Автоматика для систем вентиляции
Автоматика вентиляции
Системы автоматики, или по-другому, системы автоматического
регулирования в вентиляции и кондиционировании служат для поддержания определённых
параметров, предварительно рассчитанных и заданных.
Основные задачи, стоящие перед системами управления
вентиляцией это:
- Поддержание постоянных заданных параметров с определённой
точностью, например поддержание температуры в помещении с точностью до
нескольких градусов Цельсия.
- Программное управление (управление некими параметрами по
заданной формуле), например подготовка воздуха, подающегося в помещение в определённой
зависимости 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 отсутствует
компенсация влияния неконтролируемых возмущений и они применяются в основном
для систем программного управления.
Замкнутые системы используются для систем стабилизации, так
как управляющее воздействие формируется в зависимости от управляемой величины.
Замкнутая цепь, состоящая из следующих элементов: объекта
регулирования, датчика, регулятора и исполнительного устройства, называется
контуром регулирования. Датчик измеряет состояние объекта регулирования,
полученные данные сравниваются в регуляторе с заданным значением. Усиленный
сигнал рассогласования поступает на вход исполнительного устройства, где
обрабатывается таким образом, чтобы вернуть объект регулирования в
заданное состояние.
Основные элементы автоматики
Любая система управления в своей основе имеет
ряд 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 необходимой
информации о реальном состоянии объекта регулирования называются датчиками. При
помощи датчиков осуществляется обратная связь системы регулирования с объектом
по заданным параметрам. В связи с этим датчики классифицируют по физическому
параметру, который отслеживает датчик, например датчик влажности, температуры и
т.п.
Как правило, датчик — это конструктивно оформленный блок,
который состоит из первичного и вторичного преобразователей. Первичный
преобразователь представляет собой чувствительный элемент (сенсор).
Унифицированный входной сигнал, позволяющий осуществить
связь датчика с принимающими его сигнал элементами системы автоматики,
обеспечивает вторичный преобразователь.
Все датчики перед монтажом обязаны пройти тест на
соответствие паспортным данным. Также, согласно Госстандартам, необходима
периодическая метрологическая поверка датчиков. В паспортных данных содержится
информация о конструктивных особенностях датчика, точности и пределах
измерения, а также прилагаются схемы подключения к регулятору и руководство по
эксплуатации.
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 (действие основано на измерении термоэлектродвижущей силы, развиваемой термопарой)
- термосопротивления или термисторы (действие основано на зависимости электрического сопротивления материала от температуры окружающей его среды). Различают два типа таких датчиков - NTC термисторы (сопротивление материала снижается с повышением температуры) и PTC термисторы (сопротивление материала повышается с повышением температуры).
Датчики температуры могут быть как комнатного, так и наружного исполнения, канальными (измеряют температуру воздуха в воздуховодах), накладными (измеряют температуру поверхности трубопровода) и так далее.
Выбирая датчик нужно обратить внимание на температурные
характеристики чувствительного элемента, они должны совпадать с рекомендуемыми
в описании регулятора температуры.
Датчики влажности
Это электронные устройства, измеряющие относительную
влажность по изменению электрической ёмкости в зависимости от относительной
влажности воздушной среды.
Датчики влажности делят на два типа: комнатные и канальные.
Друг от друга они отличаются конструкцией. При установке датчика нужно выбирать
место со стабильной температурой и скоростью движения окружающего воздуха, а также
нежелательно располагать датчик возле окон, под прямыми солнечными лучами и
вблизи отопительных приборов.
Датчики давления
Различают два типа датчиков давления - аналоговые датчики
давления и реле давления. Оба типа датчиков могут измерять давление как в одной
точке, так и разность давлений в двух точках. В этом случае датчик называется
дифференциальным датчиком давления.
Примером использования реле давления в климатических
системах может послужить датчик давления, служащий для защиты компрессора от
слишком низкого или высокого давления фреона. Также, дифференциальные манометры
применяются для определения степени засора в фильтрах систем вентиляции.
При помощи же аналоговых датчиков определяется давление в
точке измерения.
Измеренное давление конвертируется в электрический сигнал
вторичным преобразователем датчика.
Датчики потока
Принцип работы датчика потока состоит в следующем: в первую
очередь измеряется скорость движения газа или жидкости в воздуховоде или
трубопроводе, после чего измеренный сигнал преобразуется во вторичном
преобразователе в электрический, затем рассчитывается расход газа или жидкости
в вычислительном блоке.
Наиболее востребованы такие датчики в сфере учёта тепловой
энергии.
По принципу действия первичных преобразователей датчики
потока делятся на лопастные устройства, сужающие, турбинные, вихревые,
роторные, ультразвуковые и электромагнитные.
В системах вентиляции и кондиционирования наиболее
распространены датчики-реле протока. Они реагируют на скорость газа,
создающего напор на лопасть датчика, которая приводит в действие
микропереключатель с сухим контактом. В тот момент, когда скорость потока
достигает заданного порога переключения, происходит замыкание контактов. Когда
же скорость потока падает ниже этого порога, контакты размыкаются. Порог
переключения можно регулировать.
Регуляторы температуры
Регулятор температуры обеспечивает управление исполнительными
механизмами по показаниям всевозможных датчиков и является одним из основных
элементов системы.
Простейшим типом регуляторов являются термостаты, они предназначены для контроля и поддержания заданной температуры в различных технологических процессах. Термостаты разделяются по принципу действия, способу применения и конструкции. По принципу действия они делятся на:
- биметаллические
- капиллярные
- электронные
Принцип действия биметаллических термостатов основан на
срабатывании биметаллической пластины под воздействием температуры. Их
применяют в основном для защиты электронагревателей от перегрева и поддержания
заданной температуры в помещении.
Капиллярные термостаты используют для контроля температуры
теплообменников в системах кондиционирования и вентиляции, и предотвращения их
разрушения из-за замерзания теплоносителя. Составляющие такого термостата -
капиллярная трубка, заполненная фреоном R134A, соединённая с диафрагмированной
камерой, которая, в свою очередь, механически связана с микропереключателем.
В системах вентиляции капиллярный термостат угрозы
замораживания может запускать следующие процессы:
- остановка вентилятора
- закрытие заслонки наружного воздуха
- запуск циркуляционного насоса теплоносителя
- включение аварийного сигнала
Для помещений в глубине зданий применяют электронные
термостаты, имеющие релейный выход. Поддерживать заданную температуру
термостаты могут как по встроенному, так и по выносному датчику.
Контроллеры
Самый простой контроллер — это тот, в котором реализован
пропорциональный 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 простейших
задач в условиях плавного изменения измеряемого параметра.
Однако наиболее эффективными являются регуляторы, работающие
по PID-закону, которые учитывают пропорциональную, интегральную и
дифференциальную составляющую измеряемой величины.
Механические регуляторы
В механических регуляторах воздействие измерительного
элемента на регулирующий осуществляется непосредственно без привлечения
добавочного источника энергии, и такие регуляторы относятся к классу
регуляторов прямого действия.
Самыми распространёнными механическими регуляторами являются
терморегуляторы (например, те, которые устанавливаются на приборах водяного
отопления). Терморегуляторы такого типа состоят из термостатического элемента с
сильфоном. Настройка производится путём поворота настроечной рукояти.
Поддержание температуры в помещении производится за счёт
изменения расхода воды через теплообменник. При перемещении штока клапана
сильфоном, заполненным специальной газовой смесью, которая изменяет свой объем
даже при незначительном изменении температуры, меняется расход воды.
Кроме того, регуляторы давления тоже могут быть
механическими. Такие регуляторы состоят из штока (регулирующей части) и
клапана. В зависимости от способа установки штока, механический регулятор может
работать как в качестве регулятора перепада давления, так и в качестве
регулятора расхода. Например, если установить клапан регулятор между подающим и
обратным трубопроводами, можно стабилизировать перепад давления в сети.
