Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»
РЕФЕРАТ
по дисциплине: «Принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях»
Тема: «АСУ системы вентиляции с теплонасосной установкой. Обзор отечественных и зарубежных разработок»
Выполнил: студент группы ТЭМ-161 Сысолятин А.С.
Проверил: Шаулева Н.М.
Кемерово 2017
Оглавление
Введение 3
1. Анализ технологического процесса как объекта управления. 4
2. Аппаратура технологического процесса 7
3. САУ в настоящее время. 11
Список литературы 13
Введение
Одной из основных составляющих современных систем кондиционирования и вентиляции (СКВ) является средства и системы автоматики. Они реализуют различные функции управления, которые должны с одной стороны обеспечить поддержание требуемого микроклимата в обслуживаемом помещении, а с другой – экономичную и надежную работу технологического оборудования. Диапазон функций управления, выполняемых системами автоматики по количеству и сложности реализации довольно широк: от простого включения – выключения до централизованного управления климатическим или всем инженерным оборудованием здания [1].
Основные технологические функции управления СКВ, как правило, реализуются на уровне отдельных установок с помощью систем автоматического управления (САУ). САУ – это совокупность объекта управления (управляемого технологического процесса) и управляющих устройств, взаимодействие которых обеспечивает автоматическое протекание процесса в соответствии с заданной программой. При этом под технологическим процессом понимается последовательность операций, которые необходимо выполнить, чтобы из исходного сырья получить готовый продукт. В случае СКВ готовым продуктом является воздух в обслуживаемом помещении с заданными параметрами (температура, влажность, газовый состав и так далее), а сырьем наружный и вытяжной воздух, теплоносители, электроэнергия и другие.
В основу функционирования систем автоматического управления СКВ, как и любой системы управления, положен принцип обратной связи: выработка управляющих воздействий на основе информации об объекте, полученной с помощью датчиков, установленных на объекте.
Каждая конкретная САУ разрабатывается исходя из заданной технологии обработки входного потока воздуха. Это могут быть простые вентиляционные системы или центральные кондиционеры в сочетании с автономными устройствами (осушители, автономные кондиционеры, увлажнители).
При применении автономных устройств или комплектных технологических установок обработки воздуха САУ поставляются уже встроенными в оборудование и уже заложенными определенными функциями управления, которые обычно подробно описываются в технической документации. В этом случае наладка, сервисное обслуживание и эксплуатация таких систем управления должны производиться в точном соответствии с указанной документацией.
Если САУ требует разработки для конкретной технологической схемы и оборудования с инсталляцией в него средств автоматики других фирм – производителей, то определение оптимальной программы и конкретных функций управления должно вестись совместно специалистами по кондиционированию и вентиляции и специалистами по автоматизации. При таком подходе учитываются как требования к системе автоматизации, так и к автоматизируемому объекту.
Анализ технологического процесса как объекта управления.
Выбор системы автоматического регулирования по закону управления (позиционный, пропорциональный, пропорционально-интегральный и др.) зависит от требований к точности поддержания регулируемых параметров, динамических свойств объектов регулирования, назначения систем, а также технической и экономической целесообразности.
По виду используемой энергии системы регулирования могут быть пневматическими и электрическими.
Если на предприятии отсутствует сеть сжатого воздуха или ее установка экономически неприемлема, то используют электрическую систему регулирования. Если сеть сжатого воздуха (с давлением от 0,3 до 0,6 МПа) на предприятии есть, или в целях противопожарной безопасности, применяется система пневматического регулирования.
Принцип автоматического регулирования температуры воздуха заключается в смешивании рециркулирующего воздуха и наружного воздуха, а также в варьировании режимов работы калориферов. Эти методы могут применяться как совместно, так и по отдельности. При этом благодаря регулировке в системе кондиционирования достигаются требуемые температура, давление и относительная влажность.
Рис. 1 Автоматизированная система приточной вентиляции
Для автоматизированной системы приточной вентиляции характерно измерение температуры воздуха в помещении (после вентилятора), и температуры горячей воды до и после калорифера. При этом, благодаря регулятору температуры, автоматически действующему на регулировочный клапан горячей воды, изменяется в нужную сторону температура в помещении.
В системе имеются два датчика температуры, функция которых — предотвратить замерзание калорифера. Первый датчик отслеживает температуру теплоносителя после калорифера (в обратном трубопроводе), второй — температуру воздуха между калорифером и фильтром.
Если в процессе работы вентиляционной установки первый датчик зафиксирует понижение температуры теплоносителя до +20 — +25°С, то вентилятор будет автоматически отключен, а клапан регулировки будет полностью открыт, чтобы подать теплоноситель в калорифер с целью прогрева.
Если температура поступающего воздуха больше 0°С, то замерзание калорифера, конечно, невозможно, и нет надобности в отключении вентилятора, нет надобности в открывании клапана горячей воды, - второй датчик отключит узел защиты калорифера от замерзания.
Пусть в ночное время вентилятор отключен, и требуется защита калорифера от замерзания, тогда второй датчик (перед калорифером), фиксируя температуру ниже +3°С, откроет клапан для подачи горячей воды. Когда калорифер будет прогрет, клапан закроется.
Именно так реализуется автоматическая двухпозиционная регулировка температуры воздуха перед калорифером когда вентилятор отключен. При запуске системы калорифер предварительно прогревается, до того, как вентилятор будет включен. В момент включения вентилятора открывается заслонка.
Для нагрева воздуха возможно применение одной из двух схем. В первой схеме, установленный в потоке подогретого воздуха, терморегулятор при отклонении температуры воздуха от уровня уставки включает моторный клапан, регулирующий подачу в калорифер теплоносителя (целесообразно применять в случае если теплоносителем является вода). Вода поступает в калорифер пропорционально положению клапана над седлом по высоте.
Когда теплоносителем служит пар, то его поступление не будет пропорционально, и тогда подойдет второй метод регулирования. В схеме приемлемой для пара, терморегулятор управляет сервомотором, связанным с дроссельными клапанами, регулирующими соотношение воздуха идущего в обход, и воздуха, идущего непосредственно через калорифер.
Увлажнение воздуха в форсуночной камере регулируется одним из двух методов, в основе которых адиабатное насыщение. Коэффициент αр прямо связан с коэффициентом орошения p, и изменяя p, меняем αр. Регулятор влажности управляет моторным клапаном, установленным на нагнетательной стороне насоса, который подает воду к форсункам из поддона камеры. Но есть и второй путь.
Второй способ заключается в том, что, меняя температуру воздуха, проходящего через калорифер, можно менять влажность, оставляя нетронутыми α и р. Просто регулятор влажности в этом случае регулирует подачу в калорифер теплоносителя.
Рис. 2 Охлаждение воздуха в системе вентиляции
Для охлаждения воздуха служит следующий процесс. Перемещаемый по каналу воздух попадает в форсуночную камеру, где он должен быть охлажден разбрызгиваемой холодной водой. Положение дроссельных клапанов меняется так, что часть воздушного потока идет в обход, а часть — в форсуночную камеру. В обходном канале температура не изменяется[2].
После прохождения части потока через форсуночную камеру, разделенные потоки вновь объединяются, смешиваются, и в результате температура воздуха становится такой, как нужно в соответствии с условиями в помещении. Доля воздуха, проходящего через форсуночную камеру или идущего в обход, регулируется, и может достигать 100%, - весь поток через камеру или весь поток по обходному каналу.
Преимущества автоматизации вентиляционных систем очевидны применительно к любому городу, где благоприятные климатические условия перемежаются с неблагоприятными. Прежде всего, автоматизация вентиляционной системы существенно удешевляет ее эксплуатацию. Таким образом, минимизируется количество персонала, необходимого для обслуживания системы. Кроме этого, заметно снижается расход энергоресурсов и повышается уровень безопасности работы системы в целом.
Говоря о преимуществах автоматизации вентиляционных систем, нельзя не упомянуть об автоматическом сборе данных о работе каждого узла в конструкции всего агрегата. Таким образом, при сравнительно небольших материальных инвестициях в автоматизацию можно получить уникальную возможность существенно продлить эксплуатационный ресурс вентиляционной системы. Более того, автоматизированная система управления может включать функцию удаления дыма, что тоже немаловажно. Особенно это преимущество актуально на промышленных и индустриальных предприятиях, где производство предусматривает выброс в окружающую среду дыма и прочих следов горения. Полноценная эксплуатация системы автоматического управления вентиляцией возможна при наличии системы диспетчеризации. Диспетчеризация вентиляции дает возможность осуществлять непрерывный контроль за работой системы вентиляции. При этом удаленность системы вентиляции от центрального пункта управления не является существенным фактором. Использование специализированных аппаратных и программных средств, ведущих сбор и обработку информации о состоянии вентиляции, позволяет в режиме реального времени отслеживать все происходящие процессы. Долговечность и экономичность использования системы вентиляции определяется возможностью немедленного реагирования на сбои в системе, поломки, пожары и другие несанкционированные нарушения работы оборудования[3].