Принципы построения систем стабилизации перепада давления, управления системой отопления, стабилизации уровня воды в расширительном баке и управления приточной установкой

1. Объект управления.

Типовым для учреждений РАН объектом управления является тепловой пункт (ТП), включающий в свой состав системы отопления, горячего водоснабжения (ГВС), приточной вентиляции. Подробное описание конкретной реализации АСУ ТП аналогичного объекта будет представлено в следующей главе. Рассмотрим принципы построения следующих систем, входящих в состав ТП:- стабилизации перепада давления прямой и обратной сетевой воды на входе в тепловой пункт - управления ГВС - управления системой отопления - стабилизации уровня воды в расширительном баке - управления приточной установкой. Контур стабилизации перепада давления прямой и обратной сетевой воды на входе в тепловой пункт - рис.2 предназначен для создания благоприятных гидравлических режимов функционирования систем, входящих в состав ТП. Регулирование перепада давления осуществляется запорно-регулирующим клапаном (КЗР) с электро-механическим приводом, устанавливаемым на подающем трубопроводе. Регулирование производится по сигналам от датчиков давления воды в подающем и обратном трубопроводах.

Рисунок 2. Контур стабилизации перепада давления.

Далее необходимо сделать небольшое теоретическое отступление.
Функции регулятора выполняет в настоящее время как правило контроллер - управляющее электронное вычислительное устройство. В задачу регулятора входит формирование сигнала рассогласования - e между действительным - y и требуемым - x (уставка или задание) значением регулируемого параметра.

 В практике АСУ ТП часто используются следующие типовые алгоритмы регулирования : П, ПИ, ПИД. Выбор конкретного алгоритма регулирования определяется статическими и динамическими характеристиками объекта регулирования

Пропорциональное регулирование (П регулирование) осуществляется в соответствии с формулой е=k(x-y), где k - коэффициент усиления. При пропорциональном регулировании величина y никогда не достигает задания x (ввиду нечуствительности исполнительных устройств к малым значениям e при x-y=>0), образуется статическая ошибка регулирования, которая тем меньше, чем больше коэффициент k. Однако при слишком больших коэффициентах k, система может перейти в режим автоколебаний. Выбор слишком малого значения k ведет не только к увеличению статической ошибки, но и увеличению времени реакции регулируемой системы на возмущения и, как следствие - снижению качества регулирования.

Для устранения статической ошибки регулирования при формировании величины е вводят интегральную составляющую отклонения от задания:

е=k(x-y)+((x-y)dt/Ti,

где Ti - постоянная интегрирования.

Регулятор с таким законом регулирования называется пропорционально-интегральным регулятором (ПИ регулятором). Для достижения установившегося режима в интеграторе требуется достаточно большое время. Поэтому ПИ регулятор можно применять в случае, когда внешние воздействия достаточно медленные. Для ускорения реакции системы регулирования на внешние воздействия или изменение задания, в регулятор вводят дифференциальную составляющую:

е=k(x-y)+((x-y)dt/Ti +Td*d(x-y)/dt,

где Td - постоянная дифференцирования.

Регулятор с таким законом регулирования называется пропорционально-интегрально дифференциальным регулятором (ПИД регулятором). Система управления ГВС включает контур стабилизации температуры ГВС и систему управления парой циркуляционных насосов (рис.3). Стабилизация температуры горячей воды осуществляется КЗР, устанавливаемым на подающем трубопроводе сетевой воды в бойлер подогрева второй ступени в соответствии с показаниями датчика температуры горячей воды и заданной температурой, значение которой - уставка- заранее введено в индивидуальный электронный регулятор, установленный непосредственно на КЗР или в общий контроллер.
Управление парой циркуляционных насосов предусматривает периодическое переключение последних с целью обеспечения параллельной выработки ресурса. При этом при запуске насоса контролируется подтверждение срабатывания магнитного пускателя, а затем и наличие перепада давления на насосе. Отсутствие одного из сигналов квалифицируется как отказ и вызывает выдачу команды на запуск резервного насоса.

 Система управления отоплением включает контур регулирования температуры отопительной системы и как в предыдущем случае - систему управления парой циркуляционных насосов. Главное отличие от системы стабилизации температуры ГВС заключается в алгоритме формирования задания температуры стабилизации. Если в ГВС задание является постоянным, то в системе отопления целесообразно обеспечить регулирование температуры в помещении (или в системе отопления) в соответствии с суточными и недельным графиками (снижение задания в ночные часы и выходные дни) с автоматическим переходом на регулирования температуры в обратном трубопроводе по графику тепловой сети - в случае завышения температуры сетевой воды в обратном трубопроводе.

Система стабилизации уровня воды в расширительном баке содержит типовой контур управления парой насосов подпитки, дополненный логикой поддержания уровня для чего в систему введены трехпозиционный датчик - сигнализатор уровня воды в расширительном баке и соленоидальный вентиль. Датчик уровня сигнализирует контроллеру о высоком, низком и предельно низком уровне воды в расширительном баке.

В момент прихода сигнала о снижении уровня воды ниже заданного контроллер дает команду на запуск насоса. Выход насоса на режим осуществляется при закрытом соленоидном вентиле, команда на открытие вентиля выдается по прошествии заданного интервала времени после прихода сигнала подтверждения запуска насоса - срабатывания датчика перепада давления. Останов насоса и закрытие вентиля происходит по сигналу "высокий уровень" датчика - сигнализатора уровня

Рисунок 3.

1 - подающий трубопровод, 2 - обратный трубопровод, 3 - трубопровод холодной воды, 4 - бойлер 1 ступени подогрева, 5 - бойлер 2 ступени подогрева, 6 - рециркуляционный насос, 7 - датчик перепада давления на насосе, 8 - магнитный пускатель, 9 - датчик температуры горячей воды

Рисунок 4

1 - подающий трубопровод, 2 - обратный трубопровод, 3 -отопительный бойлер, 4 - датчик температуры в системе отопления, 5 - датчик температуры обратной воды, 6 - датчик температуры наружного воздуха, 7 - датчик температуры в помещении, 8 - рециркуляционный насос, 9 - магнитный пускатель, 10 - датчик перепада давления на насосе

Рисунок 5.

1 - расширительный бак, 2 -датчик уровня, 3 - вентиль соленоидный, 4 - насос подпитки, 5 - магнитный пускатель, 6 - датчик перепада давления

Система управления приточной установкой обеспечивает стабилизацию температуры приточного воздуха, ограничение температуры обратной сетевой воды, защиту калорифера от размораживания. Стабилизация температуры приточного воздуха осуществляется КЗР, устанавливаемым на трубопроводе сетевой воды, поступающей из калорифера в соответствии с показаниями датчика температуры приточного воздуха и уставкой. При завышении температуры обратной воды происходит переход на регулирование температуры обратной воды в соответствии с графиком тепловой сети. Приточная установка функционирует в двух режимах: "Лето" и "Зима". После поступления команды на включение установки, вентилятор включается сразу или с задержкой. В режиме "Зима" задержка включения необходима для обеспечения поступления теплоносителя в калорифер до начала поступления холодного воздуха. В течение времени задержки выдается команда на открытие КЗР, таким образом регулировка температуры приточного воздуха начинается при полностью открытом клапане. После поступления команды на включение вентилятора через заданное время ожидаются сигналы от датчиков обратной связи - магнитного пускателя и датчика реле перепада напора на вентиляторе. Отсутствие одного из сигналов квалифицируется как отказ и вызывает выдачу сигнала аварии вентилятора. Воздушная заслонка управляется исполнительным механизмом типа МЭО (механизм электрический однооборотный) и открывается по команде запуска вентилятора, при этом в зимнем режиме открытие происходит замедленно, чтобы избежать замерзания калорифера. Закрытие заслонки происходит автоматически по выключению вентилятора и реализуется без участия контроллера электрической схемой подключения МЭО.

Контроль опасности замерзания осуществляется по температуре обратной воды и сигналу термореле, установленному на поверхности калорифера. В случае обнаружения опасности замерзания или срабатывания датчика пожарной сигнализации, приточная установка переводится в стояночный режим, т.е. выдается команда на останов вентилятора и осуществляется переход к стабилизации температуры обратной сетевой воды на заданном уровне.

Рисунок 6.

1 - воздухоподогреватель (калорифер), 2 - вентилятор, 3 - воздушная заслонка, 4 - МЭО, 5 - КЗР, 6 - магнитный пускатель, 7 - датчик реле перепада напора, 8 - датчик температуры наружного воздуха, 9 - датчик температуры обратной воды, 10 - датчик термореле, 11 - датчик температуры приточного воздуха, 12 - датчик пожарной сигнализации