Développement d'un système de contrôle automatique de la ventilation de soufflage et d'extraction. Modèle mathématique du processus de ventilation des locaux industriels, sélection et description des équipements d'automatisation et des éléments de contrôle Modèle mathématique d'une vanne d'alimentation et d'échappement
Chers membres de la commission d'attestation, je présente à votre attention la remise des diplômes travail qualifiant, dont le but est de développer un système contrôle automatique ventilation d'alimentation et d'extraction ateliers de fabrication.
On sait que l'automatisation est l'un des facteurs les plus importants de la croissance de la productivité du travail dans la production industrielle, de la croissance de la qualité des produits et des services. L'expansion constante du domaine de l'automatisation est l'une des principales caractéristiques de l'industrie à ce stade. Le projet de fin d'études en cours d'élaboration est l'une des idées héritées du concept en développement de construction de bâtiments "intelligents", c'est-à-dire d'objets dans lesquels les conditions de vie humaine sont contrôlées par des moyens techniques.
Les principales tâches résolues dans la conception sont la modernisation du système de ventilation d'air existant sur le site de mise en œuvre - les ateliers de production de VOMZ OJSC - pour assurer son efficacité (économie sur la consommation d'énergie et de ressources thermiques, réduction des coûts de maintenance du système, réduction des temps d'arrêt), maintien d'un microclimat confortable et pureté de l'air dans les zones de travail, opérabilité et stabilité, fiabilité du système dans les modes d'urgence / critiques.
Le problème considéré dans le projet de diplôme est dû à l'obsolescence morale et technique (usure) du système de contrôle existant du PVA. Le principe distribué utilisé dans la construction de l'IOP exclut la possibilité d'un contrôle centralisé (démarrage et surveillance de l'état). L'absence d'un algorithme clair pour démarrer / arrêter le système rend également le système peu fiable en raison d'erreurs humaines, et l'absence de modes de fonctionnement d'urgence le rend instable par rapport aux tâches à résoudre.
La pertinence du problème de la conception des diplômes tient à croissance globale la morbidité des voies respiratoires et les rhumes des travailleurs, une baisse générale de la productivité du travail et de la qualité des produits dans ce domaine. Le développement d'un nouvel ACS PVV est directement lié à la politique qualité de l'usine (ISO 9000), ainsi qu'aux programmes de modernisation des équipements de l'usine et d'automatisation des systèmes de maintien de la vie de l'usine.
L'élément central de contrôle du système est une armoire d'automatisation avec un microcontrôleur et des équipements, sélectionnés en fonction des résultats d'une étude marketing (affiche 1). Les offres du marché sont nombreuses, mais le matériel sélectionné est au moins aussi performant que ses homologues. Un critère important était le coût, la consommation d'énergie et les performances de protection de l'équipement.
Le schéma fonctionnel de l'automatisation IWS est représenté sur le dessin 1. L'approche centralisée a été choisie comme principale dans la conception de l'ACS, ce qui permet d'amener le système, si nécessaire, à la mise en œuvre selon l'approche mixte, ce qui implique la possibilité de dispatching et de connexions avec d'autres réseaux industriels. L'approche centralisée est hautement évolutive, suffisamment flexible - toutes ces propriétés de qualité sont déterminées par le microcontrôleur choisi - WAGO I / O System, ainsi que par la mise en œuvre du programme de contrôle.
Lors de la conception, des éléments d'automatisation ont été sélectionnés - actionneurs, capteurs, le critère de sélection était la fonctionnalité, la stabilité de fonctionnement dans les modes critiques, la plage de mesure / contrôle du paramètre, les caractéristiques de l'installation, la forme de sortie du signal, les modes de fonctionnement. Le principal modèles mathématiques et simulé le fonctionnement du système de contrôle de la température de l'air avec contrôle de la position du volet de la vanne trois voies. La simulation a été réalisée dans l'environnement VisSim.
Pour la régulation, la méthode "d'équilibrage du paramètre" dans le domaine des valeurs contrôlées a été choisie. La loi de commande proportionnelle est choisie, car il n'y a pas d'exigences élevées pour la précision et la vitesse du système, et les plages de valeurs d'entrée / sortie sont petites. Les fonctions du régulateur sont exécutées par l'un des ports du contrôleur conformément au programme de contrôle. Les résultats de simulation de ce bloc sont présentés sur le poster 2.
L'algorithme du système est représenté sur le dessin 2. Le programme de contrôle mettant en œuvre cet algorithme se compose de blocs fonctionnels, un bloc de constantes de structure, des fonctions standard et spécialisées sont utilisées. La flexibilité et l'évolutivité du système sont assurées à la fois programmatiquement (utilisation des FB, constantes, labels et transitions, compacité du programme dans la mémoire du contrôleur) et techniquement (utilisation économique des ports I/O, ports redondants).
Le logiciel prévoit les actions du système dans les modes d'urgence (surchauffe, panne de ventilateur, surrefroidissement, colmatage du filtre, incendie). L'algorithme de fonctionnement du système en mode protection incendie est illustré au dessin 3. Cet algorithme prend en compte les exigences des normes pour le temps d'évacuation et les actions du système de protection incendie en cas d'incendie. En général, l'application de cet algorithme est efficace et prouvée par des tests. La tâche de modernisation des hottes d'extraction en termes de sécurité incendie a également été résolue. Les solutions trouvées ont été examinées et acceptées comme recommandations.
La fiabilité du système conçu dépend entièrement de la fiabilité Logiciel et du contrôleur dans son ensemble. Le programme de contrôle développé a été soumis à un processus de débogage, à des tests manuels, structurels et fonctionnels. Afin d'assurer la fiabilité et le respect de la garantie des équipements d'automatisation, seules les unités recommandées et certifiées ont été sélectionnées. La garantie du fabricant pour l'armoire d'automatisation sélectionnée, sous réserve du respect des obligations de garantie, est de 5 ans.
Aussi, une structure généralisée du système a été développée, un schéma de cycle d'horloge du fonctionnement du système a été construit, une table de connexions et de repérage des câbles, un schéma d'installation ACS a été formé.
Les indicateurs économiques du projet, calculés par mes soins dans la partie organisationnelle et économique, sont présentés sur l'affiche n°3. La même affiche montre un diagramme à bandes du processus de conception. Pour évaluer la qualité du programme de contrôle, les critères selon GOST RISO / IEC 926-93 ont été utilisés. L'évaluation de l'efficacité économique du développement a été réalisée à l'aide d'une analyse SWOT. Il est évident que le système projeté a un faible coût (structure de coûts - affiche 3) et une période de récupération assez rapide (lors du calcul en utilisant les économies minimales). Ainsi, nous pouvons conclure sur la haute efficacité économique du développement.
De plus, les problèmes de protection du travail, de sécurité électrique et de respect de l'environnement du système ont été résolus. Le choix des câbles conducteurs, des filtres de conduits d'air a été motivé.
Ainsi, à la suite de l'exécution thèse un projet de modernisation a été développé qui est optimal par rapport à toutes les exigences posées. Ce projet est recommandé pour une mise en œuvre conforme aux conditions de modernisation des équipements de l'usine.
Si l'efficacité et la qualité du projet sont confirmées par la période d'essai, il est prévu de mettre en œuvre le niveau de répartition en utilisant le réseau local de l'entreprise, ainsi que de moderniser la ventilation du reste. locaux industriels dans le but de les regrouper en un seul réseau industriel. En conséquence, ces étapes comprennent le développement du logiciel du répartiteur, la journalisation de l'état du système, des erreurs, des alarmes (DB), l'organisation d'un poste de travail automatisé ou d'un poste de contrôle (KPU). solutions de conception pour résoudre les problèmes de contrôle des rideaux aérothermiques des ateliers. Il est également possible de travailler sur les points faibles du système existant, tels que la modernisation des unités de traitement, ainsi que le raffinement des vannes d'admission d'air avec un mécanisme antigel.
annotation
Le projet de diplôme comprend une introduction, 8 chapitres, une conclusion, une liste des sources utilisées, des annexes et c'est 141 pages de texte dactylographié avec des illustrations.
La première section donne un aperçu et une analyse de la nécessité de concevoir un système de contrôle automatique de la ventilation d'alimentation et d'extraction (ACS PVV) des ateliers de production, une étude de marketing des armoires d'automatisation. Pris en considération schémas typiques ventilation et approches alternatives pour résoudre les problèmes de conception de la graduation.
La deuxième section fournit une description du système PVV existant sur le site de mise en œuvre - OJSC "VOMZ", comme processus technologique... Un schéma fonctionnel généralisé de l'automatisation du processus technologique de préparation de l'air est en cours de formation.
Dans la troisième section, une proposition technique élargie pour résoudre les problèmes de conception des diplômes est formulée.
La quatrième section est consacrée au développement d'ACS PVV. Les éléments d'automatisation et de contrôle sont sélectionnés, leurs descriptions techniques et mathématiques sont présentées. L'algorithme de contrôle de la température est décrit. air soufflé... Un modèle a été formé et la modélisation du fonctionnement de l'ACS PVV a été réalisée pour maintenir la température de l'air dans la pièce. Câblage électrique sélectionné et justifié. Le cyclogramme d'horloge du système est construit.
La cinquième section contient Caractéristiques contrôleur logique programmable (PLC) WAGO I/O System. Tableaux de connexions des capteurs et actionneurs avec ports PLC, incl. et virtuel.
La sixième section est consacrée au développement d'algorithmes pour le fonctionnement et l'écriture du programme de contrôle de l'automate. Le choix de l'environnement de programmation a été motivé. Les blocs-algorithmes de traitement des situations d'urgence par le système, les blocs-algorithmes de blocs fonctionnels résolvant les problèmes de démarrage, de contrôle et de régulation sont donnés. Cette section comprend les résultats des tests et du débogage du programme de contrôle de l'API.
La septième section traite de la sécurité et de la durabilité du projet. L'analyse des facteurs dangereux et nocifs pendant le fonctionnement de l'ACS PVV est effectuée, des solutions sont données sur la protection du travail et la garantie du respect de l'environnement du projet. La protection du système contre les urgences est en cours de développement, incl. renforcer le système en termes de protection incendie et assurer la stabilité de fonctionnement lors de situations d'urgence... Le fondamental développé schéma fonctionnel automatisation avec spécification.
La huitième section est consacrée à la justification organisationnelle et économique du développement. Le calcul du prix de revient, de l'efficacité et de la période d'amortissement du développement du projet, incl. compte tenu du stade de mise en œuvre. Les étapes de développement du projet sont reflétées, l'intensité de travail du travail est estimée. Une évaluation de l'efficacité économique du projet à l'aide de l'analyse SWOT du développement est donnée.
En conclusion, les conclusions sur le projet de diplôme sont présentées.
introduction
L'automatisation est l'un des facteurs les plus importants de la croissance de la productivité du travail dans la production industrielle. Une condition continue pour l'accélération du taux de croissance de l'automatisation est le développement de moyens techniques d'automatisation. Les moyens techniques d'automatisation comprennent tous les dispositifs inclus dans le système de contrôle et conçus pour recevoir des informations, les transmettre, les stocker et les transformer, ainsi que pour la mise en œuvre d'actions de contrôle et de régulation sur l'objet de contrôle technologique.
Le développement de moyens technologiques d'automatisation est un processus complexe, qui repose sur les intérêts de la production automatisée des consommateurs, d'une part, et les capacités économiques des entreprises manufacturières, d'autre part. L'impulsion première du développement est d'accroître l'efficacité de la production - les consommateurs, grâce à l'introduction de nouvelle technologie ne peut être réalisable que si le coût est rapidement amorti. Par conséquent, le critère pour toutes les décisions sur le développement et la mise en œuvre de nouveaux fonds devrait être l'effet économique total, en tenant compte de tous les coûts de développement, de production et de mise en œuvre. En conséquence, pour le développement, la production devrait être prise, tout d'abord, les options de moyens techniques qui fournissent l'effet total maximal.
L'expansion constante du domaine de l'automatisation est l'une des principales caractéristiques de l'industrie à ce stade.
Une attention particulière est portée aux questions d'écologie industrielle et de sécurité au travail. Lors de la conception technologie moderne, équipements et structures, il est nécessaire d'avoir une approche scientifiquement fondée pour le développement de la sécurité et de l'innocuité du travail.
Au stade actuel de développement économie nationale pays, l'une des tâches principales est d'accroître l'efficacité de la production sociale basée sur le processus scientifique et technique et l'utilisation plus complète de toutes les réserves. Cette tâche est inextricablement liée au problème de l'optimisation des solutions de conception, dont le but est de créer les conditions préalables nécessaires pour augmenter l'efficacité des investissements en capital, réduire leurs périodes de récupération et assurer la plus grande augmentation de la production pour chaque rouble dépensé. L'augmentation de la productivité du travail, la production de produits de qualité, l'amélioration des conditions de travail et de repos des travailleurs sont assurées par des systèmes de ventilation d'air qui créent le microclimat et la qualité de l'air ambiant nécessaires dans les locaux.
Le projet de diplôme a pour objet le développement d'un système de contrôle automatique de la ventilation d'alimentation et d'extraction (ACS PVV) des ateliers de production.
Le problème considéré dans le projet de diplôme est dû à la détérioration du système d'automatisation PVV existant à l'OJSC "Vologda Optical and Mechanical Plant". De plus, le système est conçu de manière distribuée, ce qui élimine la possibilité d'une gestion et d'une surveillance centralisées. Comme objet de mise en œuvre, la section de moulage par injection (catégorie B pour la sécurité incendie) a été sélectionnée, ainsi que les locaux adjacents - la section des machines CNC, le bureau de planification et d'expédition, les entrepôts.
Les objectifs du projet de diplôme sont formulés à la suite de l'étude de l'état actuel de l'ACS PVV et sur la base d'un bilan analytique, sont donnés dans la section 3 « Proposition technique ».
L'utilisation de la ventilation contrôlée ouvre de nouvelles possibilités pour résoudre les problèmes ci-dessus. Le système de contrôle automatique développé doit être optimal en termes d'exécution des fonctions indiquées.
Comme indiqué ci-dessus, la pertinence du développement est due à la fois à l'obsolescence de l'ACS PVV existant, à une augmentation du nombre travaux de rénovation sur les "voies" de ventilation et une augmentation générale de l'incidence des voies respiratoires et des rhumes chez les travailleurs, une tendance à la détérioration de la santé lors de longs travaux et, par conséquent, une baisse générale de la productivité du travail et de la qualité des produits. Il est important de noter que l'ACS PVV existante n'est pas connectée à des automatismes incendie, ce qui est inacceptable pour ce type de production. Le développement d'un nouvel ACS PVV est directement lié à la politique qualité de l'usine (ISO 9000), ainsi qu'aux programmes de modernisation des équipements de l'usine et d'automatisation des systèmes de maintien de la vie de l'usine.
Le projet de diplôme utilise des ressources Internet (forums, bibliothèques électroniques, articles et publications, portails électroniques), ainsi que la littérature technique du domaine concerné et les textes de normes (GOST, SNIP, SanPiN). Aussi, le développement de l'ACS PVV est réalisé en tenant compte des propositions et recommandations de spécialistes, sur la base des plans d'installation existants, des cheminements de câbles, des systèmes de conduits d'air.
Il est à noter que le problème abordé dans le projet de diplôme a sa place dans presque toutes les anciennes usines du complexe militaro-industriel, le rééquipement des ateliers est l'une des tâches les plus importantes en termes d'assurance de la qualité des produits pour l'utilisateur final. Ainsi, la conception du diplôme reflétera l'expérience accumulée dans la résolution de problèmes similaires dans des entreprises avec un type de production similaire.
1. Aperçu analytique
1.1 Analyse générale la nécessité de concevoir ACS PVV
L'amélioration de l'efficacité du système est la principale source d'économie de carburant et de ressources énergétiques consacrées à l'approvisionnement en chaleur des grands bâtiments industriels avec une consommation importante de chaleur et d'électricité. ventilation d'alimentation et d'extraction(PVV) basé sur l'utilisation des avancées modernes en matière de technologie de calcul et de contrôle.
Habituellement, des moyens d'automatisation locale sont utilisés pour contrôler le système de ventilation. Le principal inconvénient d'une telle régulation est qu'elle ne prend pas en compte le bilan thermique et air réel du bâtiment et les conditions météorologiques réelles : température extérieure, vitesse et direction du vent, pression atmosphérique.
Par conséquent, sous l'influence des moyens d'automatisation locale, le système de ventilation d'air ne fonctionne généralement pas en mode optimal.
L'efficacité du système de ventilation d'alimentation et d'extraction peut être considérablement augmentée si le contrôle optimal des systèmes est effectué, basé sur l'utilisation d'un ensemble de matériel et de logiciels appropriés.
Formation conditions thermiques peut être représenté comme l'interaction de facteurs perturbateurs et régulateurs. Pour déterminer l'action de contrôle, des informations sont nécessaires sur les propriétés et le nombre de paramètres d'entrée et de sortie et les conditions du processus de transfert de chaleur. Étant donné que le contrôle de l'équipement de ventilation a pour but d'assurer les conditions d'air requises dans zone de travail locaux de bâtiments avec des coûts énergétiques et matériels minimes, puis à l'aide d'un ordinateur, il sera possible de trouver la meilleure option et développer des actions de contrôle appropriées pour ce système. En conséquence, un ordinateur avec un ensemble approprié de matériel et de logiciels forme un système automatisé de contrôle du régime thermique des locaux dans les bâtiments (ACS TRP). Il convient également de noter qu'un ordinateur peut être compris à la fois comme le panneau de commande du PVA et la console de surveillance de l'état du PVA, ainsi que comme l'ordinateur le plus simple avec le programme de modélisation de l'ACS PVV, de traitement des résultats et contrôle opérationnel en fonction de celles-ci.
Un système de contrôle automatique est une combinaison d'un objet de contrôle (processus technologique contrôlé) et de dispositifs de contrôle, dont l'interaction assure le déroulement automatique du processus conformément à un programme donné. Dans ce cas, un processus technologique est compris comme une séquence d'opérations qui doivent être effectuées afin d'obtenir un produit fini à partir d'une matière première. Dans le cas du PVH, le produit fini est l'air dans la pièce habitée avec des paramètres spécifiés (température, composition du gaz, etc.), et la matière première est l'air extérieur et d'échappement, les caloporteurs, l'électricité, etc.
Le fonctionnement de l'ACS PVV, comme tout système de contrôle, doit être basé sur le principe retour d'information(OS) : développement d'actions de contrôle basées sur des informations sur l'objet obtenues à l'aide de capteurs installés ou répartis sur l'objet.
Chaque ACS spécifique est développé sur la base de la technologie spécifiée pour le traitement du flux d'air d'admission. Souvent, le système de ventilation d'alimentation et d'extraction est associé à un système de climatisation (préparation), ce qui se reflète dans la conception de l'automatisation du contrôle.
Lors de l'utilisation d'appareils autonomes ou complets installations technologiques Les ACS de traitement d'air sont fournis déjà intégrés dans l'équipement et déjà prévus avec certaines fonctions de contrôle, qui sont généralement décrites en détail dans la documentation technique. Dans ce cas, le réglage, l'entretien et le fonctionnement de ces systèmes de contrôle doivent être effectués en stricte conformité avec la documentation spécifiée.
Une analyse solution technique unités de traitement d'air modernes des principales entreprises - les fabricants d'équipements de ventilation ont montré que les fonctions de contrôle peuvent être conditionnellement divisées en deux catégories:
Fonctions de contrôle déterminées par la technologie et l'équipement de traitement de l'air ;
Les fonctions supplémentaires, qui sont pour la plupart des fonctions de service, sont présentées comme des savoir-faire des entreprises et ne sont pas considérées ici.
De manière générale, les principales fonctions technologiques de la commande IWA peuvent être réparties dans les groupes suivants (Fig.1.1)
Riz. 1.1 - Les principales fonctions technologiques de la commande IWV
Décrivons ce que l'on entend par les fonctions RWV illustrées à la Fig. 1.1.
1.1.1 Fonction "contrôle et enregistrement des paramètres"
Conformément au SNiP 2.04.05-91, les paramètres de contrôle obligatoires sont :
Température et pression dans les canalisations communes d'alimentation et de retour et à la sortie de chaque échangeur de chaleur ;
Température de l'air extérieur, air soufflé après l'échangeur de chaleur, ainsi que température intérieure ;
Normes MPC produits dangereux dans l'air aspiré du local (présence de gaz, produits de combustion, poussières non toxiques).
D'autres paramètres dans les systèmes de ventilation d'alimentation et d'extraction sont contrôlés à la demande conditions techniques l'équipement ou les conditions de fonctionnement.
La télécommande est fournie pour mesurer les principaux paramètres du processus technologique ou les paramètres impliqués dans la mise en œuvre d'autres fonctions de contrôle. Un tel contrôle est effectué à l'aide de capteurs et de transducteurs de mesure avec la sortie (si nécessaire) des paramètres mesurés vers l'indicateur ou l'écran du dispositif de contrôle (panneau de commande, écran d'ordinateur).
Pour mesurer d'autres paramètres, des instruments locaux (portables ou fixes) sont généralement utilisés - thermomètres indicateurs, manomètres, appareils d'analyse spectrale de la composition de l'air, etc.
L'utilisation de dispositifs de contrôle locaux ne viole pas le principe de base des systèmes de contrôle - le principe de rétroaction. Dans ce cas, elle est réalisée soit à l'aide d'une personne (opérateur ou personnel de service), soit à l'aide d'un programme de commande « câblé » dans la mémoire du microprocesseur.
1.1.2 Fonction "contrôle opérationnel et logiciel"
Il est également important de mettre en œuvre une option telle que "start sequence". Pour assurer le démarrage normal du système IWV, les éléments suivants doivent être pris en compte :
Pré-ouverture des volets d'air avant démarrage des ventilateurs. Cela est dû au fait que tous les volets à l'état fermé ne peuvent pas supporter la différence de pression créée par le ventilateur et que le temps d'ouverture complète du volet par un entraînement électrique atteint deux minutes.
Séparation des moments de démarrage des moteurs électriques. Moteurs asynchrones peuvent souvent avoir des courants de démarrage élevés. Si les ventilateurs, les entraînements des volets d'air et d'autres entraînements sont démarrés en même temps, en raison de la forte charge sur le réseau électrique du bâtiment, la tension chutera considérablement et les moteurs électriques risquent de ne pas démarrer. Par conséquent, le démarrage des moteurs électriques, notamment de forte puissance, doit être étalé dans le temps.
Préchauffage du radiateur. Si la batterie à eau chaude n'est pas préchauffée, la protection antigel peut être déclenchée en cas de températures extérieures basses. Par conséquent, lors du démarrage du système, il est nécessaire d'ouvrir les volets de soufflage, d'ouvrir vanne à trois voies chauffe-eau et réchauffer le chauffe-eau. En règle générale, cette fonction est activée lorsque la température extérieure est inférieure à 12°C.
Option inverse - « arrêter la séquence » Lors de l'arrêt du système, tenez compte :
Temporisation d'arrêt du ventilateur de soufflage dans les unités avec batterie électrique. Après avoir coupé la tension du chauffage électrique, refroidissez-le pendant un moment sans éteindre le ventilateur d'air soufflé. Sinon, l'élément chauffant du réchauffeur d'air (réchauffeur électrique thermique - élément chauffant) peut tomber en panne. Pour les tâches existantes de conception de diplôme, cette option n'est pas importante en raison de l'utilisation d'un chauffe-eau, mais il est également important de la noter.
Ainsi, sur la base des options mises en évidence de contrôle opérationnel et de programme, il est possible de présenter un calendrier typique pour allumer et éteindre les appareils des appareils PVV.
Riz. 1.2 - Cyclogramme typique du fonctionnement de l'ACS PVV avec un chauffe-eau
Pendant tout ce cycle (Fig. 1.2), le système doit fonctionner automatiquement et, en plus, il doit y avoir un démarrage individuel de l'équipement, ce qui est nécessaire pour le réglage et le travail préventif.
Les fonctions de contrôle de programme, telles que le changement de mode "hiver-été", ne sont pas négligeables. La mise en œuvre de ces fonctions dans conditions modernes pénurie de ressources énergétiques. Dans les documents réglementaires, l'exercice de cette fonction est de nature recommandable - "pour les bâtiments publics, administratifs, d'agrément et industriels, en règle générale, une régulation programmée des paramètres doit être prévue pour assurer une diminution de la consommation de chaleur".
Dans le cas le plus simple, ces fonctions permettent soit de déconnecter l'IHV à un certain moment, soit de diminuer (augmenter) la valeur de consigne du paramètre contrôlé (par exemple, la température) en fonction de l'évolution des charges thermiques dans la pièce habitée.
Plus efficace, mais aussi plus difficile à mettre en œuvre, est le contrôle logiciel, qui prévoit un changement automatique de la structure du PVA et de l'algorithme de son fonctionnement non seulement dans le mode traditionnel "hiver-été", mais également dans les modes transitoires. L'analyse et la synthèse de la structure et de l'algorithme de son fonctionnement sont généralement réalisées sur la base de leur modèle thermodynamique.
Dans ce cas, le principal critère de motivation et d'optimisation, en règle générale, est le désir d'assurer, éventuellement, la consommation d'énergie minimale avec des restrictions sur les coûts d'investissement, les dimensions, etc.
1.1.3 Fonction " fonctions de protection et bloquant "
Les fonctions de protection et les verrouillages communs aux systèmes d'automatisation et aux équipements électriques (protection contre les courts-circuits, la surchauffe, les restrictions de mouvement, etc.) sont convenus par l'interagence documents réglementaires... Ces fonctions sont généralement mises en œuvre par des dispositifs séparés (fusibles, disjoncteurs différentiels, interrupteurs de fin de course, etc.). Leur utilisation est régie par les règles des installations électriques (PUE), règles la sécurité incendie(PPB).
Protection contre le gel. Une fonction de protection antigel automatique doit être prévue dans les zones avec une température de l'air extérieur de conception pour une période froide de moins 5 ° C et moins. Les échangeurs de chaleur du premier chauffage (chauffe-eau) et les récupérateurs (le cas échéant) font l'objet d'une protection.
Habituellement, la mise hors gel des échangeurs de chaleur est basée sur des capteurs ou capteurs-relais de la température de l'air en aval de l'appareil et de la température du fluide caloporteur dans la canalisation de retour.
Le danger de gel est prédit par la température de l'air devant l'appareil (tн<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.
Pendant les heures de non-fonctionnement pour les systèmes avec protection antigel, la vanne doit rester entrouverte (5-25%) avec le volet d'air extérieur fermé. Pour une plus grande fiabilité de la protection lorsque le système est à l'arrêt, la fonction de régulation automatique (stabilisation) de la température de l'eau dans la canalisation de retour est parfois mise en œuvre.
1.1.4 Fonction « protection des équipements technologiques et des équipements électriques »
1. Contrôle du colmatage du filtre
Le contrôle du colmatage du filtre est évalué par la perte de charge à travers le filtre, qui est mesurée par un capteur de pression différentielle. Le capteur mesure la différence de pression d'air avant et après le filtre. La perte de charge admissible à travers le filtre est indiquée dans son passeport (pour les manomètres présentés sur les voies aériennes d'usine, selon la fiche technique - 150-300 Pa). Cette différence est réglée lors de la mise en service du système au niveau du capteur différentiel (consigne du capteur). Lorsque le point de consigne est atteint, le capteur envoie un signal sur la teneur maximale en poussière du filtre et la nécessité de son entretien ou de son remplacement. Si le filtre n'est pas nettoyé ou remplacé dans un certain délai (généralement 24 heures) après l'émission de l'alarme de limite de poussière, il est recommandé de prévoir un arrêt d'urgence du système.
Il est recommandé d'installer des capteurs similaires sur les ventilateurs. En cas de défaillance d'un ventilateur ou d'une courroie d'entraînement de ventilateur, le système doit être arrêté en mode d'urgence. Cependant, de tels capteurs sont souvent négligés pour des raisons d'économie, ce qui complique grandement les diagnostics et les dépannages du système à l'avenir.
2. Autres serrures automatiques
De plus, des serrures automatiques devraient être prévues pour :
Ouverture et fermeture des volets d'air extérieur lors de la mise en marche et à l'arrêt des ventilateurs (registre) ;
Ouverture et fermeture des vannes des systèmes de ventilation reliés par des conduits d'air pour une interchangeabilité totale ou partielle en cas de défaillance de l'un des systèmes ;
Fermeture des vannes des systèmes de ventilation des locaux protégés par des installations d'extinction d'incendie à gaz lorsque les ventilateurs des systèmes de ventilation de ces locaux sont éteints ;
Assurer la consommation minimale d'air extérieur dans les systèmes à volume variable, etc.
1.1.5 Fonctions réglementaires
Fonctions de régulation - la maintenance automatique des paramètres définis est fondamentale par définition pour les systèmes de ventilation de soufflage et d'extraction fonctionnant avec des débits variables, la recirculation d'air et le chauffage de l'air.
Ces fonctions sont réalisées à l'aide de boucles fermées de contrôle, dans lesquelles le principe de retour est présent sous une forme explicite : les informations sur l'objet provenant des capteurs sont converties par les dispositifs de régulation en actions de contrôle. En figue. 1.3 montre un exemple de boucle de régulation de la température de l'air soufflé dans un climatiseur gainé. La température de l'air est maintenue par un chauffe-eau à travers lequel passe le caloporteur. L'air qui traverse le radiateur se réchauffe. La température de l'air en sortie du chauffe-eau est mesurée par un capteur (T), puis sa valeur est transmise au dispositif de comparaison (US) de la valeur mesurée de la température et de la température de consigne. En fonction de la différence entre la température de consigne (Tset) et la valeur de température mesurée (Tmeas), le dispositif de commande (P) génère un signal qui affecte l'actionneur (M - moteur de vanne à trois voies). L'actionneur électrique ouvre ou ferme la vanne à trois voies jusqu'à une position dans laquelle l'erreur :
e = Tust - Tism
sera minime.
Riz. 1.3 - Boucle de régulation de la température de l'air soufflé dans le conduit d'air avec un échangeur à eau : T - sonde ; États-Unis - appareil de comparaison ; Р - dispositif de régulation ; M - dispositif exécutif
Ainsi, la construction d'un système de contrôle automatique (ACS) basée sur les exigences de précision et d'autres paramètres de son fonctionnement (stabilité, oscillation, etc.) se réduit au choix de sa structure et de ses éléments, ainsi qu'à la détermination de les paramètres du contrôleur. Ceci est généralement effectué par des spécialistes de l'automatisation utilisant la théorie de la commande classique. Je noterai seulement que les paramètres du réglage du régulateur sont déterminés par les propriétés dynamiques de l'objet de contrôle et la loi de régulation choisie. La loi de régulation est la relation entre les signaux d'entrée (?) et de sortie (Uр) du régulateur.
La plus simple est la loi de régulation proportionnelle, dans laquelle ? et Uр sont reliés entre eux par un coefficient constant . Ce coefficient est le paramètre d'accord d'un tel régulateur, appelé régulateur P. Sa mise en œuvre nécessite l'utilisation d'un élément amplificateur réglable (mécanique, pneumatique, électrique, etc.), qui peut fonctionner aussi bien avec l'intervention d'une source d'énergie supplémentaire, que sans elle.
L'une des variétés de contrôleurs P sont les contrôleurs de position qui mettent en œuvre une loi de commande proportionnelle à Kp et génèrent un signal de sortie Uр, qui a un certain nombre de valeurs constantes, par exemple, deux ou trois, correspondant à deux ou trois positions. contrôleurs. De tels contrôleurs sont parfois appelés contrôleurs de relais en raison de la similitude de leurs caractéristiques graphiques avec les caractéristiques du relais. Le paramètre de réglage de tels régulateurs est la valeur de la zone morte De.
Dans la technologie d'automatisation des systèmes de ventilation, en raison de leur simplicité et de leur fiabilité, les contrôleurs tout ou rien ont trouvé une large application dans la régulation de la température (thermostats), de la pression (pressostats) et d'autres paramètres de l'état du processus.
Les contrôleurs tout ou rien sont également utilisés dans les systèmes de protection automatique, les interverrouillages et les modes de fonctionnement des équipements de commutation. Dans ce cas, leurs fonctions sont assurées par des capteurs relais.
Malgré les avantages indiqués des contrôleurs P, ils ont une grande erreur statique (aux faibles valeurs Kp) et une tendance aux auto-oscillations (aux grandes valeurs Kp). Par conséquent, avec des exigences plus élevées pour les fonctions de contrôle des systèmes d'automatisation en termes de précision et de stabilité, des lois de contrôle plus complexes sont également utilisées, par exemple les lois PI et PID.
De plus, la régulation de la température de chauffage de l'air peut être effectuée par un régulateur P, fonctionnant selon le principe d'équilibrage : augmenter la température lorsque sa valeur est inférieure à la consigne, et vice versa. Cette interprétation de la loi a également trouvé une application dans des systèmes qui n'exigent pas une grande précision.
1.2 Analyse des schémas types existants d'automatisation de la ventilation dans les ateliers de production
Il existe un certain nombre de mises en œuvre standard de l'automatisation du système de ventilation d'alimentation et d'extraction, chacune présentant un certain nombre d'avantages et d'inconvénients. Je voudrais noter que malgré la présence de nombreux schémas et développements typiques, il est très difficile de créer un tel ACS qui serait flexible dans les paramètres concernant la production où il est mis en œuvre. Ainsi, pour la conception d'ACS PVV, une analyse approfondie de la structure de ventilation existante, une analyse des processus technologiques du cycle de production, ainsi qu'une analyse des exigences en matière de protection du travail, d'écologie, de sécurité électrique et incendie sont nécessaires. De plus, l'ACS PVV souvent conçu est spécialisé dans son domaine d'application.
Dans tous les cas, les groupes suivants sont généralement considérés comme des données initiales typiques au stade de la conception initiale :
1. Données générales : la localisation territoriale de l'objet (ville, quartier) ; le type et le but de l'objet.
2. Informations sur le bâtiment et les locaux : plans et coupes avec indication de toutes les dimensions et élévations par rapport au niveau du sol ; indication des catégories de locaux (sur plans architecturaux) conformément à la réglementation incendie ; disponibilité des zones techniques avec indication de leur taille; emplacement et caractéristiques des systèmes de ventilation existants; caractéristiques des vecteurs énergétiques;
3. Information sur le processus technologique : dessins du projet technologique (plans) indiquant l'emplacement des équipements technologiques ; spécification de l'équipement indiquant les capacités installées ; caractéristiques du régime technologique - le nombre d'équipes de travail, le nombre moyen de travailleurs par équipe; mode de fonctionnement des équipements (fonctionnement simultané, facteurs de charge, etc.) ; la quantité d'émissions nocives dans l'air (MPC de substances nocives).
Comme données initiales pour le calcul de l'automatisation du système PVV, retirez:
La performance du système existant (électricité, renouvellement d'air);
Liste des paramètres de l'air à réguler ;
Limites de la réglementation ;
Fonctionnement de l'automatisation lorsque des signaux sont reçus d'autres systèmes.
Ainsi, l'exécution du système d'automatisation est conçue en fonction des tâches qui lui sont assignées, en tenant compte des normes et règles, ainsi que des données et schémas initiaux généraux. L'élaboration du schéma et la sélection des équipements du système d'automatisation de la ventilation sont effectuées individuellement.
Présentons les schémas typiques existants de systèmes de contrôle de la ventilation d'alimentation et d'extraction, caractérisons certains d'entre eux en ce qui concerne la possibilité de leur application pour résoudre les problèmes du projet de diplôme (Fig. 1.4 - 1.5, 1.9).
Riz. 1.4 - Ventilation à flux direct ACS
Ces systèmes d'automatisation ont trouvé une utilisation active dans les usines, les usines et les bureaux. L'objet de commande est ici l'armoire d'automatisme (tableau de commande), les dispositifs de fixation sont des capteurs de voie, l'action de commande s'exerce sur les moteurs des moteurs de ventilateurs, les moteurs de volets. Il existe également un ACS pour le chauffage/refroidissement de l'air. Pour l'avenir, on peut noter que le système illustré à la Fig. 1.4a est un prototype du système qui doit être utilisé sur le site de moulage par injection de l'OJSC « Usine optique et mécanique de Vologda ». Le refroidissement par air dans les locaux industriels est inefficace en raison du volume de ces locaux, et le chauffage est une condition préalable au bon fonctionnement de l'ACS PVV.
Riz. 1.5- Ventilation ACS avec échangeurs de chaleur
La construction d'un ACS PVV avec l'utilisation d'échangeurs de chaleur (récupérateurs) permet de résoudre le problème de la consommation excessive d'électricité (pour les radiateurs électriques), le problème des émissions dans l'environnement. Le point de récupération est que l'air extrait de manière irrévocable de la pièce, qui a la température réglée dans la pièce, échange de l'énergie avec l'air extérieur entrant, dont les paramètres, en règle générale, diffèrent considérablement de ceux réglés. Ceux. en hiver, l'air extrait chaud extrait chauffe en partie l'air soufflé extérieur et en été, l'air extrait plus froid refroidit en partie l'air soufflé. Dans le meilleur des cas, avec la récupération, la consommation d'énergie pour le traitement de l'air soufflé peut être réduite de 80 %.
Techniquement, la récupération dans la ventilation d'alimentation et d'extraction est réalisée à l'aide d'échangeurs de chaleur rotatifs et de systèmes avec un caloporteur intermédiaire. Ainsi, on gagne à la fois en chauffage de l'air et en réduction de l'ouverture des volets (on autorise plus de temps d'arrêt des moteurs qui commandent les volets) - tout cela donne un gain global en termes d'économies d'énergie.
Les systèmes de récupération de chaleur sont prometteurs et actifs et sont introduits pour remplacer les anciens systèmes de ventilation. Cependant, il convient de noter que de tels systèmes valent un investissement supplémentaire, cependant, leur période de récupération est relativement courte, tandis que la rentabilité est très élevée. Aussi, l'absence d'un rejet constant dans l'environnement augmente la performance environnementale d'une telle organisation de l'automatisation du PVA. Un travail simplifié du système avec récupération de chaleur de l'air (recirculation de l'air) est illustré à la Fig. 1.6.
Riz. 1.6 - Fonctionnement du système d'échange d'air avec recirculation (récupération)
Les récupérateurs à flux croisés ou à plaques (Fig. 1.5 c, d) sont constitués de plaques (en aluminium), représentant un système de canaux pour l'écoulement de deux flux d'air. Les parois des conduits sont communes pour l'air soufflé et extrait et se transmettent facilement. En raison de la grande surface d'échange et du flux d'air turbulent dans les canaux, un degré élevé de récupération de chaleur (transfert de chaleur) est obtenu avec une résistance hydraulique relativement faible. L'efficacité des récupérateurs à plaques atteint 70%.
Riz. 1.7 - Organisation des échanges d'air des ACS PVV à base de récupérateurs à plaques
Seule la chaleur sensible de l'air extrait est récupérée. l'air d'alimentation et l'air extrait ne se mélangent pas d'une manière ou d'une autre, et le condensat qui se forme pendant le refroidissement de l'air extrait est retenu par le séparateur et évacué par le système de drainage du bac de récupération. Pour éviter le gel des condensats à basse température (jusqu'à -15 ° C), les exigences correspondantes pour l'automatisation sont formées: il doit prévoir un arrêt périodique du ventilateur de soufflage ou l'évacuation d'une partie de l'air extérieur dans le conduit de dérivation en contournant les conduits du récupérateur. La seule limitation à l'application de cette méthode est l'intersection obligatoire des branches d'alimentation et d'évacuation en un même lieu, ce qui, dans le cas d'une simple modernisation de l'ACS, pose un certain nombre de difficultés.
Les systèmes de récupération avec un caloporteur intermédiaire (Fig. 1.5 a, b) sont une paire d'échangeurs de chaleur reliés par une canalisation fermée. Un échangeur de chaleur est situé dans le conduit d'évacuation et l'autre dans le conduit d'alimentation. Un mélange antigel glycol circule en boucle fermée, transférant la chaleur d'un échangeur de chaleur à un autre, et dans ce cas, la distance entre l'unité d'alimentation et l'unité d'extraction peut être assez importante.
L'efficacité de la récupération de chaleur avec cette méthode ne dépasse pas 60%. Le coût est relativement élevé, mais dans certains cas, cela peut être la seule option de récupération de chaleur.
Riz. 1.8 - Principe de récupération de chaleur à l'aide d'un caloporteur intermédiaire
L'échangeur de chaleur rotatif (échangeur de chaleur rotatif, récupérateur) est un rotor avec des canaux pour le passage d'air horizontal. Une partie du rotor est située dans le conduit d'échappement et une partie dans le conduit d'alimentation. En tournant, le rotor reçoit la chaleur de l'air extrait et la transfère à l'air soufflé, et la chaleur sensible et latente, ainsi que l'humidité, sont transférées. L'efficacité de récupération de chaleur est maximale et atteint 80%.
Riz. 1.9 - ACS PVV avec récupérateur rotatif
La limitation de l'utilisation de cette méthode est imposée principalement par le fait que jusqu'à 10 % de l'air extrait est mélangé à l'air soufflé, ce qui est dans certains cas inacceptable ou indésirable (si l'air a un niveau de pollution important) . Les exigences de conception sont similaires à celles de la version précédente - la machine d'extraction et d'alimentation en air est située au même endroit. Cette méthode est plus chère que la première et est moins souvent utilisée.
En général, les systèmes avec récupération sont 40 à 60 % plus chers que les systèmes similaires sans récupération, mais les coûts d'exploitation seront très différents. Même avec les prix de l'énergie d'aujourd'hui, le temps d'amortissement du système de récupération ne dépasse pas deux saisons de chauffage.
Je voudrais noter que l'économie d'énergie est également influencée par les algorithmes de contrôle. Cependant, il faut toujours garder à l'esprit que tous les systèmes de ventilation sont conçus pour des conditions moyennes. Par exemple, la consommation d'air extérieur a été déterminée pour un nombre de personnes, mais en réalité la pièce peut être inférieure à 20% de la valeur acceptée, bien sûr, dans ce cas, la consommation d'air extérieur estimée sera clairement excessive, le fonctionnement de ventilation en mode excessif conduira à une perte déraisonnable de ressources énergétiques. Dans ce cas, il est logique de considérer plusieurs modes de fonctionnement, par exemple hiver/été. Si l'automatisation est capable d'établir de tels modes, les économies sont évidentes. Une autre approche est liée à la régulation du débit d'air extérieur en fonction de la qualité de l'environnement gazeux intérieur, c'est-à-dire. le système d'automatisation comprend des analyseurs de gaz pour les gaz nocifs et sélectionne la valeur du débit d'air extérieur de manière à ce que la teneur en gaz nocifs ne dépasse pas les valeurs maximales admissibles.
1.3 Études de marché
Actuellement, tous les principaux fabricants mondiaux d'équipements de ventilation sont largement représentés sur le marché de l'automatisation pour la ventilation d'alimentation et d'extraction, chacun d'eux étant spécialisé dans la production d'équipements dans un certain segment. L’ensemble du marché des équipements de ventilation peut être grossièrement divisé en les domaines d’application suivants :
Usages ménagers et semi-industriels;
À des fins industrielles ;
Équipement de ventilation à des fins "spéciales".
Puisque le projet de diplôme porte sur la conception d'automatismes pour les systèmes d'alimentation et d'échappement de locaux industriels, puis pour comparer le développement proposé avec ceux disponibles sur le marché, il est nécessaire de choisir des packages d'automatisation existants similaires chez des fabricants renommés.
Les résultats d'une étude de commercialisation des packages ACS PVV existants sont présentés en Annexe A.
Ainsi, à la suite de la recherche marketing, plusieurs des PVV ACS les plus couramment utilisés de différents fabricants ont été considérés, en étudiant leur documentation technique, des informations ont été obtenues :
Composition du package correspondant d'ACS PVV ;
Registre des paramètres de contrôle (pression dans les conduits d'air, température, pureté, humidité de l'air) ;
La marque de l'automate programmable et de ses équipements (logiciel, système de commande, principes de programmation) ;
Disponibilité des connexions avec d'autres systèmes (y a-t-il une connexion avec les automatismes d'incendie, y a-t-il un support pour les protocoles LAN) ?
Performances de protection (sécurité électrique, sécurité incendie, protection contre la poussière, immunité au bruit, résistance à l'humidité).
2. Description du réseau de ventilation de l'atelier de production comme objet de contrôle automatique
En général, sur la base des résultats de l'analyse des approches disponibles pour l'automatisation des systèmes de ventilation et de préparation de l'air, ainsi que des résultats d'examens analytiques de schémas typiques, on peut conclure que les tâches envisagées dans le projet de diplôme sont pertinents et actuellement, activement considérés et étudiés par les bureaux d'études spécialisés (SKB).
Je note qu'il existe trois approches principales pour la mise en œuvre de l'automatisation d'un système de ventilation :
Approche distribuée : mise en œuvre de l'automatisation IWV basée sur un équipement de commutation local, chaque ventilateur est contrôlé par un appareil correspondant.
Cette approche est utilisée pour concevoir l'automatisation de systèmes de ventilation relativement petits, dans lesquels aucune expansion supplémentaire n'est attendue. Il est le plus âgé. Les avantages de cette approche incluent, par exemple, le fait qu'en cas d'accident dans l'une des branches de ventilation surveillée, le système effectue un arrêt d'urgence uniquement pour cette liaison/tronçon. De plus, cette approche est relativement simple à mettre en œuvre, ne nécessite pas d'algorithmes de contrôle complexes, et simplifie la maintenance des dispositifs du système de ventilation.
Approche centralisée : mise en œuvre d'une automatisation PVV basée sur un groupe de contrôleurs logiques ou un automate programmable (PLC), l'ensemble du système de ventilation est contrôlé de manière centralisée conformément au programme et aux données.
L'approche centralisée est plus fiable que l'approche distribuée. Toute la gestion du PAI est rigide, réalisée sur la base du programme. Cette circonstance impose des exigences supplémentaires à la fois sur l'écriture du code du programme (il est nécessaire de prendre en compte de nombreuses conditions, y compris les actions dans les situations d'urgence), et sur la protection spéciale de l'automate de contrôle. Cette approche a trouvé une application pour les petits complexes administratifs et industriels. Il se distingue par la flexibilité des réglages, la capacité de dimensionner le système dans des limites raisonnables, ainsi que la possibilité d'intégration mobile du système selon un principe d'organisation mixte ;
Approche mixte : utilisée dans la conception de grands systèmes (un grand nombre d'équipements gérés avec des performances énormes), c'est une combinaison d'une approche distribuée et centralisée. Dans le cas général, cette approche suppose une hiérarchie de niveaux dirigée par un calculateur de contrôle et des « micro-ordinateurs » esclaves, formant ainsi un réseau de production de contrôle global par rapport à l'entreprise. En d'autres termes, cette approche est une approche centralisée distribuée avec un système de répartition.
Dans l'aspect du problème résolu dans la conception du diplôme, le plus préférable est l'approche centralisée de la mise en œuvre de l'automatisation du PVA. Le système étant développé pour les petites installations de production, il est possible d'utiliser cette approche pour d'autres installations dans le but de leur intégration ultérieure dans un seul ACS PVV.
Souvent, pour les armoires de commande de ventilation, une interface est fournie qui permet de surveiller l'état du système de ventilation avec des informations transmises à un écran d'ordinateur. Cependant, il convient de noter que cette mise en œuvre nécessite des complications supplémentaires du programme de contrôle, la formation d'un spécialiste qui surveille l'état et prend des décisions opérationnelles sur la base des données obtenues visuellement à partir des capteurs d'interrogation. De plus, le facteur d'erreur humaine dans les situations d'urgence est toujours inhérent. Par conséquent, la mise en œuvre de cette condition est plutôt une option supplémentaire à la conception du package d'automatisation PVV.
2.1 Description du système de contrôle automatique existant pour la ventilation d'alimentation et d'extraction des ateliers de production
Pour assurer le principe de base de la ventilation des ateliers de production, qui consiste à maintenir les paramètres et la composition de l'air dans les limites admissibles, il est nécessaire de fournir de l'air pur aux endroits où se trouvent les travailleurs, avec la distribution ultérieure d'air dans tout le la chambre.
Ci-dessous dans la Fig. 2.1 montre une illustration d'un système de ventilation d'alimentation et d'extraction typique, similaire à celui qui est disponible sur le site de mise en œuvre.
Le système de ventilation des locaux industriels comprend des ventilateurs, des conduits d'air, des dispositifs d'admission d'air extérieur, des dispositifs de purification de l'air entrant et rejeté dans l'atmosphère et un dispositif de chauffage de l'air (chauffe-eau).
La conception des systèmes de ventilation d'alimentation et d'extraction existants a été réalisée conformément aux exigences du SNiP II 33-75 "Chauffage, ventilation et climatisation", ainsi que du GOST 12.4.021-75 "SSBT. Systèmes de ventilation. Exigences générales ", qui spécifie les exigences d'installation, de mise en service et d'exploitation.
La purification de l'air pollué émis dans l'atmosphère est réalisée par des dispositifs spéciaux - séparateurs de poussières (utilisés sur le site de production de moulage par injection), filtres de conduits d'air, etc. lorsque la ventilation d'échappement est activée.
De plus, la purification de l'air aspiré de la zone de travail peut être effectuée dans des chambres de dépoussiérage (uniquement pour les poussières grossières) et des dépoussiéreurs électrostatiques (pour les poussières fines). La purification de l'air des gaz nocifs est réalisée à l'aide de substances absorbantes et décontaminantes spéciales, y compris celles appliquées aux filtres (dans les cellules filtrantes).
Riz. 2.1 - Système de ventilation d'alimentation et d'extraction du département de production 1 - dispositif d'admission d'air ; 2 - chauffe-eau pour le chauffage; 3- ventilateur d'alimentation; 4 - conduit d'air principal; 5 - branches du conduit d'air; 6 - buses d'alimentation; 7 - aspiration locale; 8 et 9 - maître. conduit d'évacuation d'air; 10 - séparateur de poussières; 11 - ventilateur d'extraction; 12 - rejet minier d'air purifié dans l'atmosphère
L'automatisation du système existant est relativement simple. Le processus de ventilation est le suivant :
1. le début du quart de travail - le système de ventilation d'alimentation et d'évacuation est démarré. Les ventilateurs sont entraînés par un démarreur centralisé. En d'autres termes, le panneau de commande se compose de deux démarreurs - pour le démarrage et l'arrêt/arrêt d'urgence. Le quart dure 8 heures - avec une heure de pause, c'est-à-dire que le système est inactif pendant 1 heure en moyenne pendant les heures de travail. De plus, une telle régulation "à verrouillage" est économiquement inefficace, car elle conduit à une surconsommation d'électricité.
Il convient de noter qu'il n'y a pas de besoin de production pour que la ventilation d'échappement fonctionne en permanence, il est conseillé de l'activer lorsque l'air est pollué ou, par exemple, il est nécessaire d'évacuer l'excès d'énergie thermique de la zone de travail.
2. l'ouverture des volets des dispositifs d'admission d'air est également commandée par l'équipement de démarrage local, l'air avec les paramètres de l'environnement extérieur (température, propreté) est aspiré dans les conduits d'air par le ventilateur de soufflage en raison de la différence de pression.
3. L'air prélevé dans l'environnement extérieur traverse un chauffe-eau, chauffe jusqu'aux valeurs de température admissibles et est pompé dans la pièce à travers les conduits d'air à travers les buses d'alimentation. Le chauffe-eau assure un chauffage important de l'air, le chauffe-eau est commandé manuellement, l'électricien ouvre le volet du volet. Le chauffage est éteint pour la période estivale. L'eau chaude fournie par la chaufferie interne est utilisée comme caloporteur. Il n'y a pas de système de contrôle automatique de la température de l'air, ce qui entraîne un important dépassement des ressources.
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Antyushin S.S., étudiant de troisième cycle (Institut d'État d'électronique et de mathématiques de Moscou (Université technique)
ASPECTS PRATIQUES DE L'IDENTIFICATION DU MODÈLE MATHÉMATIQUE
UNITÉ DE VENTILATION
En raison de l'émergence de nouvelles exigences pour les systèmes de ventilation, les méthodes expérimentales de réglage des boucles de régulation fermées ne peuvent pas résoudre complètement les problèmes d'automatisation du processus technologique. Les méthodes de réglage expérimentales ont des critères d'optimisation inhérents (critères de qualité de contrôle), ce qui limite le champ de leur application. La synthèse paramétrique d'un système de contrôle qui prend en compte toutes les exigences de la tâche technique nécessite un modèle mathématique de l'objet. L'article analyse les structures des modèles mathématiques de l'unité de ventilation, examine la méthode d'identification de l'unité de ventilation, évalue la possibilité d'utiliser les modèles obtenus pour une application pratique.
Mots clés : identification, modèle mathématique, unité de ventilation, étude expérimentale du modèle mathématique, critères de qualité du modèle mathématique.
ASPECTS PRATIQUES DE L'IDENTIFICATION DU MODÈLE MATHÉMATIQUE
D'INSTALLATION DE VENTILATION
En rapport avec l'apparition de nouvelles exigences pour les systèmes de ventilation, les méthodes expérimentales d'ajustement des contours fermés de gestion ne peuvent "pas résoudre complètement un problème d'automatisation du processus technologique. Les méthodes expérimentales d'ajustement ont les critères mis d'optimisation (critère de qualité de gestion) qui limite le domaine de leur application. La synthèse paramétrique du système de contrôle, le projet technique tenant compte de toutes les exigences, exige un modèle mathématique de l'objet. Dans l'article à résulter l'analyse des structures des modèles mathématiques de l'installation de ventilation, la méthode de l'identification de l'installation de ventilation est considérée, la possibilité de l'application des modèles reçus pour l'application dans la pratique est estimée.
Mots clés : identification, modèle mathématique, installation de ventilation, recherche expérimentale du modèle mathématique, critères de qualité du modèle mathématique.
introduction
Le contrôle des systèmes de ventilation est l'une des tâches principales de l'automatisation des systèmes d'ingénierie du bâtiment. Les exigences relatives aux systèmes de contrôle des unités de ventilation sont formulées sous forme de critères de qualité dans le domaine temporel.
Principaux critères de qualité :
1. Temps transitoire (tnn) - temps nécessaire à la centrale de traitement d'air pour atteindre le mode de fonctionnement.
2. Erreur de régime permanent (eust) - l'écart maximal admissible de la température de l'air soufflé par rapport à celle définie.
Critères de qualité indirects :
3. Dépassement (Ah) - dépassement de puissance lors du contrôle de la centrale de traitement d'air.
4. Degré d'oscillation (y) - usure excessive des équipements de ventilation.
5. Degré d'atténuation (y) - caractérise la qualité et la vitesse d'établissement du régime de température requis.
La tâche principale de l'automatisation du système de ventilation est la synthèse paramétrique du contrôleur. La synthèse paramétrique consiste à déterminer les coefficients du régulateur pour assurer les critères de qualité du système de ventilation.
Pour la synthèse du régulateur de l'unité de ventilation, on choisit des méthodes d'ingénierie adaptées à une application pratique, qui ne nécessitent pas l'étude du modèle mathématique de l'objet : la méthode de Ncho18-21gier (W), la méthode Chien -Hrope8-Re8, wsk (SNK). Des exigences élevées en matière d'indicateurs de qualité sont imposées aux systèmes d'automatisation de la ventilation modernes, les conditions limites admissibles pour les indicateurs sont réduites et des problèmes de contrôle multicritères apparaissent. Les méthodes d'ingénierie de réglage du régulateur ne permettent pas de modifier les critères de qualité du contrôle qui y sont énoncés. Par exemple, en utilisant la méthode N2 pour régler le régulateur, le critère de qualité est un décrément d'amortissement égal à quatre, et en utilisant la méthode SAE, le critère de qualité est la vitesse de balayage maximale en l'absence de dépassement. L'utilisation de ces méthodes pour résoudre des problèmes de contrôle multicritères nécessite un ajustement manuel supplémentaire des coefficients. Le temps et la qualité du réglage des boucles de contrôle, dans ce cas, dépendent de l'expérience de l'ingénieur de service.
L'utilisation d'outils modernes de modélisation mathématique pour synthétiser un système de contrôle d'une unité de ventilation améliore considérablement la qualité des processus de contrôle, réduit le temps de mise en place du système et permet également de synthétiser des moyens algorithmiques de détection et de prévention des accidents. Pour simuler le système de contrôle, il est nécessaire de créer un modèle mathématique adéquat de l'unité de ventilation (objet de contrôle).
L'utilisation pratique de modèles mathématiques sans en évaluer l'adéquation soulève un certain nombre de problèmes :
1. Les réglages du régulateur obtenus au cours de la modélisation mathématique ne garantissent pas la conformité des indicateurs de qualité dans la pratique.
2. L'application dans la pratique de régulateurs avec un modèle mathématique intégré (contrôle forcé, extrapolateur de Smith, etc.) peut entraîner une détérioration des indicateurs de qualité. Si la constante de temps ne correspond pas ou que le gain est trop faible, le temps nécessaire à la centrale de traitement d'air pour atteindre le mode de fonctionnement augmente, lorsque le gain est surestimé, une usure excessive des équipements de ventilation se produit, etc.
3. L'application pratique de contrôleurs adaptatifs avec une estimation selon le modèle de référence entraînera également une détérioration des indicateurs de qualité, similaire à l'exemple ci-dessus.
4. Les réglages du régulateur obtenus par les méthodes de contrôle optimal ne garantissent pas la conformité des indicateurs de qualité en pratique.
Le but de cette étude est de déterminer la structure du modèle mathématique de l'unité de ventilation (le long de la boucle de régulation de température) et d'évaluer son adéquation aux processus physiques réels de chauffage de l'air dans les systèmes de ventilation.
L'expérience de la conception de systèmes de contrôle montre qu'il est impossible d'obtenir un modèle mathématique adéquat à un système réel uniquement sur la base d'études théoriques des processus physiques du système. Par conséquent, dans le processus de synthèse du modèle de l'unité de ventilation, simultanément aux études théoriques, des expériences ont été menées pour déterminer et affiner le modèle mathématique du système - son identification.
Le processus technologique du système de ventilation, l'organisation de l'expérience
et identification structurelle
L'objet de contrôle du système de ventilation est le climatiseur central, dans lequel le flux d'air est traité et fourni aux locaux ventilés. La tâche du système de contrôle local de la ventilation est de maintenir automatiquement la température de l'air soufflé dans le conduit. La valeur actuelle de la température de l'air est évaluée par un capteur installé dans la gaine de soufflage ou dans le local habité. La température de l'air soufflé est contrôlée par un chauffe-eau électrique ou à eau. Lors de l'utilisation d'un chauffe-eau, l'actionneur est une vanne à trois voies, lors de l'utilisation d'un radiateur électrique - un régulateur de puissance à largeur d'impulsion ou à thyristor.
L'algorithme de contrôle standard pour la température de l'air soufflé est un système de contrôle automatique en boucle fermée (ACS), avec un contrôleur PID comme dispositif de contrôle. La structure du système automatisé de contrôle de la température de l'air soufflé par ventilation est illustrée (Fig. 1).
Riz. 1. Schéma fonctionnel du système de contrôle automatisé de l'unité de ventilation (canal de contrôle de la température de l'air soufflé). Wreg - PF du régulateur, Zhio - PF de l'organe exécutif, Wcal - PF du réchauffeur, Wvv - fonction de transfert du conduit. u1 - consigne de température, XI - température dans la gaine, XI - relevés du capteur, E1 - erreur de contrôle, U1 - action de contrôle du régulateur, U2 - traitement du signal du régulateur par l'actionneur, U3 - chaleur transférée par le réchauffeur au canal.
La synthèse d'un modèle mathématique du système de ventilation suppose que la structure de chaque fonction de transfert comprise dans sa composition est connue. L'utilisation d'un modèle mathématique contenant les fonctions de transfert des éléments individuels du système est une tâche difficile et ne garantit pas en pratique la superposition des éléments individuels avec le système d'origine. Pour identifier le modèle mathématique, il convient de diviser la structure du système de contrôle de la ventilation en deux parties : a priori connue (contrôleur) et inconnue (objet). La fonction de transfert de l'objet ^ environ) comprend : la fonction de transfert de l'organe exécutif ^ uo), la fonction de transfert du réchauffeur ^ cal), la fonction de transfert du conduit d'air ^ vv), la fonction de transfert du capteur ^ Rendez-vous). La tâche d'identification de l'unité de ventilation lors du contrôle de la température du flux d'air se réduit à déterminer la relation fonctionnelle entre le signal de commande envoyé à l'actionneur du réchauffeur U1 et la température du flux d'air XI.
Pour déterminer la structure du modèle mathématique de l'unité de ventilation, il est nécessaire de réaliser une expérience d'identification. L'obtention des caractéristiques souhaitées est possible grâce à une expérimentation passive et active. La méthode d'expérimentation passive est basée sur l'enregistrement des paramètres contrôlés du processus dans le fonctionnement normal de l'objet sans y introduire de perturbations délibérées. Pendant la phase d'installation, le système de ventilation n'est pas en fonctionnement normal, la méthode d'expérimentation passive n'est donc pas adaptée à nos besoins. La méthode de l'expérimentation active repose sur l'utilisation de certaines perturbations artificielles introduites dans l'objet selon un programme préétabli.
Il existe trois méthodes fondamentales d'identification d'objet actif : la méthode des caractéristiques transitoires (la réaction de l'objet au "pas"), la méthode de perturbation de l'objet avec des signaux de forme périodique (la réaction de l'objet aux perturbations harmoniques avec fréquences différentes) et la méthode de réaction de l'objet à l'impulsion delta. En raison de la forte inertie des systèmes de ventilation (TOB est de quelques dizaines de secondes à plusieurs minutes), l'identification par des signaux de péri
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M. Yu. Liskova et I. S. Naumov - 2013
- SUR L'APPLICATION DE LA THÉORIE DU CONTRLE PARAMÉTRIQUE POUR LES MODÈLES CALCULABLES D'ÉQUILIBRE GÉNÉRAL
ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVITCH, ASHIMOV ABDYKAPPAR ASHIMOVITCH, ASHIMOV ASKAR ABDYKAPPAROVITCH, BOROVSKY NIKOLAY YURIEVICH, BOROVSKY YURI VYACHESLAVOVICH, SULTANOV BAKHYTVI TURCHLY - 2010
- MODÉLISATION D'UNE TOITURE BIOCLIMATIQUE PAR VENTILATION NATURELLE
OUEDRAOGO A., OUEDRAOGO I., PALM K., ZEGHMATI B. - 2008
Dans le monde moderne, il n'est plus possible de se passer de la modélisation mathématique des flux d'air dans la conception des systèmes de ventilation.
Dans le monde moderne, il n'est plus possible de se passer de la modélisation mathématique des flux d'air dans la conception des systèmes de ventilation. Les techniques d'ingénierie conventionnelles sont bien adaptées aux pièces typiques et aux solutions de distribution d'air standard. Lorsqu'un designer est confronté à des objets non standards, des méthodes de modélisation mathématique doivent lui venir en aide. L'article est consacré à l'étude de la répartition de l'air en saison froide dans l'atelier de fabrication de tuyaux. Cet atelier fait partie d'un complexe industriel situé dans un climat fortement continental.
Au XIXe siècle, des équations différentielles ont été obtenues pour décrire l'écoulement des liquides et des gaz. Ils ont été formulés par le physicien français Louis Navier et le mathématicien britannique George Stokes. Les équations de Navier - Stokes sont parmi les plus importantes en hydrodynamique et sont utilisées dans la modélisation mathématique de nombreux phénomènes naturels et problèmes techniques.
Ces dernières années, une grande variété d'objets géométriquement et thermodynamiquement complexes dans la construction s'est accumulée. L'utilisation de méthodes numériques de dynamique des fluides augmente considérablement les possibilités de conception de systèmes de ventilation, permettant de prédire avec un haut degré de précision les distributions de vitesse, pression, température, concentration des composants en tout point d'un bâtiment ou de l'un de ses locaux .
L'utilisation intensive des méthodes numériques de dynamique des fluides a commencé en 2000, avec l'apparition des coques logicielles universelles (packages CFD), qui ont permis de trouver des solutions numériques au système d'équations de Navier - Stokes par rapport à un objet d'intérêt. Depuis cette époque, "BURO TEKHNIKI" s'est engagé dans la modélisation mathématique en relation avec les problèmes de ventilation et de climatisation.
Description de la tâche
Dans cette étude, des simulations numériques ont été réalisées à l'aide de STAR-CCM+, un progiciel CFD développé par CD-Adapco. La performance de cet ensemble dans la résolution des problèmes de ventilation a été
Il a été testé à plusieurs reprises sur des objets de complexité variable, des bureaux aux salles de théâtre et aux stades.
Le problème est d'un grand intérêt tant du point de vue de la conception que de la modélisation mathématique.
Température de l'air extérieur -31°C. Il existe des objets à apport calorifique important dans la pièce : four de trempe, four de revenu, etc. Ainsi, il existe de grandes différences de température entre les structures extérieures d'enceinte et les objets intérieurs générateurs de chaleur. Par conséquent, la contribution du transfert thermique radiatif ne peut pas être négligée dans la simulation. Une difficulté supplémentaire dans la formulation mathématique du problème réside dans le fait qu'un train lourd avec une température de -31°C est amené dans le bâtiment plusieurs fois par quart de travail. Il se réchauffe progressivement, refroidissant l'air qui l'entoure.
Pour maintenir la température de l'air requise dans le volume de l'atelier (en saison froide au moins 15 ° C), le projet prévoit des systèmes de ventilation et de climatisation. Au stade de la conception, le débit et la température de l'air fourni nécessaires pour maintenir les paramètres requis ont été calculés. La question restait - comment alimenter en air le volume de l'atelier afin d'assurer la répartition la plus uniforme de la température dans tout le volume. La modélisation a permis pendant un temps relativement court (deux à trois semaines) de voir le modèle de flux d'air pour plusieurs options d'alimentation en air, puis de les comparer.
ÉTAPES DE LA MODÉLISATION MATHÉMATIQUE
- Construire une géométrie solide.
- Diviser l'espace de travail en cellules de la grille de calcul. Des dispositions doivent être prises à l'avance pour les zones dans lesquelles un affinement supplémentaire des cellules est nécessaire. Lors de la construction d'une grille, il est très important de trouver un terrain d'entente où la taille des cellules est suffisamment petite pour obtenir des résultats corrects, tandis que le nombre total de cellules ne sera pas si important que de prolonger le temps de calcul jusqu'à un temps inacceptable. Par conséquent, la construction de grilles est tout un art qui vient avec l'expérience.
- Définir les conditions aux limites et initiales conformément à l'énoncé du problème. Une compréhension des spécificités des tâches de ventilation est requise. Le choix correct du modèle de turbulence joue un rôle important dans la préparation du calcul.
- Sélection d'un modèle physique et d'un modèle de turbulence appropriés.
Résultats de la simulation
Pour résoudre le problème considéré dans cet article, toutes les étapes de la modélisation mathématique ont été franchies.
Pour comparer l'efficacité de la ventilation, trois options d'alimentation en air ont été sélectionnées : à des angles par rapport à la verticale de 45°, 60° et 90°. L'air était fourni par des grilles de distribution d'air standard.
Les champs de température et de vitesse obtenus à la suite du calcul à divers angles d'alimentation en air soufflé sont illustrés à la Fig. un.
Après analyse des résultats, l'angle d'alimentation en air soufflé égal à 90 ° a été choisi comme la plus réussie des options envisagées pour la ventilation de l'atelier. Avec cette méthode d'alimentation, des vitesses accrues ne sont pas créées dans la zone de travail et il est possible d'obtenir une image assez uniforme de la température et de la vitesse dans tout le volume de l'atelier.
Décision finale
Les champs de température et de vitesse dans trois sections transversales passant par les grilles d'alimentation sont illustrés à la Fig. 2 et 3. La répartition de la température dans toute la pièce est uniforme. Ce n'est que dans la zone où les fours sont concentrés que les températures sont plus élevées sous le plafond. Il y a une zone plus froide dans le coin droit de la pièce la plus éloignée des fours. C'est ici qu'entrent les voitures froides de la rue.
Figure. 3, on voit clairement comment les jets horizontaux de l'air fourni se propagent. Avec ce mode d'alimentation, le jet d'alimentation a une portée suffisamment longue. Ainsi, à une distance de 30 m de la grille, la vitesse d'écoulement est de 0,5 m/s (à la sortie de la grille, la vitesse est de 5,5 m/s). Dans le reste de la pièce, la mobilité de l'air est faible, au niveau de 0,3 m/s.
L'air chauffé du four de trempe dévie le flux d'air d'alimentation vers le haut (Fig. 4 et 5). Le poêle chauffe beaucoup l'air qui l'entoure. La température au sol est plus élevée ici qu'au milieu de la pièce.
Le champ de température et les lignes de courant dans deux sections de l'atelier chaud sont illustrés à la Fig. 6.
conclusions
Les calculs ont permis d'analyser l'efficacité de différents modes d'alimentation en air de l'atelier de fabrication de tubes. Il a été constaté que lorsqu'il est alimenté par un flux horizontal, l'air d'alimentation se propage plus loin dans la pièce, contribuant à son chauffage plus uniforme. Cela ne crée pas de zones avec une trop grande mobilité de l'air dans la zone de travail, comme cela se produit lorsque l'air soufflé est fourni à un angle vers le bas.
L'utilisation de méthodes de modélisation mathématique dans les problèmes de ventilation et de climatisation est une direction très prometteuse, permettant au stade du projet de corriger la solution, d'éviter la nécessité de corriger les solutions de conception infructueuses après la mise en service des objets. ●
Daria Denisikhina -
Chef du Département "Modélisation Mathématique";
Maria Lukanina -
Ingénieur en chef du département « Modélisation mathématique » ;
Mikhaïl Samoletov -
Directeur Exécutif de la SARL "MM-Technologies"
Décrivons dans cette section les principaux éléments du système de contrôle, donnons-leur une caractéristique technique et une description mathématique. Arrêtons-nous plus en détail sur le système en cours de développement pour la régulation automatique de la température de l'air soufflé traversant le réchauffeur. Le principal produit de préparation étant la température de l'air, alors dans le cadre du projet de diplôme, la construction de modèles mathématiques et la modélisation des processus de circulation et d'écoulement de l'air peuvent être négligées. Aussi, cette justification mathématique du fonctionnement de l'ACS PVV peut être négligée en raison des particularités de l'architecture des locaux - il y a un afflux important d'air extérieur non préparé dans les magasins et entrepôts à travers des fentes, des interstices. C'est pourquoi, quel que soit le débit d'air, il est pratiquement impossible pour les ouvriers de cet atelier de subir une "manque d'oxygène".
Ainsi, nous négligeons la construction d'un modèle thermodynamique de répartition de l'air dans une pièce, ainsi qu'une description mathématique des ACS pour le débit d'air, compte tenu de leur inopportunité. Arrêtons-nous plus en détail sur l'évolution de l'ACS pour la température de soufflage. En fait, ce système est un système de régulation automatique de la position du volet de défense aérienne en fonction de la température de l'air soufflé. Régulation - loi proportionnelle par valeurs d'équilibrage.
Nous présenterons les principaux éléments inclus dans l'ACS, nous donnerons leurs caractéristiques techniques qui nous permettent d'identifier les caractéristiques de leur contrôle. Lors du choix des équipements et des outils d'automatisation, nous sommes guidés par leurs fiches techniques et les calculs d'ingénierie antérieurs de l'ancien système, ainsi que par les résultats des expériences et des tests.
Ventilateurs centrifuges de soufflage et d'extraction
Un ventilateur centrifuge conventionnel est une roue avec des aubes de travail situées dans un boîtier en spirale, lors de la rotation de l'air entrant par l'entrée, pénètre dans les canaux entre les aubes et se déplace dans ces canaux sous l'action de la force centrifuge, est collecté par le boîtier en spirale et dirigé vers sa sortie. Le boîtier sert également à convertir la tête dynamique en tête statique. Pour augmenter la pression, un diffuseur est placé derrière le boîtier. En figue. 4.1 est une vue générale d'un ventilateur centrifuge.
Une roue centrifuge conventionnelle se compose d'aubes, d'un disque arrière, d'un moyeu et d'un disque avant. Un moyeu coulé ou ciselé, conçu pour monter la roue sur l'arbre, est riveté, vissé ou soudé sur le disque arrière. Les lames sont rivetées sur le disque. Les bords d'attaque des pales sont généralement fixés à l'anneau avant.
Les caissons en spirale sont en tôle d'acier et installés sur des supports indépendants, pour les ventilateurs de faible puissance ils sont fixés aux lits.
Lorsque la roue tourne, une partie de l'énergie fournie au moteur est transférée à l'air. La pression développée par la roue dépend de la densité de l'air, de la géométrie des pales et de la vitesse périphérique aux extrémités des pales.
Les bords de sortie des pales des ventilateurs centrifuges peuvent être courbés vers l'avant, radialement et vers l'arrière. Jusqu'à récemment, les bords des pales étaient principalement incurvés vers l'avant, car cela permettait de réduire l'encombrement des ventilateurs. De nos jours, on trouve souvent des roues à aubes incurvées vers l'arrière, car cela permet d'augmenter l'efficacité. ventilateur.
Riz. 4.1
Lors de l'inspection des ventilateurs, il convient de garder à l'esprit que les bords de sortie (le long du chemin d'air) des pales pour assurer une entrée sans choc doivent toujours être pliés dans le sens opposé au sens de rotation de la roue.
Les mêmes ventilateurs, lors du changement de vitesse de rotation, peuvent avoir une alimentation différente et développer des pressions différentes, en fonction non seulement des propriétés du ventilateur et de la vitesse de rotation, mais aussi des conduits d'air qui y sont connectés.
Les caractéristiques des ventilateurs expriment la relation entre les principaux paramètres de son fonctionnement. La caractéristique complète du ventilateur à vitesse d'arbre constante (n = const) est exprimée par les dépendances entre l'alimentation Q et la pression P, la puissance N et le rendement. Les dépendances P (Q), N (Q) et T (Q ) sont généralement construits sur un seul graphique. Un ventilateur est sélectionné sur eux. La caractérisation est construite sur la base de tests. En figue. 4.2 montre les caractéristiques aérodynamiques du ventilateur centrifuge VTs-4-76-16, qui est utilisé comme ventilateur d'alimentation sur le site de mise en œuvre
Riz. 4.2
La capacité du ventilateur est de 70 000 m3/h soit 19,4 m3/s. Vitesse du ventilateur - 720 tr/min. soit 75,36 rad/sec., la puissance du moteur d'entraînement asynchrone du ventilateur est de 35 kW.
Le ventilateur souffle de l'air extérieur dans le réchauffeur d'air. En raison de l'échange de chaleur de l'air avec de l'eau chaude passée à travers les tubes de l'échangeur de chaleur, l'air qui passe est chauffé.
Considérons le schéma de régulation du mode de fonctionnement du ventilateur VTs-4-76 n ° 16. En figue. 4.3 montre un schéma fonctionnel d'une unité de ventilation avec contrôle de vitesse.
Riz. 4.3
La fonction de transfert du ventilateur peut être représentée comme un gain, qui est déterminé en fonction des caractéristiques aérodynamiques du ventilateur (Fig. 4.2). Le gain du ventilateur au point de fonctionnement est de 1,819 m3/s (le plus faible possible, établi expérimentalement).
Riz. 4.4
Expérimentalement il a été constaté que pour la mise en œuvre des modes de fonctionnement nécessaires du ventilateur, il est nécessaire de fournir les valeurs de tension suivantes au convertisseur de fréquence de commande (tableau 4.1):
Tableau 4.1 Modes de fonctionnement de la ventilation de soufflage
Dans le même temps, afin d'augmenter la fiabilité du moteur électrique des ventilateurs des sections d'alimentation et d'extraction, il n'est pas nécessaire de les régler sur des modes de fonctionnement avec des performances maximales. La tâche de l'étude expérimentale était de trouver de telles tensions de commande auxquelles les taux de renouvellement d'air calculés ci-dessous seraient observés.
La ventilation par extraction est représentée par trois ventilateurs centrifuges des marques VTs-4-76-12 (capacité 28000 m3/h à n = 350 tr/min, puissance d'entraînement asynchrone N = 19,5 kW) et VTs-4-76-10 (capacité 20.000 m3 / h à n = 270 tr/min, puissance d'entraînement asynchrone N = 12,5 kW). De manière similaire à la ventilation d'alimentation pour la branche de ventilation d'extraction, les valeurs des tensions de commande ont été obtenues expérimentalement (tableau 4.2).
Pour éviter l'état de "manque d'oxygène" dans les ateliers des ouvriers, nous calculerons les taux de renouvellement d'air pour les modes de fonctionnement sélectionnés des ventilateurs. Il doit satisfaire à la condition :
Tableau 4.2 Modes de fonctionnement de la ventilation par aspiration
Dans le calcul, on néglige le soufflage venant de l'extérieur, ainsi que l'architecture du bâtiment (murs, sols).
Les dimensions des pièces pour la ventilation : 150x40x10 m, le volume total de la pièce est Vroom?60 000 m3. Le volume d'air soufflé requis est de 66 000 m3/h (pour le coefficient 1.1, il a été choisi comme minimum, car l'apport d'air de l'extérieur n'a pas été pris en compte). Il est évident que les modes de fonctionnement sélectionnés du ventilateur de soufflage satisfont à la condition énoncée.
Le volume total de l'air aspiré est calculé à l'aide de la formule suivante
Pour calculer la branche d'échappement, les modes « échappement d'urgence » ont été sélectionnés. En tenant compte du facteur de correction 1.1 (puisque le mode de fonctionnement d'urgence est pris comme le moins possible), le volume d'air extrait sera égal à 67,76 m3/h. Cette valeur, dans les limites des erreurs tolérées et des réserves préalablement acceptées, satisfait à la condition (4.2), ce qui signifie que les modes de fonctionnement choisis des ventilateurs permettront d'assurer le taux de renouvellement d'air.
Les moteurs des ventilateurs comportent également une protection intégrée contre la surchauffe (thermostat). Lorsque la température sur le moteur augmente, le contact de relais du thermostat arrête le fonctionnement du moteur électrique. Le capteur de pression différentielle enregistrera l'arrêt du moteur électrique et enverra un signal au panneau de commande. Il est nécessaire de prévoir la réponse de l'ACS PVV à l'arrêt d'urgence des moteurs des ventilateurs.
