|
Задачи, решаемые системой
автоматизации, кратко можно сформулировать так:
создание и автоматическое поддержание требуемых параметров
состояния и газового состава, содержания примесей (паров, аэрозолей) в
замкнутых пространствах (помещениях) и в характерных точках системы с
заданной точностью;
обеспечение заданной последовательности управления
процессами обработки воздуха, расходами и давлениями в отдельных частях
системы (алгоритма функционирования системы) с целью поддержания заданных
параметров воздушной среды при мгновенных и годовых расходах теплоты, холода,
электроэнергии и воды, приближающихся к своим минимально неизбежным величинам
(для данных технических устройств);
сокращение численности и трудоемкости работы обслуживающего
персонала при общем условии минимизации приведенных затрат по системе и с
учетом внешних связей;
предупреждение аварийного повреждения системы, а также
локализация аварии, если она уже возникла;
возможность местного и дистанционного контроля за работой
элементов системы и эффективностью поддержания параметров.
Все системы управления делят на следующие:
1) системы автоматического контроля, которые с
помощью технических средств автоматизации измеряют, обрабатывают и
представляют в удобном для наблюдения виде информацию о состоянии
контролируемых и измеряемых параметров объекта управления;
2) системы операторного управления, которые
осуществляют воздействие на параметры объекта управления оператором через
технические средства автоматизации;
3) системы блокировки и защиты, которые
осуществляют остановку, деблокирование, а также аварийное включение или
выключение отдельных технических средств или всего технологического процесса
при возникновении режимов, которые могут привести к аварийной ситуации;
4) системы программного управления, осуществляющие
включение-выключение отдельных элементов технологического оборудования по
заданной программе во времени;
5) системы автоматического регулирования,
осуществляющие поддержание параметра на заданном уровне (стабилизацию) или
программное изменение; эти подсистемы наиболее распространены и ответственны.
Системой управления называется комплекс
информационно-управляющих устройств и объектов управления, находящихся во
взаимодействии. Если основные функции управления в такой системе
осуществляются без участия человека, то такой комплекс йазыва- ется
автоматической системой управления (АСУ). Если же в процессе управления
требуется вмешательство оператора, но при этом используются технические
средства информации, то такая система называется автоматизированной системой
управления. Комплексной АСУ называется такая система, которая функционирует
без вмешательства человека при выполнении всего технологического процесса.
При автоматизации различных технологических процессов (в
том числе разнообразных процессов в системах вентиляции и кондицио
нирования) имеют дело с информационно-управляемой системой
как совокупностью технических средств автоматизации и комплекса оборудования,
с помощью которых осуществляют данный процесс. Принципиальная схема
информационно-управляемой системы показана на 1.1 (1—5 — контуры
регулирования).
Управляемая система есть комплекс оборудования для тепло-
влажностной обработки, очистки, перемещения и распределения воздуха, а
комплекс технических средств автоматизации является управляющей системой. Эти
две системы находятся в тесном и постоянном взаимодействии. Управляемая часть
системы (кондиционирования и вентиляции) состоит из нескольких управляемых
объектов (аппаратов, нагнетателей), объединенных единством цели
функционирования, каждый из которых представляет техническое устройство,
требуемый режим которого или требуемый характер протекания того или иного
технологического процесса должен поддерживаться при помощи управляющих
воздействий (наружный воздух является исходной обрабатываемой средой).
Функциональными частями управляемой системы являются
следующие: установка (кондиционирования или вентиляции), аппараты,
нагнетатели и устройства которой осуществляют нагревание, охлаждение,
осушение и увлажнение, очистку, смешивание и перемещение наружного и
рециркуляционного воздуха с целью придания ему требуемых свойств (кондиций) и
подачи в обслуживаемое помещение; помещение, где находится непосредственный
объект, требующий кондиционирования или вентиляции (человек, деталь,
продукция и п.); устройства термодинамической обратной связи, с помощью
которых утилизируется энергия или используется уходящий из помещения воздух.
В последнем целенаправленно используются теплофизические результаты
функционирования системы для улучшения энергетических показателей процессов.
Управляемая система характеризуется нагрузками в помещении
(тепловой Qn0M, влажностной GBJl и газовой GBp) и параметрами состояния,
которые можно разделить на две группы. В первую группу входят регулируемые
параметры воздуха (иначе выходные переменные): термодинамические —
температура tB, влагосодержание da или относительная влажность фв—,
аэродинамические — подвижность (скаляр скорости) w, расход L (G), избыточное
давление Ар по отношению к окружающей среде, содержание примесей
(концентрация вредного вещества в воздухе С) в помещении и в характерных
точках системы. Эти параметры подлежат измерению
техническими средствами управляющей системы.
Есть и другая группа параметров, которую нельзя забывать.
К ней относятся гигиенические показатели, которые определяют самочувствие человека
и тепловой комфорт и которые связаны с параметрами воздушной среды. Все
параметры разнообразных технологических процессов трудно перечислить. Для
термочувствительных изделий, например, характерным параметром является
геометрический размер или его изменение (/ на 1.1). Для разнообразных
гигроскопических капиллярно-пористых материалов и изделий обеспечивают
например, равновесную влажность W, химический потенциал |i,
физико-механические свойства: прочность, жесткость и др. Все эти параметры в
процессе производства не измеряют, а оценивают через соответствующие
параметры воздушной среды. Зная отклонение длины А/дош находят отклонение
температуры А^в. доп, а по величинам А№, А(х и другим определяют отклонение
влажности (Дфн. доп или AdB. доп). Методика такого расчета изложена в п. 2.4.
Отметим, что определение отклонений параметров является важным этапом
подготовки исходных данных для автоматизации систем.
На состояние объекта управления для данного
технологического процесса оказывают влияние нагрузки объекта и параметры
внешней среды. Последние влияют на состояние объекта двумя путями: один
учитывает влияние параметров наружного воздуха, забираемого в систему; другой
— воздействие наружной среды на объект через те или иные наружные ограждения.
Степень влияния внешней среды на систему переменна и зависит от количества
забираемого наружного воздуха, площади наружных ограждений, прежде всего
остекления, его герметичности и других факторов. Пространственные и временные
изменения состояния атмосферы и параметры наружного воздуха являются
случайными величинами, которые не могут быть каким-либо образом принудительно
изменены в процессе управления системой, т. е. не подвержены управлению.
Кроме внешних возмущающих воздействий и нагрузок на объект
управления влияют параметры, сформированные управляющей системой —
управляющие (регулирующие) воздействия. С их помощью ликвидируется сигнал
рассогласования и регулируемый параметр возвращается регулятором к заданному
значению. Управляющие воздействия обозначены на 1.1 как [хг, |х2, ц3 ... и
определяются положением тех или иных регулирующих органов на воздухе, тепло-
и хладоносителе. В ряде случаев в автоматизированных системах могут
появляться еще одни внутренние воздействия, которые являются управляющими в
одном контуре и одновременно возмущающими в другом.
Характерным примером является расход воздуха как
управляющее воздействие в контуре стабилизации одного параметра (например,
температуры воздуха) и одновременно возмущающее воздействие в контуре
стабилизации другого параметра (например, влагосодержания или давления
воздуха).
В управляющую систему могут подаваться внешние
корректирующие или задающие воздействия аг, а3. Они нужны для задания и
перестройки режимов управления объектом. И объект автоматизации, и
технические средства могут иметь сложную структуру. Объект может состоять из
нескольких и даже многих звеньев управления, связанных между собой и
взаимодействующих друг с другом.
Целью управления обычно считают задачу обеспечения
заданного значения качественных показателей при любых возможных возмущениях и
при любых значениях воздействий на объект. Заданные значения могут быть
обеспечены при разном потреблении технологических показателей, т. е. расходов
теплоты, холода, воздуха и воды. Оптимальное управление должно обеспечить
сокращение энергозатрат (до минимальных значений) при условии достижения
минимума приведенных затрат или другого критерия.
Технологические процессы в системе (кондиционирования или
вентиляции), их последовательность и направленность иногда называют движением
системы, а совокупность параметров — переменным состоянием. Система работает
в условиях непрерывного отклонения внешних и внутренних параметров и нагрузок
(т. е. переменных состояний) от некоторых фиксированных (расчетных) значений.
Неорганизованные, неуправляемые воздействия на объект, которые могут
появляться и исчезать в произвольные моменты времени и изменяться по
произвольному закону, существенно влияющие на показатели процессов, являются
возмущающими воздействиями.
Достижение системой кондиционирования воздуха цели
функционирования, а также обеспечение некоторых показателей эффективности в
условиях непрерывного действия возмущений становится возможным только при
организации управления процессами, протекающими в адпаратах системы. Под
управлением системой (кондиционирования или вентиляции) подразумевается
переработка некоторой воспринятой информации в сигналы, направляющие работу
аппаратов, нагнетателей и других устройств системы на изменение параметров
обменивающихся сред путем изменения расхода или разделения потока движения
той или иной среды. Этим подчеркивается, что в конечном счете управляющее
воздействие направлено на изменение расхода или температуры среды.
|