Анализ системы автоматического управления приточно-отопительных установок

Анализ системы автоматического управления приточно-отопительных

установок

Программа задания:

1.       Дать краткое описание автоматизированного технологического процесса и изобразить его принципиальную электрическую схему.

1.       Определить, к каким типам по принятой классификации относится рассматриваемая система управления.

1.       Определить и обосновать принцип управления, заложенный в схеме.

1.       Определить закон регулирования управляемой величины.

1.       Объяснить место, назначение и техническое устройство каждого элемента автоматической схемы.

1.       Пояснить физическую природу входных и выходных сигналов каждого элемента и всей системы в целом.

1.       Дать характеристику объекта управления.

1.       Составить и изобразить функциональную схему этой системы управления.

1.       Предложить возможность совершенствования системы автоматического управления.

На основе сочетания двух принципов управления;

На основе использования дополнительного малоинерционного контура управления по выбранной координате объекта.

10.    Составить структурную схему системы, подобрав каждому элементу автоматики передаточную функцию соответствующего типового динамического звена.

1. Краткое описание автоматизированного технологического процесса и его принципиальная электрическая схема:

Приточная принудительная вентиляция включает в себя высоконапорный вентилятор 4 с трехскоростным электроприводом, подающий воздух в распределительный воздуховод 5, заборную камеру 1 с заслонкой 2, теплообменник 3 с регулируемой теплопроизводительностью.

Частоту вращения электропривода вентилятора можно изменять вручную устройством NSA в зависимости от фактической потребности в воздухообмене (например, с возрастом животных).

Теплопроизводительность приточной установки регулируется автоматически пропорциональным регулятором ТС/SK! в функции температуры воздуха в животноводческом помещении. Терморегулятор TS/SK2 защищает теплообменник от размораживания.

Для управления приточной вентиляцией используют серийно выпускаемые станции управления ШАП5712. На принципиальной схеме (рис.2) приведена система ручного и автоматического управления приточной установкой вентиляции и подогрева воздуха.

Схема работает следующим образом. В автоматическом режиме переключатели SA1 и SA2 устанавливают в положение «Автоматическое». По команде терморегулятора SK1 (PT-2) включается реле KV1, которое через контакты терморегулятора SK2 (ТУДЭ) включает реле KV2. Последнее посылает сигнал на SA3, а через его контакты включается та ступень KM (1...3) частоты вращения электродвигателя, которая установлена вручную. Если температура теплоносителя на выходе из теплообменника понизится, то терморегулятор SK2 отключит реле KV2 и через соответствующий магнитный пускатель остановит.

2.     Классификация системы управления:

По характеру алгоритма функционирования рассматриваемая система является системой стабилизации, т.к. среднее значение температуры в помещении поддерживается постоянной не зависимо от температуры окружающей среды. По характеру управления во времени рассматриваемая система является дискретной, т.к. в ней происходит дискретное (прерывистое) изменение сигнала, управляющего состоянием исполнительных механизмов. По математическому описанию рассматриваемая система является линейной, т.к. зависимость выходного параметра (среднее значение температуры) от входного (уставка срабатывания регулятора температуры) в общем случае является линейной функцией. Из-за наличия статической ошибки управления (температура может колебаться в небольшом допустимом диапазоне), рассматриваемая САУ является статической.

3.     Определение и обоснование принципа управления, заложенного в схеме:

Рассматриваемая система управления является стабилизирующей системой, которая осуществляет принцип управления по отклонению. Это связано с тем, что управляющее воздействие на исполнительные механизмы поступает только в том случае, когда значение температуры отклоняется от нормы, как в большую, так и в меньшую стороны.

4.     Определение закона регулирования управляемой величины:

Управляемой величиной является среднее значение температуры в помещении. Эта величина остаётся постоянной в течение всего времени управления микроклиматом, что соответствует линейной зависимости между выходной и входной величинами для всей системы в целом. Поэтому рассматриваемая САУ осуществляет пропорциональный закон управления.

5.              Место, назначение и техническое устройство каждого элемента
автоматической системы:

Рассматриваемая система автоматического управления включает в себя несколько датчиков температуры (термометры сопротивления), элементы сравнения, регулятор температуры, усилители, задающие устройства, множество исполнительных механизмов и объект управления. Объектом управления является воздух в помещении, а в качестве контролируемых параметров - его температура и влажность. Исполнительными механизмами являются приводы осевых вентиляторов. Положения исполнительных механизмов определяется точкой входа наружного воздуха и точкой выхода внутреннего. Задающие устройства и элементы сравнения как отдельные элементы автоматики здесь отсутствуют, т.к. они входят в состав автоматического регулятора температуры.

6.              Физическая природа входных и выходных сигналов каждого элемента и
всей системы в целом:

На вход датчиков температуры поступает измеряемый сигнал - температура воздуха. На выходе датчика формируется сигнал электрической природы, в виде напряжения, пропорциональное значению измеряемой температуры. Далее маломощный электрический сигнал поступает на вход автоматического регулятора РТ-2, и без изменения физической природы, через усилитель (магнитные пускатели KM1...KM3)    -   на    исполнительные    механизмы.    В    результате работы

исполнительных механизмов (асинхронных двигателей осевых вентиляторов) происходит изменение температуры в помещении.

7. Характеристика объекта управления:

Объектом управления является воздух в помещении. Так как все тепловые процессы, происходящие в объекте управления, описываются обыкновенными линейными дифференциальными уравнениями, то он является линейным. Кроме того, объект является статическим и обладает емкостными свойствами, т.к. способен аккумулировать тепловую энергию. Из-за конечного времени перемещения и теплопередачи объект обладает транспортным запаздыванием.

8. Функциональная схема системы управления:

9. Возможность совершенствования системы автоматического управления: 9.1. На основе сочетания двух принципов управления:

Усовершенствование системы управления на основе сочетания двух принципов управления применяется для улучшения качества регулирования. Кроме принципа управления по отклонению можно ещё предусмотреть принцип управления по возмущению. Структурная схема для управления микроклиматом таким способом примет вид:

x(t)

ИМ

f(t)

ОУ

Рис.4. Усовершенствование системы автоматического управления на основе сочетания принципов управления по отклонению и по возмущению.

В этом случае возмущением может быть температура наружного воздуха. Малейшее изменения температуры наружного воздуха вызовет изменение величины потерь тепловой мощности через стены, вентиляционные каналы и т.д., что скажется на среднем значении температуры внутри помещения. Для учёта этого явления достаточно предусмотреть второй контур управления, состоящий из автоматического регулятора АР2 и датчика температуры наружного воздуха.

9.2. На основе использования дополнительного малоинерционного контура управления по выбранной координате объекта:

Совершенствование системы управления на основе использования дополнительного малоинерционного контура управления используется для увеличения скорости и качества регулирования. Это достигается введением местных обратных связей. Промежуточная координата как правило выбирается до самого инерционного звена, или после звена регулятора, для уменьшения ошибки управления. Структурная схема при этом примет вид:

Д2

10. Структурная схема системы:

Конфигурация структурной схемы соответствует функциональной (рис.2). Но все элементы автоматики на ней указывается в виде геометрических фигур, внутри которых указываются их передаточные функции:

Рис.6. Структурная схема управления температурой воздуха в овощехранилище.

Передаточная функция датчика температуры описывается апериодическим звеном первого порядка. Т.к. этот прибор обладает коэффициентом передачи, отличающимся от единицы и достаточно большой постоянной времени, то его

передаточная функция примет вид:

W5 (Р ) =

1 + Т5 •1

Второе звено - усилитель описывается безинерционным звеном, т.к. его постоянной времени можно пренебречь:

W (p ) = к2

Так как исполнительный механизм сочетает в себе два последовательно соединённых устройства (электродвигатель и рабочую машину - вентилятор), то его эквивалентная передаточная функция будет определяться произведением передаточных функций каждого устройства:

Объект управления - воздух описывается апериодическим звеном первого порядка, т.к. все теплофизические процессы, притекающие в нём описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями первого порядка, с запаздыванием:

W; (p ) =              ■ e-;