Система автоматического управления тепловым режимом

эксплуатационный персонал, обеспечивающий правильность функционирования КТС.

Из основных классификационных признаков, обеспечивающих выбор систем-аналогов на ранних этапах разработки системы, оценку необходимых ресурсов при планировании разработки, оценку качества (научно-технического уровня) и относительных капиталовложений на создание системы, обычно рассматривают следующие:

уровень, занимаемый рассматриваемым ТОУ и его автоматизированной системой управления в организационно-производственной структуре предприятия (АСУ нижнего уровня, верхнего уровня, многоуровневые);

характер протекания управляемых технологических процессов во времени (непрерывный, непрерывно-дискретный, дискретный);

условную информационную мощность, определяемая числом измеряемых или контролируемых технологических переменных (наименьшая – от 10 до 40 переменных; малая – от 41 до 160; средняя – от 161 до 650; повышенная – от 651 до 2500; большая – от 2501 (верхнее значение числа переменных не ограничивается));

функциональную надежность (уровень минимальный, средний, высший);

тип функционирования, характеризуемый совокупностью автоматически выполняемых информационных и управляющих функций системы (информационный, локально-автоматический, советующий, автоматический).

В соответствии с перечисленными классификационными признаками рассматриваемые автоматизированные системы управления тепловым режимом помещений производственных зданий могут представлять либо автономные АСУ (одноуровневые или многоуровневые с выделением подсистем по функциональному или структурному признаку), либо являться подсистемами АСУ более высоких уровней (например, подсистемой АСУЭ – энергетическим хозяйством предприятия).

Рис. 6. Общий вид алгоритма функционирования системы

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Общий алгоритм функционирования системы

Общий алгоритм функционирования системы управления должен представлять собой логическую схему включения в работу в той или иной ситуации, определенной последовательности частных алгоритмов, выполняющих следующие основные операции:

1) получение информации о входных воздействиях на объект управления и о результатах управления;

2) анализ и обработка полученной информации;

3) принятие решения;

3) выдача управляющего воздействия в канал управления.

Блок-схема общего алгоритма функционирования системы управления представлена на рис. 6.

Общий алгоритм функционирования АСУ ТРП предполагает циклический характер его работы. В начале каждого цикла управления должен происходить опрос датчиков: измеряемых нерегулируемых параметров - температуры и влажности наружного воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, солнечной радиации, температуры и давления пара в тепловой сети; измеряемых выходных параметров, характеризующих тепловой режим, - температуры воздуха, относительной влажности воздуха, скорости движения воздуха в рабочих зонах; измеряемых выходных параметров, по которым непосредственно или расчетом можно определить эффективность управления, - температуры и давления воды в обратных трубопроводах, расхода теплофикационной воды, расхода электроэнергии; регулируемых параметров, которые могут изменяться соответствующими исполнительными механизмами, - температуры приточного воздуха, температуры воды после подмешивающих насосов, Количество приточного воздуха.

Эта информация через преобразователи в цифровой форме поступает в запоминающее устройство управляющей вычислительной машины.

Полученную информацию обрабатывают в управляющей вычислительной машине специальными программами, моделирующими тепловое поведение здания и оптимизирующими требуемое поступление тепла от системы отопления и вентиляции для поддержания заданного теплового режима. При необходимости изменения теплового режима, установленного в предыдущем цикле, вырабатываются необходимые сигналы, которые через концентратор, подстанции и преобразователи поступают на управляющие органы исполнительных механизмов регулирования.

Обслуживающий персонал может в любой момент времени получить на экране пульта управления данные по любой точке объекта и работе системы в целом и вмешаться в работу системы. Для этого существует второй контур системы, прерывающей при необходимости описанный выше замкнутый процесс по приказу оператора. В этом случае оператор берет управление на себя, но его действия контролируются системой. Если действия оператора приводят к возникновению аварийной ситуации, то система предупреждает об этом оператора. Данные об измерениях и вычислениях, проведенных на ЭВМ, по запросу оператора могут в любой момент времени выданы на печать. По этой выдаче анализируется работа отопительно-вентиляционной системы, эффективность использования оборудования, энерго- и теплопотребления, экономия оборудования и экономия энергии. При этом могут быть представлены данные за какой-либо отрезок времени как по группам избранных точек, так и по всем точкам.

Так как тепловые процессы в здании в целом изменяются медленно, то в системе выбран синхронный принцип связи УВК с объектом в реальном масштабе времени. Время, затрачиваемое на преобразование и ввод измерительной информации в УВК, значительно меньше периода колебаний в управляемом процессе, поэтому считается, что измерительная информация вводится как бы одновременно.

Процесс управления следует разбить на циклы по 10 - 15 мин. УВК постоянно находится в режиме ожидания, Запуск цикла осуществляется от электронных часов в УВК - через устройства прерывания.

Математическая модель и алгоритм расчета теплового режима помещения, предназначенные для использования в системах управления, по сравнению с моделью для проектирования, имеют определенные особенности. К моделям предъявляются два требования:

1) необходимость высокой точности численного моделирования теплового режима, так как только на этой основе возможно обеспечение качественного управления тепловым режимом;

2) ограничения на программу для УВК по объему и времени вычислений, так как УВК, на которой реализуется математическая модель, имеет определенные характеристики по быстродействию и памяти. Прежде всего это связано с экономической обоснованностью введения всей системы автоматизированного управления. Затраты на мощную УВК могут свести на нет эффект от экономии энергии за счет введения системы.

Необходимость одновременного выполнения этих требований заставляет отказаться от универсальной математической модели и перейти к специализированной модели. Такая модель позволяет при сокращении объема вычислений не только не потерять точность моделирования теплового режима, но и в результате использования экспериментальных данных повысить эту точность в сравнении с универсальной моделью.

Исходным материалом для разработки специализированной модели служит универсальная модель. Можно указать несколько направлений, по которым может быть осуществлено ее «сужение» (до специализированной модели):

1) сокращение числа независимых переменных (в задаче управления это входные параметры) путем перевода их в фиксированные параметры расчетной модели. В модели для управления выпадает группа данных, касающихся геометрических размеров помещений здания; группа данных, характеризующих размеры и теплофизические свойства ограждающих конструкций, и многие другие;

2) совершенствование алгоритма вычислений в направлении сокращения времени вычислений и повышения точности результатов на основе конкретизации постановки задачи. Большая определенность постановки задачи в случае специализированной модели во многих случаях дает возможность использовать более эффективные вычислительные методы;

3) повышение точности моделирования теплового режима за счет использования экспериментальных данных. Здесь очень много возможностей: от простого введения в расчет в качестве параметров характеристик, полученных при натурных измерениях в данном помещении, до уточнения в результате проведения измерений некоторых допущений в исходной модели. Большое значение имеет введение в расчетную модель уточненных данных, касающихся величины коэффициентов теплообмена на поверхности ограждений. По результатам измерений может быть в значительной мере повышена точность учета теплоаккумулирующей способности оборудования.

Разработка математической модели теплового режима помещений для управления состоит из следующих этапов: сбор и обработка исходных данных, включающая изучение проектной документации и особенностей технологических процессов, происходящих в помещении; разработка «точной» математической модели теплового режима помещения и метода ее реализации на основе использования ЭВМ; оценка методом численного эксперимента вклада отдельных составляющих теплового баланса помещения и различных теплотехнических параметров на величину целевой функции; разработка с учетом результатов выполненного численного эксперимента предварительной математической модели теплового режима помещения для управления; обоснование математической модели для управления на основе сопоставления результатов расчета по ней с результатами расчета по «точной» модели; идентификация математической модели по результатам натурных экспериментов; повышение адекватности математической модели в процессе ее функционирования.

Современное здание следует рассматривать как сложную энергопотребляющую систему с многообразием составляющих его элементов, в которых протекают различные по физической сущности процессы поглощения, превращения и переноса энергии. Для построения и реализации математических моделей сложных энергетических объектов используется методология системного подхода. В качестве основных элементов здания как единой теплоэнергетической системы принимаются: совокупность показателей наружного климата, лучистый теплообмен в помещении, конвективный теплообмен в помещении (в том числе с учетом источников тепла), тепло- и массоперенос через ограждающие конструкции, теплоинерционность оборудования, находящегося в помещении, тепловой режим помещения в целом.

Систему элементов и связей, моделирующую тепловой режим помещения, представляют в виде графа, в котором каждому элементу помещения как единой теплоэнергетической системы соответствует вершина графа, а связи между элементами помещения или с внешними элементами - дуга графа. На рис.7 показана упрощенная схема теплового баланса помещения, а на рис. 8 - соответствующий ей граф. Не снижая дальнейшей общности рассуждений, граф на рис.8 включает одну наружную стену, одну внутреннюю стену и одно заполнение светового проема. Соединение смежных вершин графа не одной, а двумя одинаково направленными дугами отражает наличие двух связей, осуществляемых при помощи разных способов передачи энергии.

Рис. 7. Схема теплового баланса производственного здания

1 - теплопотери через ограждающие конструкции (стены, покрытия, перекрытия); 2 - теплопоступления от системы воздушного отопления; 3 -теплопоступления от технологического оборудования; 4 - теплопотери через заполнение светового проема; 5 - теплопотери за счет воздухообмена

Рис. 8. Граф теплового баланса помещения

I - наружное ограждение; II - внутреннее ограждение; III - заполнение светового проема; IV - внутренний воздух; V - вентиляция; VI - внутреннее оборудование; 2, 4, 6, 18 - теплообмен конвекцией между внутренними поверхностями ограждения, а также между поверхностью оборудования и внутренним воздухом; 3, 5, 7 - потоки тепла за счет фильтрации через ограждения; 9, 10, 11, 12, 13, 14 - лучистый теплообмен внутренних поверхностей ограждений между собой, а также с оборудованием; 16 - конвективное тепло, непосредственно передаваемое воздуху помещения; 1,8, 15, 17 - связи между элементами помещения и внешними элементами

 

Заключение

Автоматизированная система управления тепловым режимом помещения организационно может входить в общую иерархическую структуру управления [при наличии автоматизированной системы управления производством (АСУП)], являясь, например, подсистемой автоматизированной системой управления хозяйством предприятия (АСУЭ) или может представлять автономную автоматизированную систему управления.

Разработка автоматизированной системы управления тепловым режимом помещения может выполняться независимо от остальных систем, однако в организационном отношении необходимо предусматривать связь с более высокими уровнями управления для обеспечения организационной совместимости систем, что особенно важно, когда характер основного технологического производства существенно зависит от воздушно-теплового режима производственных помещений.

Функциональные задачи (в соответствии с информационными, управляющими и вспомогательными функциями автоматизированной системы) подразделяются на следующие группы:

1) сбор, обработка, хранение и регистрация информации о состоянии ТОУ;

2) контроль переменных, описывающих состояние ТОУ;

3) формирование управляющих воздействий, обеспечивающих оптимальное (в соответствии с принятым критерием оптимальности) управление тепловым режимом помещений;

4) организация связи оператора с управляющей частью автоматизированной системы управления;

5) общесистемные задачи (организация связи между уровнями управления и ТОУ).

Автоматизированная система управления тепловым режимом помещений является подсистемой автоматизированной системы управления энергетическим хозяйством объекта (АСУЭ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1) http://mptrad.ru/gsmcontrolheatingsystem.html

2)Пособие по проектированию автоматизированных систем управления микроклиматом производственных зданий (Москва Стройиздат 1989)

3) http://www.syst.ru/vnedren/sau_mkt.htm

4) http://www.teplitsi.ru/mikroklimat