Model matematyczny systemów wentylacyjnych. Opracowanie systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną. Wentylatory promieniowe nawiewno-wywiewne

Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy korzystający z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.

Podobne dokumenty

Podstawy systemu automatyczna kontrola wentylacja nawiewno-wywiewna, jego budowa i opis matematyczny. Ekwipunek proces technologiczny. Dobór i kalkulacja regulatora. Badanie stabilności ATS, wskaźniki jego jakości.

praca semestralna, dodano 16.02.2011


ogólna charakterystyka i cel, obszary praktycznego zastosowania systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną. Automatyzacja procesu regulacji, jej zasady i etapy realizacji. Dobór funduszy i ich ekonomiczne uzasadnienie.

praca dyplomowa, dodana 04.10.2011


Analiza istniejących typowych schematów automatyki wentylacyjnej sklepy produkcyjne. Model matematyczny procesu wentylacji pomieszczenia przemysłowe, wybór i opis narzędzi automatyzacji i sterowania. Kalkulacja kosztów projektu automatyzacji.

praca dyplomowa, dodana 06/11/2012


Analiza porównawcza specyfikacje standardowe projekty chłodnie kominowe Elementy systemów wodociągowych i ich klasyfikacja. Model matematyczny procesu recyklingu wody, dobór i opis urządzeń automatyki i sterowania.

praca dyplomowa, dodana 09.04.2013


Ogólna charakterystyka rurociągu naftowego. Charakterystyka klimatyczno-geologiczna terenu. Plan zagospodarowania przepompowni. Główna stacja pomp i zbiorników PS-3 „Almetyevsk”. Obliczenia systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej pompowni.

praca dyplomowa, dodana 17.04.2013


Analiza opracowania projektu konstrukcyjnego laski ozdobnej. Heraldyka jako szczególna dyscyplina zajmująca się badaniem herbów. Metody wykonywania oprzyrządowania do modeli woskowych. Etapy obliczeń wentylacji nawiewno-wywiewnej dla wydziału topienia.

praca dyplomowa, dodana 26.01.2013


Opis instalacji jako obiektu automatyzacji, możliwości usprawnienia procesu technologicznego. Obliczanie i dobór elementów zespołu środków technicznych. Obliczanie systemu automatycznego sterowania. Rozwój aplikacji oprogramowanie.

praca dyplomowa, dodana 24.11.2014

Prognozowanie reżim termiczny w obsługiwanych obszarach jest zadaniem wieloczynnikowym. Wiadomo, że reżim termiczny tworzony jest za pomocą systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji. Jednak przy projektowaniu systemów grzewczych nie bierze się pod uwagę wpływu przepływów powietrza wytworzonych przez inne systemy. Jest to częściowo uzasadnione faktem, że wpływ przepływów powietrza na reżim termiczny może być nieznaczny przy normatywnej ruchliwości powietrza w obsługiwanych obszarach.

Systemy aplikacji ogrzewanie promiennikowe wymaga nowego podejścia. Obejmuje to konieczność przestrzegania norm narażenia ludzi na stanowiskach pracy oraz uwzględnienie rozkładu ciepła promieniowania na wewnętrznych powierzchniach przegród budowlanych. Rzeczywiście, przy ogrzewaniu promiennikowym powierzchnie te są głównie ogrzewane, co z kolei oddaje ciepło do pomieszczenia poprzez konwekcję i promieniowanie. Dzięki temu utrzymywana jest wymagana temperatura powietrza wewnętrznego.

Z reguły w przypadku większości rodzajów pomieszczeń, wraz z systemami grzewczymi, wymagane są systemy wentylacyjne. Dlatego w przypadku korzystania z gazowych systemów ogrzewania promiennikowego pomieszczenie musi być wyposażone w systemy wentylacyjne. Minimalna wymiana powietrza w pomieszczeniach z uwalnianiem szkodliwych gazów i oparów jest określona w SP 60.13330.12. Ogrzewanie wentylacji i klimatyzacji i jest co najmniej jednorazowo, a na wysokości powyżej 6 m - co najmniej 6 m 3 na 1 m 2 powierzchni użytkowej. Ponadto wydajność systemów wentylacyjnych jest również zdeterminowana przeznaczeniem pomieszczeń i obliczana z warunków asymilacji emisji ciepła lub gazów lub kompensacji lokalnego ssania. Oczywiście wielkość wymiany powietrza należy również sprawdzić pod kątem stanu asymilacji produktów spalania. Kompensacja objętości usuwanego powietrza realizowana jest przez systemy wentylacja nawiewna. Jednocześnie istotną rolę w kształtowaniu reżimu cieplnego w obsługiwanych obszarach mają dysze zasilające i wprowadzane przez nie ciepło.

Metoda badawcza i wyniki

Istnieje zatem potrzeba opracowania przybliżonego modelu matematycznego złożonych procesów wymiany ciepła i masy zachodzących w pomieszczeniu z ogrzewaniem promiennikowym i wentylacją. Model matematyczny to układ równań bilansu ciepła powietrza dla charakterystycznych objętości i powierzchni pomieszczenia.

Rozwiązanie systemu pozwala na określenie parametrów powietrza w obsługiwanych obszarach, gdy różne opcje rozmieszczenie promiennikowych urządzeń grzewczych z uwzględnieniem wpływu systemów wentylacyjnych.

Rozważymy budowę modelu matematycznego na przykładzie zakładu produkcyjnego wyposażonego w system ogrzewania promiennikowego i nie posiadającego innych źródeł wytwarzania ciepła. Strumienie ciepła z grzejników rozkładają się w następujący sposób. Przepływy konwekcyjne wznoszą się do górnej strefy pod sufitem i oddają ciepło do wewnętrznej powierzchni. Promienisty składnik strumienia ciepła z grzejnika jest odbierany przez wewnętrzne powierzchnie zewnętrznych struktur otaczających pomieszczenie. Z kolei te powierzchnie oddają ciepło poprzez konwekcję do powietrza wewnętrznego i promieniowanie do innych powierzchni wewnętrznych. Część ciepła jest przekazywana przez zewnętrzne konstrukcje otaczające powietrze zewnętrzne. Schemat obliczeniowy wymiany ciepła pokazano na ryc. 1a.

Rozważymy budowę modelu matematycznego na przykładzie zakładu produkcyjnego wyposażonego w system ogrzewania promiennikowego i nie posiadającego innych źródeł wydzielania ciepła. Przepływy konwekcyjne wznoszą się do górnej strefy pod sufitem i oddają ciepło do wewnętrznej powierzchni. Promienisty składnik strumienia ciepła grzejnika jest odbierany przez wewnętrzne powierzchnie zewnętrznych struktur otaczających pomieszczenie

Następnie rozważ budowę schematu cyrkulacji powietrza (rys. 1b). Przyjmijmy schemat organizacji „doładowania” wymiany powietrza. Powietrze jest dostarczane w ilości M pr w kierunku obsługiwanego obszaru i jest usuwany z górnej strefy z natężeniem przepływu M w = M itp. Na poziomie górnej części obsługiwanego obszaru przepływ powietrza w strumieniu jest M strona Zwiększenie przepływu powietrza w strumieniu nawiewnym następuje dzięki cyrkulacji powietrza, które jest odrywane od strumienia.

Wprowadźmy warunkowe granice przepływów - powierzchnie, na których prędkości mają tylko składowe normalne do nich. Na ryc. 1b granice przepływu pokazano linią przerywaną. Następnie wybieramy szacunkowe wielkości: powierzchnia obsługiwana (powierzchnia ze stałym pobytem osób); objętości strumienia zasilającego i przyściennych przepływów konwekcyjnych. Kierunek przyściennych przepływów konwekcyjnych zależy od stosunku temperatur wewnętrznej powierzchni zewnętrznych struktur otaczających i otaczającego powietrza. Na ryc. Fig. 1b przedstawia schemat z opadającym przyściennym przepływem konwekcyjnym.

A więc temperatura powietrza w obsługiwanym obszarze t wz powstaje w wyniku mieszania strumieni powietrza, przyściennych przepływów konwekcyjnych i konwekcyjnego dopływu ciepła z powierzchnie wewnętrzne podłogi i ściany.

Biorąc pod uwagę opracowane schematy wymiany ciepła i cyrkulacji przepływów powietrza (rys. 1), skomponujemy równania bilansów ciepło-powietrze dla przydzielonych objętości:

Tutaj z— pojemność cieplna powietrza, J/(kg °C); Q od to moc gazowego systemu ogrzewania promiennikowego, W; Q z I Q* c - konwekcyjne przenoszenie ciepła z wewnętrznych powierzchni ściany w obrębie obsługiwanej powierzchni i ściany nad obsługiwanym obszarem, W; t strona, t c i t wz to temperatury powietrza w strumieniu nawiewnym na wejściu do obszaru roboczego, w przyściennym przepływie konwekcyjnym oraz w Obszar roboczy, °C; Q tp - strata ciepła pomieszczenia, W, równa sumie strat ciepła przez zewnętrzne konstrukcje obudowy:

Przepływ powietrza w strumieniu nawiewnym przy wejściu do obsługiwanego obszaru jest obliczany z zależności otrzymanych przez M.I. Grimitlina.

Na przykład w przypadku dyfuzorów wytwarzających zwarte strumienie natężenie przepływu w strumieniu wynosi:

gdzie m jest współczynnikiem tłumienia prędkości; F 0 - powierzchnia przekroju rury wlotowej dystrybutora powietrza, m 2; x- odległość od dystrybutora powietrza do miejsca wejścia do obsługiwanego obszaru, m; W celu n jest współczynnikiem nieizotermii.

Przepływ powietrza w przyściennym przepływie konwekcyjnym jest określony przez:

gdzie t c to temperatura wewnętrznej powierzchni ścian zewnętrznych, °C.

Równania bilans cieplny dla powierzchni granicznych mają postać:

Tutaj Q c , Q* c , Q pl i Q pt - konwekcyjne przenoszenie ciepła z wewnętrznych powierzchni ściany w obrębie obsługiwanej powierzchni - odpowiednio ściany nad obsługiwanym obszarem, podłoga i powłoka; Q tp.s, Q* tp.s, Q poseł., Q tp.pt - straty ciepła przez odpowiednie konstrukcje; W z, W* c , W pl, W nm to promieniujące strumienie ciepła z emitera docierające do tych powierzchni. Konwekcyjny transfer ciepła jest określony przez znaną zależność:

gdzie m J jest współczynnikiem określanym z uwzględnieniem położenia powierzchni i kierunku przepływu ciepła; F J to powierzchnia, m 2 ; t J to różnica temperatur między powierzchnią a powietrzem otoczenia, °C; J— wskaźnik rodzaju powierzchni.

Strata ciepła Q tJ można wyrazić jako

gdzie t n to temperatura powietrza na zewnątrz, °C; t J jest temperaturą wewnętrznych powierzchni zewnętrznych struktur otaczających, °C; R oraz R n - opór cieplny i cieplny ogrodzenia zewnętrznego, m 2 ° С / W.

Otrzymano model matematyczny procesów wymiany ciepła i masy pod wpływem połączonego działania ogrzewania promiennikowego i wentylacji. Wyniki rozwiązania pozwalają na uzyskanie głównych charakterystyk reżimu cieplnego przy projektowaniu systemów ogrzewania płaszczyznowego dla budynków różnego przeznaczenia wyposażonych w systemy wentylacyjne

Promieniujące strumienie ciepła z emiterów promiennikowych systemów grzewczych wj obliczane są w kategoriach wzajemnych pól promieniowania zgodnie z metodą dowolnej orientacji emiterów i otaczających powierzchni:

gdzie z 0 to emisyjność całkowicie czarnego ciała, W / (m 2 K 4); ε IJ to zmniejszony stopień emisyjności powierzchni biorących udział w wymianie ciepła I oraz J; H IJ to wzajemna powierzchnia promieniowania powierzchni I oraz J, m2 ; T I- Średnia temperatura powierzchnia promieniująca, określona z bilansu cieplnego grzejnika, K; T J to temperatura powierzchni odbierającej ciepło, K.

Podstawiając wyrażenia na przepływy ciepła i natężenia przepływu powietrza w dżetach, otrzymujemy układ równań będący przybliżonym modelem matematycznym procesów wymiany ciepła i masy w ogrzewaniu promieniowym. Do rozwiązania systemu można użyć standardowych programów komputerowych.

Otrzymano model matematyczny procesów wymiany ciepła i masy pod wpływem połączonego działania ogrzewania promiennikowego i wentylacji. Wyniki rozwiązania pozwalają na uzyskanie głównych charakterystyk reżimu cieplnego przy projektowaniu systemów ogrzewania płaszczyznowego dla budynków różnego przeznaczenia wyposażonych w systemy wentylacyjne.

Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Michaił Samoletow

W nowoczesny świat bez tego nie da się już obejść modelowanie matematyczne przepływ powietrza w projektowaniu instalacji wentylacyjnych.

We współczesnym świecie przy projektowaniu systemów wentylacyjnych nie można już obejść się bez matematycznego modelowania przepływu powietrza. Konwencjonalne techniki inżynieryjne są dobrze dopasowane do typowych pomieszczeń i standardowe rozwiązania do dystrybucji powietrza. Gdy projektant napotyka obiekty niestandardowe, z pomocą powinny mu się przydać metody modelowania matematycznego. Artykuł poświęcony jest badaniu dystrybucji powietrza w zimnych porach roku w warsztacie produkcji rur. Warsztat ten jest częścią kompleksu fabrycznego, położonego w ostrym klimacie kontynentalnym.

W XIX wieku otrzymali równania różniczkowe opisać przepływ cieczy i gazów. Zostały one sformułowane przez francuskiego fizyka Louisa Naviera i brytyjskiego matematyka George'a Stokesa. Równania Naviera-Stokesa należą do najważniejszych w hydrodynamice i są wykorzystywane w matematycznym modelowaniu wielu zjawisk przyrodniczych i problemów technicznych.

Za ostatnie lata nagromadziło się wiele różnorodnych geometrycznie i termodynamicznie złożonych obiektów w budownictwie. Zastosowanie metod obliczeniowej dynamiki płynów znacznie zwiększa możliwości projektowania systemów wentylacyjnych, umożliwiając z dużą dokładnością przewidywanie rozkładów prędkości, ciśnienia, temperatury i stężenia składników w dowolnym punkcie budynku lub w dowolnym jego lokal.

Intensywne wykorzystanie metod obliczeniowej dynamiki płynów rozpoczęło się w 2000 roku, kiedy pojawiły się uniwersalne powłoki oprogramowania (pakiety CFD), które umożliwiły znalezienie rozwiązań numerycznych układu równań Naviera-Stokesa dla obiektu zainteresowania. Od tego czasu BUREAU TEHNIKI zajmuje się modelowaniem matematycznym w odniesieniu do problemów wentylacji i klimatyzacji.

Opis zadania

W tym badaniu symulacje numeryczne przeprowadzono przy użyciu STAR-CCM+, pakietu CFD opracowanego przez CD-Adapco. występ ten pakiet przy rozwiązywaniu problemów z wentylacją było
był wielokrotnie testowany na obiektach o różnym stopniu złożoności, od pomieszczeń biurowych po sale teatralne i stadiony.

Problem jest bardzo interesujący zarówno z punktu widzenia projektowania, jak i modelowania matematycznego.

Temperatura zewnętrzna -31°C. W pomieszczeniu znajdują się obiekty o znacznych dopływach ciepła: piec do hartowania, piec do odpuszczania itp. Występują więc duże różnice temperatur pomiędzy zewnętrznymi konstrukcjami obudowy a wewnętrznymi obiektami wytwarzającymi ciepło. Dlatego też w symulacji nie można pominąć udziału radiacyjnej wymiany ciepła. Dodatkowa trudność w matematycznym sformułowaniu problemu polega na tym, że ciężki pociąg o temperaturze -31 °C jest wwożony do pomieszczenia kilka razy w ciągu zmiany. Stopniowo się nagrzewa, schładzając otaczające go powietrze.

W celu utrzymania wymaganej temperatury powietrza w kubaturze warsztatu (w porze zimnej nie niższej niż 15°C) projekt przewiduje instalacje wentylacji i klimatyzacji. Na etapie projektowania obliczono przepływ i temperaturę powietrza nawiewanego niezbędną do utrzymania wymaganych parametrów. Pozostało pytanie - jak dostarczyć powietrze do objętości warsztatu, aby zapewnić najbardziej równomierny rozkład temperatury w całej objętości. Symulacja pozwoliła zobaczyć schemat przepływu powietrza dla kilku opcji nawiewu w stosunkowo krótkim czasie (od dwóch do trzech tygodni), a następnie je porównać.

ETAPY MODELOWANIA MATEMATYCZNEGO

• Budowa geometrii bryłowej.
• Podział obszaru roboczego na komórki siatki obliczeniowej. Konieczne jest przewidzenie obszarów, w których wymagane jest dodatkowe udoskonalenie ogniw. Podczas budowania siatki bardzo ważne jest znalezienie złotego środka, w którym rozmiar komórki jest wystarczająco mały, aby uzyskać prawidłowe wyniki, a całkowita liczba komórek nie jest na tyle duża, aby przeciągnąć czas obliczeń do niedopuszczalnych czasów. Dlatego budowanie siatki to cała sztuka, która wiąże się z doświadczeniem.
• Ustalenie warunków brzegowych i początkowych zgodnie ze sformułowaniem problemu. Wymagane jest zrozumienie specyfiki zadań wentylacyjnych. odgrywa ważną rolę w obliczeniach właściwy wybór modele turbulencji.
• Dobór odpowiednich modeli fizycznych i turbulencji.

Wyniki symulacji

Aby rozwiązać problem rozważany w tym artykule, przeszły wszystkie etapy modelowania matematycznego.

Do porównania wydajności wentylacji wybrano trzy opcje nawiewu powietrza: pod kątem do pionu 45°, 60° i 90°. Powietrze dostarczane było ze standardowych kratek rozprowadzających powietrze.

Pola temperatury i prędkości uzyskane w wyniku obliczeń przy różnych kątach posuwu powietrze nawiewane, przedstawiono na ryc. jeden.

Po przeanalizowaniu wyników jako najbardziej udaną z rozważanych opcji wentylacji warsztatu wybrano kąt nawiewu 90°. Dzięki tej metodzie zasilania nie powstają zwiększone prędkości w obszarze roboczym i możliwe jest uzyskanie dość jednolitego wzorca temperatury i prędkości w całym warsztacie.

Ostateczna decyzja

Pola temperatury i prędkości w trzech przekroje przechodzące przez kratki zasilające pokazano na ryc. 2 i 3. Rozkład temperatury w całym pomieszczeniu jest równomierny. Tylko w obszarze koncentracji pieców jest więcej wysokie wartości temperatura sufitu. W prawym prawym rogu pomieszczenia, z dala od pieców, znajduje się zimniejszy obszar. To tutaj wjeżdżają chłodnie z ulicy.

Z ryc. 3 wyraźnie pokazuje, jak rozchodzą się poziome strumienie nawiewanego powietrza. Przy tym sposobie zasilania strumień zasilający ma wystarczająco duży zasięg. Czyli w odległości 30 m od kratki prędkość przepływu wynosi 0,5 m/s (na wyjściu z kratki prędkość wynosi 5,5 m/s). W pozostałej części pomieszczenia ruchliwość powietrza jest niewielka, na poziomie 0,3 m/s.

Ogrzane powietrze z pieca do hartowania kieruje strumień powietrza nawiewanego do góry (rys. 4 i 5). Piec bardzo mocno nagrzewa otaczające go powietrze. Temperatura przy podłodze jest tu wyższa niż w środkowej części pomieszczenia.

Na ryc. 6.

Wyniki

Przeprowadzone obliczenia pozwoliły na analizę wydajności różne drogi doprowadzenie powietrza w warsztacie produkcji rur. Stwierdzono, że gdy nawiewany jest strumień poziomy, powietrze nawiewane dalej rozprzestrzenia się w pomieszczeniu, przyczyniając się do jego bardziej równomiernego ogrzewania. Nie tworzy to obszarów o zbyt dużej ruchliwości powietrza w obszarze roboczym, jak to ma miejsce, gdy powietrze nawiewane jest dostarczane pod kątem w dół.

Zastosowanie metod modelowania matematycznego w problematyce wentylacji i klimatyzacji to bardzo obiecujący kierunek, który pozwala skorygować rozwiązanie już na etapie projektowania, aby zapobiec konieczności korygowania nieudanych decyzji projektowych po uruchomieniu. ●

Daria Denisichina - Kierownik Katedry „Modelowania Matematycznego”;
Maria Łukanina - Inżynier Wiodący Katedry Modelowania Matematycznego;
Michaił Samoletow - Dyrektor Wykonawczy MM-Technologies LLC

Szanowni członkowie komisji atestacyjnej, przedstawiam państwu ukończenie studiów praca kwalifikacyjna, którego celem jest opracowanie systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną hal produkcyjnych.

Wiadomo, że automatyzacja jest jednym z najważniejszych czynników wzrostu wydajności pracy w produkcji przemysłowej, wzrostu jakości produktów i usług. Ciągłe poszerzanie zakresu automatyki to jedna z głównych cech branży na tym etapie. Opracowany projekt dyplomowy jest jedną z idei dziedziczenia rozwijającej się koncepcji budowy „inteligentnych” budynków, czyli obiektów, w których warunki życia ludzkiego są sterowane środkami technicznymi.

Główne zadania do rozwiązania w projekcie to modernizacja istniejącego systemu wentylacji powietrza na miejscu realizacji - halach produkcyjnych VOMZ SA - w celu zapewnienia jego wydajności (oszczędności w zużyciu energii i ciepła, zmniejszenie kosztów utrzymania systemu, skrócenie przestojów) , utrzymanie komfortowego mikroklimatu i czystości powietrza w miejscach pracy, sprawność i stabilność, niezawodność systemu w trybach awaryjnych/krytycznych.

Problem rozważany w projekcie dyplomowym wynika z przestarzałości i technicznej przestarzałości (zużycia) istniejącego systemu sterowania PVV. Zasada rozproszona zastosowana w konstrukcji IPV wyklucza możliwość scentralizowanej kontroli (uruchomienie i monitorowanie stanu). Brak przejrzystego algorytmu start/stop systemu powoduje również, że system jest zawodny ze względu na: ludzki błąd oraz brak awaryjnych trybów pracy – niestabilnych w stosunku do rozwiązywanych zadań.

Znaczenie problemu projektowania dyplomów wynika z ogólnego wzrostu zachorowalności na drogi oddechowe i przeziębienia pracowników, ogólnego spadku wydajności pracy i jakości produktów w tym zakresie. Opracowanie nowego ACS PVV jest bezpośrednio związane z polityką jakości fabryki (ISO 9000), a także z programami modernizacji wyposażenia fabryki i automatyzacji systemów podtrzymywania życia dla warsztatów.

Centralnym elementem sterującym systemu jest szafa automatyki z mikrokontrolerem i osprzętem dobrana na podstawie wyników badań marketingowych (plakat 1). Ofert rynkowych jest wiele, ale wybrany sprzęt jest co najmniej tak dobry, jak jego odpowiedniki. Ważnym kryterium był koszt, zużycie energii i parametry ochronne sprzętu.

Schemat funkcjonalny automatyzacji IPV pokazano na rysunku 1. Podejście scentralizowane zostało wybrane jako główne w projektowaniu ACS, co umożliwia mobilne wprowadzenie systemu do wdrożenia, jeśli to konieczne, zgodnie z podejściem mieszanym , co oznacza możliwość wysyłania i komunikacji z innymi sieciami przemysłowymi. Scentralizowane podejście jest wysoce skalowalne, wystarczająco elastyczne - wszystkie te właściwości jakościowe określa wybrany mikrokontroler - WAGO I/O System, a także implementacja programu sterującego.

Podczas projektowania dobrano elementy automatyki – siłowniki, czujniki, kryterium doboru była funkcjonalność, stabilność pracy w trybach krytycznych, zakres pomiaru/regulacji parametru, cechy instalacji, forma wyjścia sygnału, tryby pracy. Główny modele matematyczne i zasymulowano działanie układu regulacji temperatury powietrza ze sterowaniem pozycją przepustnicy zaworu trójdrożnego. Symulację przeprowadzono w środowisku VisSim.

Do regulacji wybrano metodę „równoważenia parametrów” w obszarze wartości kontrolowanych. Jako prawo sterowania wybrano proporcjonalny, ponieważ nie ma wysokich wymagań co do dokładności i szybkości systemu, a zakresy wartości wejścia/wyjścia są niewielkie. Funkcje sterownika realizowane są przez jeden z portów sterownika zgodnie z programem sterującym. Wyniki symulacji tego bloku przedstawiono w plakacie 2.

Algorytm działania układu przedstawiono na rysunku 2. Program sterujący realizujący ten algorytm składa się z bloków funkcjonalnych, zastosowano blok stałych, wykorzystywane są funkcje standardowe i specjalizowane. Elastyczność i skalowalność systemu zapewniona jest zarówno programowo (wykorzystanie bloków FB, stałych, etykiet i przejść, zwartość programu w pamięci sterownika) jak i technicznie (ekonomiczne wykorzystanie portów wejścia/wyjścia, porty redundantne).

Programowo zapewnia działania systemu w trybach awaryjnych (przegrzanie, awaria wentylatora, hipotermia, zatkanie filtra, pożar). Algorytm działania systemu w trybie ochrony przeciwpożarowej przedstawiono na rysunku 3. Algorytm ten uwzględnia wymagania norm dotyczących czasu ewakuacji i środków ochrony przeciwpożarowej. Ogólnie rzecz biorąc, zastosowanie tego algorytmu jest skuteczne i potwierdzone testami. Rozwiązany został również problem modernizacji okapów wyciągowych pod kątem bezpieczeństwa pożarowego. Znalezione rozwiązania zostały rozważone i zaakceptowane jako rekomendacje.

Niezawodność zaprojektowanego systemu zależy całkowicie od niezawodności oprogramowania i kontrolera jako całości. Opracowany program sterujący został poddany procesowi debugowania, testowania ręcznego, strukturalnego i funkcjonalnego. Wybrano tylko zalecane i certyfikowane jednostki, aby zapewnić niezawodność i zgodność z gwarancją na automatykę. Gwarancja producenta na wybraną szafę automatyki pod warunkiem spełnienia zobowiązań gwarancyjnych wynosi 5 lat.

Opracowano również uogólnioną strukturę systemu, zbudowano zegarowy cyklogram pracy systemu, utworzono tabelę połączeń i oznaczeń kabli, utworzono schemat instalacji ACS.

Wskaźniki ekonomiczne projektu, obliczone przeze mnie w części organizacyjnej i ekonomicznej, przedstawia plakat nr 3. Ten sam plakat przedstawia wykres paskowy procesu projektowania. Do oceny jakości programu kontrolnego zastosowano kryteria zgodne z GOST RISO/IEC 926-93. Ocenę efektywności ekonomicznej inwestycji przeprowadzono za pomocą analizy SWOT. Oczywiście zaprojektowany system charakteryzuje się niskim kosztem (struktura kosztów - plakat 3) i dość szybkim okresem zwrotu (obliczonym przy minimalnych oszczędnościach). Można więc wnioskować o wysokiej efektywności ekonomicznej zabudowy.

Ponadto rozwiązano kwestie ochrony pracy, bezpieczeństwa elektrycznego i przyjazności systemu dla środowiska. Wybór przewodów przewodzących, filtrów kanałów powietrznych jest uzasadniony.

Tak więc w wyniku robienia Praca dyplomowa opracowano projekt modernizacji, który jest optymalny w stosunku do wszystkich stawianych wymagań. Projekt rekomendowany do realizacji zgodnie z warunkami modernizacji urządzeń zakładu.

Jeżeli opłacalność i jakość projektu potwierdzi okres próbny, planowane jest wdrożenie poziomu dyspozytorskiego z wykorzystaniem lokalnej sieci przedsiębiorstwa, a także modernizację wentylacji pozostałych pomieszczeń produkcyjnych w celu ich połączenia w jedną sieć przemysłową. W związku z tym etapy te obejmują opracowanie oprogramowania dyspozytorskiego, rejestrację stanu systemu, błędów, wypadków (DB), organizację zautomatyzowanego stanowiska pracy lub punktu kontrolnego (CCP). Możliwe jest również wypracowanie słabych punktów istniejącego systemu, takich jak modernizacja jednostek zabiegowych, a także uzupełnienie zaworów dolotowych powietrza z mechanizmem zamrażania.

adnotacja

Praca dyplomowa obejmuje wstęp, 8 rozdziałów, zakończenie, spis piśmiennictwa, podania i 141 stron tekstu maszynowego z ilustracjami.

W pierwszej części przedstawiono przegląd i analizę potrzeby zaprojektowania systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną (ACS PVV) warsztatów produkcyjnych, studium marketingowe szaf automatyki. Rozważane są typowe schematy wentylacji i alternatywne podejścia do rozwiązywania problemów projektowych stopniowania.

W drugiej części przedstawiono opis istniejącego systemu PVW w przedmiocie wdrożenia – OAO VOMZ, jako procesu technologicznego. Powstaje uogólniony schemat blokowy automatyzacji procesu technologicznego przygotowania powietrza.

W trzeciej części sformułowano rozszerzoną propozycję techniczną rozwiązania problemów projektowania dyplomowego.

Czwarty rozdział poświęcony jest rozwojowi dział samobieżnych. Dobierane są elementy automatyki i sterowania, przedstawiono ich opis techniczny i matematyczny. Opisano algorytm sterowania temperaturą powietrza nawiewanego. Opracowano model i przeprowadzono symulację pracy ACS dla utrzymania temperatury powietrza w pomieszczeniu. Wybrane i uzasadnione okablowanie elektryczne. Skonstruowano cyklogram zegarowy pracy systemu.

Piąta sekcja zawiera specyfikacje programowalny sterownik logiczny (PLC) WAGO I/O System. Podano tabele połączeń czujników i elementów wykonawczych z portami PLC, m.in. i wirtualny.

Rozdział szósty poświęcony jest opracowaniu funkcjonujących algorytmów i napisaniu programu sterującego PLC. Wybór środowiska programistycznego jest uzasadniony. Podano algorytmy blokowe do opracowywania sytuacji awaryjnych przez system, algorytmy blokowe dla bloków funkcjonalnych, które rozwiązują problemy uruchamiania, sterowania i regulacji. Sekcja zawiera wyniki testowania i debugowania programu sterującego PLC.

Rozdział siódmy dotyczy bezpieczeństwa i przyjazności dla środowiska projektu. Przeprowadzana jest analiza czynników niebezpiecznych i szkodliwych podczas eksploatacji ACS PVV, podejmowana jest decyzja o ochronie pracy i zapewnieniu przyjazności dla środowiska projektu. Opracowywana jest ochrona systemu przed sytuacjami awaryjnymi, m.in. wzmocnienie systemu pod kątem ochrony przeciwpożarowej i zapewnienia stabilności pracy w trakcie sytuacje awaryjne. Opracowany dyrektor schemat funkcjonalny automatyzacja specyfikacji.

Część ósma poświęcona jest organizacyjnemu i ekonomicznemu uzasadnieniu rozwoju. Kalkulacja kosztów, wydajności i okresu zwrotu kosztów opracowania projektu, m.in. biorąc pod uwagę etap realizacji. Odzwierciedlane są etapy rozwoju projektu, szacowana jest pracochłonność prac. Podano ocenę efektywności ekonomicznej projektu z wykorzystaniem analizy SWOT rozwoju.

Na zakończenie podano wnioski dotyczące projektu dyplomowego.

Wstęp

Automatyzacja jest jednym z najważniejszych czynników wzrostu wydajności pracy w produkcji przemysłowej. Nieustannym warunkiem przyspieszenia tempa wzrostu automatyzacji jest rozwój technicznych środków automatyzacji. Techniczne środki automatyki obejmują wszystkie urządzenia wchodzące w skład systemu sterowania i przeznaczone do odbierania informacji, przesyłania ich, przechowywania i przetwarzania, a także realizacji działań sterowniczych i regulacyjnych na obiekcie sterowania technologicznego.

Rozwój technologicznych środków automatyzacji jest procesem złożonym, który z jednej strony opiera się na interesach zautomatyzowanej produkcji konsumenckiej, az drugiej na możliwościach ekonomicznych przedsiębiorstw produkcyjnych. Podstawowym bodźcem do rozwoju jest zwiększenie efektywności produkcji – konsumenci, poprzez wprowadzenie Nowa technologia może być wykonalne tylko wtedy, gdy koszty zostaną szybko odzyskane. Dlatego kryterium wszystkich decyzji dotyczących rozwoju i wdrażania nowych narzędzi powinien być całkowity efekt ekonomiczny, uwzględniający wszystkie koszty opracowania, produkcji i wdrożenia. W związku z tym w celu opracowania należy przede wszystkim wziąć pod uwagę produkcję tych opcji środków technicznych, które zapewniają maksymalny całkowity efekt.

Ciągłe poszerzanie zakresu automatyki to jedna z głównych cech branży na tym etapie.

Szczególną uwagę zwrócono na kwestie ekologii przemysłowej i bezpieczeństwa pracy w produkcji. Podczas projektowania nowoczesna technologia, urządzeń i konstrukcji, konieczne jest naukowe uzasadnienie rozwoju bezpieczeństwa i nieszkodliwości pracy.

Na obecnym etapie rozwoju Gospodarka narodowa kraju jednym z głównych zadań jest zwiększenie efektywności produkcji społecznej w oparciu o proces naukowo-techniczny oraz pełniejsze wykorzystanie wszystkich rezerw. Zadanie to jest nierozerwalnie związane z problemem optymalizacji rozwiązań projektowych, których celem jest stworzenie niezbędnych warunków do zwiększenia efektywności inwestycji kapitałowych, skrócenia ich okresów zwrotu i zapewnienia największego wzrostu produkcji na wydany rubel. Zwiększenie wydajności pracy, wytwarzanie wysokiej jakości produktów, poprawę warunków pracy i wypoczynku pracowników zapewniają systemy wentylacji powietrza, które tworzą niezbędny mikroklimat i jakość powietrza w pomieszczeniach.

Celem pracy dyplomowej jest opracowanie systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną (ACS PVV) hal produkcyjnych.

Problem rozważany w projekcie dyplomowym wynika ze zużycia systemu automatyki PVV w JSC "Zakład Optyczno-Mechaniczny Wołogda". Dodatkowo system jest zaprojektowany jako rozproszony, co eliminuje możliwość scentralizowanego zarządzania i monitorowania. Na obiekt realizacji wybrano miejsce wtrysku (kategoria B dla bezpieczeństwa przeciwpożarowego), a także sąsiadujące z nim pomieszczenia - stanowisko maszyn CNC, biuro projektowo-dyspozytorskie, magazyny.

Zadania projektu dyplomowego są sformułowane w wyniku badania aktualnego stanu ACS PVV i na podstawie przeglądu analitycznego, podane są w rozdziale 3 „Oferta techniczna”.

Zastosowanie wentylacji kontrolowanej otwiera nowe możliwości rozwiązania powyższych problemów. Opracowany układ automatyki powinien być optymalny pod względem realizacji wyznaczonych funkcji.

Jak wspomniano powyżej, znaczenie rozwoju wynika zarówno z przestarzałości istniejących dział samobieżnych, jak i ze wzrostu liczby prace naprawcze na „trasy” wentylacji i ogólny wzrost zachorowalności na drogi oddechowe i przeziębienia pracowników, tendencję do pogorszenia samopoczucia podczas długiej pracy, a w konsekwencji ogólny spadek wydajności pracy i jakości produktów. Na uwagę zasługuje fakt, że istniejący system kierowania ogniem nie jest powiązany z automatyką pożarową, co jest nie do przyjęcia dla tego rodzaju produkcji. Opracowanie nowego ACS PVV jest bezpośrednio związane z polityką jakości fabryki (ISO 9000), a także z programami modernizacji wyposażenia fabryki i automatyzacji systemów podtrzymywania życia dla warsztatów.

Projekt dyplomowy korzysta z zasobów Internetu (fora, biblioteki elektroniczne, artykuły i publikacje, portale elektroniczne), a także literaturę techniczną z wymaganej tematyki oraz teksty norm (GOST, SNIP, SanPiN). Również rozwój ACS PVV odbywa się z uwzględnieniem propozycji i zaleceń specjalistów, na podstawie istniejących planów instalacji, tras kablowych, systemów kanałów wentylacyjnych.

Warto zauważyć, że problem poruszony w projekcie dyplomowym ma miejsce w prawie wszystkich starych fabrykach kompleksu obronno-przemysłowego, ponowne wyposażenie warsztatów jest jednym z najważniejszych zadań w zakresie zapewnienia jakości produktu dla końcowego konsumenta. W ten sposób projekt dyplomu będzie odzwierciedlał zgromadzone doświadczenie w rozwiązywaniu podobnych problemów w przedsiębiorstwach o podobnym rodzaju produkcji.

1. Przegląd analityczny

1.1 Analiza ogólna konieczność zaprojektowania ACS PVV

Najważniejszym źródłem oszczędności zasobów paliwowych i energetycznych wydatkowanych na zaopatrzenie w ciepło dużych obiektów przemysłowych o znacznym zużyciu ciepła i energii elektrycznej jest wzrost wydajności systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej (SVV) w oparciu o wykorzystanie nowoczesnych osiągnięć w zakresie technologia komputerowa i sterująca.

Zwykle do sterowania systemem wentylacji wykorzystywane są lokalne narzędzia automatyki. Główną wadą takiej regulacji jest to, że nie uwzględnia ona rzeczywistego bilansu powietrza i ciepła w budynku oraz rzeczywistych warunków atmosferycznych: temperatury powietrza na zewnątrz, prędkości i kierunku wiatru, ciśnienia atmosferycznego.

Dlatego pod wpływem lokalnej automatyki system wentylacji z reguły nie działa w trybie optymalnym.

Efektywność systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej można znacznie zwiększyć, jeśli systemy są optymalnie sterowane w oparciu o zestaw odpowiednich narzędzi sprzętowych i programowych.

Kształtowanie się reżimu termicznego można przedstawić jako interakcję czynników zakłócających i regulujących. Do określenia działania kontrolnego potrzebne są informacje o właściwościach i liczbie parametrów wejściowych i wyjściowych oraz warunkach przebiegu procesu wymiany ciepła. Ponieważ celem sterowania urządzeniami wentylacyjnymi jest zapewnienie wymaganych warunków powietrza w obszarze roboczym budynków przy minimalnych kosztach energii i materiałów, to przy pomocy komputera będzie można znaleźć najlepsza opcja i opracować odpowiednie działania kontrolne w tym systemie. W efekcie komputer wraz z odpowiednim zestawem sprzętu i oprogramowania tworzy zautomatyzowany system sterowania reżimem cieplnym pomieszczeń budynku (ACS TRP). Jednocześnie należy zauważyć, że pod komputerem można rozumieć zarówno panel sterowania EEW, jak i panel sterowania do monitorowania stanu EEW, a także najprostszy komputer z programem symulacyjnym dla ACS europejskiego nakazu dowodowego, przetwarzanie wyników i na ich podstawie kontrolę operacyjną.

System automatycznego sterowania to połączenie obiektu sterowania (sterowanego procesu technologicznego) i urządzeń sterujących, których współdziałanie zapewnia automatyczny przebieg procesu zgodnie z zadanym programem. W tym przypadku proces technologiczny rozumiany jest jako ciąg operacji, które należy wykonać, aby z wsadu uzyskać gotowy produkt. W przypadku PVV produktem gotowym jest powietrze w obsługiwanym pomieszczeniu o określonych parametrach (temperatura, skład gazu itp.), a surowcem jest powietrze zewnętrzne i wywiewane, nośniki ciepła, energia elektryczna itp.

Podstawa funkcjonowania ACS PVV, jak każdy system sterowania, powinna być oparta informacja zwrotna(OS): opracowanie działań kontrolnych na podstawie informacji o obiekcie uzyskanych za pomocą czujników zainstalowanych lub rozmieszczonych na obiekcie.

Każdy konkretny ACS jest opracowywany w oparciu o daną technologię przetwarzania strumienia powietrza wlotowego. Często system wentylacji nawiewno-wywiewnej kojarzony jest z systemem klimatyzacji (przygotowania), co znajduje również odzwierciedlenie w projektowaniu automatyki sterującej.

W przypadku korzystania z urządzeń samodzielnych lub kompletnych instalacje technologiczne ACS do przetwarzania powietrza są dostarczane jako wbudowane w urządzenie i wyposażone w pewne funkcje kontrolne, które zazwyczaj są szczegółowo opisane w dokumentacji technicznej. W takim przypadku regulacja, konserwacja i eksploatacja takich systemów sterowania muszą być przeprowadzane w ścisłej zgodności z określoną dokumentacją.

Analiza rozwiązania techniczne nowoczesnych PVV wiodących firm - producentów urządzeń wentylacyjnych wykazali, że funkcje sterowania można podzielić na dwie kategorie:

Funkcje kontrolne określone przez technologię i sprzęt do obsługi powietrza;

Funkcje dodatkowe, które w większości są funkcjami usługowymi, są prezentowane jako know-how firm i nie są tutaj brane pod uwagę.

Ogólnie rzecz biorąc, główne funkcje technologiczne sterowania urządzeniami klimatyzacyjnymi można podzielić na następujące grupy (rys. 1.1)

Ryż. 1.1 - Główne funkcje technologiczne sterowania PVV

Opiszmy, co oznaczają funkcje PWV pokazane na ryc. 1.1.

1.1.1 Funkcja „Monitorowanie i rejestracja parametrów”

Zgodnie z SNiP 2.04.05-91 obowiązkowymi parametrami kontrolnymi są:

Temperatura i ciśnienie we wspólnych rurociągach zasilających i powrotnych oraz na wylocie każdego wymiennika ciepła;

Temperatura powietrza na zewnątrz, powietrza nawiewanego za wymiennikiem oraz temperatura w pomieszczeniu;

normy RPP szkodliwe substancje w powietrzu usuwanym z pomieszczenia (obecność gazów, produktów spalania, nietoksycznego pyłu).

Pozostałe parametry w systemach wentylacji nawiewno-wywiewnej są kontrolowane na żądanie specyfikacje sprzęt lub warunki pracy.

Zdalne sterowanie służy do pomiaru głównych parametrów procesu technologicznego lub parametrów związanych z realizacją innych funkcji sterowania. Kontrola taka realizowana jest za pomocą czujników i przetworników pomiarowych z wyjściem (jeśli to konieczne) mierzonych parametrów na wskaźnik lub ekran urządzenia sterującego (panel sterujący, monitor komputera).

Do pomiaru innych parametrów zwykle stosuje się przyrządy lokalne (przenośne lub stacjonarne) - termometry wskazujące, manometry, urządzenia do analizy spektralnej składu powietrza itp.

Stosowanie lokalnych urządzeń sterujących nie narusza podstawowej zasady systemów sterowania – zasady sprzężenia zwrotnego. W tym przypadku jest ona realizowana albo przy pomocy osoby (operatora lub personelu konserwacyjnego), albo za pomocą programu sterującego „na stałe” wbudowanego w pamięć mikroprocesora.

1.1.2 Funkcja „sterowanie operacyjne i programowe”

Ważne jest również wdrożenie takiej opcji jak „sekwencja startowa”. Aby zapewnić normalny rozruch systemu PVV, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

Wstępne otwarcie przepustnic powietrza przed uruchomieniem wentylatorów. Wynika to z faktu, że nie wszystkie klapy w stanie zamkniętym wytrzymują różnicę ciśnień wytworzoną przez wentylator, a czas pełnego otwarcia klapy przez napęd elektryczny sięga dwóch minut.

Separacja momentów rozruchu silników elektrycznych. Silniki asynchroniczne często mogą mieć duże prądy rozruchowe. Jeśli wentylatory, napędy przepustnic powietrza i inne napędy zostaną uruchomione w tym samym czasie, to z powodu dużego obciążenia sieci elektrycznej budynku napięcie drastycznie spadnie, a silniki elektryczne mogą się nie uruchomić. Dlatego rozruch silników elektrycznych, zwłaszcza dużej mocy, musi być rozłożony w czasie.

Podgrzewanie grzejnika. Jeśli podgrzewacz wody nie jest wstępnie podgrzany, ochrona przed zamarzaniem może być aktywowana przy niskich temperaturach zewnętrznych. Dlatego przy uruchamianiu instalacji konieczne jest otwarcie przepustnic powietrza nawiewanego, otwarcie zawór trójdrożny podgrzewacz wody i rozgrzej podgrzewacz. Z reguły funkcja ta jest aktywowana, gdy temperatura zewnętrzna jest niższa niż 12°C.

Opcja odwrotna to „sekwencja wyłączania”. Podczas wyłączania systemu należy wziąć pod uwagę:

Opóźnienie zatrzymania wentylatora powietrza nawiewanego w jednostkach z nagrzewnicą elektryczną. Po odłączeniu napięcia z nagrzewnicy elektrycznej należy ją przez pewien czas schłodzić bez wyłączania wentylatora nawiewnego. W przeciwnym razie element grzejny nagrzewnicy powietrza (termiczna nagrzewnica elektryczna - element grzejny) może ulec awarii. W przypadku istniejących zadań projektowania dyplomów opcja ta nie jest ważna ze względu na zastosowanie podgrzewacza wody, ale należy to również odnotować.

Dzięki temu na podstawie wybranych opcji sterowania operacyjnego i programowego można przedstawić typowy harmonogram załączania i wyłączania urządzeń urządzeń wentylacyjnych.

Ryż. 1.2 - Typowy cyklogram pracy ACS PVV z podgrzewaczem wody

Cały ten cykl (rys. 1.2) układ powinien działać automatycznie, a dodatkowo należy zapewnić indywidualne uruchomienie urządzenia, które jest niezbędne podczas regulacji i konserwacji profilaktycznej.

Równie ważne są funkcje sterowania programem, takie jak zmiana trybu zima-lato. Realizacja tych funkcji jest szczególnie istotna w: nowoczesne warunki niedobór zasobów energetycznych. W dokumentach regulacyjnych pełnienie tej funkcji ma charakter doradczy - „w przypadku budynków publicznych, administracyjnych, mieszkalnych i przemysłowych z reguły należy przewidzieć programową regulację parametrów, zapewniającą zmniejszenie zużycia ciepła”.

W najprostszym przypadku funkcje te zapewniają albo ogólne wyłączenie klimatyzatora w określonym momencie, albo zmniejszenie (wzrost) ustawionej wartości kontrolowanego parametru (na przykład temperatury) w zależności od zmian obciążeń cieplnych w obsługiwany pokój.

Wydajniejsze, ale też trudniejsze do zrealizowania jest sterowanie programowe, które zapewnia automatyczną zmianę struktury układu klimatyzacji i algorytmu jego pracy nie tylko w tradycyjnym trybie zima-lato, ale także w trybach przejściowych. Analiza i synteza struktury EWP oraz algorytmu jej działania odbywa się zwykle na podstawie ich modelu termodynamicznego.

W tym przypadku głównym kryterium motywacyjnym i optymalizacyjnym jest z reguły chęć zapewnienia możliwie minimalnego zużycia energii z ograniczeniami kosztów kapitałowych, wymiarów itp.

1.1.3 Funkcja " funkcje ochronne i zamki"

Funkcje ochronne i blokady wspólne dla systemów automatyki i urządzeń elektrycznych (ochrona przed zwarciami, przegrzaniem, ograniczeniami ruchu itp.) są ustalane przez międzyresortowe dokumenty normatywne. Takie funkcje są zwykle realizowane przez oddzielne urządzenia (bezpieczniki, wyłączniki różnicowoprądowe, wyłączniki krańcowe itp.). Ich użytkowanie regulują przepisy dotyczące montażu instalacji elektrycznych (PUE), zasady bezpieczeństwo przeciwpożarowe(PPB).

Ochrona przed mrozem. Funkcja automatycznej ochrony przed zamarzaniem musi być zapewniona w obszarach, w których obliczona temperatura zewnętrzna dla okresu zimnego wynosi minus 5°C i mniej. Ochronie podlegają wymienniki ciepła pierwszego ogrzewania (podgrzewacz wody) oraz rekuperatory (jeśli występują).

Zazwyczaj ochrona przeciwzamrożeniowa wymienników ciepła realizowana jest w oparciu o czujniki lub czujniki-przekaźniki temperatury powietrza za aparatem oraz temperatury nośnika ciepła w rurociągu powrotnym.

Niebezpieczeństwo zamarznięcia przewiduje temperatura powietrza przed aparatem (tн<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.

W godzinach wolnych od pracy, w przypadku instalacji z ochroną przed zamarzaniem, zawór musi pozostać lekko otwarty (5-25%) przy zamkniętej przepustnicy powietrza zewnętrznego. Dla większej niezawodności ochrony, gdy system jest wyłączony, czasami wdrażana jest funkcja automatycznej regulacji (stabilizacji) temperatury wody w rurociągu powrotnym.

1.1.4 Funkcja „ochrona urządzeń technologicznych i urządzeń elektrycznych”

1. Kontrola zanieczyszczenia filtra

Kontrola zatkania filtra jest oceniana na podstawie spadku ciśnienia na filtrze, który jest mierzony przez czujnik różnicy ciśnień. Czujnik mierzy różnicę ciśnienia powietrza przed i za filtrem. Dopuszczalny spadek ciśnienia na filtrze jest podany w jego paszporcie (dla manometrów prezentowanych na fabrycznych trasach powietrznych według karty katalogowej - 150-300 Pa). Ta różnica jest ustawiana podczas uruchamiania systemu na czujniku różnicowym (ustawienie czujnika). Po osiągnięciu wartości zadanej czujnik wysyła sygnał o maksymalnym zapyleniu filtra i konieczności jego konserwacji lub wymiany. Jeśli filtr nie zostanie wyczyszczony lub wymieniony w określonym czasie (zwykle 24 godziny) po wysłaniu sygnału limitu zapylenia, zaleca się awaryjne wyłączenie systemu.

Zaleca się instalowanie podobnych czujników na wentylatorach. Jeśli wentylator lub pasek napędowy wentylatora ulegnie awarii, system należy wyłączyć w trybie awaryjnym. Jednak takie czujniki są często zaniedbywane ze względów ekonomicznych, co znacznie komplikuje diagnostykę systemu i rozwiązywanie problemów w przyszłości.

2. Inne zamki automatyczne

Ponadto należy przewidzieć zamki automatyczne dla:

Otwieranie i zamykanie zaworów powietrza zewnętrznego podczas włączania i wyłączania wentylatorów (przepustnica);

Otwieranie i zamykanie zaworów systemów wentylacyjnych połączonych kanałami powietrznymi w celu pełnej lub częściowej wymienności w przypadku awarii jednego z systemów;

Zawory zamykające systemy wentylacji pomieszczeń chronionych gazowymi instalacjami gaśniczymi w przypadku wyłączenia wentylatorów systemów wentylacji tych pomieszczeń;

Zapewnienie minimalnego przepływu powietrza zewnętrznego w systemach o zmiennym przepływie itp.

1.1.5 Funkcje kontrolne

Funkcje regulacyjne - automatyczne utrzymywanie zadanych parametrów są z definicji głównymi funkcjami dla systemów wentylacji nawiewno-wywiewnej pracujących ze zmiennym przepływem, recyrkulacji powietrza, ogrzewania powietrza.

Funkcje te realizowane są za pomocą zamkniętych pętli sterowania, w których zasada sprzężenia zwrotnego występuje w formie jawnej: informacja o obiekcie pochodząca z czujników jest przetwarzana przez urządzenia sterujące na akcje sterujące. Na ryc. 1.3 przedstawia przykład pętli regulacji temperatury powietrza nawiewanego w klimatyzatorze kanałowym. Temperatura powietrza jest utrzymywana przez podgrzewacz wody, przez który przepływa chłodziwo. Powietrze przechodzące przez nagrzewnicę nagrzewa się. Temperatura powietrza za podgrzewaczem wody jest mierzona przez czujnik (T), następnie jej wartość podawana jest do urządzenia porównującego (US) wartość temperatury mierzonej i temperatury zadanej. W zależności od różnicy pomiędzy temperaturą zadaną (Tset) a zmierzoną temperaturą (Tmeas) sterownik (P) generuje sygnał działający na siłownik (M – napęd elektryczny zaworu trójdrożnego). Siłownik otwiera lub zamyka zawór trójdrogowy do pozycji, w której błąd jest następujący:

e \u003d Tust - Tism

będzie minimalny.

Ryż. 1.3 - Obwód regulacji temperatury powietrza nawiewanego w kanale powietrznym z wodnym wymiennikiem ciepła: T - czujnik; USA - urządzenie porównawcze; P - urządzenie sterujące; M - urządzenie wykonawcze

Tym samym budowa systemu automatycznego sterowania (ACS) w oparciu o wymagania dotyczące dokładności i innych parametrów jego pracy (stabilność, drgania itp.) sprowadza się do doboru jego konstrukcji i elementów, a także do określenia parametry sterownika. Zwykle robią to automatycy posługujący się klasyczną teorią sterowania. Zaznaczę tylko, że ustawienia sterownika są określane przez właściwości dynamiczne obiektu sterowania i wybrane prawo sterowania. Prawo regulacyjne to relacja między sygnałami wejściowymi (?) i wyjściowymi (Ur) regulatora.

Najprostsze jest proporcjonalne prawo regulacyjne, w którym? i Ur są połączone stałym współczynnikiem Kp. Współczynnik ten jest parametrem nastawczym takiego regulatora, zwanego regulatorem P. Jego realizacja wymaga zastosowania regulowanego elementu wzmacniającego (mechanicznego, pneumatycznego, elektrycznego itp.), który może działać zarówno z dodatkowym źródłem energii, jak i bez niego.

Jedną z odmian regulatorów P są regulatory pozycyjne, które realizują proporcjonalne prawo sterowania przy Kp i tworzą sygnał wyjściowy Ur mający pewną liczbę stałych wartości, na przykład dwie lub trzy, odpowiadające regulatorom dwu- lub trzypozycyjnym. Takie sterowniki są czasami nazywane sterownikami przekaźnikowymi ze względu na podobieństwo ich charakterystyk graficznych do charakterystyk przekaźnika. Parametrem nastawczym takich regulatorów jest wartość martwej strefy De.

W technologii automatyki systemów wentylacyjnych regulatory on-off ze względu na swoją prostotę i niezawodność znalazły szerokie zastosowanie w sterowaniu temperaturą (termostaty), ciśnieniem (presostaty) oraz innymi parametrami stanu procesu.

Regulatory dwupozycyjne znajdują również zastosowanie w układach automatycznego zabezpieczenia, blokowania i przełączania trybów pracy urządzeń. W tym przypadku ich funkcje pełnią czujniki-przekaźniki.

Pomimo tych zalet regulatorów P, mają one duży błąd statyczny (dla małych wartości Kp) i skłonność do samooscylacji (dla dużych wartości Kp). Dlatego przy wyższych wymaganiach dotyczących funkcji regulacyjnych systemów automatyki w zakresie dokładności i stabilności stosuje się również bardziej złożone prawa sterowania, na przykład prawa PI i PID.

Również regulację temperatury ogrzewania powietrza można wykonać za pomocą regulatora P, który działa zgodnie z zasadą równoważenia: zwiększaj temperaturę, gdy jej wartość jest mniejsza od wartości zadanej i odwrotnie. Ta interpretacja prawa znalazła również zastosowanie w systemach, które nie wymagają dużej dokładności.

1.2 Analiza istniejących typowych schematów automatycznej wentylacji hal produkcyjnych

Istnieje szereg standardowych wdrożeń automatyki systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej, z których każde ma szereg zalet i wad. Zaznaczam, że pomimo obecności wielu standardowych schematów i opracowań, bardzo trudno jest stworzyć taki ACS, który byłby elastyczny pod względem ustawień w stosunku do produkcji, w której jest wdrażany. Tak więc przy projektowaniu ACS do wentylacji powietrza i powietrza należy przeprowadzić dokładną analizę istniejącej konstrukcji wentylacyjnej, analizę procesów technologicznych cyklu produkcyjnego, a także analizę wymagań w zakresie ochrony pracy, ekologii, elektryki i wymagane jest bezpieczeństwo przeciwpożarowe. Co więcej, często projektowany ACS PVV jest wyspecjalizowany w zakresie swojego zastosowania.

W każdym razie następujące grupy są zwykle uważane za typowe dane początkowe na początkowym etapie projektowania:

1. Dane ogólne: położenie terytorialne obiektu (miasto, powiat); rodzaj i przeznaczenie obiektu.

2. Informacje o budynku i pomieszczeniach: rzuty i przekroje z zaznaczeniem wszystkich wymiarów i elewacji w stosunku do poziomu gruntu; wskazanie kategorii lokali (na planach architektonicznych) zgodnie z normami bezpieczeństwa przeciwpożarowego; dostępność obszarów technicznych ze wskazaniem ich wielkości; lokalizacja i charakterystyka istniejących systemów wentylacyjnych; charakterystyka nośników energii;

3. Informacje o procesie technologicznym: rysunki projektu technologicznego (plany) wskazujące rozmieszczenie urządzeń technologicznych; specyfikacja sprzętu ze wskazaniem zainstalowanych mocy; charakterystyka reżimu technologicznego – liczba zmian roboczych, średnia liczba pracowników na zmianę; tryb pracy urządzenia (jednoczesność działania, współczynniki obciążenia itp.); ilość szkodliwych emisji do powietrza (MAC substancji szkodliwych).

Jako wstępne dane do obliczenia automatyzacji systemu PVV wychodzą:

Wydajność istniejącego systemu (zasilanie, wymiana powietrza);

Lista parametrów powietrza do regulacji;

Granice regulacji;

Działanie automatyki podczas odbierania sygnałów z innych systemów.

Tym samym wykonanie systemu automatyki projektuje się w oparciu o przydzielone mu zadania, z uwzględnieniem norm i zasad oraz ogólnych danych i schematów wstępnych. Opracowanie schematu i dobór urządzeń do systemu automatyki wentylacyjnej odbywa się indywidualnie.

Przedstawimy istniejące standardowe schematy układów sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną, scharakteryzujemy niektóre z nich pod kątem możliwości wykorzystania ich do rozwiązania problemów pracy dyplomowej (rys. 1.4 - 1.5, 1.9).

Ryż. 1.4 - Wentylacja z bezpośrednim przepływem ACS

Te systemy automatyki znalazły aktywne zastosowanie w fabrykach, fabrykach, budynkach biurowych. Przedmiotem sterowania jest tu szafa automatyki (panel sterowniczy), urządzeniami mocującymi są czujniki kanałowe, sterowanie dotyczy silników silników wentylatorów, silników przepustnic. Istnieje również ATS ogrzewania/chłodzenia. Patrząc w przyszłość można zauważyć, że układ pokazany na rys. 1.4a jest prototypem układu, który musi być zastosowany w sekcji wtrysku Zakładów Optyczno-Mechanicznych OAO Wołogda. Chłodzenie powietrza w pomieszczeniach przemysłowych jest nieefektywne ze względu na kubaturę tych pomieszczeń, a ogrzewanie jest warunkiem koniecznym dla prawidłowego funkcjonowania układu automatyki urządzeń wentylacyjnych.

Ryż. 1.5- Wentylacja ACS z wymiennikami ciepła

Budowa automatycznego systemu sterowania PVV z wykorzystaniem jednostek odzysku ciepła (rekuperatorów) pozwala rozwiązać problemy nadmiernego zużycia energii elektrycznej (dla nagrzewnic elektrycznych), problemy emisji do środowiska. Znaczenie rekuperacji polega na tym, że usuwane bezpowrotnie z pomieszczenia powietrze o zadanej w pomieszczeniu temperaturze wymienia energię z napływającym powietrzem zewnętrznym, którego parametry z reguły znacznie odbiegają od zadanych. Tych. zimą usuwane ciepłe powietrze wywiewane częściowo ogrzewa powietrze nawiewane z zewnątrz, natomiast latem chłodniejsze powietrze wywiewane częściowo chłodzi powietrze nawiewane. W najlepszym przypadku rekuperacja może zmniejszyć zużycie energii na uzdatnianie powietrza nawiewanego o 80%.

Technicznie odzysk w wentylacji nawiewno-wywiewnej realizowany jest za pomocą obrotowych wymienników ciepła oraz systemów z pośrednim nośnikiem ciepła. W ten sposób uzyskujemy zysk zarówno w ogrzewaniu powietrza, jak i zmniejszeniu otwarcia przepustnic (dopuszcza się dłuższy czas bezczynności silników sterujących przepustnicami) – wszystko to daje ogólny zysk w zakresie oszczędności energii elektrycznej.

Systemy odzysku ciepła są obiecujące i aktywne i są wprowadzane w celu zastąpienia starszych systemów wentylacyjnych. Warto jednak zauważyć, że takie systemy kosztują dodatkowe inwestycje kapitałowe, jednak ich okres zwrotu jest stosunkowo krótki, a rentowność bardzo wysoka. Również brak stałego uwalniania do środowiska zwiększa efektywność środowiskową takiej organizacji urządzeń automatycznych. Uproszczoną pracę układu z odzyskiem ciepła z powietrza (recyrkulacja powietrza) przedstawiono na rys. 1.6.

Ryż. 1.6 - Działanie układu wymiany powietrza z recyrkulacją (rekuperacją)

Wymienniki krzyżowe lub płytowe (rys. 1.5 c, d) składają się z płyt (aluminium), reprezentujących układ kanałów dla przepływu dwóch strumieni powietrza. Ściany kanałów są wspólne dla powietrza nawiewanego i wywiewanego i są łatwe do przenoszenia. Dzięki dużej powierzchni wymiany i turbulentnemu przepływowi powietrza w kanałach uzyskuje się wysoki stopień odzysku ciepła (przekazu ciepła) przy stosunkowo niskich oporach hydraulicznych. Sprawność płytowych wymienników ciepła sięga 70%.

Ryż. 1.7 - Organizacja wymiany powietrza ACS PVV w oparciu o płytowe wymienniki ciepła

Wykorzystywane jest tylko ciepło jawne powietrza wywiewanego, ponieważ Powietrze nawiewane i wywiewane w żaden sposób nie mieszają się, a kondensat powstały podczas schładzania powietrza wywiewanego jest zatrzymywany przez separator i usuwany przez system drenażowy z miski ściekowej. Aby zapobiec zamarzaniu kondensatu w niskich temperaturach (do -15°C), tworzone są odpowiednie wymagania dla automatyki: musi ona zapewniać okresowe wyłączanie wentylatora nawiewnego lub odprowadzanie części powietrza zewnętrznego do kanału obejściowego z pominięciem ciepła kanały wymiennika. Jedynym ograniczeniem w stosowaniu tej metody jest obowiązkowe skrzyżowanie gałęzi nawiewnej i wywiewnej w jednym miejscu, co w przypadku prostej modernizacji SKP narzuca szereg utrudnień.

Systemy rekuperacji z pośrednim chłodziwem (ryc. 1.5 a, b) to para wymienników ciepła połączonych zamkniętym rurociągiem. Jeden wymiennik ciepła znajduje się w kanale wywiewnym, a drugi w kanale nawiewnym. Niezamarzająca mieszanina glikolu krąży w obiegu zamkniętym przekazując ciepło z jednego wymiennika do drugiego iw tym przypadku odległość od centrali wentylacyjnej do jednostki wywiewnej może być bardzo znacząca.

Sprawność odzysku ciepła tą metodą nie przekracza 60%. Koszt jest stosunkowo wysoki, ale w niektórych przypadkach może to być jedyna opcja odzysku ciepła.

Ryż. 1.8 - Zasada odzysku ciepła za pomocą pośredniego nośnika ciepła

Obrotowy wymiennik ciepła (obrotowy wymiennik ciepła, rekuperator) - to wirnik z kanałami do poziomego przepływu powietrza. Część wirnika znajduje się w kanale wywiewnym, a część w kanale nawiewnym. Rotor obracając się odbiera ciepło z powietrza wywiewanego i przekazuje je do powietrza nawiewanego, a oddawane jest zarówno ciepło jawne, jak i utajone oraz wilgoć. Sprawność odzysku ciepła jest maksymalna i sięga 80%.

Ryż. 1.9 - ACS PVV z obrotowym wymiennikiem ciepła

Ograniczenie w stosowaniu tej metody narzuca przede wszystkim fakt, że do 10% powietrza wywiewanego miesza się z powietrzem nawiewanym, a w niektórych przypadkach jest to niedopuszczalne lub niepożądane (jeśli powietrze ma znaczny poziom zanieczyszczenia) . Wymagania projektowe są podobne do poprzedniej wersji - maszyny wyciągowe i zasilające znajdują się w tym samym miejscu. Ta metoda jest droższa niż pierwsza i jest rzadko używana.

Ogólnie systemy z odzyskiem są o 40-60% droższe niż podobne systemy bez odzyskiwania, jednak koszty operacyjne będą się znacznie różnić. Nawet przy dzisiejszych cenach energii okres zwrotu kosztów systemu odzysku nie przekracza dwóch sezonów grzewczych.

Pragnę zauważyć, że na oszczędność energii wpływają również algorytmy sterowania. Należy jednak zawsze brać pod uwagę, że wszystkie systemy wentylacyjne są projektowane dla jakichś przeciętnych warunków. Np. strumień powietrza zewnętrznego został określony dla jednej liczby osób, ale w rzeczywistości pomieszczenie może mieć mniej niż 20% przyjętej wartości, oczywiście w tym przypadku obliczony strumień powietrza zewnętrznego będzie wyraźnie nadmierny, wentylacja w trybie nadmiernym doprowadzi do nieuzasadnionej utraty zasobów energii. W tym przypadku logiczne jest rozważenie kilku trybów pracy, na przykład zima / lato. Jeśli automatyka jest w stanie ustawić takie tryby, oszczędności są oczywiste. Inne podejście wiąże się z regulacją przepływu powietrza zewnętrznego w zależności od jakości środowiska gazowego wewnątrz pomieszczenia, tj. system automatyki zawiera analizatory gazów do gazów szkodliwych i dobiera wielkość przepływu powietrza zewnętrznego tak, aby zawartość gazów szkodliwych nie przekraczała maksymalnych dopuszczalnych wartości.

1.3 Badania marketingowe

Obecnie na rynku automatyki do wentylacji nawiewno-wywiewnej szeroko reprezentowani są wszyscy czołowi światowi producenci urządzeń wentylacyjnych, a każdy z nich specjalizuje się w produkcji urządzeń w określonym segmencie. Cały rynek urządzeń wentylacyjnych można podzielić na następujące obszary zastosowań:

Do celów domowych i półprzemysłowych;

Cel przemysłowy;

Sprzęt wentylacyjny do celów „specjalnych”.

Ponieważ projekt dyplomowy uwzględnia projektowanie automatyki do układów nawiewno-wywiewnych obiektów przemysłowych, w celu porównania proponowanych rozwiązań z dostępnymi na rynku, konieczne jest dobranie podobnych istniejących pakietów automatyki znanych producentów.

Wyniki badań marketingowych istniejących pakietów ACS PVV przedstawiono w Załączniku A.

Tak więc w wyniku badań marketingowych wzięto pod uwagę kilka najczęściej używanych dział samobieżnych różnych producentów, studiując ich dokumentację techniczną uzyskano następujące informacje:

skład odpowiedniego pakietu ACS PVV;

Rejestr parametrów kontrolnych (ciśnienie w kanałach powietrznych, temperatura, czystość, wilgotność powietrza);

Marka programowalnego sterownika logicznego i jego wyposażenia (oprogramowanie, system dowodzenia, zasady programowania);

Dostępność połączeń z innymi systemami (czy zapewniona jest komunikacja z automatyką pożarową, czy jest obsługa protokołów sieci lokalnej);

Konstrukcja ochronna (bezpieczeństwo elektryczne, ochrona przeciwpożarowa, ochrona przed kurzem, odporność na hałas, ochrona przed wilgocią).

2. Opis sieci wentylacyjnej warsztatu produkcyjnego jako obiektu automatycznego sterowania

Generalnie na podstawie wyników analizy istniejących podejść do automatyzacji systemów wentylacji i przygotowania powietrza, a także wyników przeglądów analitycznych typowych schematów można stwierdzić, że zadania uwzględnione w projekcie dyplomowym są istotne na obecnie aktywnie rozważane i badane przez wyspecjalizowane biura projektowe (SKB).

Zwracam uwagę, że istnieją trzy główne podejścia do wdrażania automatyzacji systemu wentylacji:

Podejście rozproszone: wdrożenie automatyzacji PVV na podstawie lokalnego sprzętu przełączającego, każdy wentylator jest sterowany przez odpowiednie urządzenie.

Takie podejście stosuje się do projektowania automatyzacji stosunkowo niewielkich systemów wentylacyjnych, w których nie przewiduje się dalszej rozbudowy. Jest najstarszy. Do zalet tego podejścia można zaliczyć np. fakt, że w razie wypadku na jednej z kontrolowanych gałęzi wentylacji, system dokonuje awaryjnego zatrzymania tylko tego łącza/sekcji. Ponadto podejście to jest stosunkowo proste w realizacji, nie wymaga skomplikowanych algorytmów sterowania oraz upraszcza konserwację urządzeń systemu wentylacyjnego.

Podejście scentralizowane: wdrożenie systemu automatycznej wentylacji w oparciu o grupę sterowników logicznych lub programowalny sterownik logiczny (PLC), cały system wentylacji jest sterowany centralnie zgodnie z zaprogramowanymi danymi.

Podejście scentralizowane jest bardziej niezawodne niż rozproszone. Całe zarządzanie VVV jest sztywne, realizowane na podstawie programu. Okoliczność ta nakłada dodatkowe wymagania zarówno na pisanie kodu programu (konieczne jest uwzględnienie wielu warunków, w tym działań w sytuacjach awaryjnych), jak i na specjalne zabezpieczenie sterownika PLC. Takie podejście znalazło zastosowanie w małych kompleksach administracyjnych i przemysłowych. Wyróżnia się elastycznością ustawień, możliwością skalowania systemu do rozsądnych granic, a także możliwością mobilnej integracji systemu według zasady mieszanej organizacji;

Podejście mieszane: stosowane w projektowaniu dużych systemów (duża liczba sterowanych urządzeń o ogromnej wydajności), jest połączeniem podejścia rozproszonego i scentralizowanego. W ogólnym przypadku podejście to zakłada hierarchię poziomów, na czele której stoi komputer sterujący i podrzędne „mikrokomputery”, tworząc w ten sposób globalną sieć produkcyjną sterowania w stosunku do przedsiębiorstwa. Innymi słowy, to podejście jest podejściem rozproszonym i scentralizowanym z wysyłką systemu.

Pod względem zadania do rozwiązania w projekcie dyplomowym najkorzystniejsze jest scentralizowane podejście do realizacji automatyzacji PVV. Ponieważ system jest opracowywany dla małych obiektów przemysłowych, możliwe jest zastosowanie tego podejścia do innych obiektów w celu ich późniejszej integracji w pojedynczy ACS IPV.

Często szafy sterownicze wentylacyjne wyposażone są w interfejs umożliwiający monitorowanie stanu systemu wentylacyjnego za pomocą informacji wyświetlanych na monitorze komputera. Warto jednak zauważyć, że wdrożenie to wymaga dodatkowych komplikacji programu kontrolnego, przeszkolenia specjalisty, który monitoruje stan i podejmuje decyzje operacyjne na podstawie wizualnie uzyskanych danych z badania czujnika. Ponadto w sytuacjach awaryjnych zawsze występuje czynnik błędu ludzkiego. Dlatego realizacja tego warunku jest raczej dodatkową opcją do projektowania pakietu automatyki PVV.

2.1 Opis istniejącego systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną hal produkcyjnych

Aby zapewnić podstawową zasadę wentylacji hal produkcyjnych, która polega na utrzymaniu parametrów i składu powietrza w dopuszczalnych granicach, konieczne jest doprowadzenie czystego powietrza do miejsc przebywania pracowników, a następnie rozprowadzenie powietrza po całym pomieszczeniu.

Poniżej na ryc. 2.1 przedstawia ilustrację typowego systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej, podobnego do dostępnego na miejscu realizacji.

System wentylacji pomieszczeń przemysłowych składa się z wentylatorów, kanałów powietrznych, czerpni powietrza zewnętrznego, urządzeń do oczyszczania powietrza napływającego i wypuszczanego do atmosfery oraz urządzenia podgrzewającego powietrze (nagrzewnica wodna).

Projekt istniejących systemów wentylacji nawiewno-wywiewnej został wykonany zgodnie z wymaganiami SNiP II 33-75 „Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja”, a także GOST 12.4.021-75 „SSBT. Systemy wentylacyjne. Wymagania ogólne”, która określa wymagania dotyczące instalacji, uruchomienia i eksploatacji.

Oczyszczanie zanieczyszczonego powietrza emitowanego do atmosfery odbywa się za pomocą specjalnych urządzeń – odpylaczy (stosowanych na zakładzie produkcji wtryskowej), filtrów kanałów powietrznych itp. Należy mieć na uwadze, że odpylacze nie wymagają dodatkowej kontroli i są uruchamiane gdy wentylacja wyciągowa jest włączona.

Oczyszczanie powietrza wywiewanego z obszaru roboczego można również przeprowadzić w osadnikach pyłu (tylko dla pyłu gruboziarnistego) oraz w elektrofiltrach (dla pyłu drobnego). Oczyszczanie powietrza ze szkodliwych gazów odbywa się za pomocą specjalnych substancji absorbujących i odkażających, w tym stosowanych do filtrów (w komorach filtracyjnych).

Ryż. 2.1 - System wentylacji nawiewno-wywiewnej hali produkcyjnej 1 - czerpnia powietrza; 2 - grzejniki do ogrzewania; 3- wentylator nawiewny; 4 - główny kanał powietrzny; 5 - gałęzie kanału; 6 - dysze zasilające; 7 - lokalne ssanie; 8 i 9 - mistrz. kanał powietrza wywiewanego; 10 - separator pyłu; 11 - wentylator wyciągowy; 12 - szyb do wyrzutu oczyszczonego powietrza do atmosfery

Automatyzacja istniejącego systemu jest stosunkowo prosta. Proces technologiczny wentylacji wygląda następująco:

1. początek zmiany roboczej – uruchamiany jest system wentylacji nawiewno-wywiewnej. Wentylatory są napędzane przez scentralizowany rozrusznik. Innymi słowy, panel sterowania składa się z dwóch rozruszników - do startu i awaryjnego zatrzymania/wyłączenia. Zmiana trwa 8 godzin - z godzinną przerwą, czyli system jest bezczynny średnio 1 godzinę w godzinach pracy. Ponadto takie „zablokowanie” sterowania jest nieefektywne ekonomicznie, ponieważ prowadzi do nadmiernych wydatków na energię elektryczną.

Należy zauważyć, że nie ma potrzeby produkcyjnej, aby wentylacja wywiewna działała w sposób ciągły, wskazane jest jej włączanie, gdy powietrze jest zanieczyszczone lub np. wymagane jest odprowadzenie nadmiaru energii cieplnej z obszaru pracy.

2. Otwarcie przepustnic wlotów powietrza jest również sterowane przez lokalne urządzenia rozruchowe, powietrze o parametrach środowiska zewnętrznego (temperatura, czystość) jest zasysane do kanałów powietrznych przez wentylator nawiewny ze względu na różnicę w nacisk.

3. Powietrze pobierane ze środowiska zewnętrznego przechodzi przez nagrzewnicę wodną, ​​nagrzewa się do akceptowalnych wartości temperatury i jest wdmuchiwane do pomieszczenia kanałami powietrznymi przez dysze nawiewne. Nagrzewnica wodna zapewnia znaczne ogrzewanie powietrza, sterowanie nagrzewnicą jest ręczne, elektryk otwiera przepustnicę. W okresie letnim grzałka jest wyłączona. Jako nośnik ciepła wykorzystywana jest ciepła woda dostarczana z wewnętrznej kotłowni. Nie ma automatycznego systemu kontroli temperatury powietrza, w wyniku czego dochodzi do dużego przekroczenia zasobu.

Podobne dokumenty

Specyfika użytkowania systemu sterowania centralą wentylacyjną nawiewną w oparciu o sterownik MS8.2. Podstawowa funkcjonalność kontrolera. Przykładowa specyfikacja automatyki instalacji wentylacji nawiewnej dla schematu opartego na MC8.2.

praca praktyczna, dodano 25.05.2010


Analiza porównawcza charakterystyk technicznych standardowych konstrukcji wież chłodniczych. Elementy systemów wodociągowych i ich klasyfikacja. Model matematyczny procesu recyklingu wody, dobór i opis urządzeń automatyki i sterowania.

praca dyplomowa, dodana 09.04.2013


Podstawy funkcjonowania układu automatyki nawiewno-wywiewnej, jego budowa i opis matematyczny. Wyposażenie procesu technologicznego. Dobór i kalkulacja regulatora. Badanie stabilności ATS, wskaźniki jego jakości.

praca semestralna, dodano 16.02.2011


Opis procesu obróbki cieplno-wilgotnościowej wyrobów na bazie betonu cementowego. Zautomatyzowana kontrola procesu wentylacji komory parowej. Wybór typu manometru różnicowego i obliczenie urządzenia zwężającego. Obwód pomiarowy automatycznego potencjometru.

praca semestralna, dodana 25.10.2009


Mapa szlaku technologicznego obróbki ślimacznicy. Obliczanie naddatków i wymiarów granicznych do przetwarzania produktu. Opracowanie programu kontrolnego. Uzasadnienie i wybór urządzenia mocującego. Obliczanie wentylacji pomieszczeń przemysłowych.

praca dyplomowa, dodana 29.08.2012


Charakterystyka projektowanego kompleksu i dobór technologii procesów produkcyjnych. Mechanizacja zaopatrzenia w wodę i pojenia zwierząt. Obliczenia technologiczne i dobór sprzętu. Systemy wentylacji i ogrzewania powietrznego. Obliczanie wymiany powietrza i oświetlenia.

praca semestralna, dodana 12.01.2008


System wentylacji nawiewnej, jego struktura wewnętrzna i relacje elementów, ocena zalet i wad użytkowania, wymagania sprzętowe. Środki oszczędzania energii, automatyzacja sterowania energooszczędnymi systemami wentylacji.

praca semestralna, dodana 04.08.2015


Opracowanie schematu technologicznego automatyzacji podgrzewanej elektrycznie podłogi. Obliczanie i dobór elementów automatyki. Analiza wymagań w schemacie sterowania. Wyznaczanie głównych wskaźników niezawodności. Środki ostrożności podczas instalowania urządzeń automatyki.

praca semestralna, dodana 30.05.2015


Urządzenia do procesu technologicznego reformingu katalitycznego. Cechy rynku automatyki. Dobór komputera sterującego i środków automatyki polowej. Obliczanie i dobór nastaw regulatora. Techniczne środki automatyzacji.

praca dyplomowa, dodana 23.05.2015 r.


Opis technologiczny schematu strukturalnego projektu automatyzacji przetwarzania gazów węglowodorowych nasyconych. Badanie schematu funkcjonalnego automatyki i uzasadnienie wyboru oprzyrządowania instalacji. Model matematyczny pętli sterowania.

1

W pracy uwzględniono procesy modelowania wentylacji i rozpraszania jej emisji w atmosferze. Modelowanie opiera się na rozwiązaniu układu równań Naviera-Stokesa, praw zachowania masy, pędu i ciepła. Rozważane są różne aspekty numerycznego rozwiązania tych równań. Zaproponowano układ równań pozwalający na obliczenie wartości współczynnika turbulencji tła. Dla przybliżenia hiposonicznego zaproponowano rozwiązanie, wraz z podanymi w artykule równaniami hydrogazdynamiki, dla równania stania idealnego gazu rzeczywistego i pary. Równanie to jest modyfikacją równania van der Waalsa i dokładniej uwzględnia wielkość cząsteczek gazu lub pary oraz ich wzajemne oddziaływanie. Na podstawie warunku stabilności termodynamicznej uzyskuje się zależność, która umożliwia wykluczenie pierwiastków niewykonalnych fizycznie przy rozwiązywaniu równania objętości. Przeprowadzana jest analiza znanych modeli obliczeniowych i pakietów obliczeniowych dynamiki płynów.

modelowanie

wentylacja

turbulencja

równania przenikania ciepła i masy

równanie stanu

prawdziwy gaz

rozpusta

1. Berlyand M. E. Współczesne problemy dyfuzji atmosferycznej i zanieczyszczenia atmosfery. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 448 s.

2. Belyaev N. N. Modelowanie procesu dyspersji toksycznego gazu w warunkach rozwoju // Biuletyn DIIT. - 2009r. - nr 26 - S. 83-85.

3. Byzova N. L., Garger E. K., Iwanow V. N. Eksperymentalne badania dyfuzji atmosferycznej i obliczeń rozpraszania zanieczyszczeń. - L.: Gidrometeoizdat, 1985. - 351 s.

4. Datsyuk T. A. Modelowanie dyspersji emisji wentylacyjnych. - Petersburg: SPbGASU, 2000. - 210 pkt.

5. Sauts A. V. Zastosowanie algorytmów grafiki kognitywnej i metod analizy matematycznej do badania właściwości termodynamicznych izobutanu R660A na linii nasycenia: Grant nr 2С/10: raport z badań (końcowy) / GOUVPO SPbGASU; ręce Gorochow W.L. 30.- Nr GR 01201067977.- Nr inw. nr 02201158567.

Wstęp

Projektując kompleksy przemysłowe i obiekty unikatowe należy kompleksowo uzasadnić zagadnienia związane z zapewnieniem jakości środowiska powietrza oraz znormalizowanych parametrów mikroklimatu. Ze względu na wysokie koszty produkcji, montażu i eksploatacji systemów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych stawiane są podwyższone wymagania dotyczące jakości obliczeń inżynierskich. Aby wybrać racjonalne rozwiązania projektowe w dziedzinie wentylacji, konieczna jest umiejętność analizy sytuacji jako całości, tj. ujawniają przestrzenne relacje procesów dynamicznych zachodzących w pomieszczeniach i w atmosferze. Oceń skuteczność wentylacji, która zależy nie tylko od ilości powietrza dostarczanego do pomieszczenia, ale także od przyjętego schematu dystrybucji powietrza oraz stężenia substancji szkodliwych w powietrzu zewnętrznym w miejscach czerpni powietrza.

Cel artykułu- wykorzystanie zależności analitycznych, za pomocą których wykonuje się obliczenia ilości szkodliwych emisji, do określenia wymiarów kanałów, kanałów powietrznych, szybów oraz doboru metody uzdatniania powietrza itp. W takim przypadku wskazane jest użycie oprogramowania Potok z modułem VSV. Do przygotowania wstępnych danych niezbędne jest posiadanie wykresów projektowanych instalacji wentylacyjnych z podaniem długości sekcji oraz strumieni powietrza na sekcjach końcowych. Dane wejściowe do obliczeń to opis systemów wentylacyjnych i wymagania dla nich. Za pomocą modelowania matematycznego rozwiązane są następujące pytania:

• dobór optymalnych opcji doprowadzenia i odprowadzenia powietrza;
• rozkład parametrów mikroklimatu według kubatury pomieszczeń;
• ocena aerodynamicznego reżimu rozwoju;
• wybór miejsc do wlotu i wywiewu powietrza.

Pola prędkości, ciśnienia, temperatury, stężeń w pomieszczeniu i atmosferze powstają pod wpływem wielu czynników, których całość jest dość trudna do uwzględnienia w inżynierskich metodach obliczeniowych bez użycia komputera.

Zastosowanie modelowania matematycznego w zagadnieniach wentylacji i aerodynamiki opiera się na rozwiązaniu układu równań Naviera-Stokesa.

Aby zasymulować przepływy turbulentne, konieczne jest rozwiązanie układu równań zachowania masy i zachowania Reynoldsa (zachowanie pędu):

(2)

gdzie t- czas, X= Xi , j , k- współrzędne przestrzenne, ty=ty ja , j , k są składowymi wektora prędkości, R- ciśnienie piezometryczne, ρ - gęstość, τ ij są składnikami tensora naprężeń, s m- źródło masy, ja są składnikami źródła impulsów.

Tensor naprężeń jest wyrażony jako:

(3)

gdzie sij- tensor prędkości odkształcenia; ij- tensor dodatkowych naprężeń powstających w wyniku obecności turbulencji.

Aby uzyskać informacje o polach temperatury T i koncentracja z szkodliwe substancje, system uzupełniają następujące równania:

równanie zachowania ciepła

pasywne równanie zachowania zanieczyszczeń z

(5)

gdzie CR- współczynnik pojemności cieplnej, λ - współczynnik przewodzenia ciepła, k= k ja , j , k- współczynnik turbulencji.

Podstawowy współczynnik turbulencji k podstawy wyznacza się za pomocą układu równań:

(6)

gdzie k f - współczynnik turbulencji tła, k f \u003d 1-15 m 2 / s; ε = 0,1-04;

Współczynniki turbulencji wyznacza się za pomocą równań:

(7)

Na otwartej przestrzeni o niskim rozproszeniu wartość k z jest określone równaniem:

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

gdzie k 0 - wartość k k na wysokości z 0 (k 0 \u003d 0,1 m 2 / s w z 0 = 2 m).

Na otwartej przestrzeni profil prędkości wiatru nie jest zdeformowany;

Przy nieznanej stratyfikacji atmosferycznej na otwartym terenie można określić profil prędkości wiatru:

; (9)

gdzie z 0 - dana wysokość (wysokość wiatrowskazu); ty 0 - prędkość wiatru na wysokości z 0 ; B = 0,15.

Pod warunkiem (10), lokalne kryterium Richardsona Ri zdefiniowana jako:

(11)

Różniczkujemy równanie (9), przyrównujemy równania (7) i (8), stamtąd wyrażamy k podstawy

(12)

Zrównajmy równanie (12) z równaniami układu (6). Do otrzymanej równości podstawiamy (11) i (9), w postaci końcowej otrzymujemy układ równań:

(13)

Termin pulsacji, zgodnie z ideami Boussinesqa, jest reprezentowany jako:

(14)

gdzie μ t- lepkość turbulentna, a dodatkowe wyrazy w równaniach przenoszenia energii i składowych zanieczyszczeń są modelowane w następujący sposób:

(15)

(16)

Układ równań zamykamy za pomocą jednego z opisanych poniżej modeli turbulencji.

Dla przepływów turbulentnych badanych w praktyce wentylacyjnej wskazane jest zastosowanie hipotezy Boussinesqa o niewielkich zmianach gęstości lub tzw. przybliżenia „hiposonicznego”. Zakłada się, że naprężenia Reynoldsa są proporcjonalne do uśrednionych w czasie szybkości odkształcania. Wprowadzono współczynnik lepkości turbulentnej, pojęcie to wyraża się jako:

. (17)

Efektywny współczynnik lepkości jest obliczany jako suma współczynników molekularnych i turbulentnych:

(18)

Przybliżenie „hiposoniczne” polega na rozwiązaniu, wraz z powyższymi równaniami, równania oznaczającego gaz doskonały:

ρ = p/(RT) (19)

gdzie p - presja w środowisku; R jest stałą gazową.

Aby uzyskać dokładniejsze obliczenia, gęstość zanieczyszczeń można określić za pomocą zmodyfikowanego równania van der Waalsa dla rzeczywistych gazów i par

(20)

gdzie są stałe? N oraz M- wziąć pod uwagę asocjację/dysocjację cząsteczek gazu lub pary; a- uwzględnia inne interakcje; b" - uwzględnienie wielkości cząsteczek gazu; υ=1/ρ.

Oddzielając od równania (12) ciśnienie R a różnicując ją objętościowo (z uwzględnieniem stabilności termodynamicznej) otrzymujemy następującą zależność:

. (21)

Takie podejście pozwala na znaczne skrócenie czasu obliczeń w porównaniu z przypadkiem wykorzystania pełnych równań dla gazu ściśliwego bez zmniejszania dokładności uzyskiwanych wyników. Nie ma analitycznego rozwiązania powyższych równań. W tym zakresie stosuje się metody numeryczne.

Aby rozwiązać problemy z wentylacją związane z przenoszeniem substancji skalarnych przez przepływ turbulentny, przy rozwiązywaniu równań różniczkowych stosuje się schemat podziału dla procesów fizycznych. Zgodnie z zasadami dzielenia, całkowanie różnic skończonych równań hydrodynamiki i transportu konwekcyjno-dyfuzyjnego substancji skalarnej na każdym kroku czasowym Δ t odbywa się w dwóch etapach. W pierwszym etapie obliczane są parametry hydrodynamiczne. W drugim etapie równania dyfuzji są rozwiązywane na podstawie obliczonych pól hydrodynamicznych.

Wpływ przewodzenia ciepła na kształtowanie się pola prędkości powietrza uwzględnia się w przybliżeniu za pomocą przybliżenia Boussinesqa: do równania ruchu na składową pionową prędkości wprowadza się dodatkowy wyraz, który uwzględnia siły wyporu.

Znane są cztery podejścia do rozwiązywania problemów turbulentnego ruchu płynu:

• modelowanie bezpośrednie „DNS” (rozwiązanie niestacjonarnych równań Naviera-Stokesa);
• rozwiązanie uśrednionych równań Reynoldsa „RANS”, których układ nie jest jednak domknięty i wymaga dodatkowych relacji domykających;
• metoda dużych wirów „LES » , który opiera się na rozwiązaniu niestacjonarnych równań Naviera-Stokesa z parametryzacją wirów skali podsieci;
• Metoda DES , co jest połączeniem dwóch metod: w strefie przepływów rozdzielonych – „LES”, oraz w obszarze przepływu „gładkiego” – „RANS”.

Najatrakcyjniejsza z punktu widzenia dokładności uzyskanych wyników jest niewątpliwie metoda bezpośredniej symulacji numerycznej. Jednak obecnie możliwości technologii komputerowej nie pozwalają jeszcze na rozwiązywanie problemów z geometrią rzeczywistą i liczbami. Odnośnie, oraz z rozdzielczością wirów wszystkich rozmiarów. Dlatego przy rozwiązywaniu szerokiego zakresu problemów inżynierskich stosuje się rozwiązania numeryczne równań Reynoldsa.

Obecnie certyfikowane pakiety takie jak STAR-CD, FLUENT czy ANSYS/FLOTRAN są z powodzeniem wykorzystywane do symulacji problemów z wentylacją. Przy poprawnie sformułowanym problemie i algorytmie racjonalnego rozwiązania, ilość uzyskanych informacji pozwala wybrać najlepszą opcję na etapie projektowania, jednak wykonywanie obliczeń z wykorzystaniem tych programów wymaga odpowiedniego przeszkolenia, a ich nieprawidłowe użycie może prowadzić do błędnych wyników.

Jako „podstawową opcję” możemy rozważyć wyniki powszechnie uznanych metod obliczania bilansów, które pozwalają na porównanie wartości całkowitych charakterystycznych dla rozpatrywanego problemu.

Jednym z ważnych punktów przy korzystaniu z uniwersalnych systemów oprogramowania do rozwiązywania problemów z wentylacją jest wybór modelu turbulencji. Do chwili obecnej znana jest duża liczba różnych modeli turbulencji, które służą do zamykania równań Reynoldsa. Modele turbulencji są klasyfikowane według liczby parametrów dla charakterystyk turbulencji, odpowiednio jednoparametrowych, dwu- i trzyparametrowych.

Większość półempirycznych modeli turbulencji w taki czy inny sposób wykorzystuje „hipotezę lokalizacji mechanizmu przenoszenia turbulentnego”, zgodnie z którą mechanizm przenoszenia turbulentnego pędu jest całkowicie określony przez ustawienie lokalnych pochodnych uśrednionych prędkości i właściwości fizycznych płynu. Hipoteza ta nie uwzględnia wpływu procesów zachodzących daleko od rozważanego punktu.

Najprostsze są modele jednoparametrowe wykorzystujące pojęcie lepkości turbulentnej „n t”, i zakłada się, że turbulencja jest izotropowa. Zmodyfikowana wersja „n t-92" jest zalecany do modelowania strumieni i rozdzielonych przepływów. Dobrą zgodność z wynikami eksperymentalnymi daje również jednoparametrowy model „S-A” (Spalart-Almaras), który zawiera równanie transportu dla wielkości .

Wadą modeli z pojedynczym równaniem transportu jest brak informacji o rozkładzie skali turbulencji L. Według kwoty L procesy transferu, metody powstawania turbulencji, rozpraszanie wpływu energii turbulentnej. Uniwersalna zależność do zdefiniowania L nie istnieje. Równanie skali turbulencji L często okazuje się właśnie równaniem, które określa dokładność modelu, a tym samym obszar jego stosowalności. Zasadniczo zakres tych modeli ogranicza się do stosunkowo prostych przepływów ścinających.

W modelach dwuparametrowych, z wyjątkiem skali turbulencji L, jako drugi parametr użyj szybkości rozpraszania energii turbulentnej . Takie modele są najczęściej wykorzystywane we współczesnej praktyce obliczeniowej i zawierają równania transferu energii turbulencji i rozpraszania energii.

Dobrze znany model zawiera równania przenoszenia energii turbulencji k oraz szybkość rozpraszania energii turbulentnej ε. Modele takie jak „ k- mi" może być stosowany zarówno do przepływów przyściennych, jak i bardziej złożonych przepływów rozdzielonych.

W wersjach o niskim i wysokim współczynniku Reynoldsa stosowane są modele dwuparametrowe. W pierwszym uwzględnia się bezpośrednio mechanizm interakcji między transportem molekularnym i turbulentnym w pobliżu powierzchni stałej. W wersji z wysokim Reynoldsem mechanizm transportu turbulentnego w pobliżu granicy stałej jest opisany specjalnymi funkcjami przyściennymi, które wiążą parametry przepływu z odległością od ściany.

Obecnie do najbardziej obiecujących należą modele SSG i Gibson-Launder, które wykorzystują nieliniową zależność między tensorem naprężeń turbulentnych Reynoldsa a tensorem średniej szybkości odkształcenia. Zostały opracowane w celu poprawy przewidywania przepływów rozdzielonych. Ponieważ wszystkie składowe tensorów są w nich obliczane, wymagają one dużych zasobów komputerowych w porównaniu z modelami dwuparametrowymi.

W przypadku złożonych przepływów rozdzielonych pewne zalety ujawniono dzięki zastosowaniu modeli jednoparametrowych „n t-92", "S-A" pod względem dokładności przewidywania parametrów przepływu i szybkości zliczania w porównaniu z modelami dwuparametrowymi.

Na przykład program STAR-CD przewiduje wykorzystanie modeli typu „ k- e", Spalarta - Almaras, "SSG", "Gibson-Launder", a także metoda dużych wirów "LES" i metoda "DES". Dwie ostatnie metody lepiej nadają się do obliczania ruchu powietrza w złożonych geometriach, w których wystąpią liczne oddzielone obszary wirowe, ale wymagają one dużych zasobów obliczeniowych.

Wyniki obliczeń zależą w znacznym stopniu od wyboru siatki obliczeniowej. Obecnie do budowy sieci wykorzystywane są specjalne programy. Komórki siatki mogą mieć różne kształty i rozmiary, najlepiej nadające się do rozwiązania konkretnego problemu. Najprostszy rodzaj siatki, gdy komórki są takie same i mają kształt sześcienny lub prostokątny. Stosowane obecnie w praktyce inżynierskiej uniwersalne programy obliczeniowe umożliwiają pracę na dowolnych, nieustrukturyzowanych siatkach.

Do wykonania obliczeń numerycznej symulacji problemów wentylacyjnych konieczne jest ustalenie warunków brzegowych i początkowych tj. wartości zmiennych zależnych lub ich normalne gradienty na granicach domeny obliczeniowej.

Zadanie z wystarczającym stopniem dokładności cech geometrycznych badanego obiektu. Do tych celów można polecić pakiety takie jak SolidWorks, Pro/Engeneer, NX Nastran do budowania modeli trójwymiarowych. Podczas konstruowania siatki obliczeniowej liczba komórek jest dobierana tak, aby uzyskać niezawodne rozwiązanie przy minimalnym czasie obliczeń. Należy wybrać jeden z półempirycznych modeli turbulencji, który jest najbardziej efektywny dla rozważanego przepływu.

W wniosek dodajemy, że dobre zrozumienie jakościowej strony toczących się procesów jest niezbędne do prawidłowego sformułowania warunków brzegowych problemu i oceny wiarygodności wyników. Modelowanie emisji z wentylacji na etapie projektowania obiektów można uznać za jeden z aspektów modelowania informacji, mających na celu zapewnienie bezpieczeństwa środowiskowego obiektu.

Recenzenci:

• Volikov Anatoly Nikolaevich, doktor nauk technicznych, profesor Wydziału Zaopatrzenia w Ciepło i Gaz oraz Ochrony Powietrza, FGBOU VPOU „SPbGASU”, St. Petersburg.
• Połuszkin Witalij Iwanowicz, doktor nauk technicznych, profesor, profesor Wydziału Ogrzewnictwa, Wentylacji i Klimatyzacji, FGBOU VPO „SPbGASU”, St. Petersburg.

Link bibliograficzny

Datsyuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov B.N., Taurit V.R. MODELOWANIE PROCESÓW WENTYLACJI // Współczesne problemy nauki i edukacji. - 2012r. - nr 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (data dostępu: 17.10.2019). Zwracamy uwagę na czasopisma wydawane przez wydawnictwo „Akademia Historii Naturalnej”