Mô hình toán học của hệ thống thông gió. Mô hình toán học về chế độ nhiệt của cơ sở với hệ thống sưởi bức xạ. Cung cấp và hút gió quạt ly tâm

Bài báo xem xét các quá trình mô hình hóa thông gió và phân tán khí thải của nó trong khí quyển. Việc lập mô hình dựa trên việc giải hệ phương trình Navier-Stokes, các định luật bảo toàn khối lượng, động lượng và nhiệt. Các khía cạnh khác nhau của giải pháp số của các phương trình này được xem xét. Một hệ phương trình được đề xuất giúp tính toán giá trị của hệ số nhiễu loạn nền. Đối với phép tính gần đúng siêu âm, một giải pháp được đề xuất, cùng với các phương trình thủy động lực học được đưa ra trong bài báo, cho phương trình đứng của khí thực lý tưởng và hơi nước. Phương trình này là một biến thể của phương trình van der Waals và chính xác hơn là tính đến kích thước của các phân tử khí hoặc hơi và tương tác của chúng. Dựa trên điều kiện ổn định nhiệt động, một mối quan hệ thu được cho phép loại bỏ các gốc không thể thực hiện được về mặt vật lý khi giải phương trình thể tích. Việc phân tích các mô hình tính toán nổi tiếng và các gói tính toán của động lực học chất lỏng được thực hiện.

người mẫu

thông gió

nhiễu loạn

phương trình truyền nhiệt và khối lượng

phương trình trạng thái

khí thực

tản mát

1. Berlyand M. E. Các vấn đề đương đại khuếch tán khí quyển và ô nhiễm không khí. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 448 tr.

2. Belyaev N. N. Mô hình hóa quá trình phân tán khí độc trong điều kiện phát triển // Bản tin DIIT. - 2009. - Số 26 - S. 83-85.

3. Byzova N. L. nghiên cứu thực nghiệm Tính toán khuếch tán khí quyển và tán xạ tạp chất / N. L. Byzova, E. K. Garger, V. N. Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985. - 351 tr.

4. Datsyuk T. A. Lập mô hình phân tán khí thải thông gió. - St. Petersburg: SPbGASU, 2000. - 210 tr.

5. Sauts A. V. Ứng dụng thuật toán đồ họa nhận thức và phương pháp phân tích toán học để nghiên cứu các đặc tính nhiệt động của isobutane R660A ở đường bão hòa: Cấp số 2С/10: báo cáo nghiên cứu (cuối cùng) / GOUVPO SPbGASU; tay Gorokhov V.L. 30.- Số GR 01201067977.- Inv. SĐT 02201158567.

Khi thiết kế các cụm công nghiệp và các cơ sở độc đáo, các vấn đề liên quan đến đảm bảo chất lượng môi trường không khí và các thông số vi khí hậu chuẩn hóa cần được chứng minh một cách toàn diện. Do chi phí sản xuất, lắp đặt và vận hành hệ thống thông gió và điều hòa không khí cao, các yêu cầu gia tăng được đặt ra đối với chất lượng của các tính toán kỹ thuật. Để lựa chọn các giải pháp thiết kế hợp lý trong lĩnh vực thông gió, cần có khả năng phân tích toàn bộ tình hình, tức là. tiết lộ mối quan hệ không gian của các quá trình động xảy ra trong nhà và trong khí quyển. Đánh giá hiệu quả thông gió, không chỉ phụ thuộc vào lượng không khí cung cấp vào phòng mà còn phụ thuộc vào sơ đồ phân phối không khí được thông qua và nồng độ các chất có hại trong không khí bên ngoài tại các vị trí hút gió.

Mục đích của bài viết- việc sử dụng các phụ thuộc phân tích, với sự trợ giúp của việc tính toán lượng khí thải độc hại được thực hiện, để xác định kích thước của các kênh, ống dẫn khí, trục và lựa chọn phương pháp xử lý không khí, v.v. Trong trường hợp này, nên sử dụng sản phẩm phần mềm Potok với mô-đun VSV. Để chuẩn bị dữ liệu ban đầu, cần phải có sơ đồ của các thiết kế hệ thống thông gió với chỉ báo về độ dài của các phần và tốc độ dòng khí ở các phần cuối. Dữ liệu đầu vào để tính toán là mô tả về hệ thống thông gió và các yêu cầu đối với nó. Sử dụng mô hình toán học, các câu hỏi sau đây được giải quyết:

• lựa chọn các phương án tối ưu để cung cấp và loại bỏ không khí;
• phân phối các thông số vi khí hậu theo thể tích của cơ sở;
• đánh giá chế độ khí động học của sự phát triển;
• sự lựa chọn của những nơi để hút không khí và loại bỏ không khí.

Các trường vận tốc, áp suất, nhiệt độ, nồng độ trong phòng và khí quyển được hình thành dưới tác động của nhiều yếu tố, tổng thể rất khó tính đến trong các phương pháp tính toán kỹ thuật nếu không sử dụng máy tính.

Ứng dụng của mô hình toán học trong các bài toán thông gió và khí động học dựa trên nghiệm của hệ phương trình Navier-Stokes.

Để mô phỏng dòng chảy rối, cần giải hệ phương trình bảo toàn khối lượng và Reynolds (bảo toàn động lượng):

(2)

ở đâu t- thời gian, X= tôi , j , k- tọa độ không gian, bạn=bạn tôi , j , k là các thành phần của vectơ vận tốc, r- áp suất đo áp suất, ρ - mật độ, τ tôi là các thành phần tenxơ ứng suất, s m- nguồn đại chúng, tôi là là các thành phần của nguồn xung.

Tenxơ ứng suất được biểu diễn như sau:

(3)

ở đâu sij- tenxơ tốc độ biến dạng; δ tôi- tenxơ của ứng suất bổ sung phát sinh do sự có mặt của dòng chảy rối.

Để biết thông tin về các trường nhiệt độ t và sự tập trung Với chất độc hại, hệ thống được bổ sung bởi các phương trình sau:

phương trình bảo toàn nhiệt

phương trình bảo toàn tạp chất thụ động Với

(5)

ở đâu Cr- hệ số nhiệt dung, λ - hệ số dẫn nhiệt, k= tôi , j , k- hệ số nhiễu loạn.

Yếu tố nhiễu loạn cơ bản k cơ sở được xác định bằng cách sử dụng hệ phương trình:

(6)

ở đâu k f - hệ số nhiễu loạn nền, k f \u003d 1-15 m 2 / s; ε = 0,1-04;

Các hệ số nhiễu loạn được xác định bằng các phương trình:

(7)

Trong một khu vực mở với độ phân tán thấp, giá trị k z được xác định bởi phương trình:

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

ở đâu k 0 - giá trị k k trên cao z 0 (k 0 \u003d 0,1 m 2 / s tại z 0 = 2m).

Trong khu vực mở, cấu hình tốc độ gió không bị biến dạng;

Với sự phân tầng khí quyển chưa biết trong một khu vực mở, hồ sơ tốc độ gió có thể được xác định:

; (9)

trong đó z 0 - chiều cao đã cho (chiều cao của cánh gió thời tiết); bạn 0 - tốc độ gió ở độ cao z 0 ; b = 0,15.

Với điều kiện (10), tiêu chí Richardson cục bộ riđịnh nghĩa là:

(11)

Ta phân biệt phương trình (9), quy đồng phương trình (7) và (8), từ đó biểu diễn k căn cứ

(12)

Hãy đánh dấu phương trình (12) với hệ phương trình (6). Ta thay (11) và (9) vào đẳng thức thu được, ở dạng cuối cùng ta được hệ phương trình:

(13)

Thuật ngữ xung, theo ý tưởng của Boussinesq, được biểu diễn dưới dạng:

(14)

nơi μ t- độ nhớt chảy rối, và các thuật ngữ bổ sung trong phương trình truyền năng lượng và các thành phần tạp chất được mô hình hóa như sau:

(15)

(16)

Hệ phương trình được đóng lại bằng cách sử dụng một trong các mô hình nhiễu loạn được mô tả bên dưới.

Đối với các dòng chảy rối được nghiên cứu trong thực hành thông gió, nên sử dụng giả thuyết Boussinesq về mức độ nhỏ của sự thay đổi mật độ, hoặc cái gọi là phép tính gần đúng "hyposonic". Ứng suất Reynolds được coi là tỷ lệ thuận với tốc độ biến dạng trung bình theo thời gian. Hệ số nhớt chảy rối được giới thiệu, khái niệm này được thể hiện như sau:

. (17)

Hệ số độ nhớt hiệu quả được tính bằng tổng của các hệ số phân tử và rối:

(18)

Phép gần đúng “hyposonic” bao gồm việc giải, cùng với các phương trình trên, phương trình đứng của một loại khí lý tưởng:

ρ = P/(RT) (19)

ở đâu P - áp lực trong Môi trường; r là hằng số khí.

Để tính toán chính xác hơn, mật độ tạp chất có thể được xác định bằng cách sử dụng phương trình van der Waals đã sửa đổi cho khí và hơi thực

(20)

các hằng số ở đâu N và m- tính đến sự liên kết/phân ly của các phân tử khí hoặc hơi; một- tính đến các tương tác khác; b" - tính đến kích thước của các phân tử khí; υ=1/ρ.

Tách từ phương trình (12) áp suất r và phân biệt nó theo thể tích (có tính đến độ ổn định nhiệt động), chúng tôi nhận được mối quan hệ sau:

. (21)

Cách tiếp cận này giúp giảm đáng kể thời gian tính toán so với trường hợp sử dụng các phương trình đầy đủ cho khí nén mà không làm giảm độ chính xác của kết quả thu được. Không có giải pháp phân tích cho các phương trình trên. Về vấn đề này, các phương pháp số được sử dụng.

Để giải quyết các vấn đề thông gió liên quan đến việc chuyển các chất vô hướng bằng dòng chảy rối, khi giải quyết phương trình vi phân sử dụng sơ đồ phân tách bằng các quá trình vật lý. Theo nguyên lý tách, tích phân sai phân hữu hạn của các phương trình thủy động lực học và vận chuyển khuếch tán đối lưu của một chất vô hướng tại mỗi bước thời gian Δ tđược thực hiện trong hai giai đoạn. Ở giai đoạn đầu tiên, các thông số thủy động lực học được tính toán. Ở giai đoạn thứ hai, các phương trình khuếch tán được giải trên cơ sở các trường thủy động đã tính toán.

Ảnh hưởng của sự truyền nhiệt đến sự hình thành trường vận tốc không khí được tính đến bằng cách sử dụng xấp xỉ Boussinesq: một thuật ngữ bổ sung được đưa vào phương trình chuyển động cho thành phần vận tốc thẳng đứng, có tính đến lực nổi.

Bốn phương pháp được biết đến để giải quyết các vấn đề về chuyển động hỗn loạn của chất lỏng:

• mô hình hóa trực tiếp "DNS" (giải pháp của phương trình Navier-Stokes không cố định);
• giải pháp của các phương trình Reynolds trung bình "RANS", tuy nhiên, hệ thống này không đóng và cần các quan hệ đóng bổ sung;
• phương pháp xoáy lớn "LES » , dựa trên giải pháp của các phương trình Navier-Stokes không cố định với tham số hóa các xoáy tỷ lệ lưới con;
• phương pháp DES , đó là sự kết hợp của hai phương pháp: trong vùng có dòng chảy riêng biệt - "LES" và trong vùng có dòng chảy "trơn tru" - "RANS".

Chắc chắn, hấp dẫn nhất từ ​​​​quan điểm về độ chính xác của kết quả thu được là phương pháp mô phỏng số trực tiếp. Tuy nhiên, hiện tại, khả năng của công nghệ máy tính chưa cho phép giải các bài toán về hình học và số thực. Lại, và với độ phân giải của các xoáy ở mọi kích cỡ. Do đó, khi giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật, các giải pháp số của phương trình Reynolds được sử dụng.

Hiện tại, các gói được chứng nhận như STAR-CD, FLUENT hoặc ANSYS/FLOTRAN đã được sử dụng thành công để mô phỏng các sự cố thông gió. Với một vấn đề được xây dựng chính xác và thuật toán giải pháp hợp lý, lượng thông tin thu được cho phép bạn chọn ở giai đoạn thiết kế lựa chọn tốt nhất, nhưng việc thực hiện các phép tính bằng các chương trình này cần được đào tạo thích hợp và việc sử dụng chúng không chính xác có thể dẫn đến kết quả sai.

Như " trường hợp cơ bản» bạn có thể xem xét kết quả của các phương pháp tính toán số dư được công nhận chung cho phép bạn so sánh các giá trị tích phân đặc trưng của vấn đề đang được xem xét.

Một trong điểm quan trọng khi sử dụng các hệ thống phần mềm phổ quát để giải quyết các vấn đề thông gió là sự lựa chọn của một mô hình nhiễu loạn. Đến bây giờ nó được biết một số lượng lớn các mô hình khác nhau nhiễu loạn, được sử dụng để đóng các phương trình Reynolds. Các mô hình nhiễu loạn được phân loại theo số lượng tham số cho các đặc tính nhiễu loạn, tương ứng là một tham số, hai tham số và ba tham số.

Hầu hết các mô hình nhiễu loạn bán thực nghiệm, bằng cách này hay cách khác, sử dụng "giả thuyết về vị trí của cơ chế vận chuyển hỗn loạn", theo đó cơ chế truyền động lượng hỗn loạn được xác định hoàn toàn bằng cách thiết lập các đạo hàm cục bộ của vận tốc trung bình và tính chất vật lý chất lỏng. Giả thuyết này không tính đến ảnh hưởng của các quá trình xảy ra cách xa điểm được xem xét.

Đơn giản nhất là các mô hình một tham số sử dụng khái niệm độ nhớt chảy rối "n t”, và nhiễu loạn được coi là đẳng hướng. Một phiên bản sửa đổi của "n t-92" được khuyến nghị để lập mô hình dòng chảy phản lực và dòng chảy riêng biệt. Một thỏa thuận tốt với các kết quả thử nghiệm cũng được đưa ra bởi mô hình một tham số "S-A" (Spalart - Almaras), chứa phương trình vận chuyển cho số lượng .

Nhược điểm của các mô hình với một phương trình vận chuyển duy nhất là chúng thiếu thông tin về sự phân bố của thang nhiễu loạn l. Theo số lượng l các quá trình chuyển giao, phương pháp hình thành rối, tiêu tán ảnh hưởng năng lượng của rối. Phụ thuộc phổ quát để xác định l không tồn tại. Phương trình quy mô nhiễu loạn l thường hóa ra chính xác là phương trình xác định độ chính xác của mô hình và theo đó, phạm vi ứng dụng của nó. Về cơ bản, phạm vi của các mô hình này được giới hạn trong các dòng chảy cắt tương đối đơn giản.

Trong các mô hình hai tham số, ngoại trừ quy mô nhiễu loạn l, sử dụng làm tham số thứ hai tốc độ tiêu tán năng lượng hỗn loạn . Các mô hình như vậy thường được sử dụng nhiều nhất trong thực tế tính toán hiện đại và chứa các phương trình truyền năng lượng rối và tiêu tán năng lượng.

Một mô hình nổi tiếng bao gồm các phương trình truyền năng lượng nhiễu loạn k và tốc độ tiêu tán năng lượng rối ε. Các mô hình như " k- e" có thể được sử dụng cho cả dòng chảy gần tường và dòng chảy tách biệt phức tạp hơn.

Hai mô hình tham số được sử dụng trong phiên bản Reynolds thấp và cao. Trong phần đầu tiên, cơ chế tương tác giữa vận chuyển phân tử và hỗn loạn gần bề mặt rắn được tính đến trực tiếp. Trong phiên bản Reynolds cao, cơ chế vận chuyển hỗn loạn gần ranh giới rắn được mô tả bằng các hàm cận tường đặc biệt liên quan đến các tham số dòng chảy với khoảng cách đến tường.

Hiện tại, các mô hình SSG và Gibson-Launder, sử dụng mối quan hệ phi tuyến giữa tenxơ ứng suất rối Reynolds và tenxơ tốc độ biến dạng trung bình, là một trong những mô hình hứa hẹn nhất. Chúng được phát triển để cải thiện khả năng dự đoán của các dòng tách biệt. Vì tất cả các thành phần tenxơ đều được tính toán trong chúng nên chúng yêu cầu tài nguyên máy tính lớn so với các mô hình hai tham số.

Đối với các luồng phân tách phức tạp, một số lợi thế đã được tiết lộ bằng cách sử dụng các mô hình một tham số "n t-92", "S-A" về độ chính xác của việc dự đoán các tham số dòng chảy và tốc độ đếm so với các mô hình hai tham số.

Ví dụ: chương trình STAR-CD cung cấp việc sử dụng các mô hình thuộc loại " k- e", Spalarta - Almaras, "SSG", "Gibson-Launder", cũng như phương pháp xoáy lớn "LES" và phương pháp "DES". Hai phương pháp cuối phù hợp hơn để tính toán chuyển động của không khí trong các điều kiện hình học phức tạp, nơi sẽ xảy ra nhiều vùng xoáy tách biệt, nhưng chúng đòi hỏi tài nguyên tính toán lớn.

Kết quả tính toán phụ thuộc đáng kể vào việc lựa chọn lưới tính toán. Hiện tại, các chương trình đặc biệt được sử dụng để xây dựng lưới. Các ô lưới có thể có hình dạng khác nhau và kích thước phù hợp nhất với giải pháp nhiệm vụ cụ thể. Loại lưới đơn giản nhất, khi các ô giống nhau và có dạng hình khối hoặc hình chữ nhật. Các chương trình tính toán phổ quát hiện đang được sử dụng trong thực hành kỹ thuật giúp có thể làm việc trên các lưới không có cấu trúc tùy ý.

Để thực hiện các tính toán mô phỏng số các bài toán thông gió, cần thiết lập các điều kiện biên và điều kiện ban đầu, tức là giá trị của các biến phụ thuộc hoặc độ dốc bình thường của chúng tại các ranh giới của miền tính toán.

Nhiệm vụ với mức độ chính xác đủ của các đặc điểm hình học của đối tượng đang nghiên cứu. Đối với những mục đích này, các gói như SolidWorks, Pro / Engeneer, NX Nastran có thể được khuyến nghị để xây dựng các mô hình ba chiều. Khi xây dựng một lưới tính toán, số lượng ô được chọn để có được một giải pháp đáng tin cậy với thời gian tính toán tối thiểu. Một trong những mô hình nhiễu loạn bán kinh nghiệm nên được chọn, đây là mô hình hiệu quả nhất cho dòng chảy được xem xét.

TẠI phần kết luận chúng tôi nói thêm rằng cần phải hiểu rõ về khía cạnh định tính của các quá trình đang diễn ra để xây dựng chính xác các điều kiện biên của vấn đề và đánh giá độ tin cậy của kết quả. Mô hình hóa khí thải thông gió ở giai đoạn thiết kế của cơ sở có thể được coi là một trong những khía cạnh của mô hình hóa thông tin nhằm đảm bảo an toàn môi trường của cơ sở.

Người đánh giá:

• Volikov Anatoly Nikolaevich, Tiến sĩ Khoa học Kỹ thuật, Giáo sư Khoa Cung cấp Nhiệt, Khí và Bảo vệ Không khí, FGBOU VPOU "SPbGASU", St.
• Polushkin Vitaly Ivanovich, Tiến sĩ Khoa học Kỹ thuật, Giáo sư, Giáo sư Khoa Hệ thống sưởi, Thông gió và Điều hòa không khí, FGBOU VPO "SPbGASU", St.

liên kết thư mục

Dự báo chế độ nhiệt trong các khu vực dịch vụ là một nhiệm vụ đa yếu tố. Được biết, chế độ nhiệt được tạo ra với sự trợ giúp của hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí. Tuy nhiên, khi thiết kế hệ thống sưởi ấm, tác động của luồng không khí được tạo ra bởi các hệ thống khác không được tính đến. Điều này một phần được chứng minh bởi thực tế là tác động của các luồng không khí lên chế độ nhiệt có thể không đáng kể với sự di chuyển không khí bình thường trong các khu vực được bảo dưỡng.

Việc sử dụng các hệ thống sưởi bức xạ đòi hỏi những cách tiếp cận mới. Điều này bao gồm nhu cầu tuân thủ các tiêu chuẩn tiếp xúc của con người tại nơi làm việc và tính đến sự phân bố nhiệt bức xạ trên các bề mặt bên trong của lớp vỏ tòa nhà. Thật vậy, với hệ thống sưởi bức xạ, các bề mặt này chủ yếu được làm nóng, do đó, tỏa nhiệt vào phòng bằng sự đối lưu và bức xạ. Do đó, nhiệt độ cần thiết của không khí bên trong được duy trì.

Theo quy định, đối với hầu hết các loại cơ sở, cùng với hệ thống sưởi ấm, hệ thống thông gió là bắt buộc. Vì vậy, khi sử dụng hệ thống sưởi ấm bức xạ khí, căn phòng phải được trang bị hệ thống thông gió. Việc trao đổi không khí tối thiểu của cơ sở với việc giải phóng khí và hơi độc hại được quy định bởi SP 60.13330.12. Hệ thống sưởi thông gió và điều hòa không khí ít nhất một lần và ở độ cao hơn 6 m - ít nhất 6 m 3 trên 1 m 2 diện tích sàn. Ngoài ra, hiệu suất của hệ thống thông gió cũng được xác định bởi mục đích của cơ sở và được tính toán từ các điều kiện đồng hóa nhiệt hoặc khí thải hoặc bù khí thải cục bộ. Đương nhiên, lượng trao đổi không khí cũng phải được kiểm tra về điều kiện đồng hóa các sản phẩm đốt cháy. Việc bù thể tích không khí đã loại bỏ được thực hiện bằng hệ thống thông gió cung cấp. Đồng thời, một vai trò quan trọng trong việc hình thành chế độ nhiệt trong các khu vực được bảo dưỡng thuộc về các vòi cung cấp và nhiệt do chúng đưa vào.

Phương pháp và kết quả nghiên cứu

Do đó, cần phải phát triển một mô hình toán học gần đúng của các quá trình truyền nhiệt và truyền khối phức tạp xảy ra trong một căn phòng có hệ thống sưởi bức xạ và thông gió. Mô hình toán học là một hệ phương trình cân bằng không khí-nhiệt cho các thể tích và bề mặt đặc trưng của căn phòng.

Giải pháp của hệ thống cho phép bạn xác định các thông số của không khí trong khu vực bảo dưỡng khi Các tùy chọn khác nhau vị trí của các thiết bị sưởi ấm bức xạ, có tính đến ảnh hưởng của hệ thống thông gió.

Chúng ta sẽ xem xét việc xây dựng một mô hình toán học bằng cách sử dụng ví dụ về cơ sở sản xuất được trang bị hệ thống sưởi bức xạ và không có các nguồn sinh nhiệt khác. Thông lượng nhiệt từ bộ tản nhiệt được phân phối như sau. Dòng đối lưu tăng lên vùng trên dưới trần nhà và tỏa nhiệt vào bề mặt bên trong. Thành phần bức xạ của dòng nhiệt của bộ tản nhiệt được cảm nhận bởi các bề mặt bên trong của các cấu trúc bao quanh bên ngoài của căn phòng. Đổi lại, các bề mặt này tỏa nhiệt bằng cách đối lưu với không khí bên trong và bức xạ đến các bề mặt bên trong khác. Một phần nhiệt được truyền qua các cấu trúc bao quanh bên ngoài ra không khí bên ngoài. Kế hoạch thiết kế truyền nhiệt được thể hiện trong hình. 1a.

Chúng tôi sẽ xem xét việc xây dựng một mô hình toán học bằng cách sử dụng ví dụ về một cơ sở sản xuất được trang bị hệ thống sưởi ấm bức xạ và không có các nguồn giải phóng nhiệt khác. Dòng đối lưu tăng lên vùng trên dưới trần nhà và tỏa nhiệt vào bề mặt bên trong. Thành phần bức xạ của dòng nhiệt của bộ tản nhiệt được cảm nhận bởi các bề mặt bên trong của các cấu trúc bao quanh bên ngoài của căn phòng

Tiếp theo, hãy xem xét việc xây dựng sơ đồ lưu thông luồng không khí (Hình 1b). Hãy chấp nhận kế hoạch tổ chức trao đổi không khí "top-up". Không khí được cung cấp với số lượng m pr theo hướng của khu vực dịch vụ và được loại bỏ khỏi khu vực phía trên với tốc độ dòng chảy m trong = m v.v. Ở mức trên cùng của khu vực bảo dưỡng, luồng không khí trong vòi phun là m trang Sự gia tăng lưu lượng không khí trong vòi phun cung cấp xảy ra do không khí tuần hoàn được tách ra khỏi vòi phun.

Hãy để chúng tôi giới thiệu các ranh giới có điều kiện của dòng chảy - các bề mặt mà vận tốc chỉ có các thành phần bình thường đối với chúng. Trên hình. Trong hình 1b, ranh giới dòng chảy được thể hiện bằng đường đứt nét. Sau đó, chúng tôi chọn khối lượng ước tính: khu vực dịch vụ (không gian có người ở lâu dài); thể tích của tia cung cấp và dòng đối lưu gần tường. Hướng của dòng đối lưu gần tường phụ thuộc vào tỷ lệ nhiệt độ của bề mặt bên trong của các cấu trúc bao quanh bên ngoài và không khí xung quanh. Trên hình. Hình 1b cho thấy một sơ đồ với dòng đối lưu gần tường đi xuống.

Vì vậy, nhiệt độ không khí trong khu vực dịch vụ t wz được hình thành do sự trộn lẫn không khí từ các vòi cung cấp, dòng đối lưu gần tường và nhiệt đối lưu từ các bề mặt bên trong của sàn và tường.

Có tính đến các sơ đồ truyền nhiệt và lưu thông luồng không khí đã phát triển (Hình 1), chúng tôi sẽ soạn các phương trình cân bằng nhiệt-không khí cho các thể tích được phân bổ:

Nơi đây Với- nhiệt dung của không khí, J/(kg °C); Hỏi từ là công suất của hệ thống sưởi bức xạ khí, W; Hỏi với và Hỏi* c - truyền nhiệt đối lưu từ các bề mặt bên trong của tường trong khu vực được bảo dưỡng và tường phía trên khu vực được bảo dưỡng, W; t trang, t c và t wz là nhiệt độ không khí trong vòi cung cấp ở lối vào khu vực làm việc, trong dòng đối lưu gần tường và trong khu vực làm việc,°C; Hỏi tp - tổn thất nhiệt của phòng, W, bằng tổng tổn thất nhiệt qua các cấu trúc bao quanh bên ngoài:

Lưu lượng không khí trong vòi cung cấp ở lối vào khu vực bảo dưỡng được tính toán bằng cách sử dụng các phụ thuộc thu được bởi M. I. Grimitlin.

Ví dụ, đối với máy khuếch tán không khí tạo ra các tia nhỏ gọn, tốc độ dòng chảy trong tia là:

ở đâu tôi là hệ số tắt dần vận tốc; F 0 - diện tích mặt cắt ngang của ống đầu vào của bộ phân phối khí, m 2; x- khoảng cách từ bộ phân phối không khí đến điểm đi vào khu vực bảo dưỡng, m; Đến n là hệ số không đẳng nhiệt.

Lưu lượng không khí trong dòng đối lưu gần tường được xác định bởi:

ở đâu t c là nhiệt độ của bề mặt bên trong của các bức tường bên ngoài, °C.

phương trình cân bằng nhiệtđối với các mặt biên có dạng:

Nơi đây Hỏi c , Hỏi* c , Hỏi làm ơn và Hỏi pt - truyền nhiệt đối lưu từ các bề mặt bên trong của tường trong khu vực được bảo dưỡng - tương ứng là các bức tường phía trên khu vực được bảo dưỡng, sàn và lớp phủ; Hỏi tp.s, Hỏi* tp.s, Hỏi m.p., Hỏi tp.pt - tổn thất nhiệt thông qua các cấu trúc tương ứng; W Với, W* c , W làm ơn, W nm là các dòng nhiệt bức xạ từ bộ phát đến các bề mặt này. Truyền nhiệt đối lưu được xác định bởi sự phụ thuộc đã biết:

ở đâu tôi J là hệ số được xác định có tính đến vị trí của bề mặt và hướng của dòng nhiệt; F J là diện tích bề mặt, m 2 ; Δ t J là chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và không khí xung quanh, °C; J- chỉ số loại bề mặt.

Mất nhiệt Hỏi tJ có thể được biểu thị dưới dạng

ở đâu t n là nhiệt độ không khí bên ngoài, °C; t J là nhiệt độ của bề mặt bên trong của kết cấu bao bọc bên ngoài, °C; r và r n - nhiệt trở và truyền nhiệt của hàng rào bên ngoài, m 2 ° С / W.

Một mô hình toán học của các quá trình truyền nhiệt và khối lượng dưới tác động kết hợp của sưởi ấm bức xạ và thông gió đã thu được. Kết quả của giải pháp cho phép có được các đặc điểm chính của chế độ nhiệt khi thiết kế hệ thống sưởi ấm bức xạ cho các tòa nhà cho các mục đích khác nhau được trang bị hệ thống thông gió

Dòng nhiệt bức xạ từ bộ phát của hệ thống sưởi ấm bức xạ wjđược tính theo diện tích bức xạ lẫn nhau theo phương pháp định hướng tùy ý nguồn phát và bề mặt xung quanh:

ở đâu Với 0 là độ phát xạ của vật đen hoàn toàn, W / (m 2 K 4); ε IJ là độ giảm phát xạ của các bề mặt tham gia trao đổi nhiệt Tôi và J; h IJ là diện tích bức xạ lẫn nhau của các bề mặt Tôi và J, m 2 ; t I là nhiệt độ trung bình của bề mặt bức xạ, được xác định từ cân bằng nhiệt của bộ bức xạ, K; t J là nhiệt độ của bề mặt nhận nhiệt, K.

Bằng cách thay thế các biểu thức cho dòng nhiệt và tốc độ dòng không khí trong các tia, chúng ta thu được một hệ phương trình là mô hình toán học gần đúng của các quá trình truyền nhiệt và khối lượng trong quá trình đốt nóng bức xạ. Các chương trình máy tính tiêu chuẩn có thể được sử dụng để giải quyết hệ thống.

Một mô hình toán học của các quá trình truyền nhiệt và khối lượng dưới tác động kết hợp của sưởi ấm bức xạ và thông gió đã thu được. Kết quả của giải pháp cho phép có được các đặc điểm chính của chế độ nhiệt khi thiết kế hệ thống sưởi ấm bức xạ cho các tòa nhà cho các mục đích khác nhau được trang bị hệ thống thông gió.

Kính gửi các thành viên của ủy ban chứng nhận, tôi trình bày với các bạn về công việc đủ điều kiện cuối cùng, mục đích của nó là phát triển một hệ thống điều khiển tự động để cung cấp và thông gió cho các cửa hàng sản xuất.

Được biết, tự động hóa là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong tăng trưởng năng suất lao động ở Việt Nam. sản xuất công nghiệp, nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ. Việc mở rộng liên tục phạm vi tự động hóa là một trong những đặc điểm chính của ngành ở giai đoạn này. Đồ án tốt nghiệp được phát triển là một trong những ý tưởng kế thừa khái niệm xây dựng các tòa nhà "thông minh" đang phát triển, tức là các vật thể trong đó các điều kiện sống của con người được điều khiển bằng các phương tiện kỹ thuật.

Nhiệm vụ chính cần giải quyết trong thiết kế là hiện đại hóa hệ thống thông gió hiện có tại nơi thực hiện - các xưởng sản xuất của Công ty Cổ phần VOMZ để đảm bảo hiệu quả (tiết kiệm năng lượng và tiêu thụ nhiệt, giảm chi phí bảo trì hệ thống, giảm thời gian dừng máy), duy trì vi khí hậu thoải mái và không khí sạch trong khu vực làm việc, khả năng hoạt động và ổn định, độ tin cậy của hệ thống trong các chế độ khẩn cấp/quan trọng.

Vấn đề được xem xét trong đồ án tốt nghiệp là do sự lỗi thời và lạc hậu về mặt kỹ thuật (hao mòn) của hệ thống điều khiển hiện có của PVV. Nguyên tắc phân tán được sử dụng trong việc xây dựng IPV loại trừ khả năng kiểm soát tập trung (khởi chạy và giám sát trạng thái). Việc không có thuật toán khởi động/dừng hệ thống rõ ràng cũng khiến hệ thống không đáng tin cậy do lỗi của con người và việc không có các chế độ vận hành khẩn cấp khiến hệ thống không ổn định liên quan đến các nhiệm vụ đang được giải quyết.

Sự liên quan của vấn đề thiết kế bằng tốt nghiệp là do sự gia tăng chung về tỷ lệ mắc bệnh đường hô hấp và cảm lạnh của người lao động, sự suy giảm chung về năng suất lao động và chất lượng sản phẩm trong lĩnh vực này. Việc phát triển ACS PVV mới có liên quan trực tiếp đến chính sách chất lượng của nhà máy (ISO 9000), cũng như các chương trình hiện đại hóa thiết bị nhà máy và tự động hóa các hệ thống hỗ trợ sự sống cho các phân xưởng.

Phần tử điều khiển trung tâm của hệ thống là tủ tự động hóa với bộ vi điều khiển và thiết bị, được lựa chọn dựa trên kết quả nghiên cứu thị trường (áp phích 1). Có rất nhiều ưu đãi trên thị trường, nhưng thiết bị được chọn ít nhất cũng tốt như các thiết bị tương tự. Một tiêu chí quan trọng là chi phí, mức tiêu thụ năng lượng và hiệu suất bảo vệ của thiết bị.

Sơ đồ chức năng tự động hóa của PVV được thể hiện trong bản vẽ 1. Cách tiếp cận tập trung được chọn làm phương pháp chính trong thiết kế ACS, giúp có thể đưa hệ thống di động, nếu cần, vào triển khai theo cách hỗn hợp phương pháp tiếp cận, ngụ ý khả năng gửi và liên lạc với các mạng công nghiệp khác. Cách tiếp cận tập trung có khả năng mở rộng cao, đủ linh hoạt - tất cả các thuộc tính chất lượng này được xác định bởi bộ vi điều khiển đã chọn - Hệ thống I / O WAGO, cũng như việc triển khai chương trình điều khiển.

Trong quá trình thiết kế, các yếu tố tự động hóa đã được chọn - bộ truyền động, cảm biến, tiêu chí lựa chọn là chức năng, độ ổn định của hoạt động ở các chế độ quan trọng, phạm vi đo lường / điều khiển tham số, tính năng cài đặt, dạng đầu ra tín hiệu, chế độ vận hành. Các mô hình toán học chính được lựa chọn và mô phỏng hoạt động của hệ thống điều khiển nhiệt độ không khí với việc điều khiển vị trí van điều tiết của van ba ngả. Mô phỏng được thực hiện trên môi trường VisSim.

Để điều chỉnh, phương pháp "cân bằng tham số" trong vùng giá trị khống chế đã được chọn. Tỷ lệ thuận được chọn làm luật điều khiển, vì không có yêu cầu cao về độ chính xác và tốc độ của hệ thống và phạm vi giá trị đầu vào/đầu ra nhỏ. Các chức năng của bộ điều khiển được thực hiện bởi một trong các cổng của bộ điều khiển theo chương trình điều khiển. Kết quả mô phỏng của khối này được trình bày trong poster 2.

Thuật toán vận hành hệ thống được thể hiện trong hình 2. Chương trình điều khiển thực hiện thuật toán này bao gồm các khối chức năng, một khối hằng số, các hàm chuẩn và hàm chuyên dụng được sử dụng. Tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống được đảm bảo cả về mặt lập trình (sử dụng FB, hằng số, nhãn và chuyển đổi, tính nén của chương trình trong bộ nhớ bộ điều khiển) và về mặt kỹ thuật (sử dụng tiết kiệm các cổng vào/ra, cổng dự phòng).

Lập trình cung cấp các hành động của hệ thống trong các chế độ khẩn cấp (quá nóng, hỏng quạt, hạ thân nhiệt, tắc bộ lọc, cháy). Thuật toán vận hành hệ thống ở chế độ PCCCđược hiển thị trong bản vẽ 3. Thuật toán này có tính đến các yêu cầu của tiêu chuẩn về thời gian sơ tán và hành động của thiết bị an toàn phòng cháy chữa cháy trong trường hợp hỏa hoạn. Nhìn chung, việc áp dụng thuật toán này là hiệu quả và đã được chứng minh bằng các thử nghiệm. Vấn đề hiện đại hóa mui xe khí thải về an toàn cháy nổ cũng đã được giải quyết. Các giải pháp được tìm thấy đã được xem xét và chấp nhận như khuyến nghị.

Độ tin cậy của hệ thống được thiết kế hoàn toàn phụ thuộc vào độ tin cậy của phần mềm và vào toàn bộ bộ điều khiển. Chương trình điều khiển được phát triển đã trải qua quá trình gỡ lỗi, kiểm tra thủ công, cấu trúc và chức năng. Chỉ các đơn vị được đề xuất và chứng nhận mới được chọn để đảm bảo độ tin cậy và tuân thủ bảo hành thiết bị tự động hóa. Bảo hành của nhà sản xuất cho tủ tự động hóa đã chọn, tùy thuộc vào việc tuân thủ các nghĩa vụ bảo hành, là 5 năm.

Ngoài ra, một cấu trúc tổng quát của hệ thống đã được phát triển, một chu trình đồng hồ hoạt động của hệ thống đã được xây dựng, một bảng kết nối và đánh dấu cáp, sơ đồ cài đặt ACS đã được hình thành.

Các chỉ số kinh tế của dự án, do tôi tính toán trong phần tổ chức và kinh tế, được hiển thị trên áp phích số 3. Áp phích tương tự cho thấy một biểu đồ dải của quá trình thiết kế. Các tiêu chí theo GOST RISO/IEC 926-93 được sử dụng để đánh giá chất lượng của chương trình điều khiển. Lớp hiệu quả kinh tế phát triển được thực hiện bằng cách sử dụng phân tích SWOT. Rõ ràng, hệ thống được thiết kế có chi phí thấp (cấu trúc chi phí - áp phích 3) và thời gian hoàn vốn khá nhanh (được tính bằng mức tiết kiệm tối thiểu). Như vậy, chúng ta có thể kết luận về hiệu quả kinh tế cao của sự phát triển.

Ngoài ra, các vấn đề về bảo hộ lao động, an toàn điện và thân thiện với môi trường của hệ thống cũng được giải quyết. Việc lựa chọn cáp dẫn điện, bộ lọc ống gió là có cơ sở.

Do đó, theo kết quả của luận án, một dự án hiện đại hóa đã được phát triển tối ưu liên quan đến tất cả các yêu cầu đặt ra. Dự án này được khuyến nghị thực hiện theo các điều khoản hiện đại hóa thiết bị của nhà máy.

Nếu hiệu quả chi phí và chất lượng của dự án được khẳng định thời gian tập sự, nó được lên kế hoạch để thực hiện cấp độ người điều phối bằng cách sử dụng mạng nội bộ doanh nghiệp, cũng như hiện đại hóa hệ thống thông gió của các cơ sở khác cơ sở công nghiệpđể kết hợp chúng thành một mạng công nghiệp duy nhất. Theo đó, các giai đoạn này bao gồm phát triển phần mềm điều phối, ghi nhật ký trạng thái hệ thống, lỗi, tai nạn (DB), tổ chức nơi làm việc tự động hoặc trạm kiểm soát (CCP). Cũng có thể tìm ra những điểm yếu của hệ thống hiện có, chẳng hạn như hiện đại hóa các đơn vị xử lý, cũng như hoàn thiện các van nạp khí với cơ chế đóng băng.

chú thích

Đồ án tốt nghiệp bao gồm phần mở đầu, 8 chương, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, ứng dụng và dài 141 trang đánh máy có hình ảnh minh họa.

Phần đầu giới thiệu tổng quan và phân tích nhu cầu thiết kế hệ thống điều khiển tự động cấp và thông gió khí thải (ACS PVV) của xưởng sản xuất, nghiên cứu marketing tủ điện tự động hóa. đang được xem xét đề án tiêu biểu thông gió và các phương pháp thay thế để giải quyết các vấn đề của thiết kế văn bằng.

Phần thứ hai cung cấp mô tả về hệ thống PV hiện có tại địa điểm triển khai - OJSC VOMZ, như Quy trình công nghệ. Một sơ đồ khối tổng quát về tự động hóa quy trình công nghệ chuẩn bị không khí đang được hình thành.

Trong phần thứ ba, một đề xuất kỹ thuật mở rộng được xây dựng để giải quyết các vấn đề của thiết kế tốt nghiệp.

Phần thứ tư dành cho sự phát triển của pháo tự hành. Các yếu tố tự động hóa và điều khiển được lựa chọn, kỹ thuật và mô tả toán học. Một thuật toán để kiểm soát nhiệt độ không khí cung cấp được mô tả. Một mô hình đã được hình thành và mô phỏng hoạt động của ACS để duy trì nhiệt độ không khí trong phòng đã được thực hiện. Hệ thống dây điện được lựa chọn và chứng minh. Một cyclogram đồng hồ của hoạt động hệ thống đã được xây dựng.

Phần thứ năm chứa thông số kỹ thuật bộ điều khiển logic khả trình (PLC) WAGO I/O System. Các bảng kết nối cảm biến và bộ truyền động với các cổng PLC được đưa ra, bao gồm. và ảo.

Phần thứ sáu dành cho việc phát triển các thuật toán hoạt động và viết chương trình điều khiển PLC. Sự lựa chọn của môi trường lập trình được chứng minh. Các thuật toán khối để hệ thống xử lý được đưa ra trường hợp khẩn cấp, thuật toán khối của các khối chức năng giải quyết các vấn đề khởi động, kiểm soát và điều tiết. Phần này bao gồm các kết quả kiểm tra và gỡ lỗi chương trình điều khiển PLC.

Phần thứ bảy đề cập đến sự an toàn và thân thiện với môi trường của dự án. Phân tích nguy hiểm và yếu tố có hại trong quá trình vận hành ACS PVV có quyết định về bảo hộ lao động và đảm bảo tính thân thiện với môi trường của dự án. Bảo vệ hệ thống khỏi các tình huống khẩn cấp đang được phát triển, bao gồm. gia cố hệ thống về PCCC và đảm bảo vận hành ổn định trong thời gian tình huống khẩn cấp. Hiệu trưởng phát triển sơ đồ chức năng tự động hóa đặc điểm kỹ thuật.

Phần thứ tám được dành cho sự biện minh về mặt tổ chức và kinh tế của sự phát triển. Việc tính toán chi phí, hiệu quả và thời gian hoàn vốn của việc phát triển thiết kế, bao gồm. xét giai đoạn thực hiện. Các giai đoạn phát triển dự án được phản ánh, cường độ lao động của công việc được ước tính. Một đánh giá về hiệu quả kinh tế của dự án sử dụng một phân tích SWOT của sự phát triển được đưa ra.

Phần kết luận đưa ra kết luận về đồ án tốt nghiệp.

Giới thiệu

Tự động hóa là một trong những yếu tố quan trọng nhất đối với tăng trưởng năng suất lao động trong sản xuất công nghiệp. Một điều kiện liên tục để đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng của tự động hóa là sự phát triển phương tiện kỹ thuật tự động hóa. Phương tiện kỹ thuật tự động hóa bao gồm tất cả các thiết bị có trong hệ thống điều khiển và được thiết kế để nhận, truyền, lưu trữ và chuyển đổi thông tin, cũng như thực hiện các hành động điều khiển và điều tiết đối với đối tượng điều khiển công nghệ.

Sự phát triển của các phương tiện công nghệ tự động hóa là một quá trình phức tạp, một mặt dựa trên lợi ích của sản xuất tiêu dùng tự động và mặt khác là khả năng kinh tế của các doanh nghiệp sản xuất. Động lực chính cho sự phát triển là nâng cao hiệu quả sản xuất - người tiêu dùng, thông qua việc giới thiệu công nghệ mới chỉ có thể phù hợp nếu hoàn vốn nhanh chi phí. Do đó, tiêu chí cho tất cả các quyết định về phát triển và triển khai các công cụ mới phải là hiệu quả kinh tế tổng thể, có tính đến tất cả các chi phí phát triển, sản xuất và triển khai. Theo đó, để phát triển, việc sản xuất trước hết phải được thực hiện theo các phương án phương tiện kỹ thuật mang lại hiệu quả tổng thể tối đa.

Việc mở rộng liên tục phạm vi tự động hóa là một trong những đặc điểm chính của ngành ở giai đoạn này.

Các vấn đề về sinh thái công nghiệp và an toàn lao động trong sản xuất được đặc biệt quan tâm. Khi thiết kế công nghệ, thiết bị và cấu trúc hiện đại, cần phải chứng minh một cách khoa học về sự phát triển của công việc an toàn và vô hại.

trên giai đoạn hiện tại phát triển nền kinh tế quốc dân của đất nước, một trong những nhiệm vụ chủ yếu là nâng cao hiệu quả sản xuất xã hội trên cơ sở tiến trình khoa học - công nghệ và sử dụng hiệu quả hơn mọi nguồn dự trữ. Nhiệm vụ này gắn bó chặt chẽ với vấn đề tối ưu hóa các giải pháp thiết kế, mục đích của nó là tạo ra các điều kiện tiên quyết cần thiết để tăng hiệu quả đầu tư vốn, giảm thời gian hoàn vốn và đảm bảo tăng sản lượng nhiều nhất cho mỗi đồng rúp chi tiêu. Việc tăng năng suất lao động, sản xuất sản phẩm chất lượng, cải thiện điều kiện làm việc và nghỉ ngơi của người lao động được đảm bảo bằng hệ thống thông gió tạo vi khí hậu cần thiết và chất lượng không khí trong cơ sở.

Mục đích của đồ án tốt nghiệp là phát triển hệ thống điều khiển tự động cung cấp và thông gió khí thải (ACS PVV) của các cửa hàng sản xuất.

Vấn đề được xem xét trong đồ án tốt nghiệp là do sự hao mòn của hệ thống thiết bị tự động của PVV tại Công ty Cổ phần “Nhà máy Cơ khí và Quang học Vologda”. Ngoài ra, hệ thống được thiết kế phân tán, loại bỏ khả năng quản lý và giám sát tập trung. Địa điểm ép phun (hạng B về an toàn cháy nổ), cũng như cơ sở liền kề - địa điểm đặt máy CNC, văn phòng kế hoạch và điều độ, nhà kho, được chọn làm đối tượng thực hiện.

Nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp được xây dựng dựa trên kết quả nghiên cứu hiện trạng của ACS PVV và trên cơ sở đánh giá phân tích, được đưa ra trong phần 3 "Đề xuất kỹ thuật".

Việc sử dụng thông gió có kiểm soát mở ra những khả năng mới để giải quyết các vấn đề trên. Hệ thống điều khiển tự động được phát triển phải tối ưu về mặt thực hiện các chức năng được chỉ định.

Như đã lưu ý ở trên, sự liên quan của sự phát triển là do cả sự lỗi thời của các loại pháo tự hành hiện có, sự gia tăng số lượng công việc sửa chữa trên các "tuyến đường" thông gió, và sự gia tăng chung về tỷ lệ mắc bệnh đường hô hấp và cảm lạnh của người lao động, xu hướng cảm thấy tồi tệ hơn khi làm việc trong thời gian dài, và kết quả là năng suất lao động và chất lượng sản phẩm giảm sút chung. Điều quan trọng cần lưu ý là các loại pháo tự hành hiện có không được kết nối với chữa cháy tự động, điều không thể chấp nhận được đối với loại hình sản xuất này. Việc phát triển ACS PVV mới có liên quan trực tiếp đến chính sách chất lượng của nhà máy (ISO 9000), cũng như các chương trình hiện đại hóa thiết bị nhà máy và tự động hóa các hệ thống hỗ trợ sự sống cho các phân xưởng.

Dự án văn bằng sử dụng tài nguyên Internet (diễn đàn, thư viện điện tử, bài báo và ấn phẩm, cổng thông tin điện tử), cũng như tài liệu kỹ thuật về lĩnh vực chủ đề bắt buộc và văn bản tiêu chuẩn (GOST, SNIP, SanPiN). Ngoài ra, việc phát triển ACS PVV được thực hiện có tính đến các đề xuất và khuyến nghị của các chuyên gia, trên cơ sở các kế hoạch lắp đặt, tuyến cáp, hệ thống ống dẫn khí hiện có.

Điều đáng chú ý là vấn đề đặt ra trong đồ án tốt nghiệp diễn ra ở hầu hết các nhà máy cũ của khu liên hợp công nghiệp quân sự, việc trang bị lại các xưởng là một trong những vấn đề quan trọng nhất. nhiệm vụ quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm cho người tiêu dùng cuối cùng. Do đó, thiết kế bằng tốt nghiệp sẽ phản ánh kinh nghiệm tích lũy trong việc giải quyết các vấn đề tương tự tại các doanh nghiệp có loại hình sản xuất tương tự.

1. Đánh giá phân tích

1.1 Phân tích chung về sự cần thiết thiết kế ACS PVV

Nguồn quan trọng nhất để tiết kiệm tài nguyên nhiên liệu và năng lượng dành cho việc cung cấp nhiệt lớn công trình công nghiệp với mức tiêu thụ nhiệt đáng kể và năng lượng điện, là nâng cao hiệu quả của hệ thống cung cấp và thông gió khí thải (PVV) dựa trên việc sử dụng các thành tựu hiện đại trong máy tính và công nghệ điều khiển.

Thông thường, các công cụ tự động hóa cục bộ được sử dụng để điều khiển hệ thống thông gió. Nhược điểm chính của quy định như vậy là nó không tính đến sự cân bằng nhiệt và không khí thực tế của tòa nhà và các điều kiện thời tiết thực tế: nhiệt độ không khí ngoài trời, tốc độ và hướng gió, áp suất khí quyển.

Do đó, dưới ảnh hưởng của tự động hóa cục bộ, hệ thống thông gió thường không hoạt động ở chế độ tối ưu.

Hiệu quả của hệ thống thông gió cung cấp và khí thải có thể tăng lên đáng kể nếu hệ thống được kiểm soát tối ưu dựa trên việc sử dụng một bộ công cụ phần cứng và phần mềm thích hợp.

Sự hình thành chế độ nhiệt có thể được biểu diễn dưới dạng tương tác của các yếu tố xáo trộn và điều hòa. Để xác định hành động điều khiển, cần có thông tin về các thuộc tính và số lượng tham số đầu vào và đầu ra và các điều kiện để quá trình truyền nhiệt diễn ra. Vì mục đích của việc điều khiển thiết bị thông gió là đảm bảo các điều kiện không khí cần thiết trong khu vực làm việc của các tòa nhà với chi phí vật chất và năng lượng tối thiểu, nên với sự trợ giúp của máy tính, có thể tìm ra phương án tốt nhất và phát triển các hành động điều khiển phù hợp trên hệ thống này. Kết quả là, một máy tính với một bộ phần cứng và phần mềm thích hợp hệ thống tự động quản lý chế độ nhiệt của cơ sở tòa nhà (ACS TRP). Đồng thời, cũng cần lưu ý rằng dưới máy tính, người ta có thể hiểu cả bảng điều khiển của EEW và bảng điều khiển để theo dõi trạng thái của EEW, cũng như máy tính đơn giản nhất có chương trình mô phỏng cho ACS của EEW, xử lý các kết quả và kiểm soát hoạt động dựa trên chúng.

Hệ thống điều khiển tự động là sự kết hợp giữa đối tượng điều khiển (quy trình công nghệ được điều khiển) và các thiết bị điều khiển, sự tương tác của chúng đảm bảo dòng chảy tự động của quy trình theo một chương trình nhất định. Trong trường hợp này, quy trình công nghệ được hiểu là một trình tự các thao tác phải được thực hiện để thu được thành phẩm từ nguyên liệu. Trong trường hợp của PVV, thành phẩm là không khí trong phòng bảo dưỡng với các thông số xác định (nhiệt độ, thành phần khí, v.v.), và nguyên liệu thô là không khí ngoài trời và trích xuất không khí, chất mang nhiệt, điện, v.v.

Cơ sở cho hoạt động của ACS PVV, cũng như bất kỳ hệ thống điều khiển nào, phải dựa trên nguyên tắc phản hồi (OS): phát triển các hành động điều khiển dựa trên thông tin về đối tượng thu được bằng cách sử dụng các cảm biến được cài đặt hoặc phân phối tại đối tượng.

Mỗi ACS cụ thể được phát triển trên cơ sở một công nghệ nhất định để xử lý luồng không khí đầu vào. Thông thường, hệ thống cung cấp và thông gió khí thải được kết hợp với hệ thống điều hòa không khí (chuẩn bị), điều này cũng được phản ánh trong thiết kế tự động hóa điều khiển.

Khi sử dụng các thiết bị độc lập hoặc các thiết bị xử lý không khí theo quy trình hoàn chỉnh, ACS được cung cấp đã được tích hợp sẵn vào thiết bị và đã được tích hợp sẵn các chức năng điều khiển nhất định, thường được mô tả chi tiết trong tài liệu kỹ thuật. Trong trường hợp này, việc điều chỉnh, bảo trì và vận hành các hệ thống điều khiển đó phải được thực hiện theo đúng tài liệu quy định.

Phân tích các giải pháp kỹ thuật của PVV hiện đại của các nhà sản xuất hàng đầu thiết bị thông gióđã chỉ ra rằng các chức năng điều khiển có thể được tạm chia thành hai loại:

Các chức năng điều khiển được xác định bởi công nghệ và thiết bị xử lý không khí;

Các chức năng bổ sung, chủ yếu là các chức năng dịch vụ, được trình bày dưới dạng bí quyết của công ty và không được xem xét ở đây.

TẠI nhìn chung các chức năng công nghệ chính của điều khiển thiết bị xử lý không khí có thể được chia thành các nhóm sau (Hình 1.1)

Cơm. 1.1 - Các chức năng công nghệ chính của điều khiển PVV

Hãy để chúng tôi mô tả ý nghĩa của các chức năng PWV được hiển thị trong Hình. 1.1.

1.1.1 Chức năng "Giám sát và ghi thông số"

Theo SNiP 2.04.05-91 tham số bắt buộc kiểm soát là:

Nhiệt độ và áp suất trong đường ống cấp và hồi chung và tại đầu ra của từng bộ trao đổi nhiệt;

Nhiệt độ của không khí bên ngoài, không khí cung cấp sau bộ trao đổi nhiệt, cũng như nhiệt độ trong phòng;

Tiêu chuẩn MPC về các chất độc hại trong không khí thoát ra khỏi phòng (có khí, sản phẩm cháy, bụi không độc hại).

Các thông số khác trong hệ thống cung cấp và thông gió thải được kiểm soát theo yêu cầu của thông số kỹ thuật cho thiết bị hoặc theo điều kiện vận hành.

Điều khiển từ xa được cung cấp để đo các thông số chính của quy trình công nghệ hoặc các thông số liên quan đến việc thực hiện các chức năng điều khiển khác. Việc điều khiển như vậy được thực hiện bằng cách sử dụng các cảm biến và đầu dò đo với đầu ra (nếu cần) của các thông số đo được trên chỉ báo hoặc màn hình của thiết bị điều khiển (bảng điều khiển, màn hình máy tính).

Để đo các thông số khác, người ta thường sử dụng các dụng cụ cục bộ (xách tay hoặc cố định) - nhiệt kế chỉ thị, đồng hồ đo áp suất, thiết bị phân tích quang phổ thành phần không khí, v.v.

Việc sử dụng các thiết bị điều khiển cục bộ không vi phạm nguyên tắc cơ bản của hệ thống điều khiển - nguyên tắc phản hồi. Trong trường hợp này, nó được thực hiện với sự trợ giúp của một người (nhân viên vận hành hoặc bảo trì) hoặc với sự trợ giúp của chương trình điều khiển được “kết nối cứng” vào bộ nhớ của bộ vi xử lý.

1.1.2 Chức năng “điều khiển vận hành và chương trình”

Điều quan trọng là phải thực hiện một tùy chọn như "trình tự bắt đầu". Để đảm bảo khởi động bình thường của hệ thống PVV, cần lưu ý những điều sau:

Mở sơ bộ giảm chấn không khí trước khi khởi động quạt. Điều này là do không phải tất cả các bộ giảm chấn ở trạng thái đóng đều có thể chịu được chênh lệch áp suất do quạt tạo ra và thời gian để mở hoàn toàn bộ giảm chấn bằng truyền động điện đạt hai phút.

Tách các khoảnh khắc khởi động động cơ điện. động cơ không đồng bộ thường có thể có dòng khởi động lớn. Nếu quạt, truyền động van điều tiết không khí và các truyền động khác được khởi động cùng lúc, thì do tải nặng trên mạng lưới điện tòa nhà, điện áp sẽ giảm mạnh và động cơ điện có thể không khởi động. Do đó, việc khởi động động cơ điện, đặc biệt là động cơ công suất lớn, phải được trải dài theo thời gian.

Làm nóng sơ bộ máy sưởi. Nếu máy nước nóng không được làm nóng trước, chức năng chống băng giá có thể được kích hoạt ở nhiệt độ ngoài trời thấp. Do đó, khi khởi động hệ thống, cần phải mở bộ giảm chấn khí cấp, mở van ba chiều của bình nóng lạnh và khởi động bình nóng lạnh. Theo quy định, chức năng này được kích hoạt khi nhiệt độ ngoài trời dưới 12°C.

Tùy chọn ngược lại là “trình tự tắt máy” Khi tắt hệ thống, hãy xem xét:

Dừng độ trễ của quạt không khí cung cấp trong các thiết bị có lò sưởi điện. Sau khi loại bỏ điện áp khỏi lò sưởi điện, nó sẽ được làm mát trong một thời gian mà không cần tắt quạt cấp khí. Nếu không thì yếu tố làm nóng lò sưởi (nhiệt máy sưởi điện- MƯỜI) có thể thất bại. Đối với các nhiệm vụ thiết kế bằng tốt nghiệp hiện có, tùy chọn này không quan trọng do sử dụng máy nước nóng, nhưng cũng cần lưu ý.

Do đó, trên cơ sở các tùy chọn đã chọn để điều khiển chương trình và vận hành, có thể trình bày một lịch trình điển hình để bật và tắt các thiết bị của thiết bị xử lý không khí.

Cơm. 1.2 - Biểu đồ cyclogram điển hình của hoạt động ACS PVV với máy nước nóng

Toàn bộ chu trình này (Hình 1.2), hệ thống sẽ hoạt động tự động và ngoài ra, nên cung cấp một thiết bị khởi động riêng lẻ, cần thiết trong quá trình điều chỉnh và bảo trì phòng ngừa.

Quan trọng không kém là các chức năng điều khiển chương trình như thay đổi chế độ đông hè. Việc thực hiện các chức năng này đặc biệt phù hợp trong điều kiện thiếu nguồn năng lượng ngày nay. Trong các tài liệu quy định, việc thực hiện chức năng này mang tính chất tư vấn - "đối với các tòa nhà công cộng, hành chính, hộ gia đình và công nghiệp, theo quy định, nên cung cấp quy định theo chương trình cho các tham số, đảm bảo giảm mức tiêu thụ nhiệt."

Trong trường hợp đơn giản nhất, các chức năng này cung cấp khả năng tắt hệ thống điều hòa không khí tại một thời điểm nhất định hoặc giảm (tăng) giá trị cài đặt của thông số được kiểm soát (ví dụ: nhiệt độ) tùy thuộc vào sự thay đổi của tải nhiệt trong phòng phục vụ.

Hiệu quả hơn, nhưng cũng khó thực hiện hơn, là điều khiển phần mềm, cho phép tự động thay đổi cấu trúc của hệ thống điều hòa không khí và thuật toán cho hoạt động của nó không chỉ ở chế độ "đông hè" truyền thống mà còn ở chế độ chuyển tiếp. chế độ. Việc phân tích và tổng hợp cấu trúc của EWP và thuật toán hoạt động của nó thường được thực hiện trên cơ sở mô hình nhiệt động của chúng.

Trong trường hợp này, tiêu chí thúc đẩy và tối ưu hóa chính, theo quy định, là mong muốn đảm bảo, có thể, mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu với các hạn chế về chi phí vốn, kích thước, v.v.

1.1.3 Chức năng "chức năng bảo vệ và khóa liên động"

Các chức năng bảo vệ và khóa liên động chung cho các hệ thống tự động hóa và thiết bị điện (bảo vệ chống đoản mạch, quá nhiệt, hạn chế chuyển động, v.v.) được quy định bởi các văn bản quy định liên ngành. Các chức năng như vậy thường được thực hiện bởi các thiết bị riêng biệt (cầu chì, thiết bị dòng dư, công tắc giới hạn, v.v.). Việc sử dụng chúng được quy định bởi các quy tắc lắp đặt điện (PUE), quy tắc an toàn cháy nổ (PPB).

Chông Đông. Hàm số bảo vệ tự động khỏi đóng băng nên được cung cấp ở những khu vực có nhiệt độ ngoài trời ước tính cho thời kỳ lạnh là âm 5 ° C trở xuống. Bộ trao đổi nhiệt của lò sưởi đầu tiên (máy nước nóng) và thiết bị thu hồi nhiệt (nếu có) phải được bảo vệ.

Thông thường, việc bảo vệ chống đông của các bộ trao đổi nhiệt được thực hiện trên cơ sở các cảm biến hoặc rơle cảm biến nhiệt độ không khí ở hạ lưu thiết bị và nhiệt độ của chất mang nhiệt trong đường ống hồi.

Nguy cơ đóng băng được dự đoán bởi nhiệt độ không khí phía trước thiết bị (tн<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.

Trong thời gian không làm việc, đối với các hệ thống có khả năng chống sương giá, van phải mở nhẹ (5-25%) với van điều tiết không khí bên ngoài đóng. Để bảo vệ độ tin cậy cao hơn khi tắt hệ thống, chức năng tự động điều chỉnh (ổn định) nhiệt độ nước trong đường ống hồi lưu đôi khi được triển khai.

1.1.4 Chức năng “bảo vệ thiết bị công nghệ và thiết bị điện”

1. Kiểm soát ô nhiễm bộ lọc

Kiểm soát tắc nghẽn bộ lọc được đánh giá bằng sự sụt giảm áp suất trên bộ lọc, được đo bằng cảm biến áp suất chênh lệch. Cảm biến đo chênh lệch áp suất không khí trước và sau bộ lọc. Độ giảm áp suất cho phép trên bộ lọc được chỉ định trong hộ chiếu của nó (đối với đồng hồ đo áp suất được trình bày trên các tuyến đường hàng không của nhà máy, theo bảng dữ liệu - 150-300 Pa). Sự khác biệt này được đặt trong quá trình vận hành hệ thống trên cảm biến vi sai (cài đặt cảm biến). Khi đạt đến điểm cài đặt, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về độ bụi tối đa của bộ lọc và nhu cầu bảo trì hoặc thay thế bộ lọc. Nếu bộ lọc không được làm sạch hoặc thay thế trong một thời gian nhất định (thường là 24 giờ) sau khi tín hiệu giới hạn bụi được phát ra, thì nên tắt hệ thống khẩn cấp.

Các cảm biến tương tự được khuyến nghị cài đặt trên quạt. Nếu quạt hoặc đai dẫn động quạt bị hỏng, hệ thống phải được tắt ở chế độ khẩn cấp. Tuy nhiên, các cảm biến như vậy thường bị bỏ qua vì lý do kinh tế, điều này làm phức tạp đáng kể việc chẩn đoán và khắc phục sự cố hệ thống trong tương lai.

2. Các loại khóa tự động khác

Ngoài ra, khóa tự động nên được cung cấp cho:

Đóng mở van gió dàn nóng khi tắt mở quạt (van điều tiết);

Mở và đóng van của hệ thống thông gió được kết nối bằng ống dẫn khí để có thể thay thế cho nhau hoàn toàn hoặc một phần trong trường hợp một trong các hệ thống bị hỏng;

Đóng van của hệ thống thông gió cho các phòng được bảo vệ bằng khí chữa cháy khi tắt quạt của hệ thống thông gió của các phòng này;

Đảm bảo lưu lượng khí ngoài trời tối thiểu trong các hệ thống có lưu lượng thay đổi, v.v.

1.1.5 Chức năng điều khiển

Các chức năng điều tiết - tự động duy trì các thông số đã đặt là những chức năng chính theo định nghĩa đối với hệ thống thông gió cấp và xả hoạt động với lưu lượng thay đổi, tuần hoàn không khí, sưởi ấm không khí.

Các chức năng này được thực hiện bằng các vòng điều khiển khép kín, trong đó nguyên tắc phản hồi thể hiện ở dạng rõ ràng: thông tin về đối tượng đến từ các cảm biến được các thiết bị điều khiển chuyển đổi thành các hành động điều khiển. Trên hình. Hình 1.3 cho thấy một ví dụ về vòng điều khiển nhiệt độ không khí cấp trong máy điều hòa không khí nối ống gió. Nhiệt độ không khí được duy trì bởi một máy nước nóng qua đó chất làm mát được truyền qua. Không khí đi qua lò sưởi nóng lên. Nhiệt độ không khí sau khi máy nước nóng được đo bằng cảm biến (T), sau đó giá trị của nó được đưa đến thiết bị so sánh (US) giá trị nhiệt độ đo được và nhiệt độ cài đặt. Tùy thuộc vào sự khác biệt giữa nhiệt độ điểm đặt (Tset) và giá trị nhiệt độ đo được (Tmeas), thiết bị điều khiển (P) tạo ra tín hiệu tác động lên cơ cấu chấp hành (M - ổ điện van ba ngả). Bộ truyền động mở hoặc đóng van ba chiều đến vị trí có lỗi:

e \u003d Tust - Tism

sẽ là tối thiểu.

Cơm. 1.3 - Cung cấp mạch điều khiển nhiệt độ không khí trong ống gió với bộ trao đổi nhiệt nước: T - cảm biến; Mỹ - thiết bị so sánh; P - thiết bị điều khiển; M - thiết bị điều hành

Do đó, việc xây dựng một hệ thống điều khiển tự động (ACS) dựa trên các yêu cầu về độ chính xác và các thông số khác về hoạt động của nó (độ ổn định, dao động, v.v.) được giảm xuống khi lựa chọn cấu trúc và các thành phần của nó, cũng như xác định các thông số của bộ điều khiển. Thông thường, điều này được thực hiện bởi các chuyên gia tự động hóa sử dụng lý thuyết điều khiển cổ điển. Tôi sẽ chỉ lưu ý rằng các thiết lập bộ điều khiển được xác định bởi các thuộc tính động của đối tượng điều khiển và luật điều khiển đã chọn. Luật điều chỉnh là mối quan hệ giữa tín hiệu vào (?) và tín hiệu ra (Ur) của bộ điều chỉnh.

Đơn giản nhất là quy luật tỉ lệ thuận, trong đó? và Ur được liên kết với nhau bởi một hệ số không đổi Kp. Hệ số này là tham số cài đặt của bộ điều khiển như vậy, được gọi là bộ điều chỉnh P. Việc thực hiện nó yêu cầu sử dụng một phần tử khuếch đại có thể điều chỉnh (cơ, khí nén, điện, v.v.), có thể hoạt động cả khi có và không có nguồn năng lượng bổ sung.

Một trong những loại bộ điều khiển P là bộ điều khiển vị trí thực hiện luật điều khiển tỷ lệ tại Kp và tạo thành tín hiệu đầu ra Ur có một số giá trị không đổi nhất định, ví dụ: hai hoặc ba, tương ứng với bộ điều khiển hai hoặc ba vị trí. Những bộ điều khiển như vậy đôi khi được gọi là bộ điều khiển rơle do sự giống nhau về các đặc điểm đồ họa của chúng với các đặc điểm của rơle. Tham số cài đặt của các bộ điều chỉnh như vậy là giá trị của vùng chết De.

Trong công nghệ tự động hóa hệ thống thông gió, bộ điều khiển bật tắt do tính đơn giản và độ tin cậy của chúng đã được ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát nhiệt độ (bộ điều nhiệt), áp suất (công tắc áp suất) và các thông số khác của trạng thái quy trình.

Bộ điều chỉnh hai vị trí cũng được sử dụng trong các hệ thống tự động bảo vệ, chặn và chuyển đổi chế độ hoạt động của thiết bị. Trong trường hợp này, các chức năng của chúng được thực hiện bởi các cảm biến-rơle.

Bất chấp những ưu điểm này của bộ điều chỉnh P, chúng có sai số tĩnh lớn (đối với giá trị Kp nhỏ) và xu hướng tự dao động (đối với giá trị Kp lớn). Do đó, với yêu cầu cao hơn đối với chức năng điều chỉnh của hệ thống tự động hóa về độ chính xác và ổn định, các luật điều khiển phức tạp hơn cũng được sử dụng, ví dụ luật PI và PID.

Ngoài ra, việc điều chỉnh nhiệt độ sưởi ấm không khí có thể được thực hiện bằng bộ điều chỉnh P, hoạt động theo nguyên tắc cân bằng: tăng nhiệt độ khi giá trị của nó nhỏ hơn giá trị đặt và ngược lại. Cách giải thích luật này cũng đã tìm thấy ứng dụng trong các hệ thống không yêu cầu độ chính xác cao.

1.2 Phân tích các sơ đồ điển hình hiện có để thông gió tự động cho các cửa hàng sản xuất

Có một số triển khai tiêu chuẩn về tự động hóa hệ thống thông gió cung cấp và khí thải, mỗi cách đều có một số ưu điểm và nhược điểm. Tôi lưu ý rằng mặc dù có nhiều sơ đồ và phát triển tiêu chuẩn, nhưng rất khó để tạo ra một ACS linh hoạt về mặt cài đặt so với quá trình sản xuất nơi nó đang được triển khai. Do đó, để thiết kế ACS để cung cấp không khí và khí đốt, cần phân tích kỹ lưỡng cấu trúc thông gió hiện có, phân tích các quy trình công nghệ của chu trình sản xuất, cũng như phân tích các yêu cầu về bảo hộ lao động, sinh thái, điện và lửa an toàn được yêu cầu. Hơn nữa, ACS PVV thường được thiết kế chuyên biệt liên quan đến lĩnh vực ứng dụng của nó.

Trong mọi trường hợp, các nhóm sau đây thường được coi là dữ liệu ban đầu điển hình ở giai đoạn thiết kế ban đầu:

1. Dữ liệu chung: vị trí lãnh thổ của đối tượng (thành phố, huyện); loại và mục đích của đối tượng.

2. Thông tin về tòa nhà và mặt bằng: sơ đồ và mặt cắt chỉ ra tất cả các kích thước và độ cao so với mặt bằng; chỉ định các loại mặt bằng (trên sơ đồ kiến ​​​​trúc) theo tiêu chuẩn an toàn phòng cháy chữa cháy; sự sẵn có của các khu vực kỹ thuật với chỉ dẫn về kích thước của chúng; vị trí và đặc điểm của hệ thống thông gió hiện có; đặc điểm của vật mang năng lượng;

3. Thông tin về quy trình công nghệ: bản vẽ phương án (sơ đồ) công nghệ chỉ rõ vị trí đặt thiết bị công nghệ; đặc điểm kỹ thuật của thiết bị với chỉ số công suất lắp đặt; đặc điểm của chế độ công nghệ -- số ca làm việc, số công nhân bình quân một ca; chế độ vận hành thiết bị (đồng thời vận hành, hệ số tải, v.v.); lượng khí thải độc hại vào không khí (MAC của các chất có hại).

Là dữ liệu ban đầu để tính toán tự động hóa hệ thống PVV, họ lấy ra:

Hiệu suất của hệ thống hiện có (năng lượng, trao đổi không khí);

Danh sách các thông số không khí cần điều chỉnh;

Giới hạn điều chỉnh;

Hoạt động của tự động hóa khi nhận tín hiệu từ các hệ thống khác.

Do đó, việc thực thi hệ thống tự động hóa được thiết kế dựa trên các nhiệm vụ được giao cho nó, có tính đến các tiêu chuẩn và quy tắc, cũng như dữ liệu và sơ đồ ban đầu chung. Việc lập sơ đồ và lựa chọn thiết bị cho hệ thống tự động hóa thông gió được thực hiện riêng lẻ.

Hãy để chúng tôi trình bày các sơ đồ tiêu chuẩn hiện có của hệ thống kiểm soát thông gió cung cấp và khí thải, chúng tôi sẽ mô tả một số trong số chúng về khả năng sử dụng chúng để giải quyết các vấn đề của đồ án tốt nghiệp (Hình 1.4 - 1.5, 1.9).

Cơm. 1.4 - Thông gió dòng chảy trực tiếp ACS

Các hệ thống tự động hóa này đã được sử dụng tích cực trong các nhà máy, xí nghiệp, tòa nhà văn phòng. Đối tượng điều khiển ở đây là tủ tự động hóa (bảng điều khiển), các thiết bị cố định là các cảm biến kênh, hoạt động điều khiển là trên động cơ của động cơ quạt, động cơ giảm chấn. Ngoài ra còn có hệ thống sưởi/làm mát ATS. Nhìn về phía trước, có thể lưu ý rằng hệ thống được hiển thị trong Hình 1.4a là nguyên mẫu của hệ thống phải được sử dụng trong phần ép phun của Nhà máy Cơ khí và Quang học OAO Vologda. Làm mát không khí trong các cơ sở công nghiệp không hiệu quả do khối lượng của các cơ sở này và hệ thống sưởi là điều kiện tiên quyết để hệ thống điều khiển tự động của thiết bị xử lý không khí hoạt động chính xác.

Cơm. 1.5- Thông gió ACS có trao đổi nhiệt

Việc xây dựng hệ thống điều khiển tự động cho PVV sử dụng các bộ thu hồi nhiệt (recuperators) cho phép giải quyết các vấn đề tiêu thụ điện năng quá mức (đối với lò sưởi điện), vấn đề khí thải ra môi trường. Ý nghĩa của việc phục hồi là không khí được loại bỏ vĩnh viễn khỏi phòng, có nhiệt độ được đặt trong phòng, trao đổi năng lượng với không khí bên ngoài đi vào, theo quy luật, các thông số của nó khác biệt đáng kể so với các thông số đã đặt. Những thứ kia. vào mùa đông, không khí chiết xuất ấm áp được loại bỏ sẽ làm nóng một phần không khí cấp bên ngoài, trong khi vào mùa hè, không khí chiết xuất mát hơn sẽ làm mát một phần không khí cấp. Trong trường hợp tốt nhất, quá trình thu hồi có thể giảm 80% mức tiêu thụ năng lượng để cung cấp xử lý không khí.

Về mặt kỹ thuật, việc phục hồi nguồn cung cấp và thông gió khí thải được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ trao đổi nhiệt quay và các hệ thống có chất mang nhiệt trung gian. Do đó, chúng ta đạt được cả lợi ích khi làm nóng không khí và giảm độ mở của bộ giảm chấn (cho phép nhiều thời gian chạy không tải hơn của động cơ điều khiển bộ giảm chấn) - tất cả điều này mang lại lợi ích tổng thể về mặt tiết kiệm điện.

Các hệ thống thu hồi nhiệt có triển vọng và đang hoạt động và đang được giới thiệu để thay thế các hệ thống thông gió cũ. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là các hệ thống như vậy tốn thêm vốn đầu tư, tuy nhiên, thời gian hoàn vốn của chúng tương đối ngắn, trong khi lợi nhuận rất cao. Ngoài ra, việc không thải ra môi trường liên tục làm tăng hiệu suất môi trường của một tổ chức thiết bị tự động như vậy. Hoạt động đơn giản của hệ thống thu hồi nhiệt từ không khí (tuần hoàn không khí) được thể hiện trong Hình 1.6.

Cơm. 1.6 - Hoạt động của hệ thống trao đổi không khí có tuần hoàn (thu hồi)

Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm hoặc dòng chảy chéo (Hình 1.5 c, d) bao gồm các tấm (nhôm), đại diện cho một hệ thống các kênh dẫn dòng chảy của hai luồng không khí. Các bức tường ống dẫn là chung để cung cấp và thải khí và dễ vận chuyển. Do diện tích bề mặt trao đổi lớn và luồng không khí hỗn loạn trong các kênh, mức độ thu hồi nhiệt (truyền nhiệt) cao đạt được với lực cản thủy lực tương đối thấp. Hiệu quả của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm đạt 70%.

Cơm. 1.7 - Tổ chức trao đổi không khí của ACS PVV dựa trên thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Chỉ nhiệt hợp lý của không khí trích xuất được sử dụng, vì Không khí cấp và khí thải không trộn lẫn theo bất kỳ cách nào và phần ngưng tụ hình thành trong quá trình làm mát khí thải được giữ lại bằng bộ tách và được hệ thống thoát nước loại bỏ khỏi khay xả. Để ngăn chặn sự đóng băng của nước ngưng ở nhiệt độ thấp (lên đến -15 ° C), các yêu cầu tương ứng đối với tự động hóa được hình thành: nó phải đảm bảo tắt quạt cung cấp định kỳ hoặc loại bỏ một phần không khí bên ngoài vào kênh bỏ qua nhiệt các kênh trao đổi. Hạn chế duy nhất trong việc áp dụng phương pháp này là sự bắt buộc phải vượt qua các nhánh cung cấp và khí thải ở một nơi, điều này gây ra một số khó khăn trong trường hợp hiện đại hóa đơn giản ACS.

Hệ thống thu hồi nhiệt với chất làm mát trung gian (Hình 1.5 a, b) là một cặp bộ trao đổi nhiệt được nối với nhau bằng một đường ống kín. Một bộ trao đổi nhiệt được đặt trong ống xả và bộ kia trong ống cung cấp. Hỗn hợp glycol không đóng băng lưu thông trong một mạch kín, truyền nhiệt từ bộ trao đổi nhiệt này sang bộ trao đổi nhiệt khác và trong trường hợp này, khoảng cách từ bộ xử lý không khí đến bộ xả có thể rất đáng kể.

Hiệu suất thu hồi nhiệt với phương pháp này không vượt quá 60%. Chi phí tương đối cao, nhưng trong một số trường hợp, đây có thể là lựa chọn duy nhất để thu hồi nhiệt.

Cơm. 1.8 - Nguyên lý thu hồi nhiệt sử dụng chất mang nhiệt trung gian

Bộ trao đổi nhiệt quay (bộ trao đổi nhiệt quay, bộ thu hồi nhiệt) - là một rôto có các kênh dẫn khí ngang. Một phần của rôto nằm trong ống xả và một phần nằm trong ống cung cấp. Khi quay, rôto nhận nhiệt từ khí thải và truyền nó sang không khí cấp, đồng thời cả nhiệt cảm nhận và ẩn, cũng như độ ẩm, đều được truyền. Hiệu suất thu hồi nhiệt là tối đa và đạt 80%.

Cơm. 1.9 - ACS PVV với bộ trao đổi nhiệt quay

Hạn chế trong việc sử dụng phương pháp này chủ yếu là do có tới 10% khí thải được trộn với không khí cung cấp và trong một số trường hợp, điều này là không thể chấp nhận hoặc không mong muốn (nếu không khí có mức độ ô nhiễm đáng kể) . Các yêu cầu thiết kế tương tự như phiên bản trước - máy xả và máy cung cấp được đặt ở cùng một nơi. Phương pháp này đắt hơn phương pháp đầu tiên và hiếm khi được sử dụng.

Nhìn chung, các hệ thống có khôi phục đắt hơn 40-60% so với các hệ thống tương tự không có khôi phục, tuy nhiên, chi phí vận hành sẽ khác biệt đáng kể. Ngay cả với giá năng lượng ngày nay, thời gian hoàn vốn cho một hệ thống phục hồi không vượt quá hai mùa nóng.

Tôi muốn lưu ý rằng việc tiết kiệm năng lượng cũng bị ảnh hưởng bởi các thuật toán điều khiển. Tuy nhiên, cần luôn lưu ý rằng tất cả các hệ thống thông gió được thiết kế cho một số điều kiện trung bình. Ví dụ, tốc độ luồng không khí ngoài trời được xác định cho một số người, nhưng trong thực tế căn phòng có thể nhỏ hơn 20% giá trị được chấp nhận, tất nhiên, trong trường hợp này, tốc độ luồng không khí ngoài trời được tính toán rõ ràng sẽ vượt quá, hoạt động của hệ thống thông gió ở chế độ dư thừa sẽ dẫn đến sự thất thoát tài nguyên năng lượng một cách vô lý. Trong trường hợp này, hợp lý là xem xét một số chế độ vận hành, chẳng hạn như mùa đông / mùa hè. Nếu tự động hóa có thể thiết lập các chế độ như vậy, thì việc tiết kiệm là hiển nhiên. Một cách tiếp cận khác liên quan đến việc điều chỉnh luồng không khí ngoài trời tùy thuộc vào chất lượng của môi trường khí bên trong phòng, tức là hệ thống tự động hóa bao gồm các máy phân tích khí cho các khí độc hại và chọn giá trị của luồng không khí ngoài trời để hàm lượng khí độc hại không vượt quá các giá trị tối đa cho phép.

1.3 Nghiên cứu thị trường

Hiện tại, tất cả các nhà sản xuất thiết bị thông gió hàng đầu thế giới đều có mặt rộng rãi trên thị trường tự động hóa cung cấp và thông gió khí thải, và mỗi nhà sản xuất đều chuyên sản xuất thiết bị trong một phân khúc nhất định. Toàn bộ thị trường thiết bị thông gió có thể được chia thành các lĩnh vực ứng dụng sau:

Mục đích gia dụng và bán công nghiệp;

Mục đích công nghiệp;

Thiết bị thông gió cho các mục đích "đặc biệt".

Do dự án tốt nghiệp xem xét thiết kế tự động hóa cho hệ thống cấp và xả của các cơ sở công nghiệp, nên để so sánh sự phát triển được đề xuất với những thiết bị có sẵn trên thị trường, cần phải chọn các gói tự động hóa hiện có tương tự từ các nhà sản xuất nổi tiếng.

Kết quả nghiên cứu thị trường của các gói ACS PVV hiện có được trình bày trong Phụ lục A.

Do đó, do kết quả của nghiên cứu tiếp thị, một số loại súng tự hành được sử dụng phổ biến nhất từ ​​​​các nhà sản xuất khác nhau đã được xem xét, bằng cách nghiên cứu tài liệu kỹ thuật của họ, thông tin sau đã thu được:

Thành phần của gói ACS PVV tương ứng;

Đăng ký các thông số điều khiển (áp suất trong ống dẫn khí, nhiệt độ, độ sạch, độ ẩm không khí);

Thương hiệu của bộ điều khiển logic khả trình và thiết bị của nó (phần mềm, hệ thống lệnh, nguyên tắc lập trình);

Tính khả dụng của các kết nối với các hệ thống khác (có cung cấp thông tin liên lạc với hệ thống chữa cháy tự động không, có hỗ trợ cho các giao thức mạng cục bộ không);

Thiết kế bảo vệ (an toàn điện, an toàn cháy nổ, chống bụi, chống ồn, chống ẩm).

2. Mô tả mạng lưới thông gió của xưởng sản xuất như một đối tượng điều khiển tự động

Nói chung, dựa trên kết quả phân tích các phương pháp hiện có để tự động hóa hệ thống thông gió và chuẩn bị không khí, cũng như kết quả đánh giá phân tích các sơ đồ điển hình, có thể kết luận rằng các nhiệm vụ được xem xét trong đồ án tốt nghiệp có liên quan tại thời điểm hiện tại, được các Cục thiết kế chuyên ngành (SKB) tích cực xem xét, nghiên cứu.

Tôi lưu ý rằng có ba cách tiếp cận chính để thực hiện tự động hóa hệ thống thông gió:

Cách tiếp cận phân tán: việc thực hiện tự động hóa PVV trên cơ sở thiết bị chuyển mạch cục bộ, mỗi quạt được điều khiển bởi thiết bị tương ứng.

Cách tiếp cận này được sử dụng để thiết kế tự động hóa các hệ thống thông gió tương đối nhỏ, trong đó không dự kiến ​​mở rộng thêm. Anh ấy là người lớn tuổi nhất. Ưu điểm của phương pháp này bao gồm, ví dụ, thực tế là trong trường hợp xảy ra tai nạn ở một trong các nhánh thông gió được kiểm soát, hệ thống chỉ dừng khẩn cấp liên kết/phần này. Ngoài ra, phương pháp này tương đối đơn giản để thực hiện, không yêu cầu các thuật toán điều khiển phức tạp và đơn giản hóa việc bảo trì các thiết bị của hệ thống thông gió.

Phương pháp tập trung: việc triển khai hệ thống thông gió tự động dựa trên một nhóm bộ điều khiển logic hoặc bộ điều khiển logic khả trình (PLC), toàn bộ hệ thống thông gió được điều khiển tập trung theo dữ liệu và chương trình đã lập trình.

Cách tiếp cận tập trung đáng tin cậy hơn so với cách tiếp cận phân tán. Mọi công tác quản lý của VVV đều chặt chẽ, được thực hiện trên cơ sở chương trình. Trường hợp này áp đặt các yêu cầu bổ sung cả về viết mã chương trình (cần tính đến nhiều điều kiện, bao gồm cả các hành động trong tình huống khẩn cấp) và về bảo vệ đặc biệt của PLC điều khiển. Cách tiếp cận này đã tìm thấy ứng dụng cho các tổ hợp hành chính và công nghiệp nhỏ. Nó được phân biệt bởi tính linh hoạt của cài đặt, khả năng mở rộng hệ thống đến các giới hạn hợp lý, cũng như khả năng tích hợp di động của hệ thống theo nguyên tắc tổ chức hỗn hợp;

Phương pháp hỗn hợp: được sử dụng trong thiết kế các hệ thống lớn (một số lượng lớn thiết bị được điều khiển với hiệu suất rất lớn), là sự kết hợp giữa phương pháp phân tán và tập trung. Trong trường hợp chung, cách tiếp cận này giả định một hệ thống phân cấp cấp do máy tính điều khiển và các "máy vi tính" nô lệ đứng đầu, do đó hình thành mạng sản xuất điều khiển toàn cầu liên quan đến doanh nghiệp. Nói cách khác, cách tiếp cận này là cách tiếp cận tập trung phân tán với công văn hệ thống.

Về nhiệm vụ cần giải quyết trong thiết kế tốt nghiệp, tốt nhất là cách tiếp cận tập trung để thực hiện tự động hóa PVV. Vì hệ thống đang được phát triển cho các cơ sở công nghiệp nhỏ, nên có thể sử dụng phương pháp này cho các đối tượng khác với mục đích tích hợp sau đó của chúng vào một ACS duy nhất của IPV.

Thông thường, tủ điều khiển thông gió được cung cấp giao diện cho phép theo dõi trạng thái của hệ thống thông gió với thông tin hiển thị trên màn hình máy tính. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là việc triển khai này đòi hỏi sự phức tạp bổ sung của chương trình điều khiển, đào tạo chuyên gia giám sát trạng thái và đưa ra quyết định vận hành dựa trên dữ liệu thu được trực quan từ khảo sát cảm biến. Ngoài ra, luôn có yếu tố lỗi của con người trong các tình huống khẩn cấp. Do đó, việc thực hiện điều kiện này đúng hơn là một tùy chọn bổ sung cho thiết kế gói tự động hóa PVV.

2.1 Mô tả hệ thống điều khiển tự động cấp và thông gió tự động hiện có của các cửa hàng sản xuất

Để đảm bảo nguyên tắc cơ bản về thông gió của các cửa hàng sản xuất, bao gồm duy trì các thông số và thành phần của không khí trong giới hạn cho phép, cần cung cấp không khí sạch đến những nơi có công nhân, sau đó phân phối không khí khắp phòng.

Dưới đây trong hình. 2.1 minh họa một hệ thống cung cấp và thông gió khí thải điển hình, tương tự như hệ thống có sẵn tại địa điểm thực hiện.

Hệ thống thông gió của cơ sở công nghiệp bao gồm quạt, ống dẫn khí, cửa hút gió bên ngoài, thiết bị làm sạch không khí đi vào và thải ra khí quyển, thiết bị sưởi ấm không khí (máy nước nóng).

Việc thiết kế các hệ thống cung cấp và thông gió khí thải hiện có được thực hiện theo các yêu cầu của SNiP II 33-75 “Hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí”, cũng như GOST 12.4.021-75 “SSBT. Hệ thống thông gió. Yêu cầu chung”, quy định cụ thể các yêu cầu đối với việc lắp đặt, chạy thử và vận hành.

Việc lọc không khí ô nhiễm thải vào khí quyển được thực hiện bằng các thiết bị đặc biệt - máy tách bụi (được sử dụng tại nơi sản xuất khuôn ép), bộ lọc ống dẫn khí, v.v. Cần lưu ý rằng máy tách bụi không cần điều khiển bổ sung và được kích hoạt khi thông gió khí thải được bật.

Ngoài ra, có thể tiến hành làm sạch không khí hút ra từ khu vực làm việc trong buồng lắng bụi (chỉ đối với bụi thô) và thiết bị lọc bụi tĩnh điện (đối với bụi mịn). Việc lọc không khí khỏi các khí độc hại được thực hiện bằng cách sử dụng các chất hấp thụ và khử nhiễm đặc biệt, bao gồm cả những chất được áp dụng cho các bộ lọc (trong các tế bào bộ lọc).

Cơm. 2.1 - Hệ thống thông gió cấp và thoát khí của xưởng sản xuất 1 - thiết bị hút gió; 2 - lò sưởi để sưởi ấm; 3- quạt cấp; 4 - ống dẫn khí chính; 5 - nhánh của ống dẫn; 6 - vòi cấp; 7 - hút cục bộ; 8 và 9 - chủ. ống xả khí; 10 - bộ tách bụi; 11 - quạt hút; 12 - trục đẩy không khí tinh khiết vào khí quyển

Việc tự động hóa hệ thống hiện tại tương đối đơn giản. Quy trình công nghệ thông gió như sau:

1. bắt đầu ca làm việc - khởi động hệ thống cung cấp và thông gió khí thải. Các quạt được điều khiển bởi một bộ khởi động tập trung. Nói cách khác, bảng điều khiển bao gồm hai bộ khởi động - để khởi động và dừng / tắt khẩn cấp. Ca làm việc kéo dài 8 giờ - với một giờ nghỉ giải lao, nghĩa là hệ thống không hoạt động trung bình 1 giờ trong giờ làm việc. Ngoài ra, việc kiểm soát "ngăn chặn" như vậy là không hiệu quả về mặt kinh tế, vì nó dẫn đến việc tiêu thụ điện quá mức.

Cần lưu ý rằng hệ thống thông gió khí thải hoạt động liên tục không cần thiết cho sản xuất, nên bật nó khi không khí bị ô nhiễm, hoặc, ví dụ, cần loại bỏ năng lượng nhiệt dư thừa khỏi khu vực làm việc.

2. Việc mở bộ giảm chấn của các thiết bị nạp khí cũng được điều khiển bởi thiết bị khởi động cục bộ, không khí với các thông số của môi trường bên ngoài (nhiệt độ, độ tinh khiết) được quạt cung cấp hút vào ống dẫn khí do chênh lệch sức ép.

3. Không khí lấy từ môi trường bên ngoài đi qua máy nước nóng, nóng lên đến các giá trị nhiệt độ chấp nhận được và được thổi vào phòng qua các ống dẫn khí qua các vòi cấp. Máy nước nóng cung cấp không khí sưởi ấm đáng kể, điều khiển máy sưởi bằng tay, thợ điện mở van điều tiết van điều tiết. Đối với thời kỳ mùa hè, máy sưởi bị tắt. Nước nóng được cung cấp từ nhà nồi hơi bên trong được sử dụng làm chất mang nhiệt. Không có hệ thống kiểm soát nhiệt độ không khí tự động, dẫn đến việc sử dụng quá nhiều tài nguyên.

Tài liệu tương tự

Đặc thù của việc sử dụng hệ thống điều khiển thiết bị thông gió cung cấp dựa trên bộ điều khiển MS8.2. Chức năng cơ bản của bộ điều khiển. Một ví dụ về đặc điểm kỹ thuật để tự động hóa lắp đặt hệ thống thông gió cung cấp cho sơ đồ dựa trên MC8.2.

công việc thực tế, thêm 25/05/2010


Phân tích so sánh các đặc tính kỹ thuật của các thiết kế tiêu chuẩn của tháp giải nhiệt. Các yếu tố của hệ thống cấp nước và phân loại của chúng. Mô hình toán học của quá trình tái chế nước, lựa chọn và mô tả các thiết bị tự động hóa và điều khiển.

luận văn, bổ sung 09/04/2013


Các nguyên tắc cơ bản về hoạt động của hệ thống điều khiển tự động cung cấp và thông gió khí thải, cấu trúc và mô tả toán học của nó. Thiết bị quy trình công nghệ. Lựa chọn và tính toán bộ điều chỉnh. Nghiên cứu độ ổn định của ATS, các chỉ số về chất lượng của nó.

giấy hạn, thêm 16/02/2011


Mô tả quy trình xử lý nhiệt ẩm sản phẩm trên nền bê tông xi măng. Điều khiển tự động quá trình thông gió buồng hấp. Việc lựa chọn loại đồng hồ đo chênh áp và tính toán thiết bị thu hẹp. Mạch đo chiết áp tự động.

giấy hạn, thêm 25/10/2009


Bản đồ quy trình công nghệ chế biến bánh xe giun. Tính toán các khoản phụ cấp và kích thước giới hạn để xử lý sản phẩm. Phát triển chương trình điều khiển. Lý giải và lựa chọn thiết bị kẹp. Tính toán thông gió của cơ sở công nghiệp.

luận văn, bổ sung 29/08/2012


Đặc điểm của tổ hợp thiết kế và lựa chọn công nghệ cho quy trình sản xuất. Cơ giới hóa việc cung cấp nước và tưới nước cho động vật. Tính toán công nghệ và lựa chọn thiết bị. Hệ thống thông gió và sưởi ấm không khí. Tính toán trao đổi không khí và chiếu sáng.

giấy hạn, thêm ngày 12/01/2008


Cung cấp hệ thống thông gió, cấu trúc bên trong của nó và mối quan hệ của các yếu tố, đánh giá những ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng, yêu cầu thiết bị. Các biện pháp tiết kiệm năng lượng, tự động hóa điều khiển hệ thống thông gió tiết kiệm năng lượng.

hạn giấy, thêm 08/04/2015


Phát triển một sơ đồ công nghệ để tự động hóa sàn được sưởi ấm bằng điện. Tính toán lựa chọn các phần tử tự động hóa. Phân tích các yêu cầu trong sơ đồ điều khiển. Xác định các chỉ số chính của độ tin cậy. Các lưu ý an toàn khi lắp đặt thiết bị tự động hóa.

hạn giấy, thêm 05/30/2015


Thiết bị phục vụ quá trình công nghệ Reforming xúc tác. Đặc điểm của thị trường tự động hóa. Lựa chọn tổ hợp máy tính điều khiển và phương tiện tự động hóa hiện trường. Tính toán và lựa chọn cài đặt bộ điều chỉnh. Phương tiện kỹ thuật tự động hóa.

luận văn, bổ sung 23/05/2015


Mô tả công nghệ sơ đồ kết cấu của dự án tự động hóa quá trình xử lý khí hydrocacbon bão hòa. Nghiên cứu về sơ đồ chức năng của tự động hóa và lý do lựa chọn thiết bị lắp đặt. Mô hình toán học của vòng điều khiển.

Glebov R. S., Nghiên cứu sinh Tiến sĩ Tumanov M. P., Ứng viên Khoa học Kỹ thuật, Phó Giáo sư

Antyushin S. S., sinh viên sau đại học (Viện Điện tử và Toán học Nhà nước Moscow (Đại học Kỹ thuật)

CÁC LĨNH VỰC THỰC TIỄN CỦA NHẬN DẠNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC

ĐƠN VỊ THÔNG GIÓ

Do sự xuất hiện của các yêu cầu mới đối với hệ thống thông gió, các phương pháp thử nghiệm để thiết lập các vòng điều khiển khép kín không thể giải quyết hoàn toàn các vấn đề tự động hóa quy trình. Các phương pháp điều chỉnh thử nghiệm có các tiêu chí tối ưu hóa nhúng (tiêu chí chất lượng kiểm soát), giới hạn phạm vi của chúng. Tổng hợp tham số của một hệ thống điều khiển có tính đến tất cả các yêu cầu của thông số kỹ thuật đòi hỏi một mô hình toán học của đối tượng. Bài báo đưa ra phân tích về cấu trúc của các mô hình toán học của đơn vị thông gió, xem xét phương pháp xác định đơn vị thông gió, đánh giá khả năng sử dụng các mô hình thu được vào ứng dụng thực tế.

Từ khóa: nhận dạng, mô hình toán học, đơn vị thông gió, nghiên cứu thực nghiệm mô hình toán học, các chỉ tiêu chất lượng của mô hình toán học.

CÁC LĨNH VỰC THỰC TIỄN CỦA XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH TOÁN HỌC

LẮP ĐẶT THÔNG GIÓ

Liên quan đến sự xuất hiện của các yêu cầu mới đối với hệ thống thông gió, các phương pháp thử nghiệm điều chỉnh các đường viền quản lý khép kín không thể giải quyết triệt để vấn đề tự động hóa quy trình công nghệ. Các phương pháp điều chỉnh thử nghiệm có tiêu chí tối ưu hóa (tiêu chí của chất lượng quản lý) làm hạn chế phạm vi ứng dụng của chúng. Tổng hợp tham số của hệ thống điều khiển, dự án kỹ thuật xem xét tất cả các yêu cầu, yêu cầu mô hình toán học của đối tượng. Việc lắp đặt thông gió được xem xét, khả năng áp dụng các mô hình nhận được để ứng dụng trong thực hành được ước tính.

Từ khóa: nhận dạng, mô hình toán học, lắp đặt thông gió, nghiên cứu thực nghiệm mô hình toán học, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mô hình toán học.

Giới thiệu

Kiểm soát hệ thống thông gió là một trong những nhiệm vụ chính của tự động hóa hệ thống kỹ thuật tòa nhà. Các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển của các thiết bị thông gió được xây dựng thành tiêu chí chất lượng trong miền thời gian.

Chỉ tiêu chất lượng chính:

1. Thời gian quá trình chuyển đổi (tnn) - thời gian thiết bị thông gió chuyển sang chế độ vận hành.

2. Lỗi ổn định (eust) - độ lệch tối đa cho phép của nhiệt độ không khí cung cấp so với nhiệt độ đã đặt.

Chỉ tiêu chất lượng gián tiếp:

3. Overshoot (Ah) - tiêu thụ điện năng quá mức khi điều khiển thiết bị thông gió.

4. Mức độ dao động (y) - sự hao mòn quá mức của thiết bị thông gió.

5. Mức độ suy giảm (y) - đặc trưng cho chất lượng và tốc độ thiết lập chế độ nhiệt độ cần thiết.

Nhiệm vụ chính của tự động hóa hệ thống thông gió là tổng hợp tham số của bộ điều khiển. Tổng hợp tham số bao gồm việc xác định các hệ số của bộ điều khiển để đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng cho hệ thống thông gió.

Để tổng hợp bộ điều khiển thiết bị thông gió, các phương pháp kỹ thuật được chọn thuận tiện cho ứng dụng trong thực tế và không yêu cầu nghiên cứu mô hình toán học của đối tượng: phương pháp Nabo18-21Seg1er (G), phương pháp Chin-NgoneS-KeS , nck(SNK). Các yêu cầu cao đối với các chỉ số chất lượng được đặt ra đối với các hệ thống tự động hóa thông gió hiện đại, các điều kiện biên cho phép của các chỉ số được thu hẹp và các nhiệm vụ kiểm soát đa tiêu chí xuất hiện. Các phương pháp kỹ thuật để điều chỉnh bộ điều chỉnh không cho phép thay đổi tiêu chí chất lượng điều khiển được nhúng trong chúng. Ví dụ: khi sử dụng phương pháp N2 để điều chỉnh bộ điều khiển, tiêu chí chất lượng là hệ số giảm chấn bằng 4 và khi sử dụng phương pháp SHA, tiêu chí chất lượng là tốc độ xoay tối đa khi không có độ vọt lố. Việc sử dụng các phương pháp này trong việc giải các bài toán điều khiển đa tiêu chí đòi hỏi phải điều chỉnh thêm các hệ số theo cách thủ công. Trong trường hợp này, thời gian và chất lượng điều chỉnh các vòng điều khiển phụ thuộc vào kinh nghiệm của kỹ sư dịch vụ.

Việc sử dụng các công cụ mô hình toán học hiện đại để tổng hợp hệ thống điều khiển thiết bị thông gió giúp cải thiện đáng kể chất lượng của các quy trình điều khiển, giảm thời gian thiết lập hệ thống và cũng có thể tổng hợp các phương tiện thuật toán để phát hiện và ngăn ngừa tai nạn. Để mô phỏng hệ thống điều khiển, cần tạo một mô hình toán học đầy đủ của bộ phận thông gió (đối tượng điều khiển).

Việc sử dụng thực tế các mô hình toán học mà không đánh giá tính đầy đủ gây ra một số vấn đề:

1. Các cài đặt của bộ điều khiển thu được bằng mô hình toán học không đảm bảo tuân thủ các chỉ số chất lượng trong thực tế.

2. Việc sử dụng trong thực tế các bộ điều khiển có mô hình toán học tích hợp (điều khiển cưỡng bức, bộ ngoại suy Smith, v.v.) có thể gây ra sự suy giảm các chỉ số chất lượng. Nếu hằng số thời gian không khớp hoặc mức tăng được đánh giá thấp, thời gian để thiết bị thông gió đạt đến chế độ vận hành sẽ tăng lên, nếu mức tăng quá cao, thiết bị thông gió sẽ bị mài mòn quá mức, v.v.

3. Ứng dụng thực tế của các bộ điều khiển thích nghi với ước lượng theo mô hình tham chiếu cũng gây ra sự suy giảm các chỉ tiêu chất lượng tương tự như ví dụ trên.

4. Cài đặt bộ điều khiển thu được bằng các phương pháp điều khiển tối ưu không đảm bảo tuân thủ các chỉ tiêu chất lượng trong thực tế.

Mục đích của nghiên cứu này là xác định cấu trúc của mô hình toán học của thiết bị thông gió (dọc theo vòng điều khiển nhiệt độ) và đánh giá mức độ phù hợp của nó đối với các quá trình vật lý thực của quá trình sưởi ấm không khí trong hệ thống thông gió.

Kinh nghiệm thiết kế các hệ thống điều khiển cho thấy rằng không thể có được một mô hình toán học phù hợp với một hệ thống thực chỉ trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về các quá trình vật lý của hệ thống. Do đó, trong quá trình tổng hợp mô hình đơn vị thông gió, đồng thời với nghiên cứu lý thuyết, các thí nghiệm đã được thực hiện để xác định và hoàn thiện mô hình toán học của hệ thống - nhận dạng của nó.

Quy trình công nghệ hệ thống thông gió, tổ chức thí nghiệm

và xác định cấu trúc

Đối tượng điều khiển của hệ thống thông gió là máy điều hòa không khí trung tâm, trong đó luồng không khí được xử lý và cung cấp cho cơ sở thông gió. Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển thông gió cục bộ là tự động duy trì nhiệt độ của không khí cấp trong ống dẫn. Giá trị hiện tại của nhiệt độ không khí được ước tính bởi một cảm biến được lắp đặt trong ống cấp hoặc trong phòng bảo dưỡng. Nhiệt độ không khí cung cấp được kiểm soát bởi một máy sưởi điện hoặc nước. Khi sử dụng máy nước nóng, cơ quan điều hành là van ba chiều, khi sử dụng máy sưởi điện - bộ điều khiển công suất xung hoặc thyristor.

Thuật toán điều khiển nhiệt độ không khí cung cấp tiêu chuẩn là một hệ thống điều khiển vòng kín (CAP), với bộ điều khiển PID làm thiết bị điều khiển. Cấu trúc của hệ thống kiểm soát nhiệt độ không khí cung cấp tự động để thông gió được hiển thị (Hình 1).

Cơm. 1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tự động bộ phận thông gió (kênh điều khiển nhiệt độ không khí cấp). Wreg - PF của bộ điều chỉnh, Lio - PF của cơ quan điều hành, Wcal - PF của bộ sưởi không khí, Wvv - chức năng truyền của ống dẫn khí. u1 - điểm đặt nhiệt độ, XI - nhiệt độ trong ống dẫn, XI - số đọc cảm biến, E1 - lỗi điều khiển, U1 - hoạt động điều khiển của bộ điều chỉnh, U2 - xử lý tín hiệu điều chỉnh bởi bộ truyền động, U3 - nhiệt do bộ gia nhiệt truyền đến ống dẫn.

Việc tổng hợp một mô hình toán học của một hệ thống thông gió giả định rằng cấu trúc của từng chức năng truyền là một phần của nó đã được biết đến. Việc áp dụng một mô hình toán học chứa các hàm truyền của các phần tử riêng lẻ của hệ thống là một nhiệm vụ phức tạp và không đảm bảo trong thực tế sự chồng chất của các phần tử riêng lẻ với hệ thống ban đầu. Để xác định mô hình toán học, thuận tiện là chia cấu trúc của hệ thống điều khiển thông gió thành hai phần: phần đã biết trước (bộ điều khiển) và phần chưa biết (đối tượng). Hàm truyền của đối tượng ^ob) bao gồm: hàm truyền của cơ quan điều hành ^o), hàm truyền của máy sưởi ^cal), hàm truyền của ống gió ^vv), hàm truyền của cảm biến ^ ngày). Nhiệm vụ xác định bộ thông gió khi điều khiển nhiệt độ của luồng không khí được giảm xuống để xác định mối quan hệ chức năng giữa tín hiệu điều khiển đến phần tử kích hoạt của bộ sưởi không khí U1 và nhiệt độ của luồng không khí XI.

Để xác định cấu trúc của mô hình toán học của đơn vị thông gió, cần phải tiến hành một thí nghiệm xác định. Có thể đạt được các đặc điểm mong muốn bằng thử nghiệm thụ động và chủ động. Phương pháp thử nghiệm thụ động dựa trên việc đăng ký các tham số quy trình được kiểm soát ở chế độ hoạt động bình thường của đối tượng mà không gây ra bất kỳ nhiễu loạn có chủ ý nào cho nó. Ở giai đoạn thiết lập, hệ thống thông gió không hoạt động bình thường nên phương pháp thí nghiệm thụ động không phù hợp với mục đích của chúng tôi. Phương pháp thử nghiệm tích cực dựa trên việc sử dụng một số nhiễu loạn nhân tạo nhất định được đưa vào đối tượng theo một chương trình được lên kế hoạch trước.

Có ba phương pháp cơ bản để nhận dạng chủ động một đối tượng: phương pháp đặc trưng nhất thời (phản ứng của đối tượng đối với một "bước"), phương pháp gây nhiễu đối tượng bằng các tín hiệu định kỳ (phản ứng của đối tượng đối với các nhiễu điều hòa với các tín hiệu khác nhau). tần số) và phương pháp phản ứng của đối tượng đối với xung delta. Do quán tính lớn của hệ thống thông gió (TOB dao động từ hàng chục giây đến vài phút), việc nhận dạng bằng các tín hiệu của chu kỳ

Để đọc thêm bài báo, bạn phải mua toàn văn. Bài viết được gửi dưới dạng PDFđến địa chỉ email được cung cấp trong quá trình thanh toán. thời gian giao hàng là ít hơn 10 phút. Chi phí cho mỗi bài viết 150 rúp.

Công trình khoa học tương tự về chủ đề "Những vấn đề chung và phức tạp của khoa học tự nhiên và chính xác"

• ĐIỀU KHIỂN THÍCH ỨNG CỦA ĐƠN VỊ THÔNG GIÓ VỚI Luồng KHÔNG KHÍ CUNG CẤP ĐỘNG

  Glebov R.S., Tumanov M.P. - 2012

• Vấn đề quản lý và mô hình hóa các tình huống khẩn cấp trong mỏ dầu khí

  Liskova M.Yu., Naumov I.S. - 2013

• VỀ VIỆC ÁP DỤNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THAM SỐ CHO MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỦA SỰ CÂN BẰNG TỔNG HỢP

  ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVICH, ASHIMOV ABDYKAPPAR ASHIMOVICH, ASHIMOV ASCAR ABDIKAPPAROVICH, BOROVSKY NIKOLAY YURIEVICH, BOROVSKY YURI VYACHESLAVOVICH, SULTANOV BAKHYT TURLYKHANOVICH - 2010

• MÔ HÌNH MÁI NHÀ SINH KHÍ SỬ DỤNG THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN

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

Trong phần này, chúng tôi mô tả các yếu tố chính tạo nên hệ thống điều khiển, cung cấp cho chúng mô tả kỹ thuật và mô tả toán học. Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn về hệ thống điều khiển tự động đã phát triển về nhiệt độ của không khí cung cấp đi qua lò sưởi. Do sản phẩm chính của đào tạo là nhiệt độ không khí nên trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp không thể bỏ qua việc xây dựng các mô hình toán học và mô hình hóa các quá trình lưu thông và dòng không khí. Ngoài ra, việc chứng minh bằng toán học về hoạt động của ACS PVV có thể bị bỏ qua do đặc thù của kiến ​​​​trúc của cơ sở - luồng không khí không được chuẩn bị từ bên ngoài vào các xưởng và nhà kho thông qua các khe và khoảng trống là rất đáng kể. Đó là lý do tại sao, ở bất kỳ tốc độ dòng khí nào, tình trạng “thiếu oxy” của các công nhân của phân xưởng này hầu như không thể xảy ra.

Do đó, chúng tôi bỏ qua việc xây dựng mô hình nhiệt động lực học phân phối không khí trong phòng, cũng như mô tả toán học của ACS về luồng không khí, do tính không hiệu quả của chúng. Hãy để chúng tôi xem xét chi tiết hơn về sự phát triển của nhiệt độ không khí cung cấp ACS. Trên thực tế, hệ thống này là một hệ thống điều khiển tự động vị trí van điều tiết phòng không tùy thuộc vào nhiệt độ không khí cung cấp. Quy luật là quy luật tỷ lệ theo phương pháp cân đối giá trị.

Hãy trình bày các yếu tố chính có trong ACS, chúng tôi sẽ đưa ra các đặc điểm kỹ thuật của chúng, giúp xác định các tính năng điều khiển của chúng. Khi chọn thiết bị và công cụ tự động hóa, chúng tôi được hướng dẫn bởi hộ chiếu kỹ thuật của họ và các tính toán kỹ thuật trước đây của hệ thống cũ, cũng như kết quả của các thí nghiệm và thử nghiệm.

Cung cấp và hút gió quạt ly tâm

Quạt ly tâm thông thường là một bánh xe có các cánh làm việc nằm trong vỏ xoắn ốc, trong quá trình quay, không khí đi qua cửa hút gió đi vào các kênh giữa các cánh và di chuyển qua các kênh này dưới tác dụng của lực ly tâm, được thu lại bởi đường xoắn ốc vỏ và hướng đến ổ cắm của nó. Vỏ cũng dùng để chuyển đổi đầu động thành đầu tĩnh. Để tăng áp suất, một bộ khuếch tán được đặt phía sau vỏ. Trên hình. 4.1 giới thiệu tổng quan về quạt ly tâm.

Một bánh xe ly tâm thông thường bao gồm các cánh, đĩa sau, trục và đĩa trước. Một moay-ơ đúc hoặc quay, được thiết kế để lắp bánh xe vào trục, được tán đinh, bắt vít hoặc hàn vào đĩa sau. Các lưỡi dao được tán vào đĩa. Các cạnh đầu của lưỡi dao thường được gắn vào vòng trước.

Vỏ xoắn ốc được làm bằng thép tấm và được lắp đặt trên các giá đỡ độc lập, đối với quạt công suất thấp, chúng được gắn vào giường.

Khi bánh xe quay, một phần năng lượng cung cấp cho động cơ được chuyển vào không khí. Áp suất do bánh xe tạo ra phụ thuộc vào mật độ không khí, hình dạng hình học của các cánh quạt và tốc độ tròn ở các đầu của cánh quạt.

Các cạnh thoát của cánh quạt ly tâm có thể uốn cong về phía trước, hướng tâm và uốn cong về phía sau. Cho đến gần đây, các cạnh của cánh quạt chủ yếu được uốn cong về phía trước, vì điều này giúp giảm kích thước tổng thể của quạt. Ngày nay, người ta thường tìm thấy các cánh quạt có lưỡi cong ngược, vì điều này cho phép tăng hiệu quả. quạt.

Cơm. 4.1

Khi kiểm tra quạt, cần lưu ý rằng các cạnh của cánh quạt (theo hướng không khí) phải luôn được uốn cong theo hướng ngược lại với hướng quay của cánh quạt để đảm bảo không bị va đập.

Các quạt giống nhau, khi thay đổi tốc độ quay, có thể có nguồn cung cấp khác nhau và tạo ra áp suất khác nhau, không chỉ phụ thuộc vào đặc tính của quạt và tốc độ quay mà còn phụ thuộc vào các ống dẫn khí nối với chúng.

Các đặc tính của quạt thể hiện mối quan hệ giữa các thông số chính trong hoạt động của nó. Đặc tính đầy đủ của quạt ở tốc độ trục không đổi (n = const) được thể hiện bằng sự phụ thuộc giữa nguồn cung cấp Q và áp suất P, công suất N và hiệu suất. Các mối phụ thuộc P(Q), N(Q) và T(Q) thường là được xây dựng trên một biểu đồ. Họ chọn một cái quạt. Các đặc tính được xây dựng trên cơ sở các bài kiểm tra. Trên hình. Hình 4.2 thể hiện đặc tính khí động học của quạt ly tâm VTS-4-76-16 dùng làm quạt cấp tại nơi thực hiện

Cơm. 4.2

Công suất của quạt là 70.000 m3/h hay 19,4 m3/s. Tốc độ trục quạt - 720 vòng / phút. hoặc 75,36 rad/giây, công suất của động cơ quạt không đồng bộ truyền động là 35 kW.

Quạt thổi không khí trong khí quyển bên ngoài vào lò sưởi. Do sự trao đổi nhiệt của không khí với nước nóng đi qua các ống của bộ trao đổi nhiệt, không khí đi qua được làm nóng.

Xem xét sơ đồ điều chỉnh chế độ hoạt động của quạt VTS-4-76 số 16. Trên hình. Hình 4.3 thể hiện sơ đồ chức năng của bộ phận quạt có điều khiển tốc độ.

Cơm. 4.3

Hàm truyền của quạt có thể được biểu diễn dưới dạng độ lợi, được xác định dựa trên các đặc tính khí động học của quạt (Hình 4.2). Hệ số khuếch đại của quạt tại điểm vận hành là 1,819 m3/s (mức tối thiểu có thể, được thiết lập bằng thực nghiệm).

Cơm. 4.4

thực nghiệm Người ta đã xác định rằng để thực hiện các chế độ hoạt động của quạt cần thiết, cần phải cung cấp các giá trị điện áp sau cho bộ biến tần điều khiển (Bảng 4.1):

Bảng 4.1 Cung cấp chế độ vận hành thông gió

Đồng thời, để tăng độ tin cậy của động cơ điện của quạt ở cả phần cung cấp và xả, không cần thiết lập các chế độ hoạt động của chúng với hiệu suất tối đa. Nhiệm vụ của nghiên cứu thực nghiệm là tìm ra các điện áp điều khiển mà tại đó các chỉ tiêu về tỷ lệ trao đổi không khí được tính toán dưới đây sẽ được quan sát.

Thông gió thải được thể hiện bằng ba quạt ly tâm VC-4-76-12 (công suất 28.000 m3/h tại n=350 vòng/phút, công suất truyền động không đồng bộ N=19,5 kW) và VC-4-76-10 (công suất 20.000 m3/h tại n=270 vòng/phút, công suất truyền động không đồng bộ N=12,5 kW). Tương tự như nguồn cung cấp cho nhánh xả của hệ thống thông gió, các giá trị của điện áp điều khiển đã thu được bằng thực nghiệm (Bảng 4.2).

Để ngăn chặn tình trạng "thiếu oxy" trong các cửa hàng đang hoạt động, chúng tôi tính toán tỷ lệ trao đổi không khí cho các chế độ hoạt động của quạt đã chọn. Nó phải thỏa mãn điều kiện:

Bảng 4.2 Chế độ hoạt động của hệ thống thông gió khí thải

Trong tính toán, chúng tôi bỏ qua việc cung cấp không khí từ bên ngoài, cũng như kiến ​​​​trúc của tòa nhà (tường, trần nhà).

Kích thước của các phòng để thông gió: 150x40x10 m, tổng thể tích của phòng là Vroom?60.000 m3. Khối lượng không khí cung cấp cần thiết là 66.000 m3 / h (đối với hệ số 1,1, nó được chọn là mức tối thiểu, do luồng không khí từ bên ngoài không được tính đến). Rõ ràng là các chế độ vận hành đã chọn của quạt nguồn đáp ứng điều kiện đã đặt.

Tổng thể tích khí thải được tính theo công thức sau

Để tính toán nhánh xả, các chế độ "khai thác khẩn cấp" được chọn. Có tính đến hệ số hiệu chỉnh 1,1 (do chế độ vận hành khẩn cấp được lấy ở mức nhỏ nhất có thể), thể tích khí thải sẽ bằng 67,76 m3 / h. Giá trị này thỏa mãn điều kiện (4.2) trong giới hạn sai số cho phép và các đặt trước đã được chấp nhận, nghĩa là các chế độ vận hành quạt đã chọn sẽ đảm đương được nhiệm vụ đảm bảo tốc độ trao đổi không khí.

Ngoài ra trong động cơ điện của quạt còn có bộ phận bảo vệ chống quá nhiệt (bộ điều nhiệt) tích hợp. Khi nhiệt độ động cơ tăng lên, tiếp điểm rơle nhiệt sẽ dừng động cơ. Cảm biến chênh lệch áp suất sẽ ghi lại quá trình dừng của động cơ điện và đưa tín hiệu về bảng điều khiển. Cần phải cung cấp phản ứng của ACS của PVV đối với việc dừng khẩn cấp của động cơ quạt.