Математическая модель технологического процесса
Разработка системы регулирования
Автоматические системы регулирования влажности воздуха
Выбор технических средств автоматизации
Выбор электропривода переточной заслонки и заслонки рециркуляционного воздуха
Расчет экономии электроэнергии
Расчет по излишкам явной теплоты
Расчет по излишкам полной теплоты
Навигация
Математическая модель технологического процесса
Разработка автоматизированной системы управления установкой кондиционирования воздуха
67944
знака
3
таблицы
44
изображения
3. Математическая модель технологического процесса
Существует два метода теоретического исследования теплообменных аппаратов, применяемых в установках кондиционирования воздуха: как объектов с распределенными параметрами и как объектов с сосредоточенными параметрами.
Калориферы подогрева воздуха и поверхностные воздухоохладители являются объектами регулирования с распределенными параметрами, и динамика их описывается дифференциальными уравнениями в частных производных. Только этот метод математического исследования позволяет аналитически получить величину запаздывания этих объектов регулирования и может считаться точным.
Второй метод математического исследования – аппроксимация этих технологических аппаратов моделями с сосредоточенными параметрами – является приближенным, однако во многих случаях достаточным для предварительных инженерных расчетов.
Теплообменные аппараты, применяемые в установках кондиционирования воздуха, делятся на две группы:
с непосредственным контактом воздуха и тепло- или хладоносителя (камеры орошения, паровые увлажнители и аппараты местного доувлажнения);
с передачей тепла через стенку, отделяющую воздух от тепло- или хладоносителя (аппараты сухого или поверхностного типа, трубчатые и ребристые воздухоохладители и воздухоподогреватели).
Установка кондиционирования воздуха представляет собой комбинацию теплообменных аппаратов различного назначения.
При составлении уравнения теплового баланса кондиционируемого помещения как объекта автоматического управления можно условно принять, что в действии находится только регулятор влажности и влагосодержание воздуха в рассматриваемый момент времени постоянно (d=const). При составлении материального баланса, наоборот, необходимо считать, что в действии находится только регулятор температуры и в данный момент постоянна температура t=const.
Тепло-влажностные балансы помещений при расчетных параметрах наружного воздуха следует составлять для зимнего и летнего периодов.
При составлении уравнения теплового баланса считают, что по всему объему происходит хорошее перемешивание воздуха и в уравнение подставляют средние значения входящих величин. Поэтому передаточные функции могут быть получены в предложении, что технологические аппараты установок кондиционирования воздуха являются объектами регулирования с сосредоточенными параметрами.
В системах кондиционирования воздуха отклонения температуры воздуха от заданных значений, возникающие вследствие тех или иных возмущений, должны устраняться за сравнительно небольшое время. При медленных изменениях тепловых нагрузок (при изменениях температуры наружного воздуха, солнечного нагрева строительных ограждений и т. п.) системы регулирования, как правило, успевают реагировать на отклонения параметров воздуха от заданных значений, поэтому анализ вопросов регулирования систем кондиционирования при медленных изменениях тепловых нагрузок не имеет по существу практического значения.
Наиболее сложным с точки зрения динамики объектом регулирования в установке кондиционирования воздуха является камера орошения. В процессе регулирования температура точки росы после камеры орошения может изменяться с изменением следующих регулирующих воздействий:
энтальпии воды, разбрызгиваемой через форсунки;
соотношения объёмов свежего и рециркуляционного воздуха (изменением энтальпии воздушно-паровой смеси);
тепловой мощности калорифера первого подогрева. При единичных возмущениях по этим каналам кривые разгона будут различными и, следовательно, будут различаться параметры камеры орошения как объекта автоматического регулирования.
Таким образом, динамика камеры орошения не может описываться одним дифференциальным уравнением, и при определении настроечных параметров регулятора необходимо учитывать особенности камеры орошения как объекта с изменяющейся структурой. В первом приближении следует усреднять параметры объекта по всем каналам регулирующих воздействий. Система регулирования температуры точки росы после камеры орошения приведена на рис.
Переходные функции камеры орошения достаточно хорошо аппроксимируются дифференциальными уравнениями второго порядка
(3.1)
Передаточная функция камеры орошения, полученная путем составления тепло-влажностных балансов в установившемся и переходном режимах,
(3.2)
Эта передаточная функция позволяет представить камеру орошения как интегрально-дифференцирующее звено.
Решение дифференциального уравнения, соответствующего передаточной функции, имеет вид
(3.3)
Теоретически кривая разгона 1, построенная по этому уравнению, показана на рис., а кривая 2 соответствует апериодическому звену с передаточной функцией
(3.4)
Как видно из полученных кривых, наличие производной в числителе передаточной функции сказывается в скачкообразном изменении параметра в момент времени 
, затем обе кривые практически не различаются.
Камеры орошения кондиционеров большой тепловой мощности могут с достаточной для практических расчетов точностью аппроксимироваться апериодическим звеном и звеном запаздывания с передаточной функцией
(3.5)
Рассмотрим передаточные функции камеры орошения при различных режимах работы.
При понижении энтальпии воздуха
(3.6)
где 
(3.7-3.8)
- коэффициент орошения;
- расход обрабатываемого воздуха, кг/с;
- расход разбрызгиваемой воды, кг/с;
- удельная теплоемкость воды, Дж/(кг*К);
, 
- начальная и конечная температура воды, 
;
- масса воды в поддоне камеры, кг;
- температура воздуха по сухому термометру после камеры, ;
, здесь (3.9)
- безразмерный коэффициент, учитывающий начальные параметры воздуха и воды. 
; (3.10)
- температурный критерий. 
; (3.11)
- температура точки росы, ;
- постоянный коэффициент;
,
- показатели степени;
- отношение масс или объемов рециркуляционной и разбрызгиваемой воды;
- температура поступающей холодной воды, ;
; 
- температура воздуха по сухому термометру до камеры орошения, .
Характерной особенностью постоянной времени 
и коэффициента усиления 
является их зависимость от соотношения масс или объемов холодной и рециркуляционной воды и начальных параметров воздуха и воды. При 
величина 
и в этом решении камера орошения может рассматриваться как усилительное звено. При 
увеличивается, и переходный процесс приближается к апериодическому.
При изменении расхода воздуха (количественное регулирование)
, (3.12)
однако значения постоянных времени в этом случае другие.
При адиабатических процессах
. (3.13)
Когда возмущающим воздействием является изменение влагосодержания воздуха до камеры, а выходной параметр – изменение температуры воздуха после камеры орошения,
. (3.14)
Исследования динамических свойств измерительных преобразователей температуры при их работе в воздушных потоках различной скорости показали, что они могут описываться передаточной функцией апериодического звена,
. (3.15)
Постоянная времени 
является функцией скорости воздушного потока 
, омывающего преобразователь, и в общем случае определяется из выражения
, (3.16)
где 
- постоянная времени при 
;
,-постоянные величины, зависящие от конструкции и теплофизических свойств измерительного преобразователя.
Динамика электрических измерительных преобразователей влажности описывается передаточной функцией вида
, (3.17)
где - начальное сопротивление измерительного преобразователя при
заданной влажности воздуха;
- начальная влажность воздуха;
- постоянная времени измерительного преобразователя.
Передаточная функция объектов регулирования секций подогрева в каждой точке диапазона регулирования может быть приведена к виду
, (3.18)
где 
- коэффициент усиления регулирующего органа (регулирующий орган является безынерционным звеном);
- коэффициент усиления секции камеры подогрева;
- комплексная переменная;
- запаздывание (секции подогрева совместно с измерительным
преобразователем температуры);
- постоянная времени (секции подогрева совместно с измерительным
преобразователем температуры).
Температуру приточного воздуха можно регулировать путем изменения расхода горячей воды, проходящей через калорифер; расхода воздуха через калорифер со сдвоенным воздушным клапаном; температуры воды (добавлением к горячей воде холодной из постороннего источника).
Секция подогрева может описываться передаточной функцией вида
. (3.19)
Сдвоенный воздушный и регулирующий клапаны на линии теплоносителя приближенно можно считать безынерционными элементами системы регулирования
. (3.20)
Коэффициенты усиления клапанов рассчитываются по их рабочим расходным характеристикам с учетом переменных давлений на клапанах и характеристик сочленений.
Таким образом, передаточная функция объекта регулирования
. (3.21)
В общем случае коэффициент усиления 
, время запаздывания 
, постоянная времени 
являются величинами, изменяющимися внутри диапазона регулирования, и, следовательно, получить одинаковое качество регулирования во всем диапазоне регулирования без принятия специальных мер невозможно.
Если величины и 
в заданном диапазоне регулирования изменяются незначительно, то можно линеаризовать статическую характеристику за счет, например, специально подобранного сочленения исполнительного механизма с регулирующим органом и получить практически одинаковое качество регулирования во всем диапазоне регулирования. Если величины и изменяются значительно, то речь может идти об обеспечении качества «не хуже» заданного в диапазоне регулирования.
С учетом вышесказанного передаточные функции по основным каналам регулирования имеют вид:
«влажность наружного воздуха – влажность воздуха на выходе из установки кондиционирования»
;
«влажность наружного воздуха – влажность воздуха в помещении»
;
«температура наружного воздуха – температура на выходе из установки кондиционирования»
;
«температура наружного воздуха – температура воздуха в помещении»
;
«соотношение холодной и рециркуляционной воды – температура воды»
.
Рис. 3.2 – Кривая разгона малоинерционного объекта (температура воздуха на выходе из установки кондиционирования)
Рис. 3.3 - Кривая разгона инерционного объекта (температура воздуха в помещении)
Рис 3.4. - Кривая разгона малоинерционного объекта (влажность воздуха на выходе из установки кондиционирования)
Рис. 3.5 - Кривая разгона инерционного объекта (влажность в помещении)
Рис. 3.6 - Кривая разгона инерционного объекта (изменение соотношения «холодная-рециркуляционная вода).
Похожие работы
... быть универсальными и легко реализуемыми в уже имеющейся АСУ ТП УПСА. 2 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА, ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА УПСА 2.1 Проверка достоверности и восстановления первичной информации на УПСА Работоспособность системы автоматизированного управления технологическими процессами зависит от совершенства подсистемы формирования исходной информации. ...
... приведения к базовому узлу, метод удельных весов, метод учета затрат на единицу веса изделия, расчет себестоимости по статьям затрат. В данном проекте приводится расчет себестоимости разработки автоматизированной системы управления торговым предприятием. (АСУТП). АСУТП служит для ведения учета торговой деятельности в Интернет и на аукционе EBay. Из основных преимуществ перед конкурентами стоит ...
... функциональное моделирование; - информационное моделирование; - динамическое моделирование; В процессе работы будет решена задача моделирования информационной системы по распределению автотранспорта инвалидам и созданию отчетов. Трудоёмкость разработки информационной модели шагов процесса характеризуется, наряду с прочим, объёмом входной информации. Носителями этой ...
... на дипломное проектирование. Необходимо разработать программу регистрации процеса производства партий полупроводниковых пластин для использования в автоматизированной системе управления. Программа должна обеспечивать контроль и регистрацию производственного процесса производства партий пластин. Вести учет за прохождением партий полупроводниковых пластин по технологическому маршруту. Разработку ...
0 комментариев