ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.07.2020
Просмотров: 573
Скачиваний: 3
Р о з д і л д в а н а д ц я т и й
Системи автоматичного регулювання
В уставах (установках) систем вентиляції (СВ) системи автоматичного регулювання (САР) застосовують для виконання функцій:
-
регулювання, тобто підтримання температури, вологості або тиску на бажаному рівні в наперед заданих межах;
-
безпеки, тобто попередження перевищення температури, вологості або тиску за безпечні границі і запобігання задіяння устатковання (обладнання) поза безпечними межами;
-
керування, тобто вимкнення і увімкнення СВ у відповідні моменти часу в наперед заданій (зблокованій) послідовності для забезпечення економічності задіяння.
Автоматичне регулювання температури, вологості та інших параметрів у вентильованому (кондиційонованому) приміщенні потрібне для: підтримання параметрів мікроклімату приміщення, необхідних для ефективної праці в ньому людей, правильного протікання різних технологічних процесів, забезпечення цілісності і якості зберігання продуктів; запобігання перегрівання і переохолодження приміщення, які спричиняють невиправдані витрати енергії; надання можливості користувачам (мешканцям) реалізувати власні вимоги щодо температури в наперед означених розумних межах.
Дуже важливо, щоб СВ і САР проєктувались поєднано. Повітронагрівники та повітроохолодники і їх регулювальні клапани та заслінки повинні бути правильно підібрані. Ефект запізнювання в САР і в СВ треба аналізувати.
По суті САР складається із контролера, тобто регулювального пристрою і джерела енергії.
Контролер – це прилад, який вимірює зміну параметра і відповідну дію (дії) або спричиняє імпульс для передавання регулювальному приладу команди протидії змінам контрольованого параметра. Приклади контролерів – термо- і вологорегулятори.
Регулювальний прилад (корегувальний агрегат) реагує на сигнал, отриманий від контролера, і змінює витрату регульованого середовища. Приклади регулювальних приладів – клапани, заслінки, електричні реле і електродвигуни вентиляторів та насосів.
Нижче подаються основні терміни, які застосовуються в системах автоматичного регулювання.
Регулювальним агентом називається середовище, параметр (параметри) течії якого змінює регулювальний прилад; цим середовищем можуть бути водяний або паровий потоки, які протікають через клапан, або повітряний потік, який протікає через заслінку тощо.
Регульована змінна (регульована умова, кондиція) – це параметр, який підлягає регулюванню.
Бажане значення – це значення регульованого параметра.
Точка настроювання (настроювальне значення) – це значення, на яке настроєний регулятор; воно, зазвичай, є бажаним значенням регульованої змінної. Однак точка настроювання може відрізнятися від бажаного значення (різницю часто називають вимірюваним відхиленням).
Регульована точка – це дійсне значення регульованої змінної, за якої контролер виконує свою функцію.
Відхилення – це різниця між точкою настроювання і значенням регульованої змінної в деякий момент часу (часто називають дійсним відхиленням).
Зсув – це тривале відхилення між точкою настроювання і дійсним значенням регульованої змінної за усталених умов.
Диференціал стосовно двопозиційного регулювання означає різницю між настроюваннями, при яких контролер працює в крайніх положеннях.
При “плавальному” пропорційному регулюванні диференціал – це зміна регульованого параметра, що потрібна для переміщення, за командою контролера, регулювального приладу із одного крайнього положення в друге.
Нестійкість (або циклічність) – це періодична зміна регульованої змінної від одного значення до другого.
Багатоступінчасте (або погоджене) регулювання – це робота регулювальних ступенів в наперед заданому порядку. Воно може бути потрібним при регулюванні температури зміною витрати двох або більше потоків речовини. Погоджене регулювання при кондиціюванні приміщення, в загальному випадку, може полягати в управлінні: СО за допомогою клапана на трубопроводі підведення теплоносія до повітронагрівника; СВ – за рахунок зміни співвідношення витрат потоків зовнішнього і рециркуляційного повітря за допомогою змішувальних повітряних клапанів; охолодженням – за допомогою клапана на трубопроводі підведення охолодженої води до повітроохолодника.
Компенсаційне регулювання – метод регулювання, при якому параметри в будь-якій точці настроюються автоматично, якщо змінюються умови в другій точці. Наприклад, в теплий період року (ТПР), температура в приміщенні підвищується зі збільшенням температури зовнішнього повітря. Другими формами цього регулювання є “зимова компенсація” і компенсація притікання.
Графік регулювання (або регульоване переключення) – задана програма, в якій допускається зміна одного параметра за наперед заданим порядком при зміні другого параметра. Цей термін часто використовують для компенсаційного регулювання (наприклад, зимовий графік, літній графік).
Авторитет – термін, який виражає відношення компенсаційного терморегулятора, щодо основного. Так, при 10% - му авторитеті зміна температури в компенсаторі на 10 ºС викликає зміну температури в контролері на 1 ºС.
Ступені переключення – настроювальна основа багатоступінчастих систем, яка забезпечує “мертву зону” або “перекривання” дроселювальних діапазонів пропорційних ступенів, або диференціалів двопозиційних ступенів.
Пасивна (мертва) зона – інтервал між закінченням однієї стадії і початком наступної, протягом якого допускається зміна регульованої змінної на наперед встановлену величину без корегувальної дії. Часто використовується для економії експлуатаційних витрат перед переходом до стадії охолодження повітря.
Перекривання – сумісна дія двох регулювальних пристроїв, ефект яких протилежний (наприклад, відкривання клапана теплоносія до закриття клапана холодоносія).
Запізнювання – час затримки реагування однієї частини системи на зміни умов в другій частині; суть його полягає в запізнюванні контролера і запізнюванні системи. Запізнювання контролера складається, головним чином, із запізнювання вимірювання, наприклад, передавання теплоти до чутливого балона регулятора температури; в нього входить також і запізнювання в дії регулювального приладу.
Кожна частина системи вносить свою частку в загальне запізнювання, яке може бути значним, особливо при увімкненні системи (наприклад при наступному “ланцюжку”): за команди на обігрівання газовий паливник котла починає підігрівати воду; підігріта вода циркулює через повітропідігрівник, який встановлений в трубопроводі СВ, по якому вентилятором переміщується повітряний потік; теплота передається до цього потоку і потім він підігрітим притікає в приміщення; зміни в надходженні теплоти виявляються терморегулятором.
Для точного і надійного регулювання, в деяких випадках, треба попередньо виявити час запізнювання в системі нагрівання або охолодження. Це особливо важливо в тих випадках, коли час запізнювання приміщення (будинку) малий в порівнянні з часом запізнювання системи (наприклад, коли значне заскління зовнішніх стін, мала теплоакумуляційна здатність будівельних конструкцій (огорож)), і зміни зовнішніх умов (наприклад потоку сонячного випромінення), спричиняють необхідність швидкої зміни холодильного навантаження (навантаги). В більшості випадків, якщо контролер встановлений в трубопроводі рециркуляційного повітря і кратність повітрообмінів приміщення < 8 год-1, забезпечується задовільне регулювання системи.
Система регулювання діє наступним чином. Вимірювальний елемент контролера реагує на зміну регульованої змінної, а регулювальний елемент перетворює цю зміну в зміну сили або енергії і передає її по з’єднувальних частинах регулювального ланцюга (електричних провідниках, трубопроводах стисненого повітря або важільному механізмі) до регулювального приладу. Сила (або енергія) використовується для переміщення кінцевого регулювального елемента і викликає зміну регульованого параметра. Вимірювальний елемент виявляє закінчення корегувальної зміни і система обмежує команду на корегувальну дію. Більша частина систем регулювання закритого типу, тобто контролер вимірює і відкликається (реагує) на зміну регульованої змінної і впливає на регулювальний прилад (пристрій) для того, щоби спричинити протилежну зміну, яка знову вимірюється контролером. Передавання інформації про результати регулювальної дії знову до джерела називають зворотним зв’язком. Схема закритої системи зі зворотним зв’язком зображена на рис. 12.1.
Відкрита система – це система без зворотнього зв’язку. Використовується інколи для регулювання. Прикладом може бути зовнішній терморегулятор, який змінює надходження теплоти в будинок пропорційно до тепловтрат за зміни зовнішньої температури. Ця система виконує регулювання у відповідності з заданим співвідношенням між температурою зовнішнього повітря і надходженням теплоти в будинок. Дійсні температури в приміщеннях не впливають на контролер і, оскільки зворотній зв’язок відсутній, регулятор може тільки корегувати зміну кімнатної температури за її теоретичною залежністю від температури зовнішнього повітря.
Рис. 12.1. Схема закритої системи регулювання температури води зі зворотним зв’язком:
1 – вимірювальний елемент (дистанційний термопатрон); 2 – повітропровід;
3 – зворотній зв’язок; 4 – повітронагрівник; 5 – трубопровід подачі регульованого агента (пара, гаряча вода); 6 – регулювальний клапан; 7 – контролер (термостат);
8 – підведення джерела енергії
12.1. Типи систем регулювання
Система прямої дії (автономна) поєднує в собі контролер і регулювальний прилад і використовує силу, яка виникає у вимірювальному елементі, для виконання потрібної регулювальної дії.
В гідравлічній системі використовують, як джерело енергії для приводу регулювальних приладів, рідину, зазвичай оливу (під тиском). Система застосовується тоді, коли для переміщення регулювальних приладів потрібні значні зусилля, наприклад в деяких поршневих (толокових) компресорах холодильних устав для регулювання холодопродуктивності шляхом розвантаження (розвантаги) циліндрів.
В електричній системі використовують змінний струм напругою 110…120 В чи 200..250 В або низьку напругу 20…24 В. Подача електричної енергії до регулювального приладу регулюється контролером безпосередньо або через реле.
В електронній системі для приводу стандартних регулювальних приладів використовують електроенергію через електронні посилювачі малих змін напруги у вимірювальних елементах.
У пневматичній системі в якості джерела енергії використовують стиснене повітря. Контролер отримує повітря з надлишковим тиском 100…160 кПа і подає його, за змінного тиску, по відгалуженнях до регулювального приладу.
В електронно-пневматичній системі через відповідне реле використовують чутливість і швидкість реагування електронного регулятора для приводу в дію пневматичних регулювальних приладів.
В СВ (СК) застосовують електричні, електронні і пневматичні системи регулювання та різні іх комбінації.
12.2. Типи регулювальних дій
Регулювальна дія – співвідношення між відхиленням і зміною вихідного сигналу від контролера.
Переривчаста регулювальна дія – дія контролера, вихідний сигнал від якого є переривчастою функцією відхилення (наприклад регулювання за способом “відкрито - закрито”).
Безперервна регулювальна дія – дія контролера, вихідний сигнал від якого служить неперервною функцією відхилення (наприклад пропорційне регулювання).
Двопозиційне регулювання (або “відкрито – закрито”) - це регулювання, при якому регулювальний прилад знаходиться тільки в максимальному і мінімальному положеннях, тобто відкритому або закритому. Прикладом може служити контролер, який запускає і зупиняє вентилятор при зміні температури повітря.
Тимчасове двопозиційне регулювання – варіант простого позиційного регулювання, при якому тривалість періоду “відкрито” наперед скорочена. Цей принцип дії застосований тільки в деяких кімнатних терморегуляторах, які протягом періоду “відкрито” на “підйомній” ділянці температурного циклу, для зменшення диференціалу, живляться енергією, генератор якої умонтований в нагрівальний елемент.
Плавальне регулювання полягає в тому, що регулятор переміщує регулювальний прилад (пристрій ) зазвичай на сталу величину в напрямку відкривання або закривання. Між двома цими положеннями, як правило, існує нейтральна зона, яка дозволяє зупинку регулювального приладу в деякому положенні при досягненні встановленого значення регульованого параметра. Таке регулювання відоме як одношвидкісне плавальної дії. Деякі контролери для плавального регулювання оснащуються механізмами, що дозволяють підібрати час реагування контролера за часом реагування регульованої устави (установки) з метою, щоби регулювальний прилад не перемістився повністю в крайнє положення раніше, ніж вимірювальний елемент виявить зміну, яка внесена в регульовану умову. Типові приклади – регулювання статичного тиску заслінками і температури в багатоступінчастих водоохолоджувальних холодильних машинах за відсутності ємності для води.
Пропорційне регулювання – дія, за якої регулювальний прилад переміщується в прямій пропорції з параметром, що вимірюється контролером. Це регулювання часто називають модулювальним (в електричних системах) і диференціальним (різницевим) (в пневматичних). Прикладом пропорційного регулювання може служити зміна витрати пари (гарячої води) в повітронагрівнику за допомогою автоматичного клапана, який керується контролером, що вимірює температуру притікального повітря.
Пропорційне регулювання з інтегральною дією - це регулювання, при якому застосовують контролер разом з пристроєм для зменшення властивого системі пропорційного регулювання зсуву .
Інтегральна або “перенастановочна” дія автоматично і постійно перенастроює контролер на зменшення зсуву. Автоматичне перенастроювання діє сповільнено і його треба застосовувати тільки тоді, коли зміни навантажень (навантаг) відбуваються протягом достатньо тривалого періоду .
Довільне регулювання – регулювання, при якому через регулювальний прилад пропорційно щодо швидкості відхилення, відбувається корегувальна дія, завдяки чому враховується швидкість зміни навантаги.