Статьи

Алгоритм   работы    автоматики    систем    вентиляции    производимой  

                                            ООО «Сервис Пром»

 

 Зима/Лето  –  может  выбираться  как  автоматически, (при  наличии  датчика

наружной температуры), так и принудительно из меню контроллера.

 

Регуляторы.  Общие сведения.

В  максимальной  конфигурации  формирует  четыре  регулятора.  Это

регулятор  температуры,  регулятор  влажности  и  два  идентичных  регулятора,

соответственно  для  приточного  и  вытяжного  вентиляторов.  “КонтурCO2/расход/давление”.

Регуляторы  температуры  и  влажности  работают  по  связанно-независимому

принципу.  Это  значит,  что  регулирование  как  температуры,  так  и

влажности  происходит  независимо.  Но  при  наступлении  некоторых  условий

регулятор  с  более  высоким  приоритетом  начинает  преобладать  над

регулятором с менее высоким приоритетом, не давая последнему“мешать” выполнению

своей  задачи.  В  настоящий  момент  формируем  проекты  с  приоритетом

уставки  по  температуре.  Т.е.  больший  приоритет  имеет  регулятор  температуры.

Если  не  хватит  теплоносителя,  чтобы  поддержать  требуемую  температуру  в  канале,

регулятор  температуры  понизит  степень  осушения  воздуха.  Если  и  этих  мер  будет

недостаточно, то вентиляторы снизят расход воздуха через вентустановку вплоть до

минимально возможной величины. Которая устанавливается по дополнительному согласованию с заказчиком.

 

 

Регуляторы.  КонтурCO2/расход/давление.

Регуляторы приточного и вытяжного вентиляторов работают либо синхронно(в случае

регулирования  по  датчику  качества  воздуха),  либо  полностью  независимо

(регулировка  по  расходу  или  давлению).  В  первом  случае  регулятор  вентилятора

притока  является  ведущим  и  определяет  нужное  смещение  от  базовой  скорости

вращения  вентиляторов  для  достижения  нужного  качества  воздуха  в  помещении.  о

втором  же  случае  каждый  регулятор  отдельно  и  независимо  управляет“своим

вентилятором”.

В  любом  случае  регуляторы  работают  независимо  от  регуляторов  температуры  и

влажности.  Ограничение  скорости  вращения  вентиляторов  достигается  смешиванием

управляющих  воздействий  регулятора  температуры  и  регулятора  соответствующего

вентилятора.

 

 

 

Регуляторы.  Регулятор температуры.

К  регулятору  температуры  предъявляются  довольно-таки  противоречивые  требования.

Это  и  точность  удержания  температуры  в  точке  регулирования,  и  максимальная

скорость  выхода  на  режим (т.е.  максимально  быстрое  достижение  уставки),  также,

из-за  того,  что  исполнительных  устройств (т.е.  тех,  что  могут  нагревать  или

охлаждать  воздух)  несколько,  регулятор  должен  сначала  исчерпать  мощность  одного

устройства, а только затем начать использовать мощность следующего.  Перечислять

можно  ещё  долго.  Для  оценки  всей  противоречивости  требований  можно  просто

сказать  давно  известный  факт  из  теории регулирования:  если настроить регулятор

на  идеальное  удержание  уставки, то время выхода на эту уставку будет стремиться

к  бесконечности.  Это  правило  имеет  и  обратную  силу:  настройка  регулятора  на

максимальную  скорость  выхода  на  уставку  повлечёт за собой очень низкую точность

удержания достигнутой уставки.  плоть до невозможности удержания уставки.

Учитывая  все  аргументы,  был  выбран  путь  соединения  последовательного

(секвентального)  автомата  со  встроенным  регулятором.  Регулятор  обеспечивает

регулирование,  секвентальный  автомат  обеспечивает  нужную  последовательность

работы  регулятора  по  устройствам  с  тепло-  и  холодоносителем.  Для  обеспечения

быстродействия  при  нештатных  ситуациях  для  основного  регулятора (такие,  как:

ограничение  мощности  устройства,  достижение  устройством  опасных  границ

температуры  и  подобное)  используются  дополнительные  следящие  регуляторы  со

встроенными  моделями  объектов,  которыми  они  призваны  управлять.  Секвентальный

автомат  взаимодействует  с  дополнительными  регуляторами,  это  обеспечивает  как

точность  удержания  уставки,  так  и  нужную скорость и направление реакции всякого

рода защит и ограничителей.  Кроме всего прочего секвентальный автомат корректно

и  полностью  автоматически  учитывает  зоны  нечувствительности  между  устройствами

(таких  настроек  у  него  даже  нет)  для  избежания  перерасхода  энергии  и

нерационального снижения ресурса исполнительных механизмов.

Из-за  сложности  схемы  и  её «громоздкости»  –  данная  схема  занимает  очень  много

памяти  контроллера,  полноценный  следящий  регулятор  и  полноценная  схема

взаимодействия  применены  только  для  управления  самой  деликатной  частью

вентустановки  –  водяным  калорифером.  Для  менее  критичных  устройств (например,

рекуператоры) применена упрощённая схема, не позволяющая им работать в нештатных

ситуациях  также  быстро  и  надёжно,  как  работает  схема  управления  водяным

калорифером.  Но  это  совсем  не  значит,  что  это  допущение  снизило  эффективность

использования тех же рекуператоров.  Наоборот, применение хоть и упрощённого, но

всё  же  гибкого  алгоритма  позволяет  использовать  рекуператоры  в  нештатных  для

вентустановки  условиях,  когда  многие  другие  алгоритмы  дают  сбои.  Например,

алгоритм  защиты,  когда  роторный  рекуператор  раскручивается  на  максимальную

скорость,  хорош  либо  для  слабых  морозов, т.к. при дальнейшем опускании наружной

температуры  колесо  рекуператора  всё  же  обмерзает.  Либо  для  рекуператоров  с

ограниченным  КПД,  которые  в  принципе  не  смогут  охладиться  настолько,  чтобы

обмёрзнуть, но выбор такого рекуператора снижает КПД вентустановки в целом.

И,  наконец,  для  простых  устройств,  не  требующих  плавно  срабатывающих  защит

(водяной  охладитель,  увлажнитель-ороситель)  следящие  регуляторы  вообще  не

применяются.  Это им попросту не нужно.

Работа  следящего  регулятора  подробно  разобрана  в  описании  одяного  Калорифера.

Для  того  чтобы  показать  пример  взаимодействия  основного  и  дополнительного

регуляторов достаточно привести рисунок:

 

 На рисунке приведён график выхода вентустановки на режим после запуска в работу.

Данный  график  достигается  не  введением  каких-либо  поправок  к  действиям

Регуляторов (ограничение  закрывания  крана  и  тому  подобное),  это  достигается

слаженной  работой  самих  регуляторов,  не  требующей  вмешательства  извне.  Резкие

перегибы  на  графике  не  являются  графическими упрощениями, в процессе работы они

присутствуют в реальности.

 

 

 ·  Управление векторными приводами.

 Самый известный из них– привод шарового

крана у водяного калорифера или охладителя.  Этот тип привода ещё известен

под названиями “трехходовой кран” или“дискретный кран”, “привод с линиями

открыто/закрыто”.  Контроллер  управляет  абсолютно  всеми  устройствами

единообразно  и  в  основе  этого  управления  лежит  аксиома,  что  регулятору  в

любой  момент  времени  известна  производительность  устройства,  которым  он

управляет.  Абсолютные  (“плавные”)  приводы  обеспечивают  положение  крана

именно  такое,  какое  задаётся  регулятором.  Чуть  хуже  работают  такие

дискретные  устройства,  как  компрессорные  агрегаты  фреоновых  охладителей  и

наборы  ТЭНов  электронагревателей.  Но  только  векторный  привод  никак  не

позволяет  вычислить  в  разумные  промежутки  времени,  в  каком  положении

сейчас  находится  управляемый  им  узел.  Поэтому,  в  рамках  существующей

модели  управления,  использование  приводов  такого  типа  возможно

исключительно  в  том  случае,  когда  на  приводе  установлен  элемент  обратной

связи.  Например, реостат(переменный резистор) который четко и однозначно

показывает, в каком сейчас положении находится кран калорифера.

 

 

·  Ограниченное быстродействие при регулировании.

 Т.к. управление“нагревом” и“охлаждением”  производится  последовательно,  это  накладывает  ограничения

на  скорость  изменения  температуры  забираемого(наружного)  воздуха.  Если

воздух забирается напрямую с улицы, то это не составляет никакой проблемы,

так  как  скорость  даже  резкого  изменения  погоды  много  ниже  быстродействия

системы.  Но,  при  этом,  общая  скорость  реакции  и  время  выхода  на  режим

определяется  суммой  задержек  всех  устройств,  участвующих  в  регулировании

температуры.

 

 

·  Невозможность  использования  “P”-,  “PD”-  и  “PID”-регуляторов.  Можно

использовать  только  “PI”-регулятор  и  его  вариации (например,  “P2I”).  Это

нельзя  назвать  именно  недостатком  данной  модели  управления,  т.к.  её

быстродействие  и  так  достаточно  для  нужд  вентиляции  и  кондиционирования,

где отсутствуют резкие внешние возмущения регулируемого параметра.

 

 

·  Ограниченное  быстродействие  при  выходе  на  режим.  вытекает из предыдущего

пункта.  Самый  сложный случай – запуск вентустановки в работу.  Например,

зимний запуск можно рассматривать как моментальное изменение уставки на 40

градусов  и  более (если  на  улице  достаточно  холодно).  Ограничение

быстродействия  проявляется  в  том,  что  следующий  нагреватель  не  будет

задействован,  пока  предыдущий  не  выйдет  на  режим  полной  мощности.  Это

ограничение  обойдено  введением  квазипараллельного  управления  некоторыми

устройствами:  роторный и пластинчатый рекуператоры, фреоновый охладитель,

водяной  нагреватель  и,   электрический нагреватель.  Последнее  необходимо  в  случае  использования  недостаточно мощного  водяного  калорифера  при  низких  наружных  температурах (так называемый “погодозависимый  предподогрев  водяного  калорифера”).

Квазипараллельное  управление  позволяет  в  некоторых  режимах управлять  более  чем  одним  устройством,  что  многократно  повышает быстродействие  системы  и  позволяет  предельно  корректно  осуществить  запуск вентустановки  в  работу,  быстро  достичь  уставки,  не  допуская  перегрева воздуха  и  после  этого  выйти  на  экономичный  режим  работы (минимальное использование электричества, холодо- и теплоносителей).

 

 

Выше  показан  типичный  выход  на  режим  после  запуска  корректно  настроенной

вентустановки,  имеющей  в  своём  составе  рекуператор  и  водяной  калорифер.  В

начальный  момент  времени  водяной  калорифер  производит  максимально  необходимую работу,  т.к.  главная  цель  в  момент  запуска  –  удержание  уставки  и  недопущение переохлаждения  воды  на  выходе  из  калорифера (обратной  воды).  Одновременно вступает  в  работу  рекуператор.  Поначалу  он  имеет  ограниченную

производительность, чтобы не допустить обмерзания своего теплообменника (ротора,

радиатора).  Производительность  рекуператора  также  ограничивается  из-за  его

более  низкого,  по  сравнению  с  калорифером,  быстродействия.  Далее  рекуператор

повышает  свою  производительность (раскручивание  ротора  или  закрывание

перепускной  заслонки),  одновременно  контролируется  опасность  обмерзания

теплообменника  и  пропорционально  снижается  производительность  водяного

калорифера.  Если  у  рекуператора  достаточный  КПД,  чтобы  обеспечить  нужную

температуру  воздуха  в  приточном  воздухопроводе,  то  работа  водяного  калорифера

ограничивается  минимально  возможной  или,  если  это  допускается  настройками,

водяной  калорифер  попросту  отключается.  Таким  образом  обеспечивается переход в

экономичный режим использования теплоресурсов. Если  производительности  рекуператора  не  будет  хватать  для  поддержания  заданной температуры, то водяной калорифер будет догревать воздух до нужной величины.

 

 

 

Система приоритетов регулирования.

Алгоритм управления вентиляционной установкой выполняет три глобальных задачи:

 

1.  Поддержание заданной температуры воздуха

2.  Поддержание заданной влажности воздуха

3.  Поддержание одного дополнительно параметра:

·  заданного давления(подпора) воздуха в помещении/воздуховоде

·  заданного расхода воздуха

·  заданного качества воздуха(например, датчик СО)

 

Приоритеты между этими задачами жёстко заданы и не подлежат изменению.

Наивысший  приоритет  имеет  температура.  Температура  выбрана  потому,  что  какая

вообще  может  идти  речь  о  качестве  подготовки  воздуха,  если  его  температура

сильно  отличается  от  заданной,  а  влажность  при  этом  нужная.  Тем  более  что  в

подавляющем  большинстве  случаев  регулируется  относительная  влажность.  А  она,

как известно, является производной от температуры воздуха.

Регулирование  влажности  воздуха  и  дополнительного  параметра  производится  с

равноценными  приоритетами.  Т.е.  при  невозможности  удержать  нужную  влажность

скорость потока воздуха изменяться не будет.  Как и наоборот:  при невозможности

обеспечить  нужный  подпор  воздуха  в  помещении  не  имеет  смысла  изменять  его

влажность или температуру.

В  случае,  когда  нагреватели (в  случае  нагрева  воздуха)  не  могут  удержать

требуемую  температуру,  в  дело  вступает  заслонка  рециркуляции.  Изначально  она

перепускает  некоторое  постоянное  количество  воздуха (задаваемое  через  меню).

При  недостатке  теплоносителя  она  начинает  открываться  всё  больше  и  больше.  До

определённого заданного уровня.

Если  рециркуляции  оказалось  недостаточно,  контур  осушения  воздуха  переходит  в

режим  регулирования  температуры (упрощённо  говоря,  уменьшается

производительность  охладителя).  Если  нужной  температуры  достичь  не  удалось,

контур осушения воздуха отключается вообще.

Далее  регуляторы  начинают  уменьшать  расход  воздуха,  обеспечивая  уменьшение

теплопотери  помещения  через  вытяжную  вентиляцию  и  увеличивая  степень  прогрева

воздуха  в  приточной  вентиляции.  Расход  уменьшается  до  минимально  возможного.

Минимально  возможный  расход  задаётся  при  формировании  программы  в.

Задавая  нижнюю  границу  расхода  нужно  помнить  о  том,  что  расход  воздуха

уменьшается  нелинейно  с  падением  оборотов  вентилятора.  Так, например, обороты,

составляющие75% от исходных, уменьшают расход примерно вдвое.

 

 

Энергосбережение.

Управление  энергосбережением  полностью  автоматизировано.  Это  значит,  что

алгоритм  управления  всегда  будет  использовать  минимально  возможное  количество

теплоносителя  и  холодоносителя,  насколько  возможно  в  каждый  отдельный  момент

времени.

При  этом,  алгоритм  энергосбережения  включается  только  в  режиме  удержания

заданных  параметров  воздуха.  При  резких  переходных  процессах (смена  заданных

параметров)  и  в  момент  запуска  в  работу  режим  энергосбережения  отключается  для

достижения  максимального  быстродействия  системы.  сё  остальное  время  режим

энергосбережения включен.

Заслонка  рециркуляции  используется  только  в  случае  недостатка  холодо   или

теплоносителя  и  не  участвует  в  процессе  энергосбережения.  Если  нужно,  можно

обеспечить фиксированное подмешивание воздуха, удаляемого из помещения.

При  регулировании  качества  воздуха (например,  датчик  СО,  стоящий  в  помещении),

то  этот  датчик  участвует  в  режиме  энергосбережения,  т.к.  расход  воздуха

уменьшается  до  минимально  возможного,  при  котором  в  помещении  сохраняются

комфортные условия.

Рекуператор  максимально  используется  для  энергосбережения.  Если  позволяют

условия,  то  температура  воздуха  в  помещении  будет  поддерживаться  исключительно

за  счёт  рекуперации  тепла.  Охладитель  и  калориферы  будут  отключены  или

находиться в режиме минимальной производительности.