Автоматика для систем вентиляции

Автоматика вентиляции

Системы автоматики, или по-другому, системы автоматическогорегулирования в вентиляции и кондиционировании служат для поддержания определённыхпараметров, предварительно рассчитанных и заданных.

Основные задачи, стоящие перед системами управлениявентиляцией это:

• Поддержание постоянных заданных параметров с определённойточностью, например поддержание температуры в помещении с точностью донескольких градусов Цельсия.
• Программное управление (управление некими параметрами позаданной формуле), например подготовка воздуха, подающегося в помещение в определённойзависимости от наружного.

Системы управления делятся на группы по типу воздействия:

• отслеживающие определённый параметр
• самонастраивающиеся на определённые значения каких-либо показателей
• разомкнутые (регулировка без обратной связи)
• замкнутые (регулировка с обратной связью)

Как правило, в разомкнутых системах управления отсутствуеткомпенсация влияния неконтролируемых возмущений и они применяются в основномдля систем программного управления.

Замкнутые системы используются для систем стабилизации, таккак управляющее воздействие формируется в зависимости от управляемой величины.

Замкнутая цепь, состоящая из следующих элементов: объектарегулирования, датчика, регулятора и исполнительного устройства, называетсяконтуром регулирования. Датчик измеряет состояние объекта регулирования,полученные данные сравниваются в регуляторе с заданным значением. Усиленныйсигнал рассогласования поступает на вход исполнительного устройства, гдеобрабатывается таким образом, чтобы вернуть объект регулирования взаданное состояние.

Основные элементы автоматики

Любая система управления в своей основе имеетряд основных элементов автоматики. К этим элементам относятся:

• датчики
• регуляторы
• регулирующие органы
• исполнительные механизмы

 Дальше мы подробней опишем эти элементы.

Датчики

Элементы автоматики, служащие для получения необходимойинформации о реальном состоянии объекта регулирования называются датчиками. Припомощи датчиков осуществляется обратная связь системы регулирования с объектомпо заданным параметрам. В связи с этим датчики классифицируют по физическомупараметру, который отслеживает датчик, например датчик влажности, температуры ит.п.

Как правило, датчик — это конструктивно оформленный блок,который состоит из первичного и вторичного преобразователей. Первичныйпреобразователь представляет собой чувствительный элемент (сенсор).

Унифицированный входной сигнал, позволяющий осуществитьсвязь датчика с принимающими его сигнал элементами системы автоматики,обеспечивает вторичный преобразователь.

Все датчики перед монтажом обязаны пройти тест насоответствие паспортным данным. Также, согласно Госстандартам, необходимапериодическая метрологическая поверка датчиков. В паспортных данных содержитсяинформация о конструктивных особенностях датчика, точности и пределахизмерения, а также прилагаются схемы подключения к регулятору и руководство поэксплуатации.
 

Выбирают датчики на основе следующих данных:

• условия эксплуатации
• диапазон
• требуемая точность измерения физического параметра

Основные виды датчиков:
 

Датчики температуры

Делятся на два типа, по методу измерения:

• термоэлектрические преобразователи или термопары (действиеосновано на измерении термоэлектродвижущей силы, развиваемой термопарой)
• термосопротивления или термисторы (действие основано на зависимостиэлектрического сопротивления материала от температуры окружающей его среды).Различают два типа таких датчиков - NTC термисторы (сопротивление материаласнижается с повышением температуры) и PTC термисторы (сопротивление материалаповышается с повышением температуры).

Датчики температуры могут быть как комнатного, так инаружного исполнения, канальными (измеряют температуру воздуха в воздуховодах),накладными (измеряют температуру поверхности трубопровода) и так далее.

Выбирая датчик нужно обратить внимание на температурныехарактеристики чувствительного элемента, они должны совпадать с рекомендуемымив описании регулятора температуры.
 

Датчики влажности

Это электронные устройства, измеряющие относительнуювлажность по изменению электрической ёмкости в зависимости от относительнойвлажности воздушной среды.

Датчики влажности делят на два типа: комнатные и канальные.Друг от друга они отличаются конструкцией. При установке датчика нужно выбиратьместо со стабильной температурой и скоростью движения окружающего воздуха, а такженежелательно располагать датчик возле окон, под прямыми солнечными лучами ивблизи отопительных приборов.

Датчики давления

Различают два типа датчиков давления - аналоговые датчикидавления и реле давления. Оба типа датчиков могут измерять давление как в однойточке, так и разность давлений в двух точках. В этом случае датчик называетсядифференциальным датчиком давления.

Примером использования реле давления в климатическихсистемах может послужить датчик давления, служащий для защиты компрессора отслишком низкого или высокого давления фреона. Также, дифференциальные манометрыприменяются для определения степени засора в фильтрах систем вентиляции.

При помощи же аналоговых датчиков определяется давление вточке измерения.

Измеренное давление конвертируется в электрический сигналвторичным преобразователем датчика.
 

Датчики потока

Принцип работы датчика потока состоит в следующем: в первуюочередь измеряется скорость движения газа или жидкости в воздуховоде илитрубопроводе, после чего измеренный сигнал преобразуется во вторичномпреобразователе в электрический, затем рассчитывается расход газа или жидкостив вычислительном блоке.

Наиболее востребованы такие датчики в сфере учёта тепловойэнергии.

По принципу действия первичных преобразователей датчикипотока делятся на лопастные устройства, сужающие, турбинные, вихревые,роторные, ультразвуковые и электромагнитные.

В системах вентиляции и кондиционирования наиболеераспространены датчики-реле протока. Они реагируют на скорость газа,создающего напор на лопасть датчика, которая приводит в действиемикропереключатель с сухим контактом. В тот момент, когда скорость потокадостигает заданного порога переключения, происходит замыкание контактов. Когдаже скорость потока падает ниже этого порога, контакты размыкаются. Порогпереключения можно регулировать.
 

Регуляторы температуры

Регулятор температуры обеспечивает управление исполнительнымимеханизмами по показаниям всевозможных датчиков и является одним из основныхэлементов системы.

Простейшим типом регуляторов являются термостаты, онипредназначены для контроля и поддержания заданной температуры в различныхтехнологических процессах. Термостаты разделяются по принципу действия, способуприменения и конструкции. По принципу действия они делятся на:

• биметаллические
• капиллярные
• электронные

Принцип действия биметаллических термостатов основан насрабатывании биметаллической пластины под воздействием температуры. Ихприменяют в основном для защиты электронагревателей от перегрева и поддержаниязаданной температуры в помещении.

Капиллярные термостаты используют для контроля температурытеплообменников в системах кондиционирования и вентиляции, и предотвращения ихразрушения из-за замерзания теплоносителя. Составляющие такого термостата -капиллярная трубка, заполненная фреоном R134A, соединённая с диафрагмированнойкамерой, которая, в свою очередь, механически связана с микропереключателем.

В системах вентиляции капиллярный термостат угрозызамораживания может запускать следующие процессы:

- остановка вентилятора
- закрытие заслонки наружного воздуха
- запуск циркуляционного насоса теплоносителя
- включение аварийного сигнала
 

Для помещений в глубине зданий применяют электронныетермостаты, имеющие релейный выход. Поддерживать заданную температурутермостаты могут как по встроенному, так и по выносному датчику.
 

Контроллеры

Самый простой контроллер — это тот, в котором реализованпропорциональный закон регулирования, выглядящий следующим образом:

Y = (Xi\Xp)100%

где

Y - входной сигнал регулятора
Xi - величина отклонения измеряемого параметра
Xp - полоса пропорциональности

Регуляторы этого типа используют для решения простейшихзадач в условиях плавного изменения измеряемого параметра.

Однако наиболее эффективными являются регуляторы, работающиепо PID-закону, которые учитывают пропорциональную, интегральную идифференциальную составляющую измеряемой величины.
 

Механические регуляторы

В механических регуляторах воздействие измерительногоэлемента на регулирующий осуществляется непосредственно без привлечениядобавочного источника энергии, и такие регуляторы относятся к классурегуляторов прямого действия.

Самыми распространёнными механическими регуляторами являютсятерморегуляторы (например, те, которые устанавливаются на приборах водяногоотопления). Терморегуляторы такого типа состоят из термостатического элемента ссильфоном. Настройка производится путём поворота настроечной рукояти.

Поддержание температуры в помещении производится за счётизменения расхода воды через теплообменник. При перемещении штока клапанасильфоном, заполненным специальной газовой смесью, которая изменяет свой объемдаже при незначительном изменении температуры, меняется расход воды.

Кроме того, регуляторы давления тоже могут бытьмеханическими. Такие регуляторы состоят из штока (регулирующей части) иклапана. В зависимости от способа установки штока, механический регулятор можетработать как в качестве регулятора перепада давления, так и в качестверегулятора расхода. Например, если установить клапан регулятор между подающим иобратным трубопроводами, можно стабилизировать перепад давления в сети.