеoсртoой го»итего смеоснного кичтоносикили (У) сосли ФМИТП (с ФМ—Х) с иооовиямей во кемчеоскгое нс»кжного сопяктс (Хе) иси сопмкщсющего сопяейсксии
М»исеяенномк кемче»срт»номк г»сHикм сооксекскскюк к»ссненни:
У = 20 + Є00~20 (20 - Хе )м— (Є)
40
или
у = Є00 - Є00-20 (20 + Хе) м— (2)
40
В »епклькске исслеяоссний киспснной —МУ чолктен мсссис лисче»именксльныт яснныт (чо 48 яснных ялп исжяого ип чс»смек»ос), иокорый оВ»сВоксн чо мекояк
нсименьоит исся»скос [5] и »сп»сВокснс мскемскитесисп мояель сияс У=ДХе; Х2).
У=0,4ЄЄ-0,00Є-Хе+Є,042-Х2 (3)
Следует отметить, что при проведении исследований использовалось от одного до шести отопительных приборов ФМСО. Максимальные, минимальные а также средние значения параметров массивов экспериментальных данных приведены в табл. 1, а значения критериев СтьюдентаиФишера[5] для математическоймодели(З)- втабл. 2.
Таблица 1
Максимальные, минимальные и средние значения параметров массивов
экспериментальных данных
Условные обозначения параметров Значения параметров
Максимальные Средние Минимальные
Y 81,9 66,1 38,3
XI -23,6 -14,4 18,1
Х2 78,7 62,9 36,4
Таблица 2
Значения критериев Стьюдента ^- критерий) и Фишера (Е для математической модели Y=f(Х1; Х2)
Условные обозначения параметров Табличные значения Расчетные значения
^ критерий табл Е табл ^ критерий расч расч
Х1 12,71 4052 -20,23 4524
Х2 64,9
Выводы
Из анализа полученных значений для критериев Стьюдента можно сделать вывод, что во всех случаях расчетные значения больше табличных, т. е. в разработанной математической модели для управления параметрами технологических процессов ФМИТП все значения коэффициентов параметров по степени их влияния значимы и их значения должны быть учтены для расчета управляемого параметра. Из сравнения значений критериев Фишера можно сделать вывод, что условие Fрасч > Fтабл выполняется, следовательно, полученная математическая модель в первом приближении может быть использована для усовершенствования САУ температурой горячего смешанного теплоносителя реального ИТП.
В результате проведенных исследований объектов управления закрытой СЦТ (ФМИТП и ФМСО) была разработана математическая модель для САУ температурой горячего смешанного теплоносителя на выходе из ФМИТП в ФМСО. При управлении указанной температурой для исследуемой САУ значения параметров регулятора необходимо выбирать таким образом, чтобы обеспечить оптимальное управление в требуемой точке температурного графика. Для оптимизации же системы в нескольких точках необходима коррекция параметров регулятора в соответствии с изменениями температуры наружного воздуха. Поэтому при решении этой задачи для реального объектауправления в дальнейшем целесообразно применение адаптивного подхода, при котором управление температурой горячего смешанного теплоносителя на выходе из ИТП в СО может осуществляется с необходимой коррекцией параметров теплоносителя в реальном времени.
Список литературы
1. Лоскутов А. Ю., Михайлов А. С. Основы теории сложных систем. М.-Ижевск: НИЦ «Регулярнаяи стохастическаядинамика»,2007.-620 с.
2. Славутский Л. А. Основы регистрации данных и планирования эксперимента: Учебное пособие / Л. А. Славутский.-Чебоксары :Изд-воЧГУ, 2006.-200 с.
3. Регулятор температуры автоматический двухканальный с погодной коррекцией: Паспорт и инструкция по эксплуатации. - Харьков: ЗАО «Теплокомплект», 2009. - 26 с.
4. Бобух А О. Автоматизація інженерних систем: Навч. посібник. (Гриф MОН України) -Харків: ХНАЫГ, 2005. - 212 с.
5. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. M.: Издательский дом «Вильямс». 2007. - 912 с.
RESEARCH OF OBJECTS CONTROL OF THE CLOSED
SYSTEM CENTRALIZED HEAT-SUPPLY ON THEIR PHYSICAL MODELS
A.A.BOBUKH, Cand. Tech. Scie., associate professor D.A.KOVALEV, assistant
The questions research of objects cjntrol of the closed system centralized heat-supply are examined on the physical models of individual thermal point and system of heating.
Поступила в редакцию 27.09 2012 г
Уважаемые предприниматели! Подписчикамижурнала «Энергосбережение • Энергетика • Энергоаудит» являются руководители прадприятий промышленнокдид эчергечики, жилищне-коммуевньнога аозяйсиве, агронуомышленмдго компоевсд,ВУДом. Размесвнвсвоюоемлорввд сдрмджцох журнала, Вы построитееди одну ступеньку к вершине своего бизнеса! Постоянным подписчикам журнала
- скидка на размещение рекламной мнформации. Ноеайтевев-ооггпвПсот.какомещана инИмуммциноб услгеияо раомищегиг ренламы
