Выше описанные параметры рассчитываются полагаясь на технические свойства элементов системы и для секций такой мощности, как правило, являются постоянны. Данные параметры взаимосвязаны, данная взаимосвязь может быть описана следующей передаточной функцией:
Рисунок 1 - Передаточная функция описывающая процессы в секциях СКВ
4.2 Модель системы кондиционирования воздуха и ее принцип работы
Система автоматического управления обеспечивает поддержку заданных параметров воздуха в помещении. Система учитывает параметры входящего воздуха и измененного воздуха на выходе из каждой секции и координирует систему, которая, на основе данных значений определяет оптимальность прохождения процесса.
Рисунок 2 - Модель системы кондиционирования воздуха
(анимация: 5 кадров, 147 килобайт, 5 циклов повторения)
Принцип работы системы следующий: при подаче на программируемый логический контроллер сигнала о включении системы кондиционирования воздуха производится активация всех датчиков и других элементов, открывается наружная заслонка секции закачки воздуха, после чего происходит закачка воздуха при помощи мощного вентилятора. Происходит опрос всех датчиков, производится измерение температуры и влажности воздуха окружающей среды, в помещении и в секциях системы кондиционирования воздуха. Информация о температуре и влажности воздуха поступает в программируемый логический контроллер, после чего обрабатывается и при необходимости регулирования, если температура или влажность воздуха не соответствует заданному значению которое вводиться оператором, или соответствует заданному режиму работы (Зима/Лето, День/Ночь), подается регулирующий сигнал на исполнительные механизмы, который сразу же открывает клапаны для подачи воды в трубки на столько, на сколько нужно для достижения необходимой температуры и влажности воздуха. За температурой и влагой воздуха следят датчики температуры TE и датчики влажности ME, на схеме они обозначены комплексами D, у каждого комплекса своя нумерация. Начинается нагрев, охлаждение или увлажнение воздуха. При достижении заданной температуры и влажности клапан подачи воды закрывается на столько на сколько нужно для поддержания температуры и влажности. Поступает сигнал на исполнительные механизмы. При этом изменять режим работы, желаюмую температуру или влажность воздуха можно при помощи сервера (компьютера) либо ЧМИ панели управления, на которых установлено специальное программное обеспечение. При изменении параметров, на одном из двух устройств, незамедлительно поступает сигнал на контроллер, который регулирует параметры секций установки кондиционирования воздуха. Связь между контроллером, сервером (компьютером) и ЧМИ панелью осуществляется при помощи Industrial Ethernet. При желании возможно подключение через Profibus DP.
4.3 Моделирование системы управления
На данном этапе рассматриваться только секции нагрева и охлаждения, секция увлажнения будит разрабатываться в дальнейшем выполнении магистерской работы. Моделирование системы будим проводить с учетом возмущений. К возмущению относится температура наружного атмосферного воздуха. Зададим входной сигнал равный 25 °C, а как возмущение скачек температуры в 10 °C. Исходя из теории ТАУ и для упрощения анализа графиков входной сигнал возьмем равный 1, а возмущение равное 0.3. Соответственно 1 равна 25 °C, а 0.3 равно 30% из 25 °C, что ? 10 °C. При моделировании мы основываемся на том, что если система обработает резкий и крупный скачек температуры, то с остальными возмущающими воздействиями она так же справиться.
Схемы моделирования в пакете Simulink построим основываясь на структурную схему системы управления для секций нагрева и охлаждения воздуха.
Выполним моделирование для секции подогрева воздуха:
Рисунок 3 - Схема моделирования для секции нагрева: а) система регулирования температуры воздуха в помещении, б) система регулирования температурой воздуха на выходе установки
Выполним моделирование системы при полученных настройках регулятора.
Рисунок 4 - График изменения температуры воздуха с приложенным возмущением
Рисунок 5 - График изменения температуры воздуха с приложенным возмущением и подключенным компенсатором
Рисунок 6 - График изменения температуры на выходе из установки
Выполним моделирование для секции охлаждения воздуха:
Рисунок 7 - Схема моделирования для секции охлаждения: а) система регулирования температуры воздуха в помещении, б) система регулирования температурой воздуха на выходе установки
Выполним моделирование системы при полученных настройках регулятора.
Рисунок 8 - График изменения температуры воздуха с приложенным возмущением
Рисунок 9 - График изменения температуры воздуха с приложенным возмущением и подключенным компенсатором
Рисунок 10 - График изменения температуры на выходе из установки
Проанализируем выше приведенные графики: На рис. 4, 8 графиках зависимостей температуры от времени, можем пронаблюдать работу системы с поданным возмущением. Видно, что перерегулирование составляет не более 10%, что вполне удовлетворяет требованиям системы при таком резком скачке. На графиках можем наблюдать, что в определенный момент времени подавалось внешнее возмущение, а именно перепад температуры окружающей среды. Далее на рис. 5, 9 изображены графики зависимостей системы с компенсатором. Проанализировав их наблюдаем, что перерегулирование так же составляет не более 10% и система справляется с возмущением должным образом. На графиках рис. 6, 10 мы можем проанализировать качество изменения температуры на выходе из установки. Перерегулирование системы составляет не более 10% и система отлично справляется с поставленной задачей.
Перед нами стояла задача по оценке качества. Выбранными требованиями были:
Перерегулирование не более 20%.
Время переходного процесса для системы с учетом параметров помещения не более 60 мин (3600 сек), для системы без учета параметров помещения не более 10 мин (600 сек).
Анализируя выше представленные графики можем сделать вывод, что система в полной мере удовлетворяет выше перечисленным критериям качества.
Выводы
В результате проведенного анализа режимов работы систем кондиционирования воздуха ка объектов автоматического управления сформулированы требования к системе управления СКВ, отличительной особенностью которых является централизация управления и взаимосвязь всех секций установки.
В результате проведенного анализа существующих систем управления секциями установки был выбран локальный тип САУ. Предложен новый способ автоматического управления установкой кондиционирования воздуха, а именно реализация обмена данными параметров воздуха между секциями и расчет рецептов с учетом этих данных.
В работе обоснованы и разработаны технические решения по системе управления с использованием программированного логического контроллера.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: май 2017 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
Список источников
Р. Дорф, Р. Бишоп Современные системы управления. - М.: Лаборатория Базовых Знаний. - 2002 - 832 с.
Ч. Филлипс, Р. Харбор Системы управления с обратной связью. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 - 616 с.
Е. С. Бондарь, А. С. Гордиенко, В. А. Михайлов, Г. В. Нимич Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Издательство Аванпост_прим, 2003. - 561 с.
В. А. Лукас Теория управления техническими системами. Учебный курс для вузов. Екатеринбург: Издательство УГГГА, 2002. - 675 с.
А. Л. Нестеров Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга 1. - СПб.: издательство ДЕАН, 2006. - 552 с.
А. Л. Нестеров Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга 2. - СПб.: Издательство ДЕАН, 2009. - 944 с.
Simatic S7. Технические данные. Интернет издание, 2009г. - 539 с.
Simatic Touch Panel. Технические данные. Интернет издание, 2009г. - 80 с.
А. Г. Сотников Автоматизация систем кондиционирования воздуха и вентиляции. - Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1984.
А. С. Клюев, А .Т. Лебедев, С. А. Клюев, А. Г. Товарнов Наладка средств автоматизациии и автоматических систем регулирования: Справочное пособие, Под ред. А. С. Клюева. - 2_е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоавтомиздат, 1989 г. - 368 с.