Matematički model ventilacijskih sustava. Razvoj automatskog upravljačkog sustava za dovodnu i odsisnu ventilaciju. Dovodni i ispušni centrifugalni ventilatori

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Upotrijebite obrazac u nastavku

Studenti, diplomski studenti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam jako zahvalni.

Slični dokumenti

Osnove sustava automatska kontrola dovodna i ispušna ventilacija, njegovu konstrukciju i matematički opis. Oprema tehnološki proces. Izbor i izračun regulatora. Studija stabilnosti ATS-a, pokazatelji njegove kvalitete.

seminarski rad, dodan 16.02.2011

opće karakteristike i namjenu, područja praktične primjene automatskog upravljačkog sustava za dovodnu i ispušnu ventilaciju. Automatizacija procesa regulacije, njegova načela i faze provedbe. Izbor sredstava i njihova ekonomska opravdanost.

rad, dodan 10.04.2011

Analiza postojećih tipičnih shema automatizacije ventilacije proizvodne radnje. Matematički model procesa ventilacije industrijskih prostorija, izbor i opis alata i kontrola za automatizaciju. Izračun cijene projekta automatizacije.

rad, dodan 11.06.2012

Komparativna analiza tehnički podaci standardni dizajni rashladni tornjevi Elementi vodoopskrbnih sustava i njihova klasifikacija. Matematički model procesa reciklaže vode, izbor i opis opreme za automatizaciju i upravljanje.

rad, dodan 04.09.2013

Opće karakteristike naftovoda. Klimatske i geološke karakteristike lokaliteta. Glavni plan crpne stanice. Glavna crpna i rezervoarska farma PS-3 "Almetyevsk". Proračun dovodno-ispušnog ventilacijskog sustava pumpnog dućana.

rad, dodan 17.04.2013

Analiza izrade dizajnerskog projekta ukrasnog štapa. Heraldika kao posebna disciplina koja se bavi proučavanjem grbova. Metode izrade alata za voštane modele. Faze proračuna dovodne i ispušne ventilacije za odjel za taljenje.

rad, dodan 26.01.2013

Opis instalacije kao objekta automatizacije, mogućnosti poboljšanja tehnološkog procesa. Proračun i odabir elemenata kompleksa tehničkih sredstava. Proračun automatskog upravljačkog sustava. Razvoj aplikacija softver.

rad, dodan 24.11.2014

Predviđanje toplinski režim u servisiranim područjima je multifaktorski zadatak. Poznato je da se toplinski režim stvara uz pomoć sustava grijanja, ventilacije i klimatizacije. Međutim, pri projektiranju sustava grijanja ne uzima se u obzir utjecaj strujanja zraka koju stvaraju drugi sustavi. To je dijelom opravdano činjenicom da učinak strujanja zraka na toplinski režim može biti neznatan uz normativnu mobilnost zraka u opsluživanim područjima.

Aplikacijski sustavi grijanje zračenjem zahtijeva nove pristupe. To uključuje potrebu poštivanja standarda o izloženosti ljudi na radnim mjestima i uzimanje u obzir distribucije topline zračenja preko unutarnjih površina ovoja zgrade. Doista, kod zračnog grijanja te se površine uglavnom zagrijavaju, koje zauzvrat odaju toplinu u prostoriju konvekcijom i zračenjem. Zbog toga se održava potrebna temperatura unutarnjeg zraka.

U pravilu, za većinu vrsta prostorija, uz sustave grijanja, potrebni su ventilacijski sustavi. Dakle, kada koristite sustave grijanja plinskim zračenjem, soba mora biti opremljena ventilacijskim sustavima. Minimalna izmjena zraka u prostorima uz ispuštanje štetnih plinova i para propisana je SP 60.13330.12. Grijanje ventilacija i klimatizacija je najmanje jednom, a na visini većoj od 6 m - najmanje 6 m 3 po 1 m 2 površine. Osim toga, učinkovitost ventilacijskih sustava također je određena namjenom prostora i izračunava se iz uvjeta asimilacije emisije topline ili plina ili kompenzacije lokalnih ispušnih plinova. Naravno, količina izmjene zraka također se mora provjeriti za stanje asimilacije produkata izgaranja. Kompenzacija volumena uklonjenog zraka provodi se sustavima dovodna ventilacija. Istodobno, značajna uloga u formiranju toplinskog režima u opsluživanim područjima pripada dovodnim mlaznicama i toplini koju oni unose.

Metoda i rezultati istraživanja

Stoga postoji potreba za razvojem približnog matematičkog modela složenih procesa prijenosa topline i mase koji se odvijaju u prostoriji sa zračnim grijanjem i ventilacijom. Matematički model je sustav jednadžbi ravnoteže zraka i topline za karakteristične volumene i površine prostorije.

Rješenje sustava omogućuje određivanje parametara zraka u servisiranim područjima kada razne opcije postavljanje uređaja za grijanje zračenjem, uzimajući u obzir utjecaj ventilacijskih sustava.

Razmotrit ćemo konstrukciju matematičkog modela na primjeru proizvodnog pogona koji je opremljen sustavom radijacijskog grijanja i nema drugih izvora proizvodnje topline. Toplinski tokovi iz radijatora raspoređuju se na sljedeći način. Konvektivni tokovi dižu se do gornje zone ispod stropa i odaju toplinu unutarnjoj površini. Zračuća komponenta toplinskog toka radijatora percipira se unutarnjim površinama vanjskih ogradnih struktura prostorije. Zauzvrat, te površine odaju toplinu konvekcijom unutarnjem zraku i zračenjem drugim unutarnjim površinama. Dio topline se kroz vanjske ogradne konstrukcije prenosi na vanjski zrak. Shema proračuna prijenosa topline prikazana je na sl. 1a.

Razmotrit ćemo konstrukciju matematičkog modela na primjeru proizvodnog pogona opremljenog sustavom grijanja zračenjem i bez drugih izvora oslobađanja topline. Konvektivni tokovi dižu se do gornje zone ispod stropa i odaju toplinu unutarnjoj površini. Zračuća komponenta toplinskog toka radijatora percipira se unutarnjim površinama vanjskih ograđenih struktura prostorije

Zatim razmotrite konstrukciju sheme cirkulacije protoka zraka (slika 1b). Prihvatimo shemu organizacije razmjene zraka "dopunjavanje". Zrak se isporučuje u količini M pr u smjeru servisiranog područja i uklanja se iz gornje zone s protokom M u = M itd. Na razini vrha servisiranog područja strujanje zraka u mlazu je M stranica Povećanje protoka zraka u dovodnom mlazu događa se zbog cirkulirajućeg zraka koji se odvaja od mlaza.

Uvedimo uvjetne granice strujanja - plohe na kojima brzine imaju samo komponente normalne na njih. Na sl. 1b, granice protoka prikazane su isprekidanom linijom. Zatim odabiremo procijenjene količine: opsluživano područje (prostor s stalnim boravkom ljudi); volumena dovodnog mlaza i uzzidnih konvektivnih tokova. Smjer konvektivnih strujanja uz zid ovisi o omjeru temperatura unutarnje površine vanjskih ogradnih konstrukcija i okolnog zraka. Na sl. Slika 1b prikazuje dijagram s padajućim konvektivnim strujanjem uz zid.

Dakle, temperatura zraka u servisiranom području t wz nastaje kao rezultat miješanja zraka dovodnih mlaznica, konvektivnih strujanja uz zid i konvektivnog unosa topline iz unutarnje površine podovi i zidovi.

Uzimajući u obzir razvijene sheme prijenosa topline i cirkulacije protoka zraka (slika 1.), sastavit ćemo jednadžbe ravnoteže topline i zraka za dodijeljene volumene:

Ovdje S— toplinski kapacitet zraka, J/(kg °C); P iz je snaga sustava grijanja plinskim zračenjem, W; P sa i P* c - konvektivni prijenos topline s unutarnjih površina zida unutar servisiranog područja i zida iznad servisiranog područja, W; t stranica, t c i t wz su temperature zraka u dovodnom mlazu na ulazu u radno područje, u uzzidnom konvektivnom strujanju i u radni prostor, °C; P tp - toplinski gubitak prostorije, W, jednak zbroju toplinskih gubitaka kroz vanjske ogradne konstrukcije:

Protok zraka u dovodnom mlazu na ulazu u servisirano područje izračunava se korištenjem ovisnosti dobivenih od M. I. Grimitlina.

Na primjer, za difuzore zraka koji stvaraju kompaktne mlaznice, brzina protoka u mlazu je:

gdje m je faktor prigušenja brzine; F 0 - površina poprečnog presjeka ulazne cijevi razdjelnika zraka, m 2; x- udaljenost od razdjelnika zraka do mjesta ulaska u servisirano područje, m; DO n je koeficijent neizotermnosti.

Protok zraka u konvektivnom strujanju uz zid određen je:

gdje t c je temperatura unutarnje površine vanjskih zidova, °C.

Jednadžbe toplinska ravnoteža za granične površine imaju oblik:

Ovdje P c , P* c , P pl i P pt - konvektivni prijenos topline s unutarnjih površina zida unutar servisiranog područja - zidovi iznad servisiranog područja, pod i premaz; P tp.s, P* tp.s, P t.t., P tp.pt - gubici topline kroz odgovarajuće strukture; W S, W* c , W pl, W nm su toplinski tokovi zračenja iz emitera koji dolaze na te površine. Konvektivni prijenos topline određen je poznatom ovisnošću:

gdje m J je koeficijent određen uzimajući u obzir položaj površine i smjer toplinskog toka; F J je površina, m 2 ; Δ t J je temperaturna razlika između površine i okolnog zraka, °C; J— indeks vrste površine.

Gubitak topline P tJ se može izraziti kao

gdje t n je temperatura vanjskog zraka, °C; t J je temperatura unutarnjih površina vanjskih ogradnih konstrukcija, °C; R i R n - otpor topline i prijenosa topline vanjske ograde, m 2 ° C / W.

Dobiven je matematički model procesa prijenosa topline i mase pod kombiniranim djelovanjem zračnog grijanja i ventilacije. Rezultati rješenja omogućuju dobivanje glavnih karakteristika toplinskog režima pri projektiranju sustava zračnog grijanja za zgrade različite namjene opremljene ventilacijskim sustavima

Toplinski tokovi zračenja iz emitera sustava grijanja zračenja wj izračunavaju se u odnosu na međusobna područja zračenja prema metodi za proizvoljnu orijentaciju emitera i okolnih površina:

gdje S 0 je emisivnost apsolutno crnog tijela, W / (m 2 K 4); ε IJ je smanjeni stupanj emisivnosti površina uključenih u izmjenu topline ja i J; H IJ je područje međusobnog zračenja površina ja i J, m 2 ; T ja- Prosječna temperatura zračeća površina, određena iz toplinske ravnoteže radijatora, K; T J je temperatura površine koja prima toplinu, K.

Zamjenom izraza za toplinske tokove i brzine strujanja zraka u mlazovima, dobivamo sustav jednadžbi koji je približni matematički model procesa prijenosa topline i mase pri zračenju. Za rješavanje sustava mogu se koristiti standardni računalni programi.

Daria Denisikhina, Marija Lukanina, Mihail Samoletov

V moderni svijet bez toga se više ne može matematičko modeliranje protok zraka u projektiranju ventilacijskih sustava.

U suvremenom svijetu više nije moguće bez matematičkog modeliranja protoka zraka pri projektiranju ventilacijskih sustava. Konvencionalne tehnike inženjerstva dobro su prikladne za tipične prostorije i standardna rješenja za distribuciju zraka. Kada se dizajner susretne s nestandardnim objektima, u pomoć bi mu trebale priskočiti metode matematičkog modeliranja. Članak je posvećen proučavanju distribucije zraka u hladnom razdoblju godine u radionici za proizvodnju cijevi. Ova radionica dio je tvorničkog kompleksa, smještena u oštro kontinentalnoj klimi.

Još u 19. stoljeću primili su diferencijalne jednadžbe za opisivanje strujanja tekućina i plinova. Formulirali su ih francuski fizičar Louis Navier i britanski matematičar George Stokes. Navier-Stokesove jednadžbe su među najvažnijim u hidrodinamici i koriste se u matematičkom modeliranju mnogih prirodnih pojava i tehničkih problema.

Po posljednjih godina nagomilala se velika raznolikost geometrijski i termodinamički složenih objekata u graditeljstvu. Korištenje metoda računske dinamike fluida značajno povećava mogućnosti projektiranja ventilacijskih sustava, što omogućuje s visokim stupnjem točnosti predvidjeti distribucije brzine, tlaka, temperature i koncentracije komponenti u bilo kojoj točki zgrade ili bilo kojoj njezinoj prostorije.

Intenzivna uporaba metoda računske dinamike fluida započela je 2000. godine, kada su se pojavile univerzalne softverske ljuske (CFD paketi) koje su omogućile pronalaženje numeričkih rješenja sustava Navier-Stokesovih jednadžbi za predmet od interesa. Otprilike od tog vremena BIRO TEHNIKI se bavi matematičkim modeliranjem u vezi s problemima ventilacije i klimatizacije.

Opis zadatka

U ovoj studiji izvedene su numeričke simulacije pomoću STAR-CCM+, CFD paketa koji je razvio CD-Adapco. izvođenje ovaj paket kada je rješavanje problema ventilacije bilo
više puta je testiran na objektima različite složenosti, od uredskih prostora do kazališnih dvorana i stadiona.

Problem je od velikog interesa s gledišta dizajna i matematičkog modeliranja.

Vanjska temperatura -31 °C. U prostoriji se nalaze objekti sa značajnim unosom topline: peći za kaljenje, peći za kaljenje itd. Dakle, postoje velike temperaturne razlike između vanjskih ogradnih konstrukcija i unutarnjih objekata koji stvaraju toplinu. Stoga se u simulaciji ne može zanemariti doprinos prijenosa topline zračenjem. Dodatna poteškoća u matematičkoj formulaciji problema leži u činjenici da se u prostoriju nekoliko puta u smjeni unosi teški vlak s temperaturom od -31 °C. Postupno se zagrijava, hladeći zrak oko sebe.

Za održavanje potrebne temperature zraka u obujmu radionice (u hladnoj sezoni ne niže od 15 °C), projekt predviđa ventilacijske i klimatizacijske sustave. U fazi projektiranja izračunat je protok i temperatura dovodnog zraka potrebna za održavanje traženih parametara. Ostalo je pitanje - kako dopremiti zrak u volumen radionice kako bi se osigurala što ravnomjernija raspodjela temperature u cijelom volumenu. Simulacija je omogućila da se u relativno kratkom vremenu (dva do tri tjedna) vidi uzorak strujanja zraka za nekoliko opcija dovoda zraka, a zatim ih se usporedi.

FAZE MATEMATIČKOG MODELIRANJA

Konstrukcija čvrste geometrije.
Particioniranje radnog prostora u ćelije računske mreže. Potrebno je predvidjeti područja u kojima je potrebno dodatno oplemenjivanje stanica. Prilikom izgradnje mreže vrlo je važno pronaći onu zlatnu sredinu, u kojoj je veličina ćelije dovoljno mala za dobivanje točnih rezultata, dok ukupan broj ćelija nije toliko velik da bi vrijeme izračunavanja povuklo na neprihvatljiva vremena. Stoga je izgradnja mreže cijela umjetnost koja dolazi s iskustvom.
Postavljanje graničnih i početnih uvjeta u skladu s iskazom problema. Potrebno je razumijevanje specifičnosti ventilacijskih zadataka. igra važnu ulogu u proračunu pravi izbor modeli turbulencije.
Odabir prikladnih fizičkih i turbulentnih modela.

Rezultati simulacije

Kako bi se riješio problem razmatran u ovom članku, prošli su sve faze matematičkog modeliranja.

Za usporedbu učinkovitosti ventilacije odabrane su tri opcije za dovod zraka: pod kutovima prema vertikali od 45°, 60° i 90°. Zrak se dovodio iz standardnih rešetki za distribuciju zraka.

Polja temperature i brzine dobivena kao rezultat proračuna pri različitim kutovima pomaka dovodni zrak, prikazani su na sl. jedan.

Nakon analize rezultata, kut dovodnog zraka od 90° odabran je kao najuspješnija od razmatranih opcija za ventilaciju radionice. Ovim načinom opskrbe ne stvaraju se povećane brzine u radnom području te je moguće postići prilično ujednačen obrazac temperature i brzine u cijeloj radionici.

Konačna odluka

Polja temperature i brzine u tri presjeci prolazeći kroz dovodne rešetke prikazani su na sl. 2 i 3. Raspodjela temperature u cijeloj prostoriji je ujednačena. Samo u području koncentracije peći ima više visoke vrijednosti temperatura stropa. U krajnjem desnom kutu sobe, daleko od peći, nalazi se hladnije područje. To je mjesto gdje ulaze hladni vagoni s ulice.

Od sl. 3 jasno pokazuje kako se šire horizontalni mlazovi dovedenog zraka. S ovom metodom opskrbe, dovodni mlaz ima dovoljno velik domet. Dakle, na udaljenosti od 30 m od mreže brzina protoka je 0,5 m/s (na izlazu iz mreže brzina je 5,5 m/s). U ostatku prostorije pokretljivost zraka je niska, na razini od 0,3 m/s.

Zagrijani zrak iz peći za stvrdnjavanje odbija mlaz dovodnog zraka prema gore (sl. 4 i 5). Peć vrlo snažno zagrijava zrak oko sebe. Ovdje je temperatura blizu poda viša nego u srednjem dijelu prostorije.

Temperaturno polje i strujne linije u dva dijela vruće radnje prikazani su na sl. 6.

zaključke

Provedeni proračuni omogućili su analizu učinkovitosti razne načine dovod zraka u radionici za proizvodnju cijevi. Utvrđeno je da kada se dovodi horizontalni mlaz, dovodni zrak se dalje širi u prostoriju, pridonoseći njenom ravnomjernijem zagrijavanju. To ne stvara područja s prevelikom pokretljivošću zraka u radnom području, kao što se događa kada se dovodni zrak dovodi pod kutom prema dolje.

Korištenje metoda matematičkog modeliranja u problemima ventilacije i klimatizacije vrlo je obećavajući smjer, koji omogućuje ispravljanje rješenja u fazi projektiranja, kako bi se spriječila potreba za ispravljanjem neuspješnih projektnih odluka nakon puštanja objekata u pogon. ●

Daria Denisikhina - Voditelj Odjela "Matematičko modeliranje";
Marija Lukanina - vodeći inženjer Odjela za matematičko modeliranje;
Mihail Samoletov - Izvršni direktor MM-Technologies LLC

Poštovani članovi atestacijske komisije, predstavljam Vam maturu kvalifikacijski rad, čija je svrha razvoj automatskog upravljačkog sustava za dovodnu i odsisnu ventilaciju proizvodnih radionica.

Poznato je da je automatizacija jedan od najvažnijih čimbenika rasta produktivnosti rada u industrijskoj proizvodnji, rasta kvalitete proizvoda i usluga. Stalno širenje opsega automatizacije jedno je od glavnih obilježja industrije u ovoj fazi. Izrađeni diplomski projekt jedna je od ideja nasljeđivanja razvojnog koncepta izgradnje "inteligentnih" zgrada, odnosno objekata u kojima se tehničkim sredstvima kontrolira uvjeti ljudskog života.

Glavni zadaci koji se rješavaju u projektiranju su modernizacija postojećeg sustava ventilacije zraka na mjestu izvedbe - proizvodnim radionicama VOMZ OJSC - kako bi se osigurala njegova učinkovitost (ušteda u potrošnji energije i topline, smanjenje troškova održavanja sustava, smanjenje zastoja) , održavanje ugodne mikroklime i čistoće zraka u radnim područjima, operativnost i stabilnost, pouzdanost sustava u hitnim/kritičnim načinima rada.

Problem koji se razmatra u diplomskom projektu posljedica je zastarjelosti i tehničke zastarjelosti (istrošenosti) postojećeg sustava upravljanja PVV. Distribuirani princip koji se koristi u izgradnji IPV-a isključuje mogućnost centraliziranog upravljanja (pokretanje i praćenje stanja). Nedostatak jasnog algoritma start/stop sustava također čini sustav nepouzdanim zbog ljudska pogreška, te nepostojanje hitnih načina rada - nestabilno u odnosu na zadatke koji se rješavaju.

Aktuelnost problema diplomskog dizajna posljedica je općeg porasta incidencije respiratornog trakta i prehlade radnika, općeg pada produktivnosti rada i kvalitete proizvoda u ovom području. Razvoj novog ACS PVV izravno je vezan uz tvorničku politiku kvalitete (ISO 9000), kao i programe modernizacije tvorničke opreme i automatizacije sustava za održavanje života za radionice.

Središnji upravljački element sustava je ormar za automatizaciju s mikrokontrolerom i opremom, odabran na temelju rezultata marketinškog istraživanja (poster 1). Postoji mnogo ponuda na tržištu, ali odabrana oprema je barem jednako dobra kao i njezini kolege. Važan kriterij bio je trošak, potrošnja energije i zaštitni učinak opreme.

Funkcionalni dijagram automatizacije IPV-a prikazan je na crtežu 1. Kao glavni u dizajnu ACS-a odabran je centralizirani pristup koji omogućuje mobilno dovođenje sustava u implementaciju, ako je potrebno, prema mješovitom pristupu. , što podrazumijeva mogućnost dispečiranja i komunikacije s drugim industrijskim mrežama. Centralizirani pristup je vrlo skalabilan, dovoljno fleksibilan - sva ta svojstva kvalitete određuje odabrani mikrokontroler - WAGO I/O sustav, kao i implementacija upravljačkog programa.

Tijekom projektiranja odabrani su elementi automatizacije - aktuatori, senzori, kriterij odabira je funkcionalnost, stabilnost rada u kritičnim načinima rada, raspon mjerenja/kontrole parametra, značajke instalacije, oblik izlaznog signala, načini rada. Glavni matematički modeli te simulirao rad sustava za regulaciju temperature zraka uz kontrolu položaja zaklopke trosmjernog ventila. Simulacija je provedena u VisSim okruženju.

Za regulaciju je odabrana metoda "balansiranja parametara" u području kontroliranih vrijednosti. Proporcionalni je odabran kao zakon upravljanja, budući da ne postoje visoki zahtjevi za točnost i brzinu sustava, a rasponi ulazno/izlaznih vrijednosti su mali. Funkcije regulatora obavlja jedan od portova kontrolera u skladu s upravljačkim programom. Rezultati simulacije ovog bloka prikazani su na posteru 2.

Algoritam rada sustava prikazan je na crtežu 2. Upravljački program koji implementira ovaj algoritam sastoji se od funkcionalnih blokova, bloka konstanti, koriste se standardne i specijalizirane funkcije. Fleksibilnost i skalabilnost sustava osigurana je kako programski (korištenje FB-ova, konstanti, oznaka i prijelaza, kompaktnost programa u memoriji kontrolera) tako i tehnički (ekonomično korištenje ulazno/izlaznih portova, redundantni portovi).

Programski pruža radnje sustava u hitnim načinima rada (pregrijavanje, kvar ventilatora, hipotermija, začepljenje filtera, požar). Algoritam rada sustava u načinu zaštite od požara prikazan je na crtežu 3. Ovaj algoritam uzima u obzir zahtjeve standarda za vrijeme evakuacije i mjere zaštite od požara. Općenito, primjena ovog algoritma je učinkovita i dokazana testovima. Također je riješen problem modernizacije ispušnih napa u smislu zaštite od požara. Pronađena rješenja razmotrena su i prihvaćena kao preporuke.

Pouzdanost projektiranog sustava u potpunosti ovisi o pouzdanosti softvera i kontrolera u cjelini. Izrađeni upravljački program podvrgnut je procesu otklanjanja pogrešaka, ručnog, strukturnog i funkcionalnog ispitivanja. Odabrane su samo preporučene i certificirane jedinice kako bi se osigurala pouzdanost i usklađenost s jamstvom opreme za automatizaciju. Jamstvo proizvođača za odabrani ormar za automatizaciju, uz poštivanje jamstvenih obveza, iznosi 5 godina.

Također, razvijena je generalizirana struktura sustava, izgrađen satni ciklogram rada sustava, formirana je tablica priključaka i oznaka kabela, instalacijski dijagram ACS-a.

Ekonomski pokazatelji projekta, koje sam ja izračunao u organizacijskom i ekonomskom dijelu, prikazani su na plakatu br. Isti poster prikazuje trakasti grafikon procesa dizajna. Za ocjenu kvalitete kontrolnog programa korišteni su kriteriji prema GOST RISO/IEC 926-93. Procjena ekonomske učinkovitosti razvoja provedena je pomoću SWOT analize. Očito je da projektirani sustav ima nisku cijenu (struktura troškova - poster 3) i prilično brza razdoblja povrata (izračunata uz minimalne uštede). Dakle, možemo zaključiti o visokoj ekonomskoj učinkovitosti razvoja.

Osim toga, riješena su pitanja zaštite rada, električne sigurnosti i ekološke prihvatljivosti sustava. Utemeljen je izbor vodljivih kabela, filtera zračnih kanala.

Dakle, kao rezultat činjenja teza izrađen je projekt modernizacije koji je optimalan u odnosu na sve postavljene zahtjeve. Ovaj se projekt preporučuje za realizaciju u skladu s uvjetima modernizacije opreme postrojenja.

Ako se isplativost i kvaliteta projekta potvrde probnim razdobljem, planira se implementacija razine dispečera korištenjem lokalne mreže poduzeća, kao i modernizacija ventilacije preostalih proizvodnih prostora kako bi se kombinirali u jedinstvenu industrijsku mrežu. U skladu s tim, ove faze uključuju razvoj dispečerskog softvera, evidentiranje statusa sustava, pogreške, nezgode (DB), organizaciju automatiziranog radnog mjesta ili kontrolnog mjesta (CCP). Također je moguće razraditi slabe točke postojećeg sustava, poput modernizacije uređaja za obradu, kao i dovršetak ventila za usis zraka s mehanizmom za zamrzavanje.

napomena

Diplomski projekt sadrži uvod, 8 poglavlja, zaključak, popis literature, prijave i sastoji se od 141 stranice strojopisnog teksta s ilustracijama.

U prvom dijelu daje se pregled i analiza potrebe za projektiranjem automatskog sustava upravljanja dovodno-ispušnom ventilacijom (ACS PVV) proizvodnih radionica, marketinška studija ormara za automatizaciju. Razmatraju se tipične sheme ventilacije i alternativni pristupi rješavanju problema diplomskog dizajna.

U drugom dijelu dat je opis postojećeg sustava PVW na objektu implementacije - OAO VOMZ, kao tehnološkom procesu. Formira se generalizirani blok dijagram automatizacije za tehnološki proces pripreme zraka.

U trećem dijelu formuliran je prošireni tehnički prijedlog za rješavanje problema diplomskog oblikovanja.

Četvrti dio posvećen je razvoju samohodnih topova. Odabrani su elementi automatizacije i upravljanja, prikazani su njihovi tehnički i matematički opisi. Opisan je algoritam za kontrolu temperature dovodnog zraka. Formiran je model i provedena simulacija rada ACS-a za održavanje temperature zraka u prostoriji. Odabrano i opravdano električno ožičenje. Konstruiran je satni ciklogram rada sustava.

Peti odjeljak sadrži tehnički podaci programabilni logički kontroler (PLC) WAGO I/O sustav. Dane su tablice veza senzora i aktuatora s PLC portovima, uklj. i virtualno.

Šesti dio posvećen je razvoju algoritama funkcioniranja i pisanju upravljačkog programa PLC-a. Potkrijepljen je izbor programskog okruženja. Dani su blok-algoritmi za razradu izvanrednih situacija od strane sustava, blok-algoritmi za funkcionalne blokove koji rješavaju probleme pokretanja, upravljanja i regulacije. Odjeljak uključuje rezultate testiranja i otklanjanja pogrešaka upravljačkog programa PLC-a.

Sedmi dio bavi se sigurnošću i ekološkom prihvatljivošću projekta. Provodi se analiza opasnih i štetnih čimbenika tijekom rada ACS PVV, donosi se odluka o zaštiti rada i osiguravanju ekološke prihvatljivosti projekta. Razvija se zaštita sustava od izvanrednih situacija, uklj. pojačanje sustava u smislu zaštite od požara i osiguranje stabilnosti rada tijekom hitne situacije. Razvijeni ravnatelj funkcionalni dijagram automatizacija specifikacije.

Osmi dio posvećen je organizacijskoj i ekonomskoj opravdanosti razvoja. Izračun troškova, učinkovitosti i razdoblja povrata razvoja dizajna, uklj. s obzirom na fazu implementacije. Oslikavaju se faze razvoja projekta, procjenjuje se radni intenzitet rada. Daje se ocjena ekonomske učinkovitosti projekta korištenjem SWOT analize razvoja.

U zaključku se daju zaključci o diplomskom projektu.

Uvod

Automatizacija je jedan od najvažnijih čimbenika rasta produktivnosti rada u industrijskoj proizvodnji. Kontinuirani uvjet za ubrzavanje stope rasta automatizacije je razvoj tehničkih sredstava automatizacije. Tehnička sredstva automatizacije uključuju sve uređaje koji su uključeni u sustav upravljanja i dizajnirani za primanje informacija, prijenos, pohranu i pretvaranje, kao i za provedbu kontrolnih i regulatornih radnji na tehnološkom objektu upravljanja.

Razvoj tehnoloških sredstava automatizacije složen je proces koji se temelji na interesima automatizirane potrošačke proizvodnje, s jedne strane, i ekonomskim mogućnostima proizvodnih poduzeća, s druge strane. Primarni poticaj razvoju je povećanje učinkovitosti proizvodnje – potrošača, kroz uvođenje nova tehnologija može biti izvedivo samo ako se troškovi brzo nadoknade. Stoga bi kriterij za sve odluke o razvoju i implementaciji novih alata trebao biti ukupni ekonomski učinak, uzimajući u obzir sve troškove razvoja, proizvodnje i implementacije. Sukladno tome, za razvoj, proizvodnju treba uzeti, prije svega, one mogućnosti tehničkih sredstava koja pružaju maksimalni ukupni učinak.

Stalno širenje opsega automatizacije jedno je od glavnih obilježja industrije u ovoj fazi.

Posebna se pozornost posvećuje pitanjima industrijske ekologije i sigurnosti rada u proizvodnji. Prilikom projektiranja Moderna tehnologija, opreme i konstrukcija, potrebno je znanstveno obrazložiti razvoj sigurnosti i neškodljivosti rada.

U sadašnjoj fazi razvoja Nacionalna ekonomija zemlji jedna od glavnih zadaća je povećanje učinkovitosti društvene proizvodnje na temelju znanstveno-tehnološkog procesa i potpunijeg korištenja svih rezervi. Ovaj zadatak je neraskidivo povezan s problemom optimizacije projektnih rješenja, čija je svrha stvaranje potrebnih preduvjeta za povećanje učinkovitosti kapitalnih ulaganja, smanjenje razdoblja povrata i osiguranje najvećeg povećanja proizvodnje po utrošenom rublju. Povećanje produktivnosti rada, proizvodnja kvalitetnih proizvoda, poboljšanje uvjeta rada i odmora radnika osiguravaju se ventilacijskim sustavima koji stvaraju potrebnu mikroklimu i kvalitetu zraka u prostorijama.

Svrha diplomskog projekta je razvoj automatskog sustava upravljanja dovodno-ispušnom ventilacijom (ACS PVV) proizvodnih pogona.

Problem koji se razmatra u diplomskom projektu posljedica je istrošenosti sustava automatske opreme PVV-a u JSC "Vologda optičko-mehanička tvornica". Osim toga, sustav je dizajniran distribuirano, što eliminira mogućnost centraliziranog upravljanja i nadzora. Za objekt izvedbe odabrano je mjesto brizganja (B-kategorija za protupožarnu sigurnost), kao i prostor uz njega - mjesto CNC strojeva, ured za planiranje i otpremu, skladišta.

Zadaci diplomskog projekta formulirani su kao rezultat proučavanja trenutnog stanja ACS PVV i na temelju analitičkog pregleda dati su u odjeljku 3 "Tehnički prijedlog".

Korištenje kontrolirane ventilacije otvara nove mogućnosti za rješavanje navedenih problema. Razvijeni sustav automatskog upravljanja trebao bi biti optimalan u smislu obavljanja zadanih funkcija.

Kao što je gore navedeno, važnost razvoja posljedica je i zastarjelosti postojećih samohodnih topova, povećanja broja radovi na popravci na ventilacijskim "putevima", te općem povećanju incidencije dišnih puteva i prehlade radnika, sklonost pogoršanju osjećaja tijekom dugotrajnog rada, te, kao rezultat, opći pad produktivnosti rada i kvalitete proizvoda. Važno je napomenuti i činjenicu da postojeći sustav za upravljanje vatrom nije povezan s protupožarnom automatikom, što je neprihvatljivo za ovakvu proizvodnju. Razvoj novog ACS PVV izravno je vezan uz tvorničku politiku kvalitete (ISO 9000), kao i programe modernizacije tvorničke opreme i automatizacije sustava za održavanje života za radionice.

Diplomski projekt koristi internetske resurse (forumi, elektroničke knjižnice, članci i publikacije, elektronički portali), kao i tehničku literaturu traženog predmetnog područja i tekstove standarda (GOST, SNIP, SanPiN). Također, razvoj ACS PVV provodi se uzimajući u obzir prijedloge i preporuke stručnjaka, na temelju postojećih planova ugradnje, kabelskih trasa, sustava zračnih kanala.

Vrijedi napomenuti da se problem postavljen u diplomskom projektu odvija u gotovo svim starim tvornicama vojno-industrijskog kompleksa, a preopremanje radionica jedan je od najvažnijih zadataka u smislu osiguranja kvalitete proizvoda za krajnjeg potrošača. Dakle, diplomski dizajn će odražavati stečeno iskustvo u rješavanju sličnih problema u poduzećima sa sličnom vrstom proizvodnje.

1. Analitički pregled

1.1 Opća analiza potreba za projektiranjem ACS PVV

Najvažniji izvor uštede goriva i energetskih resursa utrošenih na opskrbu toplinom velikih industrijskih zgrada sa značajnom potrošnjom toplinske i električne energije je povećanje učinkovitosti sustava dovodno-ispušne ventilacije (SVV) temeljeno na primjeni suvremenih dostignuća u računalnu i upravljačku tehnologiju.

Obično se za upravljanje ventilacijskim sustavom koriste lokalni alati za automatizaciju. Glavni nedostatak takve regulacije je što ne uzima u obzir stvarnu ravnotežu zraka i topline zgrade i stvarne vremenske uvjete: vanjska temperatura zraka, brzina i smjer vjetra, atmosferski tlak.

Stoga, pod utjecajem lokalne automatizacije, sustav ventilacije zraka, u pravilu, ne radi u optimalnom načinu rada.

Učinkovitost dovodno-ispušnog ventilacijskog sustava može se značajno povećati ako se sustavi optimalno kontroliraju na temelju korištenja skupa odgovarajućih hardverskih i softverskih alata.

Formiranje toplinskog režima može se predstaviti kao interakcija remetilačkih i regulacijskih čimbenika. Za određivanje regulacijskog djelovanja potrebne su informacije o svojstvima i broju ulaznih i izlaznih parametara te uvjetima za nastavak procesa prijenosa topline. Budući da je svrha upravljanja ventilacijskom opremom osigurati potrebne uvjete zraka u radnom prostoru zgrada uz minimalne troškove energije i materijala, tada će se uz pomoć računala moći pronaći najbolja opcija i razviti odgovarajuće kontrolne radnje na ovom sustavu. Kao rezultat, računalo s odgovarajućim setom hardvera i softvera čini automatizirani sustav upravljanja toplinskim režimom zgrada (ACS TRP). Istodobno, treba napomenuti da se pod računalom može razumjeti i upravljačka ploča EEW-a, i upravljačka ploča za praćenje stanja EEW-a, kao i najjednostavnije računalo sa simulacijskim programom za ACS EEW-a, obradu rezultata i na temelju njih operativnu kontrolu.

Sustav automatskog upravljanja je kombinacija upravljačkog objekta (kontroliranog tehnološkog procesa) i upravljačkih uređaja, čija interakcija osigurava automatski tijek procesa u skladu s zadanim programom. U ovom slučaju, tehnološki proces se shvaća kao slijed radnji koje se moraju izvesti kako bi se iz sirovine dobio gotov proizvod. U slučaju PVV-a gotov proizvod je zrak u servisiranoj prostoriji sa određenim parametrima (temperatura, sastav plina i sl.), a sirovina je vanjski i odvodni zrak, nosači topline, električna energija itd.

Osnova za funkcioniranje ACS PVV, kao i svakog upravljačkog sustava, treba se temeljiti Povratne informacije(OS): razvoj upravljačkih radnji na temelju informacija o objektu dobivenih pomoću senzora instaliranih ili distribuiranih na objektu.

Svaki specifični ACS razvijen je na temelju zadane tehnologije za obradu ulaznog protoka zraka. Često je sustav dovodne i ispušne ventilacije povezan s klimatizacijskim (pripremnim) sustavom, što se također odražava u dizajnu automatizacije upravljanja.

Kada koristite samostalne uređaje ili kompletne tehnološke instalacije ACS za obradu zraka isporučuju se već ugrađeni u opremu i već ugrađeni s određenim upravljačkim funkcijama, koje su obično detaljno opisane u tehničkoj dokumentaciji. U tom slučaju, podešavanje, održavanje i rad takvih upravljačkih sustava moraju se provoditi strogo u skladu s navedenom dokumentacijom.

Analiza tehnička rješenja modernog PVV-a vodećih tvrtki - proizvođača ventilacijske opreme pokazao je da se kontrolne funkcije mogu podijeliti u dvije kategorije:

Upravljačke funkcije određene tehnologijom i opremom za obradu zraka;

Dodatne funkcije, koje su uglavnom uslužne, prikazane su kao know-how tvrtki i ovdje se ne razmatraju.

Općenito, glavne tehnološke funkcije upravljanja opremom za obradu zraka mogu se podijeliti u sljedeće skupine (slika 1.1)

Riža. 1.1 - Glavne tehnološke funkcije upravljanja PVV-om

Opišimo što se podrazumijeva pod PWV funkcijama prikazanim na Sl. 1.1.

1.1.1 Funkcija "Praćenje i snimanje parametara".

U skladu sa SNiP 2.04.05-91, obvezni kontrolni parametri su:

Temperatura i tlak u zajedničkim dovodnim i povratnim cjevovodima i na izlazu svakog izmjenjivača topline;

Temperatura vanjskog zraka, dovodnog zraka nakon izmjenjivača topline, kao i temperatura u prostoriji;

MPC norme štetne tvari u zraku izvučenom iz prostorije (prisutnost plinova, produkata izgaranja, netoksične prašine).

Ostali parametri u sustavima dovodne i ispušne ventilacije kontroliraju se na zahtjev tehnički podaci opreme ili radnih uvjeta.

Daljinsko upravljanje je predviđeno za mjerenje glavnih parametara tehnološkog procesa ili parametara uključenih u provedbu drugih upravljačkih funkcija. Takva se kontrola provodi pomoću senzora i mjernih pretvarača s izlazom (ako je potrebno) izmjerenih parametara na indikatoru ili zaslonu kontrolnog uređaja (upravljačka ploča, računalni monitor).

Za mjerenje drugih parametara obično se koriste lokalni (prijenosni ili stacionarni) instrumenti - pokazni termometri, manometri, uređaji za spektralnu analizu sastava zraka itd.

Korištenjem lokalnih upravljačkih uređaja ne narušava se osnovno načelo upravljačkih sustava – princip povratne sprege. U ovom slučaju se provodi ili uz pomoć osobe (operatera ili osoblja za održavanje) ili uz pomoć upravljačkog programa “žičano” uklopljenog u memoriju mikroprocesora.

1.1.2 Funkcija "operativno i programsko upravljanje"

Također je važno implementirati takvu opciju kao što je "početni slijed". Kako bi se osiguralo normalno pokretanje PVV sustava, potrebno je uzeti u obzir sljedeće:

Prethodno otvaranje zračnih zaklopki prije pokretanja ventilatora. To je zbog činjenice da svi zaklopke u zatvorenom stanju ne mogu izdržati razliku tlaka koju stvara ventilator, a vrijeme za potpuno otvaranje zaklopke električnim pogonom doseže dvije minute.

Razdvajanje momenata pokretanja elektromotora. Asinkroni motoričesto mogu imati velike početne struje. Ako se ventilatori, pogoni zračnih zaklopki i drugi pogoni pokrenu istovremeno, tada će zbog velikog opterećenja električne mreže zgrade napon značajno pasti, a elektromotori se možda neće pokrenuti. Stoga se pokretanje elektromotora, posebno velike snage, mora rasporediti na vrijeme.

Predgrijavanje grijača. Ako bojler nije prethodno zagrijan, zaštita od smrzavanja može se aktivirati pri niskim vanjskim temperaturama. Stoga je prilikom pokretanja sustava potrebno otvoriti zaklopke dovodnog zraka, otvoriti trosmjerni ventil bojler i zagrijte grijač. U pravilu se ova funkcija aktivira kada je vanjska temperatura ispod 12 °C.

Obrnuta opcija je "slijed isključivanja" Prilikom isključivanja sustava uzmite u obzir:

Zaustavljanje odgode ventilatora dovodnog zraka u jedinicama s električnim grijačem. Nakon uklanjanja napona s električnog grijača, treba ga neko vrijeme hladiti bez isključivanja ventilatora dovodnog zraka. Inače, grijaći element grijača zraka (termoelektrični grijač - grijaći element) može pokvariti. Za postojeće zadatke diplomskog projektiranja ova opcija nije važna zbog korištenja bojlera, ali ju je također važno napomenuti.

Tako je na temelju odabranih opcija operativnog i programskog upravljanja moguće prikazati tipičan raspored uključivanja i isključivanja uređaja klima uređaja.

Riža. 1.2 - Tipični ciklogram rada ACS PVV s bojlerom

Cijeli ovaj ciklus (slika 1.2) sustav bi trebao raditi automatski, a osim toga treba osigurati i individualno pokretanje opreme, što je potrebno tijekom podešavanja i preventivnog održavanja.

Jednako važne su i funkcije upravljanja programom, kao što je promjena zimsko-ljetnog načina rada. Provedba ovih funkcija posebno je relevantna u modernim uvjetima nedostatak energetskih resursa. U regulatornim dokumentima obavljanje ove funkcije je savjetodavne prirode - "za javne, upravne, kućne i industrijske zgrade u pravilu treba predvidjeti programsku regulaciju parametara, čime se osigurava smanjenje potrošnje topline."

U najjednostavnijem slučaju, ove funkcije omogućuju ili isključivanje klimatizacijskog sustava u određenom trenutku ili smanjenje (povećanje) zadane vrijednosti kontroliranog parametra (na primjer, temperature) ovisno o promjenama toplinskog opterećenja u servisirana soba.

Učinkovitija, ali i teže implementirana je softverska kontrola koja omogućuje automatsku promjenu strukture klimatizacijskog sustava i algoritma za njegov rad ne samo u tradicionalnom načinu rada "zima-ljeto", već i u prijelaznom. načina rada. Analiza i sinteza strukture EWP-a i algoritma njegovog rada obično se provodi na temelju njihovog termodinamičkog modela.

U ovom slučaju, glavni kriterij motivacije i optimizacije u pravilu je želja da se osigura, eventualno, minimalna potrošnja energije uz ograničenja kapitalnih troškova, dimenzija itd.

1.1.3 Funkcija " zaštitne funkcije i brave"

Zaštitne funkcije i blokade zajedničke automatizacijskim sustavima i električnoj opremi (zaštita od kratkih spojeva, pregrijavanja, ograničenja kretanja, itd.) propisane su međuodjelnim normativni dokumenti. Takve se funkcije obično provode zasebnim uređajima (osigurači, uređaji za diferencijalnu struju, krajnji prekidači itd.). Njihovo korištenje regulirano je pravilima za ugradnju električnih instalacija (PUE), pravilima sigurnost od požara(PPB).

Zaštita od smrzavanja. Funkcija automatske zaštite od smrzavanja mora biti osigurana u područjima s izračunatom vanjskom temperaturom za hladno razdoblje od minus 5 °C i niže. Izmjenjivači topline prvog grijanja (bojler) i rekuperatori (ako ih ima) podliježu zaštiti.

Obično se zaštita izmjenjivača topline protiv smrzavanja izvodi na temelju senzora ili senzora-releja temperature zraka iza aparata i temperature nosača topline u povratnom cjevovodu.

Opasnost od smrzavanja predviđa se temperaturom zraka ispred aparata (tn<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.

Tijekom neradnog vremena, za sustave sa zaštitom od smrzavanja ventil mora ostati lagano otvoren (5-25%) sa zatvorenom zaklopkom vanjskog zraka. Za veću pouzdanost zaštite kada je sustav isključen, ponekad se implementira funkcija automatske regulacije (stabilizacije) temperature vode u povratnom cjevovodu.

1.1.4 Funkcija "zaštita tehnološke opreme i električne opreme"

1. Kontrola kontaminacije filtera

Kontrola začepljenja filtera ocjenjuje se padom tlaka na filteru, koji se mjeri senzorom diferencijalnog tlaka. Senzor mjeri razliku u tlaku zraka prije i poslije filtera. Dopušteni pad tlaka na filteru naveden je u njegovoj putovnici (za manometri prikazani na tvorničkim zračnim rutama, prema tehničkom listu - 150-300 Pa). Ova razlika se postavlja tijekom puštanja sustava u pogon na diferencijalnom senzoru (podešavanje senzora). Kada se postigne zadana vrijednost, senzor šalje signal o maksimalnoj zaprašenosti filtera i potrebi njegovog održavanja ili zamjene. Ako se filtar ne očisti ili zamijeni unutar određenog vremena (obično 24 sata) nakon izdavanja signala ograničenja prašine, preporuča se osigurati isključivanje sustava u nuždi.

Preporuča se ugradnja sličnih senzora na ventilatore. Ako ventilator ili pogonski remen ventilatora pokvari, sustav se mora isključiti u hitnom načinu rada. Međutim, takvi se senzori često zanemaruju iz razloga ekonomičnosti, što uvelike komplicira dijagnostiku sustava i otklanjanje kvarova u budućnosti.

2. Ostale automatske brave

Osim toga, treba osigurati automatske brave za:

Otvaranje i zatvaranje ventila za vanjski zrak kada su ventilatori uključeni i isključeni (prigušivač);

Ventili za otvaranje i zatvaranje ventilacijskih sustava spojenih zračnim kanalima za potpunu ili djelomičnu zamjenu u slučaju kvara jednog od sustava;

Zaporni ventili ventilacijskih sustava za prostorije zaštićene plinskim instalacijama za gašenje požara kada su ventilatori ventilacijskih sustava tih prostorija isključeni;

Osiguravanje minimalnog protoka vanjskog zraka u sustavima s promjenjivim protokom itd.

1.1.5 Upravljačke funkcije

Regulatorne funkcije - automatsko održavanje zadanih parametara su po definiciji glavne za dovodne i ispušne ventilacijske sustave koji rade s promjenjivim protokom, recirkulacijom zraka, grijanjem zraka.

Te se funkcije izvode korištenjem zatvorenih upravljačkih petlji, u kojima je princip povratne sprege prisutan u eksplicitnom obliku: informacije o objektu koje dolaze od senzora pretvaraju se upravljačkim uređajima u kontrolna djelovanja. Na sl. 1.3 prikazuje primjer petlje za kontrolu temperature dovodnog zraka u kanalnom klima uređaju. Temperaturu zraka održava bojler kroz koji prolazi rashladna tekućina. Zrak koji prolazi kroz grijač se zagrijava. Temperaturu zraka nakon bojlera mjeri senzor (T), a zatim se njegova vrijednost prenosi na uređaj za usporedbu (US) izmjerene vrijednosti temperature i zadane temperature. Ovisno o razlici između zadane temperature (Tset) i izmjerene vrijednosti temperature (Tmeas), upravljački uređaj (P) generira signal koji djeluje na aktuator (M - trosmjerni ventil električni pogon). Pogon otvara ili zatvara trosmjerni ventil u položaj u kojem je pogreška:

e \u003d Tust - Tism

bit će minimalan.

Riža. 1.3 - Krug kontrole temperature dovodnog zraka u zračnom kanalu s vodenim izmjenjivačem topline: T - senzor; US - uređaj za usporedbu; P - upravljački uređaj; M - izvršni uređaj

Dakle, izgradnja automatskog upravljačkog sustava (ACS) na temelju zahtjeva za točnost i drugih parametara njegovog rada (stabilnost, oscilacija i sl.) svodi se na izbor njegove strukture i elemenata, kao i na određivanje parametri kontrolera. Obično to rade stručnjaci za automatizaciju koristeći klasičnu teoriju upravljanja. Napomenut ću samo da su postavke regulatora određene dinamičkim svojstvima upravljačkog objekta i odabranim zakonom upravljanja. Regulacijski zakon je odnos između ulaznog (?) i izlaznog (Ur) signala regulatora.

Najjednostavniji je proporcionalni zakon regulacije, u kojem? i Ur međusobno su povezani konstantnim koeficijentom Kp. Ovaj koeficijent je parametar podešavanja takvog regulatora, koji se naziva P-regulator. Za njegovu provedbu potrebna je uporaba podesivog pojačala (mehaničkog, pneumatskog, električnog, itd.), koji može funkcionirati i sa i bez dodatnog izvora energije.

Jedna od varijanti P-regulatora su pozicijski regulatori koji provode proporcionalni zakon upravljanja na Kp i formiraju izlazni signal Ur koji ima određeni broj konstantnih vrijednosti, na primjer, dvije ili tri, što odgovara dvo- ili tropoložajnim regulatorima. Takvi se kontroleri ponekad nazivaju relejnim kontrolerima zbog sličnosti njihovih grafičkih karakteristika s onima releja. Parametar podešavanja takvih regulatora je vrijednost mrtve zone De.

U tehnologiji automatizacije ventilacijskih sustava, on-off regulatori su zbog svoje jednostavnosti i pouzdanosti našli široku primjenu u regulaciji temperature (termostati), tlaka (tlačne sklopke) i drugih parametara stanja procesa.

Dvopozicijski regulatori također se koriste u sustavima automatske zaštite, blokiranja i prebacivanja načina rada opreme. U ovom slučaju, njihove funkcije obavljaju senzori-releji.

Unatoč ovim prednostima P-regulatora, oni imaju veliku statičku pogrešku (za male vrijednosti Kp) i sklonost samoosciliranju (za velike vrijednosti Kp). Stoga se uz veće zahtjeve za regulatorne funkcije sustava automatizacije u smislu točnosti i stabilnosti koriste i složeniji zakoni upravljanja, na primjer, PI i PID zakoni.

Također, regulaciju temperature grijanja zraka moguće je izvršiti P-regulatorom koji radi po principu balansiranja: povećavati temperaturu kada je njezina vrijednost manja od zadane vrijednosti, i obrnuto. Ovo tumačenje zakona našlo je primjenu i u sustavima koji ne zahtijevaju visoku točnost.

1.2 Analiza postojećih tipičnih shema za automatsku ventilaciju proizvodnih radnji

Postoji niz standardnih implementacija automatizacije dovodno-ispušnog ventilacijskog sustava, od kojih svaka ima niz prednosti i nedostataka. Napominjem da je unatoč prisutnosti mnogih standardnih shema i razvoja vrlo teško stvoriti takav ACS koji bi bio fleksibilan u pogledu postavki u odnosu na proizvodnju u kojoj se implementira. Dakle, za projektiranje ACS-a za opskrbu zrakom i plinom potrebna je temeljita analiza postojeće ventilacijske konstrukcije, analiza tehnoloških procesa proizvodnog ciklusa, kao i analiza zahtjeva zaštite rada, ekologije, elektrotehnike i požara. sigurnost je potrebna. Štoviše, često dizajnirani ACS PVV specijaliziran je u odnosu na svoje područje primjene.

U svakom slučaju, sljedeće grupe se obično smatraju tipičnim početnim podacima u početnoj fazi projektiranja:

1. Opći podaci: teritorijalni položaj objekta (grad, kotar); vrsta i namjena objekta.

2. Podaci o zgradi i prostorijama: nacrti i presjeci sa svim dimenzijama i kotama u odnosu na tlo; navođenje kategorija prostora (na arhitektonskim planovima) u skladu sa standardima zaštite od požara; dostupnost tehničkih područja s naznakom njihovih veličina; mjesto i karakteristike postojećih ventilacijskih sustava; karakteristike nositelja energije;

3. Podaci o tehnološkom procesu: nacrti tehnološkog projekta (planovi) s naznakom postavljanja tehnološke opreme; specifikacija opreme s naznakom instaliranih kapaciteta; karakteristike tehnološkog režima -- broj radnih smjena, prosječan broj radnika u smjeni; način rada opreme (istodobnost rada, faktori opterećenja itd.); količina štetnih emisija u zrak (MAC štetnih tvari).

Kao početne podatke za izračun automatizacije PVV sustava uzimaju:

Performanse postojećeg sustava (snaga, izmjena zraka);

Popis parametara zraka koje treba regulirati;

Granice regulacije;

Rad automatizacije pri primanju signala iz drugih sustava.

Dakle, izvedba sustava automatizacije osmišljena je na temelju zadataka koji su mu dodijeljeni, uzimajući u obzir norme i pravila, kao i opće početne podatke i sheme. Izrada sheme i odabir opreme za sustav automatizacije ventilacije provodi se pojedinačno.

Predstavimo postojeće standardne sheme sustava upravljanja dovodno-ispušnom ventilacijom, neke od njih ćemo okarakterizirati s obzirom na mogućnost korištenja za rješavanje problema diplomskog projekta (sl. 1.4 - 1.5, 1.9).

Riža. 1.4 - ACS ventilacija s izravnim protokom

Ovi sustavi automatizacije našli su aktivnu primjenu u tvornicama, tvornicama, poslovnim zgradama. Predmet upravljanja ovdje je ormar za automatizaciju (upravljačka ploča), uređaji za pričvršćivanje su senzori kanala, kontrolno djelovanje je na motorima motora ventilatora, motora zaklopke. Tu je i ATS za grijanje/hlađenje. Gledajući unaprijed, može se primijetiti da je sustav prikazan na slici 1.4a prototip sustava koji se mora koristiti u sekciji za injekcijsko prešanje Optičko-mehaničke tvornice OAO Vologda. Hlađenje zraka u industrijskim prostorima je neučinkovito zbog obujma tih prostora, a grijanje je preduvjet za ispravno funkcioniranje automatskog upravljačkog sustava opreme za obradu zraka.

Riža. 1.5- ACS ventilacija s izmjenjivačima topline

Izgradnja automatskog sustava upravljanja PVV pomoću jedinica za povrat topline (rekuperatora) omogućuje rješavanje problema prekomjerne potrošnje električne energije (za električne grijače), problema emisija u okoliš. Smisao rekuperacije je da zrak koji je nepovratno uklonjen iz prostorije, a ima postavljenu temperaturu u prostoriji, izmjenjuje energiju s ulaznim vanjskim zrakom, čiji se parametri u pravilu značajno razlikuju od zadanih. Oni. zimi topli odvodni zrak koji se uklanja djelomično zagrijava vanjski dovodni zrak, dok ljeti hladniji odvodni zrak djelomično hladi dovodni zrak. U najboljem slučaju, rekuperacija može smanjiti potrošnju energije za obradu dovodnog zraka za 80%.

Tehnički, oporavak u dovodnoj i ispušnoj ventilaciji provodi se pomoću rotirajućih izmjenjivača topline i sustava sa srednjim nosačem topline. Tako dobivamo dobitak i u zagrijavanju zraka i u smanjenju otvaranja zaklopki (dopušteno je više vremena mirovanja motora koji kontroliraju zaklopke) - sve to daje ukupni dobitak u smislu uštede električne energije.

Sustavi povrata topline obećavaju i aktivni su te se uvode kako bi zamijenili starije ventilacijske sustave. Međutim, vrijedno je napomenuti da takvi sustavi koštaju dodatna kapitalna ulaganja, međutim, njihovo razdoblje povrata je relativno kratko, dok je profitabilnost vrlo visoka. Također, izostanak stalnog ispuštanja u okoliš povećava ekološki učinak takve organizacije automatske opreme. Pojednostavljeni rad sustava s povratom topline iz zraka (recirkulacija zraka) prikazan je na slici 1.6.

Riža. 1.6 - Rad sustava za izmjenu zraka s recirkulacijom (rekuperacijom)

Poprečni ili pločasti izmjenjivači topline (sl. 1.5 c, d) sastoje se od ploča (aluminij), koji predstavljaju sustav kanala za strujanje dvije struje zraka. Zidovi kanala uobičajeni su za dovod i odvod zraka i lako se prenose. Zbog velike površine izmjene i turbulentnog strujanja zraka u kanalima, postiže se visok stupanj povrata topline (prijenos topline) uz relativno mali hidraulični otpor. Učinkovitost pločastih izmjenjivača topline doseže 70%.

Riža. 1.7 - Organizacija izmjene zraka ACS PVV na temelju pločastih izmjenjivača topline

Iskorištava se samo osjetljiva toplina odvodnog zraka, budući da Dovodni i odvodni zrak se ni na koji način ne miješaju, a kondenzat koji nastaje tijekom hlađenja ispušnog zraka zadržava separator i odvodi ga sustavom odvodnje iz odvodne posude. Kako bi se spriječilo smrzavanje kondenzata pri niskim temperaturama (do -15°C), formirani su odgovarajući zahtjevi za automatizaciju: mora osigurati periodično gašenje dovodnog ventilatora ili odvođenje dijela vanjskog zraka u obilazni kanal zaobilazeći toplinu. kanali izmjenjivača. Jedino ograničenje u primjeni ove metode je obvezno križanje dovodnih i ispušnih grana na jednom mjestu, što u slučaju jednostavne modernizacije ACS-a nameće niz poteškoća.

Sustavi rekuperacije s međurashladnom tekućinom (slika 1.5 a, b) su par izmjenjivača topline povezanih zatvorenim cjevovodom. Jedan izmjenjivač topline nalazi se u ispušnom kanalu, a drugi u dovodnom kanalu. Mješavina glikola koja se ne smrzava kruži u zatvorenom krugu, prenoseći toplinu s jednog izmjenjivača topline na drugi, a u tom slučaju udaljenost od jedinice za obradu zraka do ispušne jedinice može biti vrlo značajna.

Učinkovitost povrata topline ovom metodom ne prelazi 60%. Trošak je relativno visok, ali u nekim slučajevima to može biti jedina opcija za povrat topline.

Riža. 1.8 - Princip povrata topline pomoću srednjeg nosača topline

Rotacijski izmjenjivač topline (rotirajući izmjenjivač topline, rekuperator) - je rotor s kanalima za horizontalni prolaz zraka. Dio rotora nalazi se u ispušnom kanalu, a dio u dovodnom kanalu. Rotirajući, rotor prima toplinu iz ispušnog zraka i prenosi je na dovodni zrak, a prenosi se i osjetna i latentna toplina, kao i vlaga. Učinkovitost povrata topline je maksimalna i doseže 80%.

Riža. 1.9 - ACS PVV s rotacijskim izmjenjivačem topline

Ograničenje primjene ove metode prije svega nameće činjenica da se do 10% odvodnog zraka pomiješa s dovodnim zrakom, au nekim slučajevima je to neprihvatljivo ili nepoželjno (ako zrak ima značajnu razinu onečišćenja) . Zahtjevi dizajna slični su prethodnoj verziji - ispušni i dovodni strojevi nalaze se na istom mjestu. Ova metoda je skuplja od prve i rijetko se koristi.

Općenito, sustavi s oporavkom su 40-60% skuplji od sličnih sustava bez oporavka, no operativni troškovi će se značajno razlikovati. Čak i po današnjim cijenama energije, rok povrata za sustav oporavka ne prelazi dvije sezone grijanja.

Želio bih napomenuti da na uštedu energije utječu i kontrolni algoritmi. Međutim, uvijek treba uzeti u obzir da su svi ventilacijski sustavi dizajnirani za neke prosječne uvjete. Na primjer, brzina protoka vanjskog zraka određena je za jedan broj ljudi, ali u stvarnosti prostorija može biti manja od 20% prihvaćene vrijednosti, naravno, u ovom slučaju će izračunata brzina vanjskog zraka biti očito pretjerana, ventilacija u prekomjernom načinu rada dovest će do nerazumnog gubitka energetskih resursa. Logično je u ovom slučaju razmotriti nekoliko načina rada, na primjer, zima / ljeto. Ako automatizacija može postaviti takve načine rada, uštede su očite. Drugi pristup se odnosi na regulaciju protoka vanjskog zraka ovisno o kvaliteti plinskog okoliša unutar prostorije, t.j. sustav automatizacije uključuje plinske analizatore za štetne plinove i odabire vrijednost protoka vanjskog zraka tako da sadržaj štetnih plinova ne prelazi maksimalno dopuštene vrijednosti.

1.3 Marketinško istraživanje

Trenutno su svi vodeći svjetski proizvođači ventilacijske opreme široko zastupljeni na tržištu automatizacije za dovodnu i odsisnu ventilaciju, a svaki od njih specijaliziran je za proizvodnju opreme u određenom segmentu. Cijelo tržište ventilacijske opreme može se podijeliti u sljedeća područja primjene:

Kućanske i poluindustrijske namjene;

Industrijska namjena;

Oprema za ventilaciju za "specijalne" namjene.

Budući da se u diplomskom projektu razmatra projektiranje automatizacije za opskrbno-ispušne sustave industrijskih prostora, radi usporedbe predloženog razvoja s onima koji su dostupni na tržištu, potrebno je odabrati slične postojeće pakete automatizacije poznatih proizvođača.

Rezultati marketinškog istraživanja postojećih ACS PVV paketa prikazani su u Dodatku A.

Tako je kao rezultat marketinškog istraživanja razmatrano nekoliko najčešće korištenih samohodnih topova različitih proizvođača, proučavanjem njihove tehničke dokumentacije dobiveni su sljedeći podaci:

Sastav odgovarajućeg ACS PVV paketa;

Registar kontrolnih parametara (tlak u zračnim kanalima, temperatura, čistoća, vlažnost zraka);

Marka programabilnog logičkog kontrolera i njegove opreme (softver, naredbeni sustav, principi programiranja);

Dostupnost veza s drugim sustavima (je li osigurana komunikacija s vatrogasnom automatikom, postoji li podrška za protokole lokalne mreže);

Zaštitni dizajn (električna sigurnost, protupožarna sigurnost, zaštita od prašine, otpornost na buku, zaštita od vlage).

2. Opis ventilacijske mreže proizvodne radionice kao objekta automatskog upravljanja

Općenito, na temelju rezultata analize postojećih pristupa automatizaciji sustava ventilacije i pripreme zraka, kao i rezultata analitičkih pregleda tipičnih shema, može se zaključiti da su zadaci razmatrani u diplomskom projektu relevantni na u današnje vrijeme, aktivno razmatraju i proučavaju specijalizirani projektni biroi (SKB).

Napominjem da postoje tri glavna pristupa implementaciji automatizacije za ventilacijski sustav:

Distribuirani pristup: implementacija automatizacije PVV-a na temelju lokalne sklopne opreme, svaki ventilator kontrolira odgovarajući uređaj.

Ovaj pristup se koristi za projektiranje automatizacije relativno malih ventilacijskih sustava u kojima nije predviđeno daljnje proširenje. On je najstariji. Prednosti pristupa uključuju, na primjer, činjenicu da u slučaju nezgode na jednoj od kontroliranih ventilacijskih grana, sustav zaustavlja samo ovu vezu/dionicu u nuždi. Osim toga, ovaj pristup je relativno jednostavan za implementaciju, ne zahtijeva složene algoritme upravljanja i pojednostavljuje održavanje uređaja ventilacijskog sustava.

Centralizirani pristup: implementacija automatskog ventilacijskog sustava baziranog na skupini logičkih kontrolera ili programabilnog logičkog kontrolera (PLC), cijeli ventilacijski sustav se upravlja centralno u skladu s programiranim podacima i programom.

Centralizirani pristup je pouzdaniji od distribuiranog pristupa. Cijelo upravljanje VVV-om je kruto, provodi se na temelju programa. Ova okolnost nameće dodatne zahtjeve kako za pisanje programskog koda (potrebno je uzeti u obzir mnoge uvjete, uključujući radnje u izvanrednim situacijama), tako i za posebnu zaštitu upravljačkog PLC-a. Ovaj pristup pronašao je primjenu za male administrativne i industrijske komplekse. Odlikuje ga fleksibilnost postavki, mogućnost skaliranja sustava do razumnih granica, kao i mogućnost mobilne integracije sustava po principu mješovite organizacije;

Mješoviti pristup: koristi se u projektiranju velikih sustava (veliki broj kontrolirane opreme s velikim performansama), kombinacija je distribuiranog i centraliziranog pristupa. U općem slučaju, ovaj pristup pretpostavlja hijerarhiju razina na čelu s upravljačkim računalom i podređenim "mikroračunalima", čime se formira globalna kontrolna proizvodna mreža u odnosu na poduzeće. Drugim riječima, ovaj pristup je distribuirano-centralizirani pristup s dispečiranjem sustava.

U smislu zadatka koji se rješava u diplomskom dizajnu, najpoželjniji je centralizirani pristup implementaciji automatizacije PVV-a. Budući da se sustav razvija za male industrijske prostore, ovaj pristup je moguće koristiti i za druge objekte s ciljem njihove naknadne integracije u jedinstveni ACS IPV.

Često su ormari za upravljanje ventilacijom opremljeni sučeljem koje omogućuje praćenje stanja ventilacijskog sustava s informacijama prikazanim na monitoru računala. No, vrijedno je napomenuti da ova implementacija zahtijeva dodatne komplikacije programa kontrole, obuku stručnjaka koji prati stanje i donosi operativne odluke na temelju vizualno dobivenih podataka iz senzorskog istraživanja. Osim toga, uvijek postoji faktor ljudske pogreške u hitnim situacijama. Stoga je implementacija ovog uvjeta prije dodatna opcija dizajnu paketa PVV automatizacije.

2.1 Opis postojećeg automatskog sustava upravljanja dovodno-ispušnom ventilacijom proizvodnih pogona

Kako bi se osigurao osnovni princip ventilacije proizvodnih pogona, koji se sastoji u održavanju parametara i sastava zraka u prihvatljivim granicama, potrebno je dovod čistog zraka u mjesta gdje se nalaze radnici, nakon čega slijedi distribucija zraka po prostoriji.

Ispod na sl. 2.1 prikazuje ilustraciju tipičnog dovodno-ispušnog ventilacijskog sustava, sličnog onom koji je dostupan na mjestu implementacije.

Sustav ventilacije industrijskih prostora sastoji se od ventilatora, zračnih kanala, dovoda vanjskog zraka, uređaja za pročišćavanje zraka koji ulazi i ispušta u atmosferu te uređaja za grijanje zraka (bojlera).

Projektiranje postojećih dovodno-ispušnih ventilacijskih sustava provedeno je u skladu sa zahtjevima SNiP II 33-75 „Grijanje, ventilacija i klimatizacija”, kao i GOST 12.4.021-75 „SSBT. Ventilacijski sustavi. Opći zahtjevi”, koji specificira zahtjeve za ugradnju, puštanje u rad i rad.

Pročišćavanje onečišćenog zraka koji se emitira u atmosferu provodi se posebnim uređajima - separatorima prašine (koriste se na mjestu proizvodnje brizganja), filterima zračnih kanala itd. Treba uzeti u obzir da separatori prašine ne zahtijevaju dodatnu kontrolu i da se aktiviraju. kada je uključena ispušna ventilacija.

Također, čišćenje izvađenog zraka iz radnog prostora može se provoditi u komorama za taloženje prašine (samo za krupnu prašinu) i elektrofilterima (za finu prašinu). Pročišćavanje zraka od štetnih plinova provodi se pomoću posebnih upijajućih i dekontaminirajućih tvari, uključujući i one koje se nanose na filtere (u filterskim ćelijama).

Riža. 2.1 - Sustav dovodne i ispušne ventilacije proizvodne radionice 1 - uređaj za usis zraka; 2 - grijači za grijanje; 3- dovodni ventilator; 4 - glavni zračni kanal; 5 - grane kanala; 6 - dovodne mlaznice; 7 - lokalno usisavanje; 8 i 9 - majstor. kanal za ispušni zrak; 10 - separator prašine; 11 - ispušni ventilator; 12 - osovina za izbacivanje pročišćenog zraka u atmosferu

Automatizacija postojećeg sustava je relativno jednostavna. Tehnološki proces ventilacije je sljedeći:

1. početak radne smjene - pokreće se sustav dovodno-ispušne ventilacije. Ventilatore pokreće centralizirani starter. Drugim riječima, upravljačka ploča sastoji se od dva pokretača - za pokretanje i zaustavljanje/isključivanje u nuždi. Smjena traje 8 sati – sa sat vremena stanke, odnosno sustav je u mirovanju u prosjeku 1 sat tijekom radnog vremena. Osim toga, takvo “blokiranje” kontrole je ekonomski neučinkovito, jer dovodi do prekomjerne potrošnje električne energije.

Treba napomenuti da nema proizvodne potrebe da ispušna ventilacija radi konstantno, preporučljivo ju je uključiti kada je zrak zagađen ili je, na primjer, potrebno ukloniti višak toplinske energije iz radnog prostora.

2. Otvaranje zaklopki uređaja za usis zraka također kontrolira lokalna startna oprema, zrak s parametrima vanjskog okruženja (temperatura, čistoća) uvlači se u zračne kanale dovodnim ventilatorom zbog razlike u pritisak.

3. Zrak uzet iz vanjskog okruženja prolazi kroz bojler, zagrijava se do prihvatljivih temperaturnih vrijednosti i kroz dovodne mlaznice se kroz zračne kanale upuhuje u prostoriju. Bojler osigurava značajno zagrijavanje zraka, upravljanje grijačem je ručno, električar otvara zaklopku zaklopke. Za ljetno razdoblje grijač je isključen. Topla voda koja se opskrbljuje iz unutarnje kotlovnice koristi se kao nosač topline. Ne postoji sustav automatske kontrole temperature zraka, zbog čega dolazi do velikog prekoračenja resursa.

Slični dokumenti

Osobitosti korištenja upravljačkog sustava dovodne ventilacijske jedinice na temelju kontrolera MS8.2. Osnovna funkcionalnost kontrolera. Primjer specifikacije za automatizaciju dovodne ventilacijske instalacije za shemu temeljenu na MC8.2.

praktični rad, dodano 25.05.2010

Usporedna analiza tehničkih karakteristika tipskih projekata rashladnih tornjeva. Elementi vodoopskrbnih sustava i njihova klasifikacija. Matematički model procesa reciklaže vode, izbor i opis opreme za automatizaciju i upravljanje.

rad, dodan 04.09.2013

Osnove funkcioniranja automatskog upravljačkog sustava za dovodnu i odsisnu ventilaciju, njegova konstrukcija i matematički opis. Oprema tehnološkog procesa. Izbor i izračun regulatora. Studija stabilnosti ATS-a, pokazatelji njegove kvalitete.

seminarski rad, dodan 16.02.2011

Opis procesa toplinsko-vlažne obrade proizvoda na bazi cementnog betona. Automatizirano upravljanje procesom ventilacije parne komore. Izbor vrste diferencijalnog manometra i izračun uređaja za sužavanje. Mjerni krug automatskog potenciometra.

seminarski rad, dodan 25.10.2009

Karta tehnološke rute za obradu pužnog kotača. Izračun dopuštenja i graničnih dimenzija za obradu proizvoda. Izrada kontrolnog programa. Opravdanje i izbor steznog uređaja. Proračun ventilacije industrijskih prostora.

rad, dodan 29.08.2012

Karakteristike projektiranog kompleksa i izbor tehnologije za proizvodne procese. Mehanizacija vodoopskrbe i pojenja životinja. Tehnološki proračun i izbor opreme. Sustavi ventilacije i grijanja zraka. Proračun izmjene zraka i rasvjete.

seminarski rad, dodan 01.12.2008

Dovodni ventilacijski sustav, njegova unutarnja struktura i odnos elemenata, procjena prednosti i nedostataka korištenja, zahtjevi opreme. Mjere za uštedu energije, automatizacija upravljanja energetski učinkovitim ventilacijskim sustavima.

seminarski rad, dodan 08.04.2015

Izrada tehnološke sheme za automatizaciju električno grijanog poda. Proračun i odabir elemenata automatizacije. Analiza zahtjeva u shemi upravljanja. Određivanje glavnih pokazatelja pouzdanosti. Sigurnosne mjere pri ugradnji opreme za automatizaciju.

seminarski rad, dodan 30.05.2015

Oprema za tehnološki proces katalitičkog reforminga. Značajke tržišta automatizacije. Izbor sklopa upravljačkog računala i sredstava terenske automatizacije. Proračun i odabir postavki regulatora. Tehnička sredstva automatizacije.

rad, dodan 23.05.2015

Tehnološki opis strukturne sheme projekta za automatizaciju obrade zasićenih ugljikovodičnih plinova. Studija funkcionalnog dijagrama automatizacije i obrazloženja izbora instrumentacije instalacije. Matematički model regulacijske petlje.

U radu se razmatraju procesi modeliranja ventilacije i disperzije njezinih emisija u atmosferi. Modeliranje se temelji na rješavanju sustava Navier-Stokesovih jednadžbi, zakona održanja mase, količine gibanja i topline. Razmatraju se različiti aspekti numeričkog rješenja ovih jednadžbi. Predložen je sustav jednadžbi koji omogućuje izračunavanje vrijednosti pozadinskog koeficijenta turbulencije. Za hipozvučnu aproksimaciju predlaže se rješenje, zajedno s jednadžbama hidrogasdinamike danim u članku, za jednadžbu stajanja idealnog stvarnog plina i pare. Ova jednadžba je modifikacija van der Waalsove jednadžbe i točnije uzima u obzir veličinu molekula plina ili pare i njihovu interakciju. Na temelju uvjeta termodinamičke stabilnosti dobiva se relacija koja omogućuje isključivanje fizički neostvarivih korijena pri rješavanju jednadžbe za volumen. Provedena je analiza poznatih računskih modela i računskih paketa dinamike fluida.

modeliranje

ventilacija

turbulencija

jednadžbe prijenosa topline i mase

jednadžba stanja

pravi plin

rasipanje

1. Berlyand M. E. Suvremeni problemi atmosferske difuzije i onečišćenja atmosfere. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 448 str.

2. Belyaev N. N. Modeliranje procesa disperzije otrovnog plina u uvjetima razvoja // Bilten DIIT-a. - 2009. - Broj 26 - S. 83-85.

3. Byzova N. L., Garger E. K., Ivanov V. N. Eksperimentalne studije atmosferske difuzije i proračuna raspršenja nečistoća. - L.: Gidrometeoizdat, 1985. - 351 str.

4. Datsyuk T. A. Modeliranje disperzije ventilacijskih emisija. - Sankt Peterburg: SPbGASU, 2000. - 210 str.

5. Sauts A. V. Primjena algoritama kognitivne grafike i metoda matematičke analize za proučavanje termodinamičkih svojstava izobutana R660A na liniji zasićenja: Grant br. 2S/10: izvješće o istraživanju (završno) / GOUVPO SPbGASU; ruke Gorokhov V.L. 30.- Broj GR 01201067977.- Inv. broj 02201158567.

Uvod

Prilikom projektiranja industrijskih kompleksa i jedinstvenih objekata potrebno je sveobuhvatno obrazložiti pitanja koja se odnose na osiguranje kvalitete zračnog okoliša i normaliziranih parametara mikroklime. S obzirom na visoke troškove proizvodnje, ugradnje i rada sustava ventilacije i klimatizacije, postavljaju se povećani zahtjevi za kvalitetom inženjerskih proračuna. Za odabir racionalnih projektantskih rješenja u području ventilacije potrebno je moći analizirati situaciju u cjelini, t.j. otkrivaju prostorni odnos dinamičkih procesa koji se odvijaju u zatvorenom prostoru iu atmosferi. Procijenite učinkovitost ventilacije, koja ne ovisi samo o količini zraka koji se dovodi u prostoriju, već i o usvojenoj shemi distribucije zraka i koncentraciji štetnih tvari u vanjskom zraku na mjestima dovoda zraka.

Svrha članka- korištenje analitičkih ovisnosti, uz pomoć kojih se izvode proračuni količine štetnih emisija, za određivanje veličine kanala, zračnih kanala, okna i izbor metode obrade zraka itd. U tom slučaju preporučljivo je koristiti softverski proizvod Potok s VSV modulom. Za pripremu početnih podataka potrebno je imati dijagrame projektiranih ventilacijskih sustava s naznakom duljine sekcija i protoka zraka na krajnjim dijelovima. Ulazni podaci za izračun su opis ventilacijskih sustava i zahtjevi za njim. Matematičkim modeliranjem rješavaju se sljedeća pitanja:

izbor optimalnih opcija za dovod i uklanjanje zraka;
raspodjela parametara mikroklime po volumenu prostorija;
procjena aerodinamičkog režima razvoja;
izbor mjesta za usis i uklanjanje zraka.

Polja brzine, tlaka, temperature, koncentracije u prostoriji i atmosferi nastaju pod utjecajem mnogih čimbenika, čiju je ukupnost prilično teško uzeti u obzir u inženjerskim metodama proračuna bez korištenja računala.

Primjena matematičkog modeliranja u problemima ventilacije i aerodinamike temelji se na rješenju sustava Navier-Stokesovih jednadžbi.

Za simulaciju turbulentnih strujanja potrebno je riješiti sustav mase i Reynoldsovih jednadžbi (očuvanje momenta):

(2)

gdje t- vrijeme, x= X i , j , k- prostorne koordinate, u=u i , j , k su komponente vektora brzine, R- pijezometrijski tlak, ρ - gustoća, τ i J su komponente tenzora naprezanja, s m- izvor mase, s i su komponente izvora impulsa.

Tenzor naprezanja se izražava kao:

(3)

gdje sij- tenzor brzine deformacije; δ i J- tenzor dodatnih naprezanja nastalih zbog prisutnosti turbulencije.

Za informacije o temperaturnim poljima T i koncentracija Sštetnih tvari, sustav je dopunjen sljedećim jednadžbama:

jednadžba očuvanja topline

jednadžba za očuvanje pasivne nečistoće S

(5)

gdje CR- koeficijent toplinskog kapaciteta, λ - koeficijent toplinske vodljivosti, k= k i , j , k- koeficijent turbulencije.

Osnovni faktor turbulencije k baze se određuju pomoću sustava jednadžbi:

(6)

gdje k f - koeficijent pozadinske turbulencije, k f \u003d 1-15 m 2 / s; ε = 0,1-04;

Koeficijenti turbulencije određuju se pomoću jednadžbi:

(7)

Na otvorenom prostoru s malom disipacijom, vrijednost k z je određen jednadžbom:

k k = k 0 z /z 0 ; (8)

gdje k 0 - vrijednost k k na visokom z 0 (k 0 \u003d 0,1 m 2 / s at z 0 = 2 m).

Na otvorenom prostoru profil brzine vjetra nije deformiran;

Uz nepoznatu atmosfersku stratifikaciju na otvorenom području, profil brzine vjetra može se odrediti:

; (9)

gdje je z 0 - zadana visina (visina vjetrobrana); u 0 - brzina vjetra na visini z 0 ; B = 0,15.

Pod uvjetom (10), lokalni Richardsonov kriterij Ri definirano kao:

(11)

Razlikujemo jednadžbu (9), izjednačimo jednadžbe (7) i (8), odatle izražavamo k baze

(12)

Izjednačimo jednadžbu (12) s jednadžbama sustava (6). Zamijenimo (11) i (9) u rezultirajuću jednakost, u konačnom obliku dobivamo sustav jednadžbi:

(13)

Termin pulsiranja, slijedeći ideje Boussinesqa, predstavljen je kao:

(14)

gdje je μ t- turbulentna viskoznost, te dodatni pojmovi u jednadžbama prijenosa energije i nečistoće modelirani su na sljedeći način:

(15)

(16)

Sustav jednadžbi je zatvoren pomoću jednog od modela turbulencije opisanih u nastavku.

Za turbulentna strujanja koja se proučavaju u ventilacijskoj praksi preporučljivo je koristiti ili Boussinesqovu hipotezu o malenosti promjena gustoće ili tzv. "hipozvučnu" aproksimaciju. Pretpostavlja se da su Reynoldsovi naponi proporcionalni vremenski prosječnim brzinama deformacije. Uvodi se koeficijent turbulentne viskoznosti, ovaj koncept se izražava kao:

. (17)

Efektivni koeficijent viskoznosti izračunava se kao zbroj molekularnih i turbulentnih koeficijenata:

(18)

“Hipozvučna” aproksimacija uključuje rješavanje, zajedno s gornjim jednadžbama, jednadžbe za idealni plin:

ρ = str/(RT) (19)

gdje str - pritisak u okolini; R je plinska konstanta.

Za točnije izračune, gustoća nečistoća može se odrediti pomoću modificirane van der Waalsove jednadžbe za stvarne plinove i pare

(20)

gdje su konstante N i M- uzeti u obzir povezanost/disocijaciju molekula plina ili pare; a- uzima u obzir drugu interakciju; b" - uzimajući u obzir veličinu molekula plina; υ=1/ρ.

Odvajajući od jednadžbe (12) tlak R i diferencirajući ga po volumenu (uzimajući u obzir termodinamičku stabilnost), dobivamo sljedeću relaciju:

. (21)

Ovaj pristup omogućuje značajno smanjenje vremena proračuna u usporedbi sa slučajem korištenja punih jednadžbi za stlačivi plin bez smanjenja točnosti dobivenih rezultata. Ne postoji analitičko rješenje gornjih jednadžbi. U tom smislu koriste se numeričke metode.

Za rješavanje ventilacijskih problema povezanih s prijenosom skalarnih tvari turbulentnim strujanjem, pri rješavanju diferencijalnih jednadžbi koristi se shema cijepanja za fizikalne procese. Prema principima cijepanja, konačne razlike integracije jednadžbi hidrodinamike i konvektivno-difuznog transporta skalarne tvari u svakom vremenskom koraku Δ t provodi se u dvije etape. U prvoj fazi izračunavaju se hidrodinamički parametri. U drugoj fazi rješavaju se difuzijske jednadžbe na temelju izračunatih hidrodinamičkih polja.

Utjecaj prijenosa topline na formiranje polja brzine zraka uzet je u obzir primjenom Boussinesqove aproksimacije: u jednadžbu gibanja za vertikalnu komponentu brzine uvodi se dodatni član koji uzima u obzir sile uzgona.

Poznata su četiri pristupa za rješavanje problema turbulentnog kretanja fluida:

izravno modeliranje "DNS" (rješenje nestacionarnih Navier-Stokesovih jednadžbi);
rješenje prosječnih Reynoldsovih jednadžbi "RANS", čiji sustav, međutim, nije zatvoren i treba mu dodatne relacije zatvaranja;
metoda velikih vrtloga "LES » , koji se temelji na rješenju nestacionarnih Navier-Stokesovih jednadžbi s parametrizacijom vrtloga podmreže;
DES metoda , koji je kombinacija dvije metode: u zoni odvojenih tokova - "LES", iu području "glatkog" toka - "RANS".

S gledišta točnosti dobivenih rezultata nedvojbeno je najatraktivnija metoda izravne numeričke simulacije. Međutim, trenutno mogućnosti računalne tehnologije još ne dopuštaju rješavanje problema s stvarnom geometrijom i brojevima. Ponovno, i s razlučivanjem vrtloga svih veličina. Stoga se pri rješavanju širokog spektra inženjerskih problema koriste numerička rješenja Reynoldsovih jednadžbi.

Trenutno se certificirani paketi kao što su STAR-CD, FLUENT ili ANSYS/FLOTRAN uspješno koriste za simulaciju problema s ventilacijom. S ispravno formuliranim problemom i racionalnim algoritmom rješenja, količina dobivenih informacija omogućuje vam da odaberete najbolju opciju u fazi projektiranja, ali izvođenje izračuna pomoću ovih programa zahtijeva odgovarajuću obuku, a njihova netočna uporaba može dovesti do pogrešnih rezultata.

Kao "osnovni slučaj" možemo uzeti u obzir rezultate općepriznatih metoda izračuna bilance, koje nam omogućuju usporedbu integralnih vrijednosti karakterističnih za problem koji se razmatra.

Jedna od važnih točaka pri korištenju univerzalnih softverskih sustava za rješavanje problema ventilacije je izbor modela turbulencije. Do danas je poznat veliki broj različitih modela turbulencije koji se koriste za zatvaranje Reynoldsovih jednadžbi. Modeli turbulencije klasificirani su prema broju parametara za karakteristike turbulencije, odnosno jednoparametarski, dvo- i troparametarski.

Većina poluempirijskih modela turbulencije, na ovaj ili onaj način, koristi "hipotezu o lokalitetu mehanizma turbulentnog prijenosa", prema kojoj je mehanizam prijenosa turbulentnog momenta u potpunosti određen postavljanjem lokalnih derivata prosječnih brzina i fizičkih svojstava tekućine. Ova hipoteza ne uzima u obzir utjecaj procesa koji se odvijaju daleko od razmatrane točke.

Najjednostavniji su jednoparametarski modeli koji koriste koncept turbulentne viskoznosti "n t“, a pretpostavlja se da je turbulencija izotropna. Modificirana verzija "n t-92" preporučuje se za modeliranje mlaza i odvojenih tokova. Dobro se slaže s eksperimentalnim rezultatima i jednoparametarski model "S-A" (Spalart - Almaras), koji sadrži transportnu jednadžbu za količinu .

Nedostatak modela s jednom transportnom jednadžbom je što im nedostaje informacija o raspodjeli ljestvice turbulencije L. Po iznosu L procesi prijenosa, metode nastanka turbulencije, disipacija utjecaja turbulentne energije. Univerzalna ovisnost za definiranje L ne postoji. Jednadžba na skali turbulencije Lčesto se ispostavi da je to upravo jednadžba koja određuje točnost modela i, sukladno tome, područje njegove primjenjivosti. U osnovi, opseg ovih modela ograničen je na relativno jednostavne posmične tokove.

U dvoparametarskim modelima, osim ljestvice turbulencije L, koristiti kao drugi parametar brzinu disipacije turbulentne energije . Takvi se modeli najčešće koriste u suvremenoj računskoj praksi i sadrže jednadžbe prijenosa energije turbulencije i disipacije energije.

Dobro poznati model uključuje jednadžbe za prijenos energije turbulencije k a brzina disipacije turbulentne energije ε. Modeli poput " k- e" može se koristiti i za protoke uz zid i za složenije odvojene tokove.

Dva parametarska modela koriste se u niskim i visokim Reynoldsovim verzijama. U prvom se izravno uzima u obzir mehanizam interakcije između molekularnog i turbulentnog transporta u blizini čvrste površine. U inačici s visokim Reynoldsom, mehanizam turbulentnog transporta u blizini čvrste granice opisan je posebnim funkcijama u blizini zida koje povezuju parametre protoka s udaljenosti do zida.

Trenutno su SSG i Gibson-Launder modeli, koji koriste nelinearni odnos između Reynoldsovog tenzora turbulentnog naprezanja i tenzora prosječne brzine deformacije, među najperspektivnijim. Razvijeni su za poboljšanje predviđanja odvojenih tokova. Budući da su u njima izračunate sve komponente tenzora, zahtijevaju velike računalne resurse u usporedbi s dvoparametarskim modelima.

Za složene odvojene tokove, neke prednosti su otkrivene korištenjem jednoparametarskih modela "n t-92", "S-A" u smislu točnosti predviđanja parametara protoka i brzine brojanja u usporedbi s dvoparametarskim modelima.

Na primjer, program STAR-CD omogućuje korištenje modela tipa " k- e“, Spalarta – Almaras, „SSG“, „Gibson-Launder“, kao i metoda velikih vrtloga „LES“, te metoda „DES“. Posljednje dvije metode su prikladnije za proračun kretanja zraka u uvjetima složene geometrije, gdje će se pojaviti brojna odvojena područja vrtloga, ali zahtijevaju velike računske resurse.

Rezultati proračuna značajno ovise o izboru računske mreže. Trenutno se za izgradnju mreža koriste posebni programi. Mrežne stanice mogu imati različite oblike i veličine, najprikladnije za rješavanje određenog problema. Najjednostavniji tip mreže, kada su stanice iste i imaju kubični ili pravokutni oblik. Univerzalni računalni programi koji se trenutno koriste u inženjerskoj praksi omogućuju rad na proizvoljnim nestrukturiranim mrežama.

Za izvođenje proračuna numeričke simulacije problema ventilacije potrebno je postaviti granične i početne uvjete, t.j. vrijednosti zavisnih varijabli ili njihovih normalnih gradijenata na granicama računske domene.

Zadatak s dovoljnim stupnjem točnosti geometrijskih značajki predmeta koji se proučava. U te svrhe mogu se preporučiti paketi kao što su SolidWorks, Pro / Engeneer, NX Nastran za izradu trodimenzionalnih modela. Prilikom konstruiranja računske mreže broj ćelija se bira tako da se dobije pouzdano rješenje s minimalnim vremenom izračuna. Treba odabrati jedan od poluempirijskih modela turbulencije, koji je najučinkovitiji za razmatrano strujanje.

V zaključak dodajemo da je potrebno dobro razumijevanje kvalitativne strane procesa u tijeku kako bi se ispravno formulirali rubni uvjeti problema i ocijenila pouzdanost rezultata. Modeliranje ventilacijskih emisija u fazi projektiranja objekata može se smatrati jednim od aspekata informacijskog modeliranja s ciljem osiguravanja ekološke sigurnosti objekta.

Recenzenti:

Volikov Anatolij Nikolajevič, doktor tehničkih znanosti, profesor Odjela za opskrbu toplinom i plinom i zaštitu zraka, FGBOU VPOU "SPbGASU", Sankt Peterburg.
Polushkin Vitaly Ivanovich, doktor tehničkih znanosti, profesor, profesor Odjela za grijanje, ventilaciju i klimatizaciju, FGBOU VPO "SPbGASU", Sankt Peterburg.

Bibliografska poveznica

Datsyuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov B.N., Taurit V.R. MODELIRANJE VENTILACIJSKIH PROCESA // Suvremeni problemi znanosti i obrazovanja. - 2012. - br. 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (datum pristupa: 17.10.2019.). Predstavljamo Vam časopise u izdanju izdavačke kuće "Academy of Natural History"