Matematičko modeliranje ventilacije postrojenja. Matematički model toplinskog režima prostorija sa zračnim grijanjem Matematički model ventilacijskih sustava

Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Mikhail Samoletov

V. moderni svijet već je nemoguće bez toga matematičko modeliranje strujanje zraka u projektiranju ventilacijskih sustava.

U suvremenom svijetu već je nemoguće bez matematičkog modeliranja protoka zraka pri projektiranju ventilacijskih sustava. Konvencionalne inženjerske tehnike dobro su prilagođene tipičnim prostorijama i standardna rješenja distribucijom zraka. Kad se dizajner suoči s nestandardnim objektima, u pomoć bi mu trebale priskočiti metode matematičkog modeliranja. Članak je posvećen proučavanju distribucije zraka u hladnoj sezoni u radionici za proizvodnju cijevi. Ova je radionica dio tvorničkog kompleksa smještenog u oštro kontinentalnoj klimi.

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

Po posljednjih godina akumulirao veliki broj geometrijski i termodinamički složenih objekata u izgradnji. Korištenje računskih metoda dinamike fluida značajno povećava mogućnosti projektiranja ventilacijskih sustava, što omogućuje predviđanje s visokim stupnjem točnosti raspodjele brzine, tlaka, temperature, koncentracije komponenti u bilo kojoj točki zgrade ili bilo kojem od njezinih prostorija .

Intenzivna uporaba računskih metoda dinamike fluida započela je 2000. godine, kada su se pojavile univerzalne softverske ljuske (CFD paketi), koje su omogućile pronalaženje numeričkih rješenja Navier -Stokesovog sustava jednadžbi s obzirom na predmet od interesa. Od tada se "BURO TEKHNIKI" bavi matematičkim modeliranjem u odnosu na probleme ventilacije i klimatizacije.

Opis zadatka

U ovoj studiji numeričke simulacije provedene su pomoću STAR-CCM +, CFD paketa koji je razvio CD-Adapco. Operativnost ovaj paket pri rješavanju problema ventilacije bio
Više puta je testiran na objektima različite složenosti, od uredskih prostora do kazališnih dvorana i stadiona.

Problem je od velikog interesa sa stajališta dizajna i matematičkog modeliranja.

Vanjska temperatura zraka -31 ° C. U prostoriji postoje objekti sa značajnim unosom topline: peć za kaljenje, peć za kaljenje itd. Dakle, velike su temperaturne razlike između vanjskih ograđenih struktura i unutarnjih objekata koji stvaraju toplinu. Slijedom toga, doprinos zračenja topline zračenjem ne može se zanemariti u simulaciji. Dodatnu poteškoću u matematičkoj formulaciji problema predstavlja činjenica da se teški vlak s temperaturom od -31 ° C nekoliko puta u smjeni dovodi u zgradu. Postupno se zagrijava, hladeći zrak oko sebe.

Za održavanje potrebne temperature zraka u volumenu radionice (u hladnoj sezoni ne nižoj od 15 ° C), projekt predviđa ventilacijske i klimatizacijske sustave. U fazi projektiranja izračunati su protok i temperatura dovedenog zraka potrebni za održavanje potrebnih parametara. Ostalo je pitanje - kako dovoditi zrak u volumen radionice kako bi se osigurala što ravnomjernija raspodjela temperature u cijelom volumenu. Modeliranje je omogućilo relativno kratko vrijeme (dva do tri tjedna) vidjeti uzorak protoka zraka za nekoliko opcija opskrbe zrakom, a zatim ih usporediti.

ETAPE MATEMATIČKOG MODELIRANJA

• Izgradnja čvrste geometrije.
• Podjela radnog prostora na ćelije računske mreže. Treba unaprijed osigurati područja u kojima će biti potrebno dodatno poboljšanje ćelija. Prilikom izgradnje mreže vrlo je važno pronaći sredinu u kojoj je veličina ćelije dovoljno mala da se dobiju točni rezultati, dok ukupni broj ćelija neće biti toliko velik da bi vrijeme izračunavanja odvuklo u neprihvatljivo vrijeme. Stoga je izgradnja mreže cijela umjetnost koja dolazi s iskustvom.
• Postavljanje graničnih i početnih uvjeta u skladu s tvrdnjom o problemu. Potrebno je razumijevanje specifičnosti ventilacijskih zadataka. Važnu ulogu u pripremi proračuna imaju pravi izbor modeli turbulencije.
• Odabir prikladnog fizičkog modela i modela turbulencije.

Rezultati simulacije

Za rješavanje problema razmatranog u ovom članku položene su sve faze matematičkog modeliranja.

Za usporedbu učinkovitosti ventilacije odabrane su tri mogućnosti dovoda zraka: pod kutovima okomito od 45 °, 60 ° i 90 °. Zrak se dovodio iz standardnih rešetki za distribuciju zraka.

Polja temperature i brzine proračunata pod različitim kutovima napajanja dovodni zrak prikazani su na Sl. 1.

Nakon analize rezultata, kut dovoda opskrbnog zraka jednak 90 ° odabran je kao najuspješnija od razmatranih opcija za ventilaciju u radionici. Ovom metodom hranjenja ne stvaraju se povećane brzine radno područje a moguće je postići prilično ujednačenu sliku temperature i brzine kroz cijeli volumen radionice.

Konačna odluka

Polja temperature i brzine u tri presjeci koji prolaze kroz opskrbne rešetke prikazani su na Sl. 2 i 3. Raspodjela temperature u cijeloj prostoriji je ujednačena. Samo u području gdje su peći koncentrirane ima više visoke vrijednosti temperatura ispod stropa. U desnom kutu sobe najudaljenije je od pećnice hladnije područje. Tu ulaze hladnjače s ulice.

Sl. 3 jasno se vidi kako se horizontalni mlazovi dovedenog zraka šire. Ovim načinom opskrbe mlaz za opskrbu ima dovoljno velik domet. Dakle, na udaljenosti od 30 m od rešetke, brzina strujanja je 0,5 m / s (na izlazu iz rešetke 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 odvodi dovodni tok zraka prema gore (slike 4 i 5). Peć jako zagrijava zrak oko sebe. Temperatura u podu ovdje je veća nego u sredini prostorije.

Temperaturno polje i strujanja u dva odjeljka tople trgovine prikazani su na Sl. 6.

zaključci

Izračuni su omogućili analizu učinkovitosti različiti putevi dovod zraka u radionicu cijevi. Utvrđeno je da se, opskrbljujući vodoravnim mlazom, dovodni zrak širi dalje u prostoriju, doprinoseći ujednačenijem zagrijavanju. Time se ne stvaraju 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 u fazi projektiranja ispraviti rješenje, kako bi se spriječila potreba za ispravljanjem neuspješnih projektnih rješenja nakon što su objekti stavljeni u funkciju. ●

Daria Denisikhina - Voditelj odjela "Matematičko modeliranje";
Marija Lukanina - Vodeći inženjer Odjela "Matematičko modeliranje";
Mihail Samoletov - Izvršni direktor LLC "MM-Technologies"

Dragi članovi komisije za ocjenjivanje, predstavljam vašoj maturi maturu kvalifikacijski radčija je svrha razvoj sustava automatsko upravljanje dovodna i odvodna ventilacija proizvodne radionice.

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

Glavni zadaci riješeni u projektiranju su modernizacija postojećeg sustava ventilacije zraka na mjestu implementacije - proizvodne radionice VOMZ OJSC - kako bi se osigurala njegova učinkovitost (ušteda na potrošnji energije i toplinskih resursa, 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 moralne i tehničke zastarjelosti (trošenja) postojećeg upravljačkog sustava PVA. Distribuirano načelo korišteno u izgradnji IOP -a isključuje mogućnost centralizirane kontrole (pokretanje i praćenje stanja). Nedostatak jasnog algoritma za pokretanje / zaustavljanje sustava također čini sustav nepouzdanim zbog ljudska pogreška, a nepostojanje hitnih načina rada nestabilno je u odnosu na zadatke koji se rješavaju.

Relevantnost problema dizajna diploma nastaje zbog ukupni rast morbiditet dišnih putova i prehlada radnika, opći pad produktivnosti rada i kvalitete proizvoda u ovom području. Razvoj novog ACS PVV -a izravno je povezan s politikom kvalitete postrojenja (ISO 9000), kao i programima za modernizaciju postrojenja i automatizaciju sustava za održavanje života postrojenja.

Središnji upravljački element sustava je ormarić za automatizaciju s mikrokontrolerom i opremom, odabran prema rezultatima marketinških istraživanja (poster 1). Na tržištu postoji mnogo ponuda, ali odabrana oprema barem je jednako dobra kao i njezine kolege. Važan kriterij bili su troškovi, potrošnja energije i zaštitna svojstva opreme.

Funkcionalni dijagram automatizacije IWV -a prikazan je na crtežu 1. Centralizirani pristup odabran je kao glavni u projektiranju ACS -a, koji omogućuje da se sustav, ako je potrebno, dovede u pokretni sustav radi implementacije prema mješovitom pristupu, što podrazumijeva mogućnost otpreme i povezivanja s drugim industrijskim mrežama. Centralizirani pristup je visoko skalabilan, dovoljno fleksibilan - sva ta svojstva kvalitete određena su odabranim mikrokontrolerom - WAGO I / O sustavom, kao i implementacijom upravljačkog programa.

Tijekom projektiranja odabrani su elementi automatizacije - aktuatori, senzori, kriterij odabira bila je funkcionalnost, stabilnost rada u kritičnim načinima, raspon mjerenja / upravljanja parametrom, značajke ugradnje, oblik izlaznog signala, načini rada. Glavni matematički modeli te simulirao rad sustava za kontrolu temperature zraka s kontrolom položaja prigušivača trosmjernog ventila. Simulacija je provedena u okruženju VisSim.

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

Algoritam sustava prikazan je na crtežu 2. Kontrolni program koji implementira ovaj algoritam sastoji se od funkcionalnih blokova, bloka konstanti u strukturi, koriste se standardne i specijalizirane funkcije. Fleksibilnost i skalabilnost sustava osigurana je programski (pomoću FB -a, konstanti, oznaka i prijelaza, kompaktnost programa u memoriji kontrolera) i tehnički (ekonomična upotreba I / O portova, rezervni portovi).

Softver omogućuje radnje sustava u hitnim načinima rada (pregrijavanje, kvar ventilatora, prehlađivanje, 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 djelovanja sustava zaštite od požara u slučaju požara. Općenito, primjena ovog algoritma je učinkovita i dokazana testovima. Riješen je i zadatak modernizacije ispušnih hauba u smislu protupožarne sigurnosti. Pronađena rješenja su pregledana i prihvaćena kao preporuke.

Pouzdanost projektiranog sustava u potpunosti ovisi o pouzdanosti softver i od upravljača u cjelini. Razvijeni program upravljanja podvrgnut je procesu otklanjanja pogrešaka, ručnom, strukturnom i funkcionalnom testiranju. Kako bi se osigurala pouzdanost i usklađenost s jamstvenim uvjetima za opremu za automatizaciju, odabrane su samo preporučene i certificirane jedinice. Jamstvo proizvođača za odabrani ormar za automatizaciju, uz poštivanje jamstvenih obveza, je 5 godina.

Također, razvijena je generalizirana struktura sustava, izgrađen taktni dijagram rada sustava, tablica spojeva i oznaka kabela, formiran je dijagram instalacije ACS -a.

Ekonomski pokazatelji projekta, koje sam izračunao u organizacijskom i ekonomskom dijelu, prikazani su na posteru broj 3. Isti plakat prikazuje strip grafikon procesa projektiranja. Za procjenu kvalitete programa kontrole korišteni su kriteriji prema GOST RISO / IEC 926-93. Procjena ekonomske učinkovitosti razvoja provedena je pomoću SWOT analize. Očigledno je da projektirani sustav ima niske troškove (struktura troškova - poster 3) i prilično brzo razdoblje povrata (pri izračunu koristeći minimalne uštede). Dakle, možemo zaključiti o visokoj ekonomskoj učinkovitosti razvoja.

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

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

Ako se učinkovitost i kvaliteta projekta potvrde probnim razdobljem, planira se razina otpreme primijeniti lokalnom mrežom poduzeća, kao i modernizirati ventilacija preostalih proizvodnih pogona kako bi se spojili u jedinstveni industrijska mreža. U skladu s tim, ove faze uključuju razvoj dispečerskog softvera, vođenje dnevnika stanja sustava, pogrešaka, nesreća (DB), organizaciju automatizirane radne stanice ili kontrolne stanice (KPU). Moguće je distribuirati dizajnerska rješenja za rješavanje problemi upravljanja zračno-termalnim zavjesama radionica. Također je moguće razraditi slabe točke postojećeg sustava, poput modernizacije jedinica za pročišćavanje, kao i usavršavanje ventila za usisavanje zraka s mehanizmom protiv smrzavanja.

bilješka

Diplomski projekt uključuje uvod, 8 poglavlja, zaključak, popis korištenih izvora, anekse i sadrži 141 stranicu pisanog teksta s ilustracijama.

Prvi dio daje pregled i analizu potrebe za projektiranjem automatskog upravljačkog sustava za dovodnu i ispušnu ventilaciju (ACS PVV) proizvodnih pogona, marketinšku studiju ormara za automatizaciju. Smatra se tipične sheme ventilacije i alternativne pristupe rješavanju problema dizajna diploma.

Drugi odjeljak daje opis postojećeg PVV sustava na mjestu implementacije - OJSC "VOMZ", as tehnološki proces... Formira se opći blok dijagram automatizacije za tehnološki proces pripreme zraka.

U trećem odjeljku formuliran je prošireni tehnički prijedlog za rješavanje problema dizajna diploma.

Četvrti dio posvećen je razvoju ACS PVV. Odabrani su elementi automatizacije i upravljanja, prikazani su njihovi tehničko -matematički opisi. Opisan je algoritam za regulaciju temperature dovodnog zraka. Formiran je model i provedeno je modeliranje operacije ACS PVV za održavanje temperature zraka u prostoriji. Električno ožičenje odabrano i opravdano. Ciklogram sustava je izgrađen.

Peti odjeljak sadrži tehnički podaci programabilni logički kontroler (PLC) WAGO I / O sustav. Tablice povezivanja senzora i aktuatora s PLC priključcima, uklj. i virtualni.

Šesti dio posvećen je razvoju algoritama za funkcioniranje i pisanje upravljačkog programa PLC -a. Potvrđen je izbor programskog okruženja. Prikazani su blok algoritmi za obradu izvanrednih situacija sustavom, blok algoritmi funkcionalnih blokova koji rješavaju probleme pokretanja, upravljanja i regulacije. Ovaj odjeljak uključuje rezultate testiranja i uklanjanja pogrešaka u upravljačkom programu PLC -a.

U sedmom odjeljku govori se o sigurnosti i održivosti projekta. Provodi se analiza opasnih i štetnih čimbenika tijekom rada ACS PVV, daju se rješenja o zaštiti rada i osiguranju ekološke prihvatljivosti projekta. Zaštita sustava od hitnih slučajeva se razvija, uklj. jačanje sustava u smislu zaštite od požara i osiguravanje stabilnosti rada kada hitne situacije... Razvijeni temeljni funkcionalni dijagram automatizacija sa specifikacijama.

Osmi dio posvećen je organizacijskoj i ekonomskoj utemeljenosti razvoja. Izračun cijene koštanja, učinkovitosti i razdoblja povrata razvoja projekta, uklj. uzimajući u obzir fazu provedbe. Odražavaju se faze razvoja projekta, procjenjuje se radni intenzitet rada. Daje se procjena ekonomske učinkovitosti projekta pomoću 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 ubrzanje stope rasta automatizacije je razvoj tehničkih sredstava za automatizaciju. Tehnička sredstva automatizacije uključuju sve uređaje koji su uključeni u upravljački sustav i namijenjeni su za primanje informacija, prijenos, pohranu i transformaciju, kao i za provedbu kontrolnih i regulatornih radnji na tehnološkom upravljačkom objektu.

Razvoj tehnoloških sredstava automatizacije složen je proces koji se temelji na interesima automatizirane proizvodnje potrošača, s jedne strane, i ekonomskim mogućnostima proizvodnih poduzeća, s druge strane. Primarni poticaj razvoju je povećanje učinkovitosti proizvodnje - potrošača, uvođenjem nova tehnologija može biti izvedivo samo ako se troškovi brzo nadoknade. Stoga bi kriterij za sve odluke o razvoju i provedbi novih sredstava trebao biti ukupni gospodarski učinak, uzimajući u obzir sve troškove razvoja, proizvodnje i provedbe. U skladu s tim, za razvoj, proizvodnju treba uzeti, prije svega, one mogućnosti tehničkih sredstava koje pružaju najveći ukupni učinak.

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

Posebna se pozornost posvećuje pitanjima industrijske ekologije i zaštite na radu. Prilikom projektiranja Moderna tehnologija, opreme i konstrukcija, potrebno je znanstveno pristupiti razvoju sigurnosti i bezopasnosti rada.

U sadašnjoj fazi razvoja Nacionalno gospodarstvo zemlji jedan od glavnih zadataka je povećanje učinkovitosti društvene proizvodnje na temelju znanstveno -tehničkog procesa i potpunijeg korištenja svih rezervi. Taj je zadatak neraskidivo povezan s problemom optimizacije dizajnerskih rješenja čija je svrha stvoriti potrebne preduvjete za povećanje učinkovitosti kapitalnih ulaganja, smanjenje njihova razdoblja povrata i osiguranje najvećeg povećanja proizvodnje za svaku utrošenu rublju. Povećanje produktivnosti rada, proizvodnju kvalitetnih proizvoda, poboljšanje uvjeta rada i odmora radnika omogućuju sustavi ventilacije zraka koji stvaraju potrebnu mikroklimu i kvalitetu zračnog okruženja u prostorijama.

Svrha diplomskog projekta je razvoj automatskog sustava upravljanja za dovodnu i ispušnu ventilaciju (ACS PVV) proizvodnih pogona.

Problem koji se razmatra u diplomskom projektu posljedica je pogoršanja sustava za automatizaciju PVV -a koji postoji u OJSC -u "Optičko -mehanički pogon Vologda". Osim toga, sustav je dizajniran na distribuiran način, što eliminira mogućnost centraliziranog upravljanja i praćenja. Kao objekt implementacije odabran je odjeljak za brizganje (B -kategorija za sigurnost od požara), kao i susjedni prostori - odjeljak CNC strojeva, ured za planiranje i otpremu, skladišta.

Ciljevi diplomskog projekta formulirani su kao rezultat proučavanja trenutnog stanja ACS PVV -a 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 navedenih funkcija.

Kao što je gore napomenuto, važnost razvoja posljedica je zastarjelosti postojećeg ACS PVV -a, povećanja broja radovi na obnovi na "rutama" ventilacije, te općenito povećanje učestalosti respiratornog trakta i prehlade kod radnika, tendencija pogoršanja zdravlja tijekom dugog rada i, kao posljedica toga, opći pad produktivnosti rada i kvalitete proizvoda. Važno je napomenuti da postojeći ACS PVV nije povezan s protupožarnom automatikom, što je neprihvatljivo za ovu vrstu proizvodnje. Razvoj novog ACS PVV -a izravno je povezan s politikom kvalitete postrojenja (ISO 9000), kao i programima za modernizaciju postrojenja i automatizaciju sustava za održavanje života postrojenja.

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

Valja napomenuti da se problem koji se dotiče u diplomskom projektu događa u gotovo svim starim tvornicama vojno-industrijskog kompleksa, preopremanje radionica jedan je od najvažnijih zadataka u smislu osiguranja kvalitete proizvoda za krajnji korisnik. Tako će dizajn diploma odražavati akumulirano iskustvo u rješavanju sličnih problema u poduzećima sa sličnom vrstom proizvodnje.

1. Analitički pregled

1.1 Opća analiza potreba projektiranja ACS PVV

Najvažniji izvor uštede goriva i energetskih resursa potrošenih na opskrbu toplinom velikih industrijskih zgrada sa značajnom potrošnjom toplinske i električne energije jest poboljšanje učinkovitosti sustava. dovodna i odvodna ventilacija(PVV) temeljen na korištenju suvremenih dostignuća u računalnoj i upravljačkoj tehnologiji.

Obično se za kontrolu ventilacijskog sustava koriste lokalna sredstva za automatizaciju. Glavni nedostatak takve regulacije je taj što ne uzima u obzir stvarnu ravnotežu zraka i topline zgrade i stvarne vremenske uvjete: vanjsku temperaturu, brzinu i smjer vjetra, atmosferski tlak.

Stoga, pod utjecajem lokalnih sredstava automatizacije, sustav ventilacije zraka obično ne radi u optimalnom načinu rada.

Učinkovitost opskrbnog i ispušnog ventilacijskog sustava može se značajno povećati ako se izvrši optimalna kontrola sustava, na temelju uporabe skupa odgovarajućih hardverskih i softverskih alata.

Formiranje toplinski uvjeti može se predstaviti kao interakcija ometajućih i regulacijskih čimbenika. Za određivanje upravljačkog djelovanja potrebni su podaci o svojstvima i broju ulaznih i izlaznih parametara te uvjetima za proces prijenosa topline. Budući da je svrha upravljanja ventilacijskom opremom osigurati potrebne uvjete zraka u radnom prostoru prostorija zgrada uz minimalne troškove energije i materijala, pomoću računala bit će moguće pronaći najbolja opcija i razviti odgovarajuće kontrolne radnje za ovaj sustav. Kao rezultat toga, računalo s odgovarajućim skupom hardvera i softvera čini automatizirani sustav upravljanja toplinskim režimom prostorija u zgradama (ACS TRP). Također treba napomenuti da se računalo može shvatiti i kao upravljačka ploča PVA -e, i kao konzola za praćenje stanja PVA -e, kao i najjednostavnije računalo s programom za modeliranje ACS PVV -a, obradu rezultata i operativna kontrola na temelju njih.

Sustav automatskog upravljanja kombinacija je upravljačkog objekta (kontrolirani tehnološki proces) i upravljačkih uređaja čija interakcija osigurava automatski tijek procesa u skladu s zadanim programom. U ovom slučaju tehnološki proces shvaća se kao slijed operacija koje se moraju izvesti kako bi se gotov proizvod dobio od sirovine. U slučaju PVH, gotov proizvod je zrak u prostoriji s posadom s navedenim parametrima (temperatura, sastav plina itd.), A sirovina je vanjski i ispušni zrak, nosači topline, električna energija itd.

Rad ACS PVV -a, kao i svakog upravljačkog sustava, trebao bi se temeljiti na principu Povratne informacije(OS): razvoj upravljačkih radnji na temelju informacija o objektu dobivenih pomoću senzora instaliranih ili raspoređenih na objektu.

Svaki specifični ACS razvijen je na temelju navedene tehnologije za obradu ulaznog protoka zraka. Često je dovodni i ispušni ventilacijski sustav povezan sa sustavom klimatizacije (pripreme), što se odražava u dizajnu automatizacije upravljanja.

Kada koristite samostalne uređaje ili dovršite tehnološke instalacije ACS -ovi za klimatizaciju isporučuju se već ugrađeni u opremu i već su postavljeni s određenim upravljačkim funkcijama, koje su obično detaljno opisane u tehničkoj dokumentaciji. U tom slučaju podešavanje, servis i rad takvih sustava upravljanja moraju se provoditi u strogoj skladu s navedenom dokumentacijom.

Analiza tehnička rješenja suvremene klimatizacijske jedinice vodećih tvrtki - proizvođača ventilacijske opreme pokazale su da se kontrolne funkcije mogu uvjetno podijeliti u dvije kategorije:

Kontrolne funkcije određene tehnologijom i opremom za rukovanje zrakom;

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

Općenito, glavne tehnološke funkcije upravljanja IWA mogu se podijeliti u sljedeće grupe (slika 1.1)

Riža. 1.1 - Glavne tehnološke funkcije upravljanja IWV -om

Opišimo što podrazumijevaju funkcije RWV prikazane na Sl. 1.1.

1.1.1 Funkcija "parametri upravljanja i registriranja"

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

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

Vanjska temperatura zraka, dovodni zrak nakon izmjenjivača topline, kao i unutarnja temperatura;

MPC standardi štetne tvari u zraku iz prostorije (prisutnost plinova, produkti izgaranja, neotrovna prašina).

Ostali parametri u dovodnim i ispušnim ventilacijskim sustavima kontroliraju se na zahtjev tehnički uvjeti opremu ili radne uvjete.

Daljinsko upravljanje predviđeno je za mjerenje glavnih parametara tehnološkog procesa ili parametara uključenih u provedbu drugih funkcija upravljanja. Takva kontrola provodi se pomoću senzora i mjernih pretvarača s izlazom (ako je potrebno) izmjerenih parametara na indikator ili zaslon upravljačkog uređaja (upravljačka ploča, monitor računala).

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

Korištenjem lokalnih upravljačkih uređaja ne krši se osnovno načelo upravljačkih sustava - načelo povratne sprege. U tom se slučaju ostvaruje ili uz pomoć osobe (rukovatelja ili servisnog osoblja), ili uz pomoć upravljačkog programa "spojenog na žicu" u memoriju mikroprocesora.

1.1.2 Funkcija "operativna i softverska kontrola"

Također je važno implementirati opciju kao što je "startni niz". Kako bi se osiguralo normalno pokretanje IWV sustava, potrebno je uzeti u obzir sljedeće:

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

Odvajanje momenata pokretanja elektromotora. Asinkroni motoričesto može imati visoke početne struje. Ako se ventilatori, pogoni zaklopki zraka i drugi pogoni pokrenu istovremeno, zbog velikog opterećenja na električnoj mreži zgrade, napon će dramatično pasti, a elektromotori se možda neće pokrenuti. Stoga se pokretanje elektromotora, osobito velike snage, mora širiti kroz vrijeme.

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

Obrnuta opcija - "zaustavljanje" Prilikom isključivanja sustava, uzmite u obzir:

Kašnjenje za zaustavljanje ventilatora dovodnog zraka u jedinicama s električnim grijačem. Nakon uklanjanja napona iz električnog grijača, ohladite ga neko vrijeme bez isključivanja ventilatora dovodnog zraka. U protivnom može doći do kvara grijaćeg elementa grijača zraka (toplinski električni grijač - grijaći element). Za postojeće zadatke projektiranja diploma ova mogućnost nije važna zbog korištenja bojlera, ali ju je također važno napomenuti.

Tako je na temelju istaknutih mogućnosti operativne i programske kontrole moguće predstaviti tipičan raspored uključivanja i isključivanja uređaja PVV uređaja.

Riža. 1.2 - Tipičan ciklogram ACS PVV rada s bojlerom

Cijeli ovaj ciklus (slika 1.2) sustav bi trebao raditi automatski, a osim toga potrebno je osigurati pojedinačno pokretanje opreme, što je potrebno za prilagodbu i preventivni rad.

Programirane upravljačke funkcije, poput promjene načina rada "zima-ljeto", nisu od male važnosti. Provedba ovih funkcija u modernim uvjetima nedostatak energetskih resursa. U regulatornim dokumentima obavljanje ove funkcije je preporučljive prirode - "za javne, upravne i stambene i industrijske zgrade, u pravilu bi trebalo osigurati programsku regulaciju parametara kako bi se osiguralo smanjenje potrošnje toplinske energije".

U najjednostavnijem slučaju, ove funkcije omogućuju ili općenito onemogućuju IWA u određeni trenutak vrijeme ili smanjenje (povećanje) zadane vrijednosti kontroliranog parametra (na primjer, temperature) ovisno o promjeni toplinskog opterećenja u prostoriji s ljudskim posadom.

Učinkovitija, ali i teža za provedbu, je softverska kontrola koja omogućuje automatsku promjenu strukture PVA-e i algoritma njezina funkcioniranja ne samo u tradicionalnom načinu rada "zima-ljeto", već i u prijelaznim načinima. Analiza i sinteza strukture i algoritam njezina funkcioniranja obično se provode na temelju njihovog termodinamičkog modela.

U ovom slučaju, glavni kriterij motivacije i optimizacije u pravilu je želja da se osigura, po mogućnosti, minimalna potrošnja energije uz ograničenja na kapitalne troškove, dimenzije itd.

1.1.3 Funkcija " zaštitne funkcije i blokiranje "

Zaštitne funkcije i blokade uobičajene za sustave automatizacije i električnu opremu (zaštita od kratkog spoja, pregrijavanja, ograničenja kretanja itd.) Dogovaraju se međuresorno regulatorni dokumenti... Takve funkcije obično provode zasebni uređaji (osigurači, uređaji zaostale struje, krajnji prekidači itd.). Njihova uporaba uređena je pravilima za električne instalacije (PUE), pravilima sigurnost od požara(PPB).

Zaštita od mraza. Automatska zaštita od smrzavanja trebala bi biti osigurana u područjima s projektovanom vanjskom temperaturom zraka 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 od smrzavanja temelji na senzorima ili senzorima-relejima temperature zraka nizvodno od uređaja i temperature rashladnog sredstva u povratnoj cijevi.

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

Za vrijeme neradnog vremena za sustave sa zaštitom od smrzavanja, ventil bi trebao ostati odškrinut (5-25%) sa zatvorenom vanjskom zaklopkom zraka. Za veću pouzdanost zaštite kad je sustav isključen, ponekad se provodi funkcija automatske regulacije (stabilizacije) temperature vode u povratnom cjevovodu.

1.1.4 Funkcija "zaštita tehnološke opreme i električne opreme"

1. Kontrola začepljenja filtera

Kontrola začepljenja filtra ocjenjuje se padom tlaka na filtru, 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 manometre predstavljene na tvorničkim zračnim putovima, prema podacima s podacima - 150-300 Pa). Ta se razlika postavlja tijekom puštanja sustava u pogon na osjetniku diferencijala (zadana vrijednost osjetnika). Kad se postigne zadana vrijednost, senzor šalje signal o najvećem udjelu prašine u filteru i potrebi za njegovim održavanjem ili zamjenom. Ako se filtar ne očisti ili zamijeni unutar određenog vremena (obično 24 sata) nakon što je objavljen alarm za ograničenje prašine, preporuča se hitno isključivanje sustava.

Preporučuje se ugradnja sličnih senzora na ventilatore. Ako ventilator ili pogonski remen ventilatora otkaže, sustav se mora isključiti u hitnom načinu rada. Međutim, takvi se senzori često zanemaruju iz ekonomskih razloga, što uvelike komplicira dijagnostiku sustava i rješavanje problema u budućnosti.

2. Ostale automatske brave

Osim toga, treba osigurati automatsko zaključavanje za:

Otvaranje i zatvaranje vanjskih zaklopki zraka pri uključivanju i isključivanju ventilatora (zaklopke);

Otvaranje i zatvaranje ventila ventilacijskih sustava povezanih zračnim kanalima radi potpune ili djelomične izmjenjivosti u slučaju kvara jednog od sustava;

Zatvaranje ventila ventilacijskih sustava za prostorije zaštićene plinskim instalacijama za gašenje požara kad su ventilatori ventilacijskih sustava ovih prostorija isključeni;

Osiguravanje minimalne potrošnje vanjskog zraka u sustavima promjenjivog volumena itd.

1.1.5 Regulatorne funkcije

Regulacijske funkcije - automatsko održavanje zadanih parametara po definiciji je osnovno za opskrbne i ispušne ventilacijske sustave koji rade s promjenjivim protokom, recirkulacijom zraka i grijanjem zraka.

Ove se funkcije izvode pomoću zatvorenih upravljačkih petlji, u kojima je princip povratne sprege prisutan u eksplicitnom obliku: informacije o objektu koje dolaze sa senzora pretvaraju se regulacijskim uređajima u upravljačke radnje. Na sl. 1.3 prikazuje primjer petlje za kontrolu temperature dovodnog zraka u kanalizacijskom klima uređaju. Temperaturu zraka održava grijač vode kroz koji prolazi nosač topline. Zrak koji prolazi kroz grijač se zagrijava. Temperatura zraka nakon grijača vode mjeri se senzorom (T), a zatim se njegova vrijednost dovodi u 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 motor ventila). Električni pogon otvara ili zatvara trosmjerni ventil u položaj u kojem je pogreška:

e = Tust - Tism

bit će minimalna.

Riža. 1.3 - Regulacijska petlja temperature dovodnog zraka u zračnom kanalu s izmjenjivačem topline vode: T - osjetnik; US - uređaj za usporedbu; R - regulacijski uređaj; M - izvršni uređaj

Tako se izgradnja automatskog upravljačkog sustava (ACS) na temelju zahtjeva za točnost i drugih parametara njegova rada (stabilnost, oscilacije itd.) Svodi na izbor njegove strukture i elemenata, kao i na određivanje parametre regulatora. To obično rade stručnjaci za automatizaciju koristeći klasičnu teoriju upravljanja. Primijetit ću samo da su parametri podešavanja regulatora određeni dinamičkim svojstvima objekta upravljanja i odabranim zakonom regulacije. Zakon regulacije je odnos između ulaznih (?) I izlaznih (Ur) signala regulatora.

Najjednostavniji je zakon o proporcionalnoj regulaciji, u kojem? i Ur međusobno su povezani stalnim koeficijentom Kp. Ovaj koeficijent je parametar za podešavanje takvog regulatora, koji se naziva P-regulator. Njegova provedba zahtijeva upotrebu podesivog pojačavajućeg elementa (mehaničkog, pneumatskog, električnog itd.), Koji može funkcionirati i uz uključivanje dodatnog izvora energije, i bez njega.

Jedna od vrsta P-regulatora su pozicijski kontroleri koji primjenjuju proporcionalni zakon upravljanja na Kp i generiraju izlazni signal Ur, koji ima određeni broj konstantnih vrijednosti, na primjer dvije ili tri, koje odgovaraju dvo- ili tro-pozicijskim. kontrolori. Takvi se regulatori ponekad nazivaju relejnim kontrolerima zbog sličnosti svojih grafičkih karakteristika sa karakteristikama releja. Parametar podešavanja takvih regulatora je vrijednost mrtve zone De.

U tehnologiji automatizacije ventilacijskih sustava, s obzirom na njihovu jednostavnost i pouzdanost, on-off regulatori našli su široku primjenu u regulaciji temperature (termostati), tlaka (tlačni prekidači) i drugih parametara stanja procesa.

Regulatori uključivanja i isključivanja također se koriste u automatskim zaštitnim sustavima, blokadama i načinima rada opreme za uključivanje. U tom slučaju njihove funkcije izvode relejni senzori.

Unatoč naznačenim prednostima P-regulatora, oni imaju veliku statičku pogrešku (pri niskim vrijednostima Kp) i sklonost samooscilacijama (pri velikim vrijednostima Kp). Stoga se s višim zahtjevima za upravljačke funkcije sustava za automatizaciju u smislu točnosti i stabilnosti koriste i složeniji zakoni upravljanja, na primjer, zakoni PI i PID.

Također, regulaciju temperature zagrijavanja zraka može izvesti P-regulator koji radi na principu uravnoteženja: povećati temperaturu kada je njezina vrijednost manja od zadane vrijednosti, i obrnuto. Ovo tumačenje zakona također je našlo primjenu u sustavima koji ne zahtijevaju visoku preciznost.

1.2 Analiza postojećih tipičnih shema automatizacije ventilacije u proizvodnim pogonima

Postoji niz standardnih implementacija automatizacije sustava dovodne i ispušne ventilacije, od kojih svaka ima niz prednosti i nedostataka. Želio bih napomenuti da je, unatoč prisutnosti mnogih tipičnih shema i razvoja, vrlo teško stvoriti takav ACS koji bi bio fleksibilan u postavkama u pogledu proizvodnje u kojoj se provodi. Tako su za projektiranje ACS PVV -a potrebna temeljita analiza postojeće ventilacijske konstrukcije, analiza tehnoloških procesa proizvodnog ciklusa, kao i analiza zahtjeva za zaštitu rada, ekologiju, električnu i protupožarnu sigurnost. Štoviše, često projektirani ACS PVV specijaliziran je za svoje područje primjene.

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

1. Opći podaci: teritorijalni položaj objekta (grad, kotar); vrstu i namjenu objekta.

2. Podaci o zgradi i prostorima: planovi i presjeci s naznakom svih dimenzija i kota u odnosu na razinu tla; navođenje kategorija prostora (na arhitektonskim planovima) u skladu s protupožarnim propisima; dostupnost tehničkih područja s naznakom njihove veličine; mjesto i karakteristike postojećih ventilacijskih sustava; karakteristike nosilaca energije;

3. Podaci o tehnološkom procesu: crteži tehnološkog projekta (planovi) s naznakom mjesta tehnološke opreme; specifikacija opreme koja pokazuje instalirane kapacitete; karakteristike tehnološkog režima - broj radnih smjena, prosječan broj radnika po smjeni; način rada opreme (istovremeni rad, faktori opterećenja itd.); količina štetnih emisija u zrak (MPC štetnih tvari).

Kao početne podatke za izračun automatizacije PVA sustava uzmite:

Performanse postojećeg sustava (snaga, izmjena zraka);

Popis parametara zraka koji se regulira;

Granice regulacije;

Rad automatizacije kada se signali primaju iz drugih sustava.

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

Predstavimo postojeće tipične sheme sustava upravljanja dovodnom i ispušnom ventilacijom, okarakteriziramo neke od njih s obzirom na mogućnost njihove primjene za rješavanje problema diplomskog projekta (slike 1.4 - 1.5, 1.9).

Riža. 1.4 - ACS ventilacija s izravnim protokom

Ovi sustavi automatizacije našli su aktivnu uporabu u tvornicama, tvornicama i uredskim prostorijama. Ovdje je upravljački objekt ormar za automatizaciju (upravljačka ploča), uređaji za pričvršćivanje su senzori kanala, upravljačko djelovanje vrši se na motore motora ventilatora, motore prigušivača. Tu je i ACS za grijanje / hlađenje zraka. Gledajući unaprijed, može se primijetiti da je sustav prikazan na slici 1.4a prototip sustava koji se mora koristiti na mjestu brizganja OJSC „Optičko -mehanički pogon Vologda“. Zračno hlađenje u industrijskim prostorima neučinkovito je zbog volumena tih prostorija, a grijanje je preduvjet za ispravno funkcioniranje ACS PVV -a.

Riža. 1.5- ACS ventilacija s izmjenjivačima topline

Izgradnja ACS PVV -a s izmjenjivačima topline (rekuperatori) omogućuje rješavanje problema prekomjerne potrošnje električne energije (za električne grijače), problema emisija u okoliš. Poanta oporavka je u tome što zrak koji se neopozivo uklanja iz prostorije koja ima postavljenu temperaturu u prostoriji razmjenjuje energiju s dolaznim vanjskim zrakom čiji se parametri u pravilu znatno razlikuju od postavljenih. Oni. zimi izvlačeni topli odvodni zrak djelomično zagrijava vanjski dovodni zrak, a ljeti hladniji odvodni zrak djelomično hladi dovodni zrak. U najboljem slučaju, s rekuperacijom, potrošnja energije za obradu dovodnog zraka može se smanjiti za 80%.

Tehnički, rekuperacija u dovodnoj i ispušnoj ventilaciji provodi se pomoću rotirajućih izmjenjivača topline i sustava s među nosačem topline. Tako dobivamo dobit i zagrijavanjem zraka i smanjenjem otvaranja zaklopki (dopušteno je dulje vrijeme mirovanja motora koji upravljaju zaklopkama) - sve to daje ukupnu dobit u smislu uštede energije.

Sustavi za oporabu topline obećavaju i su aktivni te se uvode kako bi zamijenili stare ventilacijske sustave. Međutim, vrijedi napomenuti da su takvi sustavi vrijedni dodatnog ulaganja, međutim, njihovo je razdoblje povrata relativno kratko, dok je isplativost vrlo visoka. Također, odsutnost stalnog ispuštanja u okoliš povećava ekološke performanse takve organizacije automatizacije PVA. Pojednostavljeni rad sustava s povratom topline iz zraka (recirkulacija zraka) prikazan je na slici 1.6.

Riža. 1.6 - Rad sustava izmjene zraka s recirkulacijom (rekuperacija)

Unakrsni protok ili rekuperatori ploča (slika 1.5 c, d) sastoje se od ploča (aluminij), koje predstavljaju sustav kanala za protok dviju struja zraka. Zidovi kanala uobičajeni su za dovod i odvod zraka i lako se prenose. Zbog velike površine izmjenjivanja i turbulentnog strujanja zraka u kanalima postiže se visok stupanj povrata topline (prijenos topline) s relativno niskim hidrauličkim otporom. Učinkovitost rekuperatora ploča doseže 70%.

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

Vraća se samo osjetljiva toplina izvlačenog zraka. dovodni i odvodni zrak se na neki način ne miješaju, a kondenzat koji nastaje tijekom hlađenja odvodnog zraka zadržava se separatorom i odvodi odvodnim sustavom iz odvodne posude. Kako bi se spriječilo smrzavanje kondenzata na niskim temperaturama (do -15 ° C), formirani su odgovarajući zahtjevi za automatizaciju: ona mora osigurati povremeno zaustavljanje dovodnog ventilatora ili uklanjanje dijela vanjskog zraka u zaobilazni kanal zaobilazeći kanale rekuperatora. Jedino ograničenje u primjeni ove metode je obvezno sjecište dovodne i ispušne grane na jednom mjestu, što u slučaju jednostavne modernizacije ACS -a nameće niz poteškoća.

Rekuperacijski sustavi s među nositeljem topline (slika 1.5 a, b) su par izmjenjivača topline spojenih zatvorenim cjevovodom. Jedan izmjenjivač topline nalazi se u ispušnom kanalu, a drugi u dovodnom kanalu. Smjesa glikola protiv smrzavanja cirkulira u zatvorenoj petlji, prenoseći toplinu s jednog izmjenjivača topline na drugi, pa u ovom slučaju udaljenost od dovodne jedinice do ispušne jedinice može biti prilično značajna.

Učinkovitost povrata topline ovom metodom ne prelazi 60%. Troškovi su relativno visoki, ali u nekim slučajevima ovo može biti jedina mogućnost povrata topline.

Riža. 1.8 - Načelo povrata topline pomoću srednjeg nosača topline

Rotacijski izmjenjivač topline (rotirajući izmjenjivač topline, rekuperator) je rotor s kanalima za vodoravni prolaz zraka. Dio rotora nalazi se u ispušnom kanalu, a dio u dovodnom kanalu. Rotirajući, rotor prima toplinu odvodnog zraka i prenosi je u 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 rekuperatorom

Ograničenje uporabe ove metode nameće se prvenstveno činjenicom da se do 10% odvodnog zraka miješa s dovodnim zrakom, a u nekim slučajevima to je neprihvatljivo ili nepoželjno (ako zrak ima značajnu razinu zagađenja) . Konstrukcijski zahtjevi slični su prethodnoj verziji - stroj za ispuh i dovod zraka nalazi se na jednom mjestu. Ova je metoda skuplja od prve i koristi se rjeđe.

Općenito, sustavi s rekuperacijom su 40-60% skuplji od sličnih sustava bez rekuperacije, ali će se operativni troškovi značajno razlikovati. Čak i s današnjim cijenama energije, vrijeme povrata sustava za oporavak ne prelazi dvije sezone grijanja.

Želio bih napomenuti da na uštedu energije utječu i algoritmi upravljanja. Međutim, uvijek treba imati na umu da su svi ventilacijski sustavi projektirani za neke prosječne uvjete. Na primjer, potrošnja vanjskog zraka određena je po jednom broju ljudi, ali u stvarnosti prostorija može biti manja od 20% prihvaćene vrijednosti, naravno, u ovom slučaju procijenjena potrošnja vanjskog zraka bit će očito prekomjerna, rad ventilacije u prekomjernom načinu rada dovest će do nerazumnog gubitka energetskih resursa. U ovom slučaju logično je razmotriti nekoliko načina rada, na primjer, zima / ljeto. Ako automatizacija može uspostaviti takve načine, uštede su očite. Drugi pristup se odnosi na regulaciju protoka vanjskog zraka ovisno o kvaliteti unutarnjeg plinskog okruženja, tj. sustav automatizacije uključuje analizatore plina za štetne plinove i odabire vrijednost protoka vanjskog zraka tako da sadržaj štetnih plinova ne prelazi najveće dopuštene vrijednosti.

1.3 Marketinška istraživanja

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

Kućanske i poluindustrijske svrhe;

Za industrijske svrhe;

Ventilacijska oprema za "posebne" namjene.

Budući da se u diplomskom projektu razmatra projektiranje automatizacije za opskrbne i ispušne sustave industrijskih prostora, tada je za usporedbu predloženog razvoja s onima dostupnim na tržištu potrebno odabrati slične postojeće pakete automatizacije poznatih proizvođača.

Rezultati marketinške studije postojećih ACS PVV paketa prikazani su u Dodatku A.

Tako je, kao rezultat marketinškog istraživanja, razmotreno nekoliko najčešće korištenih ACS PVV -ova različitih proizvođača, proučavanjem njihove tehničke dokumentacije dobiveni su podaci:

Sastav odgovarajućeg pakiranja ACS PVV;

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

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

Dostupnost veza s drugim sustavima (postoji li veza s vatrogasnom automatikom, postoji li podrška za LAN protokole);

Zaštitne performanse (električna sigurnost, protupožarna zaštita, zaštita od prašine, otpornost na buku, otpornost na vlagu).

2. Opis ventilacijske mreže proizvodne radionice kao objekta automatskog upravljanja

Općenito, na temelju rezultata analize dostupnih pristupa automatizaciji ventilacijskih sustava i sustava za pripremu zraka, kao i na temelju analitičkih pregleda tipičnih shema, može se zaključiti da su zadaci razmatrani u diplomskom projektu relevantni i trenutno aktivno proučavani i proučavani od strane specijaliziranih biroa za dizajn (SKB).

Napominjem da postoje tri glavna pristupa implementaciji automatizacije ventilacijskog sustava:

Distribuirani pristup: implementacija IWV automatizacije na temelju lokalne komutacijske opreme, svaki ventilator kontrolira odgovarajući uređaj.

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

Centralizirani pristup: implementacija PVV automatizacije na temelju skupine logičkih kontrolera ili programabilnog logičkog kontrolera (PLC), cijelim ventilacijskim sustavom upravlja se centralizirano u skladu s programom i podacima.

Centralizirani pristup pouzdaniji je od distribuiranog. Sve upravljanje IAP -om je rigidno, provodi se na temelju programa. Ova okolnost nameće dodatne zahtjeve kako za pisanje programskog koda (potrebno je uzeti u obzir mnoge uvjete, uključujući postupke u hitnim situacijama), tako i za posebnu zaštitu upravljačkog PLC -a. Ovaj pristup našao je primjenu za male administrativne i industrijske komplekse. Odlikuje ga fleksibilnost postavki, mogućnost skaliranja sustava do razumnih granica, kao i mogućnost mobilne integracije sustava prema mješovitom principu organizacije;

Mješoviti pristup: koristi se pri projektiranju velikih sustava (veliki broj upravljane opreme s velikim performansama), kombinacija je distribuiranog i centraliziranog pristupa. U općem slučaju, ovaj pristup pretpostavlja hijerarhiju razine na čelu s upravljačkim računalom i podređenim "mikroračunalima", tvoreći tako kontrolnu proizvodnu mrežu koja je globalna u odnosu na poduzeće. Drugim riječima, ovaj pristup je distribuirano-centraliziran pristup sa otpremom sustava.

U aspektu problema riješenog u dizajnu diploma, najpoželjniji je centralizirani pristup implementaciji automatizacije PVA -e. Budući da se sustav razvija za male proizvodne pogone, moguće je koristiti ovaj pristup za druge objekte s ciljem njihove naknadne integracije u jedinstveni PVS ACS -a.

Često se za ormare za upravljanje ventilacijom osigurava sučelje koje omogućuje praćenje stanja ventilacijskog sustava s izlazom informacija na monitor računala. No, vrijedno je napomenuti da ova provedba zahtijeva dodatne komplikacije programa upravljanja, obuku stručnjaka koji prati stanje i donosi operativne odluke na temelju vizualno dobivenih podataka sa ispitivačkih senzora. Osim toga, faktor ljudske pogreške u hitnim situacijama uvijek je inherentan. Stoga je provedba ovog uvjeta prije dodatna mogućnost dizajna paketa PVV automatizacije.

2.1 Opis postojećeg sustava automatskog upravljanja za dovodnu i odvodnu ventilaciju proizvodnih pogona

Kako bi se osiguralo osnovno načelo ventilacije proizvodnih radionica, koje se sastoji u održavanju parametara i sastava zraka u dopuštenim granicama, potrebno je dovoditi čist zrak na mjesta na kojima se nalaze radnici, uz naknadnu raspodjelu zraka po cijelom prostoru soba.

Dolje na Sl. 2.1 prikazuje ilustraciju tipičnog dovodnog i ispušnog ventilacijskog sustava, sličnog koji je dostupan na mjestu implementacije.

Sustav ventilacije industrijskog prostora sastoji se od ventilatora, zračnih kanala, vanjskih usisnih uređaja, uređaja za čišćenje zraka koji ulazi i ispušta se u atmosferu te uređaja za grijanje zraka (bojler).

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

Također, pročišćavanje zraka izvučenog iz radnog područja može se provesti u komorama za taloženje prašine (samo za grubu prašinu) i elektrostaticima (za sitnu prašinu). Pročišćavanje zraka od štetnih plinova provodi se pomoću posebnih upijajućih i deaktivirajućih tvari, uključujući one koje se nanose na filtre (u ćelijama za filtriranje).

Riža. 2.1 - Dovodni i odvodni ventilacijski sustav proizvodnog odjela 1 - uređaj za usis zraka; 2 - kalorifikatori za grijanje; 3- ventilator za napajanje; 4 - glavni zračni kanal; 5 - grane zračnog kanala; 6 - mlaznice za opskrbu; 7 - lokalno usisavanje; 8 i 9 - majstor. kanal za ispušni zrak; 10 - separator prašine; 11 - ispušni ventilator; 12 - ispuštanje pročišćenog zraka iz rudnika u atmosferu

Automatizacija postojećeg sustava relativno je jednostavna. Proces ventilacije je sljedeći:

1. početak radne smjene - pokreće se dovodni i ispušni ventilacijski sustav. Ventilatore pokreće centralizirani pokretač. Drugim riječima, upravljačka ploča sastoji se od dva pokretača - za pokretanje i zaustavljanje / isključivanje u nuždi. Smjena traje 8 sati - s pauzom od sat vremena, odnosno sustav miruje u prosjeku 1 sat tijekom radnog vremena. Osim toga, takvo "međusobno blokirano" upravljanje ekonomski je neučinkovito, jer dovodi do prekomjerne potrošnje električne energije.

Valja napomenuti da nema potrebe za proizvodnjom da bi ispušna ventilacija neprestano radila, preporučljivo je uključiti je kad je zrak zagađen ili je, primjerice, potrebno ukloniti višak toplinske energije iz radnog prostora.

2. otvaranje zaklopki uređaja za usisavanje zraka također kontrolira lokalna startna oprema, zrak s parametrima vanjskog okruženja (temperatura, čistoća) dovodi se u ventilacijske kanale dovodnim ventilatorom zbog razlike u pritisak.

3. Zrak iz vanjskog okruženja prolazi kroz grijač vode, zagrijava se do dopuštenih vrijednosti temperature i pumpa se u prostoriju kroz zračne kanale kroz dovodne mlaznice. Grijač vode osigurava značajno zagrijavanje zraka, grijačem se upravlja ručno, električar otvara zaklopku. Grijač je isključen u ljetnom razdoblju. Topla voda koja se isporučuje iz kućne kotlovnice koristi se kao nosač topline. Sustav automatske kontrole temperature zraka nije predviđen, zbog čega dolazi do velikog prekoračenja resursa.

Slični dokumenti

Značajke uporabe upravljačkog sustava za dovodnu ventilacijsku jedinicu temeljenu na kontroleru MC8.2. Osnovne funkcionalnosti kontrolera. Primjer specifikacije za automatizaciju instalacije dovodne ventilacije za krug temeljen na MC8.2.

praktični rad, dodano 25.05.2010


Usporedna analiza tehničkih karakteristika tipičnih konstrukcija rashladnih tornjeva. Elementi vodoopskrbnih sustava i njihova klasifikacija. Matematički model procesa vodoopskrbe, izbor i opis opreme za automatizaciju i upravljačkih elemenata.

diplomski rad, dodan 09.04.2013


Osnove funkcioniranja sustava automatskog upravljanja za dovodnu i ispušnu ventilaciju, njegova konstrukcija i matematički opis. Oprema tehnoloških procesa. Odabir i izračun regulatora. Proučavanje stabilnosti ATS -a, pokazatelji njegove kvalitete.

seminarski rad, dodan 16.02.2011


Opis procesa toplinske i vlažne obrade proizvoda na bazi cementnog betona. Automatska kontrola procesa ventilacije parne komore. Izbor vrste manometra diferencijalnog tlaka i izračun uređaja za ograničavanje. Mjerni krug automatskog potenciometra.

seminarski rad, dodan 25.10.2009


Karta tehnološkog puta obrade pužnog kotača. Proračun dopuštenja i graničnih dimenzija za preradu proizvoda. Razvoj kontrolnog programa. Opravdanje i izbor učvršćenja. Proračun ventilacije industrijskih prostora.

diplomski rad, dodan 29.08.2012


Karakteristike projektiranog kompleksa i izbor tehnologije za proizvodne procese. Mehanizacija opskrbe vodom i napajanje životinja. Tehnološki proračun i odabir opreme. Sustavi ventilacije i grijanja zraka. Proračun izmjene zraka i osvjetljenja.

seminarski rad, dodan 12.01.2008


Opskrbni ventilacijski sustav, njegova unutarnja struktura i međusobno povezivanje elemenata, procjena prednosti i nedostataka uporabe, zahtjevi opreme. Mjere uštede energije, automatizacija upravljanja energetski učinkovitim ventilacijskim sustavima.

seminarski rad dodan 08.04.2015


Razvoj 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


Uređaji za tehnološki proces katalitičkog reformiranja. Značajke tržišta opreme za automatizaciju. Izbor upravljačkog računalnog kompleksa i opreme za automatizaciju polja. Proračun i odabir postavki regulatora. Tehnička oprema za automatizaciju.

diplomski rad, dodan 23.05.2015


Tehnološki opis strukturnog dijagrama projekta za automatizaciju prerade zasićenih ugljikovodičnih plinova. Proučavanje funkcionalnog dijagrama automatizacije i opravdanost izbora mjernih instrumenata za instalaciju. Matematički model upravljačke petlje.

1

U radu se razmatraju postupci modeliranja ventilacije i disperzije njezinih emisija u atmosferu. Modeliranje se temelji na rješavanju sustava Navier-Stokesovih jednadžbi, zakona očuvanja mase, impulsa, topline. Razmatraju se različiti aspekti numeričkog rješenja ovih jednadžbi. Predlaže se sustav jednadžbi za izračunavanje vrijednosti koeficijenta pozadinske turbulencije. Za hipersoničnu aproksimaciju predloženo je rješenje, zajedno s jednadžbama dinamike fluida predstavljenim u članku, jednadžbe stajanja idealnog stvarnog plina i pare. Ova je jednadžba 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 s obzirom na 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 ME Suvremeni problemi atmosferske difuzije i zagađenja atmosfere. - L.: Gidrometeoizdat, 1975.- 448 str.

2. Belyaev NN Modeliranje procesa disperzije otrovnog plina u građevinskim uvjetima // Bilten DIIT. - 2009. - br. 26 - S. 83-85.

3. Byzova NL Eksperimentalna istraživanja atmosferske difuzije i proračuni raspršenja nečistoća / NL Byzova, EK Garger, VN Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985.- 351 str.

4. Datsyuk TA Modeliranje disperzije ventilacijskih emisija. - SPb: SPBGASU, 2000.- 210 str.

5. Sauts AV Primjena algoritama kognitivne grafike i metoda matematičke analize za proučavanje termodinamičkih svojstava izobutana R660A na liniji zasićenja: Grant br. 2C / 10: izvješće o istraživanju (zaključno) / GOUVPO SPBGASU; ruke. Gorokhov V.L., isp.: Sauts A.V.- SPb, 2011.- 30 str: ilustr .- Bibliografija: str. 30.- Br. GR 01201067977.-Inv. 02201158567.

Uvod

Prilikom projektiranja industrijskih kompleksa i jedinstvenih objekata, pitanja koja se odnose na osiguravanje kvalitete zračnog okoliša i standardizirane parametre mikroklime trebaju biti sveobuhvatno obrazložena. S obzirom na visoke troškove proizvodnje, ugradnje i rada ventilacijskih i klimatizacijskih sustava, povećani zahtjevi nameću se kvalitetom inženjerskih proračuna. Za odabir racionalnih dizajnerskih rješenja u području ventilacije potrebno je znati analizirati situaciju u cjelini, tj. otkriti prostorni odnos dinamičkih procesa koji se odvijaju unutar prostorija i u atmosferi. Procijenite učinkovitost ventilacije, koja ne ovisi samo o količini zraka koji se dovodi u prostoriju, već i o usvojenoj shemi distribucije zraka te koncentraciji štetnih tvari u vanjskom zraku na mjestima usisnika zraka.

Svrha članka- korištenje analitičkih ovisnosti, uz pomoć kojih se vrše proračuni količine štetnih emisija, za određivanje dimenzija kanala, zračnih kanala, rudnika i odabir metode pročišćavanja zraka itd. U tom slučaju preporučljivo je koristiti softverski proizvod "Stream" s modulom "VSV". Za pripremu početnih podataka potrebno je imati dijagrame projektiranih ventilacijskih sustava koji pokazuju duljine presjeka i protoke zraka na krajnjim presjecima. Ulazni podaci za izračun su opis ventilacijskih sustava i zahtjevi za njega. Pomoću matematičkog modeliranja rješavaju se sljedeća pitanja:

• odabir najboljih opcija za dovod i uklanjanje zraka;
• raspodjela parametara mikroklime po volumenu prostora;
• procjena aerodinamičkog režima zgrade;
• odabir mjesta za usis i odvod zraka.

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

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

Za simulaciju turbulentnih tokova potrebno je riješiti sustav jednadžbi očuvanja mase i Reynoldsa (očuvanje zamaha):

(2)

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

Tenzor naprezanja izražava se kao:

(3)

gdje s ij- tenzor brzina naprezanja; δ i J- tenzor dodatnih naprezanja nastalih zbog prisutnosti turbulencija.

Za informacije o temperaturnim poljima T i koncentracija sštetnih tvari, sustav se nadopunjuje sljedećim jednadžbama:

jednadžba očuvanja topline

jednadžba očuvanja pasivne nečistoće s

(5)

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

Osnovni koeficijent turbulencije k baze određuje se pomoću sustava jednadžbi:

(6)

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

Koeficijenti turbulencije određuju se jednadžbama:

(7)

Na otvorenom prostoru s niskim rasipanjem, vrijednost k z je određeno jednadžbom:

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

gdje k 0 - vrijednost k k na visokoj z 0 (k 0 = 0,1 m 2 / s pri z 0 = 2 m).

Na otvorenom području profil brzine vjetra nije deformiran;

S nepoznatom atmosferskom stratifikacijom na otvorenom prostoru, može se odrediti profil brzine vjetra:

; (9)

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

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

(11)

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

(12)

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

(13)

Pulsirajući pojam, slijedeći Boussinesqove ideje, predstavljen je kao:

(14)

gdje μ t- turbulentna viskoznost, a dodatni izrazi u jednadžbama prijenosa energije i komponentama nečistoća modelirani su na sljedeći način:

(15)

(16)

Sustav jednadžbi zatvoren je jednim od dolje opisanih modela turbulencija.

Za turbulentne tokove koji se proučavaju u ventilacijskoj praksi, preporučljivo je upotrijebiti ili Boussinesqovu hipotezu o malim promjenama gustoće ili takozvanu "hipersoničnu" aproksimaciju. Pretpostavlja se da su Reynoldsova naprezanja proporcionalna vremenski prosječnim brzinama naprezanja. Uvodi se koeficijent turbulentne viskoznosti, koji se izražava kao:

. (17)

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

(18)

"Hiperzvučna" aproksimacija pretpostavlja rješenje, zajedno s gornjim jednadžbama, jednadžbe stajanja idealnog plina:

ρ = str/(RT) (19)

gdje str - pritisak u okolišu; R- konstanta plina.

Za preciznije izračune, gustoća nečistoće može se odrediti korištenjem modificirane van der Waalsove jednadžbe za stvarne plinove i pare

(20)

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

Odvajajući od jednadžbe (12) tlak R i razlikovanjem po volumenu (uzimajući u obzir termodinamičku stabilnost) dobit će se sljedeća relacija:

. (21)

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

Za rješavanje problema ventilacije povezanih s prijenosom skalarnih tvari uz turbulentno strujanje, pri rješavanju diferencijalnih jednadžbi koristi se shema cijepanja za fizičke procese. Prema načelima cijepanja, integracija konačnih razlika jednadžbi hidrodinamike i konvektivno-difuznog prijenosa skalarne tvari u svakom vremenskom koraku Δ t provodi se u dvije faze. U prvoj fazi izračunavaju se hidrodinamički parametri. U drugoj fazi difuzijske jednadžbe rješavaju se na temelju izračunatih hidrodinamičkih polja.

Utjecaj prijenosa topline na formiranje polja brzine zraka uzima se u obzir pomoću Boussinesqove aproksimacije: u jednadžbu gibanja za vertikalnu komponentu brzine unosi se dodatni pojam koji uzima u obzir sile uzgona.

Postoje četiri pristupa rješavanju problema turbulentnog kretanja tekućine:

• izravno modeliranje "DNS" (rješenje nestacionarnih Navier-Stokesovih jednadžbi);
• rješenje prosječnih Reynoldsovih jednadžbi "RANS", čiji sustav, međutim, nije zatvoren i zahtijeva dodatne relacije zatvaranja;
• metoda velikih vrtloga «LES » , koji se temelji na rješenju nestacionarne Navier - Stokesove jednadžbe s parametrizacijom vrtloga podmrežne ljestvice;
• metoda "DES" , što je kombinacija dviju metoda: u zoni razdvojenih protoka - "LES", a u području "glatkog" protoka - "RANS".

Najatraktivnija sa stajališta točnosti dobivenih rezultata nesumnjivo je metoda izravne numeričke simulacije. Međutim, trenutno mogućnosti računalne tehnologije još ne dopuštaju rješavanje problema s stvarnom geometrijom i brojevima. Ponovno, i s razlučivošću vrtloga svih veličina. Stoga se pri rješavanju širokog raspona inženjerskih problema koriste numerička rješenja Reynoldsove jednadžbe.

Trenutno se certificirani paketi poput "STAR-CD", "FLUENT" ili "ANSYS / FLOTRAN" uspješno koriste za simulaciju ventilacijskih zadataka. S točno formuliranim problemom i racionalnim algoritmom rješenja, količina dobivenih informacija omogućuje u fazi projektiranja da odabere optimalnu opciju, no izvođenje proračuna pomoću ovih programa zahtijeva odgovarajuću pripremu, a njihova pogrešna uporaba može dovesti do pogrešnih rezultata.

Kao "osnovni slučaj" mogu se uzeti u obzir rezultati općeprihvaćenih metoda izračuna salda, koje omogućuju usporedbu integralnih vrijednosti karakterističnih za razmatrani problem.

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

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

Najjednostavniji su jednoparametarski modeli koji koriste koncept turbulentne viskoznosti «n t», Pretpostavlja se da je turbulencija izotropna. Izmijenjena verzija datoteke "n t-92 "preporučuje se za modeliranje mlaznih i odvojenih protoka. Jednoparametarski model "S-A" (Spalart-Almaras), koji sadrži jednadžbu prijenosa količine, također se dobro slaže s eksperimentalnim rezultatima.

Nedostatak modela s jednom transportnom jednadžbom posljedica je činjenice da im nedostaju informacije o raspodjeli ljestvice turbulencija L... Po iznosu L utječu na procese prijenosa, metode stvaranja turbulencije, rasipanje turbulentne energije. Univerzalna ovisnost za utvrđivanje L ne postoji. Jednadžba za skalu turbulencije Lčesto se ispostavlja jednadžbom koja određuje točnost modela i, sukladno tome, područje njegove primjenjivosti. U osnovi, opseg ovih modela ograničen je na relativno jednostavne posmične tokove.

U modelima s dva parametra, osim na ljestvici turbulencija L, brzina rasipanja turbulentne energije koristi se kao drugi parametar . Takvi se modeli najčešće koriste u suvremenoj računalnoj praksi i sadrže jednadžbe prijenosa energije turbulencije i rasipanja energije.

Poznati model uključuje jednadžbe za prijenos energije turbulencije k i brzina rasipanja turbulentne energije ε. Modeli poput " k- e " mogu se koristiti i za protoke blizu stijenke i za složenije odvojene tokove.

U verziji s niskim i visokim Reynoldsom koriste se modeli s dva parametra. U prvom se izravno uzima u obzir mehanizam interakcije molekularnog i turbulentnog transporta u blizini čvrste površine. U verziji s visokim Reynoldsom mehanizam turbulentnog prijenosa blizu čvrste granice opisan je posebnim funkcijama u blizini zida koje povezuju parametre protoka s udaljenošću do zida.

Trenutno najperspektivniji modeli uključuju modele SSG i Gibson-Launder, koji koriste nelinearni odnos između Reynoldsovog tenzora turbulentnog naprezanja i tenzora prosječnih brzina naprezanja. Dizajnirani su za poboljšanje predviđanja razdvojenih struja. Budući da se u njima računaju sve tenzorske komponente, zahtijevaju velike računalne resurse u usporedbi s dvoparametarskim modelima.

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

Na primjer, program "STAR-CD" predviđa upotrebu modela kao što su " k- e ”, Spalart - Almaras,“ SSG ”,“ Gibson -Launder ”, kao i metoda velikog vrtloga“ LES ”, te metoda“ DES ”. Posljednje dvije metode prikladnije su za izračunavanje kretanja zraka u složenim geometrijama, gdje će se pojaviti brojna odvojena vrtložna područja, ali zahtijevaju velika računska sredstva.

Rezultati izračuna značajno ovise o izboru računske mreže. Trenutno se koriste posebni programi za povezivanje. Mrežaste ćelije mogu biti različitih oblika i veličina koje najbolje odgovaraju vašoj specifičnoj primjeni. Najjednostavniji tip rešetke je kada su ćelije iste i imaju kubični ili pravokutni oblik. Univerzalni računalni programi koji se trenutno koriste u inženjerskoj praksi dopuštaju rad na proizvoljnim nestrukturiranim mrežama.

Za izvođenje proračuna za numeričku simulaciju problema ventilacije potrebno je postaviti granične i početne uvjete, tj. vrijednosti ovisnih varijabli ili njihovi normalni gradijenti na granicama računske domene.

Specifikacija s dovoljnim stupnjem točnosti geometrijskih značajki objekta koji se proučava. U te svrhe moguće je za izgradnju trodimenzionalnih modela preporučiti takve pakete kao što su "SolidWorks", "Pro / Engeneer", "NX Nastran". Prilikom izrade računske mreže, broj ćelija se bira tako da se dobije pouzdano rješenje s minimalnim vremenom izračuna. Treba izabrati jedan od polu-empirijskih modela turbulencije koji je najučinkovitiji za tok koji se razmatra.

V. zaključak dodajemo da je za dobro formuliranje rubnih uvjeta problema i procjenu pouzdanosti rezultata potrebno dobro razumijevanje kvalitativne strane tekućih procesa. Modeliranje ventilacijskih emisija u fazi projektiranja objekata može se smatrati jednim od aspekata informacijskog modeliranja čiji je cilj osiguranje ekološke sigurnosti objekta.

Recenzenti:

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

Bibliografska referenca

Datsyuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov B.N., Taurit V.R. MODELIRANJE VENTILACIJSKIH PROCESA // Suvremeni problemi znanosti i obrazovanja. - 2012. - Broj 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (datum pristupa: 17.10.2019.). Skrećemo vam pozornost časopise koje izdaje "Akademija prirodnih znanosti"

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite donji obrazac

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

Slični dokumenti

Osnove funkcioniranja sustava automatskog upravljanja za dovodnu i ispušnu ventilaciju, njegova konstrukcija i matematički opis. Oprema tehnoloških procesa. Odabir i izračun regulatora. Proučavanje stabilnosti ATS -a, pokazatelji njegove kvalitete.

seminarski rad, dodan 16.02.2011


Opće karakteristike i namjena, područja praktične primjene sustava automatskog upravljanja za dovodnu i ispušnu ventilaciju. Automatizacija procesa regulacije, njezina načela i faze provedbe. Izbor sredstava i njihova ekonomska opravdanost.

diplomski rad, dodan 10.04.2011


Analiza postojećih tipičnih shema automatizacije ventilacije u proizvodnim pogonima. Matematički model procesa ventilacije industrijskih prostora, odabir i opis opreme za automatizaciju i upravljačkih elemenata. Izračun troškova projekta automatizacije.

diplomski rad, dodan 11.6.2012


Usporedna analiza tehničkih karakteristika tipičnih konstrukcija rashladnih tornjeva. Elementi vodoopskrbnih sustava i njihova klasifikacija. Matematički model procesa vodoopskrbe, izbor i opis opreme za automatizaciju i upravljačkih elemenata.

diplomski rad, dodan 09.04.2013


Opće karakteristike naftovoda. Klimatske i geološke karakteristike lokaliteta. Opći izgled crpne stanice. Crpne crpne stanice i farma tenkova PS-3 "Almetyevsk". Proračun dovodnog i ispušnog ventilacijskog sustava crpne radnje.

diplomski rad, dodan 17.04.2013


Analiza razvoja projekta dizajna ukrasnog štapa. Heraldika kao posebna disciplina koja se bavi proučavanjem grbova. Metode izrade alata za modele nalik vosku. Faze izračuna dovodne i ispušne ventilacije za odjeljak za topljenje.

diplomski rad, dodan 26.01.2013


Opis instalacije kao objekta automatizacije, mogućnosti poboljšanja tehnološkog procesa. Proračun i odabir elemenata kompleksa tehničkih sredstava. Proračun sustava automatskog upravljanja. Razvoj aplikacijskog softvera.

diplomski rad, dodan 24.11.2014

Glebov R.S., postdiplomski student Tumanov M.P., kandidat tehničkih znanosti, izvanredni profesor

Antyushin S.S., student poslijediplomskog studija (Moskovski državni institut za elektroniku i matematiku (Tehničko sveučilište)

PRAKTIČNI ASPEKTI IDENTIFIKACIJE MATEMATIČKOG MODELA

VENTILACIJSKA JEDINICA

Zbog pojave novih zahtjeva za ventilacijske sustave, eksperimentalne metode ugađanja zatvorenih upravljačkih petlji ne mogu u potpunosti riješiti probleme automatizacije tehnološkog procesa. Eksperimentalne metode ugađanja imaju inherentne kriterije optimizacije (kriterije kvalitete kontrole), što ograničava opseg njihove primjene. Parametarska sinteza upravljačkog sustava koja uzima u obzir sve zahtjeve tehničkog zadatka zahtijeva matematički model objekta. U članku se analizira struktura matematičkih modela ventilacijske jedinice, razmatra metoda identifikacije ventilacijske jedinice, procjenjuje se mogućnost dobivenih modela za praktičnu primjenu.

Ključne riječi: identifikacija, matematički model, ventilacijska jedinica, eksperimentalno proučavanje matematičkog modela, kriteriji kvalitete za matematički model.

PRAKTIČNI ASPEKTI IDENTIFIKACIJE MATEMATIČKOG MODELA

VENTILACIJSKE INSTALACIJE

U vezi s pojavom novih zahtjeva prema ventilaciji sustava, eksperimentalne metode prilagođavanja zatvorenih kontura upravljanja ne mogu u potpunosti riješiti problem automatizacije tehnološkog procesa. Eksperimentalne metode prilagodbe imaju postavljene kriterije optimizacije (kriterij kvalitete upravljanja) koja ograničava područje njihove primjene. Parametarska sinteza upravljačkog sustava, tehnički projekt koji uzima u obzir sve zahtjeve, zahtijeva matematički model objekta. U članku će biti prikazana analiza struktura matematičkih modela ventilacijskih instalacija, metoda razmatranja identifikacije ventilacijske instalacije, procjenjuje se mogućnost primjene primljenih modela za primjenu u praksi.

Ključne riječi: identifikacija, matematički model, ventilacijska instalacija, eksperimentalno istraživanje matematičkog modela, kriteriji kvalitete matematičkog modela.

Uvod

Upravljanje ventilacijskim sustavima jedan je od glavnih zadataka automatizacije građevinskih inženjerskih sustava. Zahtjevi za sustave upravljanja ventilacijskim jedinicama formulirani su u obliku kriterija kvalitete u vremenskoj domeni.

Glavni kriteriji kvalitete:

1. Prijelazno vrijeme (tnn) - vrijeme dok klima uređaj ne postigne način rada.

2. Stacionarna pogreška (eust) - najveće dopušteno odstupanje temperature dovodnog zraka od zadane.

Neizravni kriteriji kvalitete:

3. Prekoračenje (Ah) - prekoračenje snage pri upravljanju klima uređajem.

4. Stupanj oscilacija (y) - prekomjerno trošenje ventilacijske opreme.

5. Stupanj slabljenja (y) - karakterizira kvalitetu i brzinu uspostavljanja potrebnog temperaturnog režima.

Glavni zadatak automatizacije ventilacijskog sustava je parametarska sinteza regulatora. Parametarska sinteza sastoji se u određivanju koeficijenata regulatora kako bi se osigurali kriteriji kvalitete ventilacijskog sustava.

Za sintezu regulatora ventilacijske jedinice odabiru se inženjerske metode prikladne za primjenu u praksi, koje ne zahtijevaju proučavanje matematičkog modela objekta: metoda Ncho18-21gier (W), metoda Chien-HropeS-Re8, wsk (SNK). Suvremeni sustavi automatizacije ventilacije postavljaju visoke zahtjeve za pokazatelje kvalitete, sužavaju se dopušteni granični uvjeti za pokazatelje, pojavljuju se problemi s više kriterija kontrole. Inženjerske metode podešavanja regulatora ne dopuštaju promjenu kriterija kvalitete kontrole koji su u njima postavljeni. Na primjer, kada se za podešavanje regulatora koristi metoda N2, kriterij kvalitete je prigušenje prigušenja jednako četiri, a kada se koristi metoda SAE, kriterij kvalitete je maksimalna brzina nagiba u odsutnosti prekoračenja. Korištenje ovih metoda u rješavanju višekriterijskih problema upravljanja zahtijeva dodatno ručno podešavanje koeficijenata. Vrijeme i kvaliteta podešavanja upravljačkih petlji u ovom slučaju ovise o iskustvu servisnog inženjera.

Korištenje suvremenih alata za matematičko modeliranje za sintezu upravljačkog sustava za ventilacijsku jedinicu značajno poboljšava kvalitetu procesa upravljanja, skraćuje vrijeme za postavljanje sustava, a također omogućuje sintezu algoritamskih sredstava za otkrivanje i sprječavanje nesreća. Za simulaciju upravljačkog sustava potrebno je izraditi odgovarajući matematički model ventilacijske jedinice (upravljačkog objekta).

Praktična uporaba matematičkih modela bez procjene adekvatnosti postavlja niz problema:

1. Postavke regulatora dobivene tijekom matematičkog modeliranja ne jamče sukladnost pokazatelja kvalitete u praksi.

2. Primjena regulatora u praksi s ugrađenim matematičkim modelom (prisilna kontrola, Smith ekstrapolator itd.) Može uzrokovati pogoršanje pokazatelja kvalitete. Ako se vremenska konstanta ne podudara ili je dobitak prenizak, povećava se vrijeme postizanja rada klima uređaja jedinicom za rad, kada je dobitak precijenjen, dolazi do prekomjernog trošenja ventilacijske opreme itd.

3. Praktična primjena adaptivnih kontrolera s procjenom prema referentnom modelu također će uzrokovati pogoršanje pokazatelja kvalitete, slično gornjem primjeru.

4. Postavke regulatora dobivene metodama optimalne kontrole ne jamče sukladnost pokazatelja kvalitete u praksi.

Svrha je ove studije utvrditi strukturu matematičkog modela ventilacijske jedinice (duž petlje za kontrolu temperature) i procijeniti njezinu primjerenost stvarnim fizičkim procesima zagrijavanja zraka u ventilacijskim sustavima.

Iskustvo projektiranja upravljačkih sustava pokazuje da je nemoguće dobiti matematički model primjeren stvarnom sustavu samo na temelju teorijskih proučavanja fizikalnih procesa sustava. Stoga su u procesu sinteze modela ventilacijske jedinice, paralelno s teorijskim studijama, provedeni eksperimenti za utvrđivanje i usavršavanje matematičkog modela sustava - njegovu identifikaciju.

Tehnološki proces ventilacijskog sustava, organizacija pokusa

i strukturna identifikacija

Objekt kontrole ventilacijskog sustava je središnji klima uređaj, u kojem se protok zraka obrađuje i dovodi u ventilirane prostore. Zadaća lokalnog sustava kontrole ventilacije je automatsko održavanje temperature dovodnog zraka u kanalu. Trenutna vrijednost temperature zraka procjenjuje se senzorom instaliranim u dovodnom kanalu ili u prostoriji s posadom. Temperatura dovodnog zraka kontrolira se električnim ili grijačem vode. Kada koristite grijač vode, aktuator je trosmjerni ventil, kada koristite električni grijač-regulator širine impulsa ili tiristorski regulator snage.

Standardni upravljački algoritam za temperaturu dovodnog zraka je sustav automatskog upravljanja s zatvorenom petljom (ACS), s PID regulatorom kao upravljačkim uređajem. Prikazana je struktura automatiziranog sustava za kontrolu temperature dovodnog zraka ventilacijom (slika 1).

Riža. 1. Blok dijagram automatiziranog upravljačkog sustava ventilacijske jedinice (kanal za kontrolu temperature dovodnog zraka). Wreg - PF regulatora, Zhio - PF izvršnog tijela, Wcal - PF grijača, Wvv - prijenosna funkcija kanala. u1 - zadana vrijednost temperature, XI - temperatura u kanalu, XI - očitanja senzora, E1 - pogreška u upravljanju, U1 - upravljačko djelovanje regulatora, U2 - obrada signala regulatora pomoću aktuatora, U3 - toplina koju grijač prenosi na kanal.

Sinteza matematičkog modela ventilacijskog sustava pretpostavlja da je poznata struktura svake prijenosne funkcije uključene u njegov sastav. Korištenje matematičkog modela koji sadrži prijenosne funkcije pojedinih elemenata sustava težak je zadatak i ne jamči u praksi superpoziciju pojedinih elemenata s izvornim sustavom. Za identifikaciju matematičkog modela prikladno je podijeliti strukturu sustava upravljanja ventilacijom na dva dijela: apriori poznat (kontroler) i nepoznat (objekt). Prijenosna funkcija objekta ^ o) uključuje: prijenosnu funkciju izvršnog tijela ^ uo), prijenosnu funkciju grijača ^ cal), prijenosnu funkciju zračnog kanala ^ vv), prijenosnu funkciju senzora ^ datumi). Zadatak identifikacije ventilacijske jedinice pri kontroli temperature protoka zraka svodi se na utvrđivanje funkcionalnog odnosa između upravljačkog signala prema aktuatoru grijača U1 i temperature protoka zraka XI.

Za utvrđivanje strukture matematičkog modela ventilacijske jedinice potrebno je provesti identifikacijski pokus. Dobivanje željenih karakteristika moguće je pasivnim i aktivnim eksperimentom. Metoda pasivnog pokusa temelji se na registraciji kontroliranih parametara procesa u normalnom radu objekta bez unosa namjernih smetnji u njega. Tijekom faze postavljanja ventilacijski sustav ne radi normalno, pa metoda pasivnog pokusa nije prikladna za naše potrebe. Metoda aktivnog pokusa temelji se na korištenju određenih umjetnih smetnji unesenih u objekt prema unaprijed planiranom programu.

Postoje tri temeljne metode identifikacije aktivnog objekta: metoda prijelaznih karakteristika (reakcija objekta na "korak"), metoda ometanja objekta signalima periodičkog oblika (reakcija objekta na harmonične smetnje s različite frekvencije) i način reakcije objekta na delta impuls. Zbog velike inercije ventilacijskih sustava (TOB se kreće od desetaka sekundi do nekoliko minuta), identifikacija po signalima peri

Za daljnje čitanje članka morate kupiti cijeli tekst. Članci se šalju u formatu PDF na poštu naznačenu prilikom plaćanja. Vrijeme isporuke je manje od 10 minuta... Cijena jednog članka - 150 rubalja.

Slična znanstvena djela na temu "Opći i složeni problemi prirodnih i egzaktnih znanosti"

• ADAPTIVNO UPRAVLJANJE ZRAKNIM JEDINICAMA S DINAMIČKIM OPSKRBNIM PROTOKOM ZRAKA

  R.S. GLEBOVM. P. TUMANOV - 2012. godina

• Problem upravljanja i modeliranja izvanrednih situacija u naftnim rudnicima

  M. Yu. Liskova i I. S. Naumov - 2013. godina

• O PRIMJENI TEORIJE PARAMETRIJSKE UPRAVLJANJA RAČUNALNIM MODELIMA OPĆE EKVILIBRIJE

  ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVICH, ASHIMOV ABDYKAPPAR ASHIMOVICH, ASHIMOV ASKAR ABDYKAPPAROVICH, BOROVSKY NIKOLAY YURIEVICH, BOROVSKY YURI VYACHESLAVOVICH, SULTANOV BAKHYTV 2010

• MODELIRANJE BIOKLIMATIČKOG KROVA KORIŠTENJEM PRIRODNE VENTILACIJE

  OUEDRAOGO A., OUEDRAOGO I., PALM K., ZEGHMATI B. - 2008