RU124935U1 - Система управления аппаратами воздушного охлаждения - Google Patents

Abstract

Система управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащая блок (1) задания температуры, регулятор (2), датчик (3) температуры охлаждаемой среды, блок (4) датчиков измерения внешних воздействий, теплообменники (5) с вентиляторами, регулируемые электроприводы (6) вентиляторов, а также сумматор (7), первый вход которого через датчик (3) температуры охлаждаемой среды соединен с выходом теплообменников (5), а выход подключен через регулятор (2) к входам электроприводов (6), выход блока (1) задания температуры соединен со вторым входом сумматора (7), отличающаяся тем, что в систему введены блок (8) расчета коэффициентов регулятора и блок (9) анализа состояния электроприводов, при этом блок (8) расчета коэффициентов регулятора выполнен в виде последовательно соединенных блока (10) фаззификации, блока (11) нечеткого вывода с базой правил и блока (12) дефаззификации, входами блока (8) расчета коэффициентов регулятора являются входы блока (10) фаззификации, а выходами блока (8) - выходы блока (12) дефаззификации, регулятор (2) выполнен с входами для установки коэффициентов, электроприводы (6) оснащены информационными выходами, входы блока (8) расчета коэффициентов регулятора подключены к выходам блока (4) датчиков измерения внешних воздействий и выходу блока (9) анализа состояния электроприводов, выходы блока (8) расчета коэффициентов регулятора подключены к входам регулятора (2) для установки коэффициентов, входы блока (9) анализа состояния электроприводов соединены с информационными выходами электроприводов (6).

Description

Полезная модель относится к вентиляторным установкам переменной производительности и может быть использована в системах транспортировки газа и энергетических установках, где требуется охлаждение теплообменников воздухом для поддержания требуемой температуры охлаждаемой среды.

Известна система управления аппаратами воздушного охлаждения газа, содержащая регулятор и датчик температуры охлаждаемой среды, группу теплообменников, вентиляторы с электроприводом от асинхронных двигателей, которые управляются с помощью преобразователей частоты (см. статью «Устойчивость системы стабилизации температуры газа с частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов» /И.И.Артюхов, И.И.Аршакян, Р.Ш.Тарисов, А.А.Тримбач // Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - С.141-148).

Недостатком известной системы является нарушение устойчивой работы системы и ухудшение качества регулирования при определенном сочетании климатических условий эксплуатации и режимов транспорта газа.

Известна также система управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащая регулятор и датчик температуры охлаждаемой среды, вентиляторы с приводом, группу теплообменников, трубопроводы подвода к ним охлаждаемой среды и ее отвода в коллектор, из которого охлажденная среда поступает в отводящий трубопровод, при этом приводы имеют устройство изменения их частоты вращения, на вход которых поступает сигнал с выхода регулятора температуры, на первый вход регулятора поступает сигнал с датчика температуры, а на второй вход - сигнал о требуемой температуре охлаждаемой среды, причем в качестве привода вентиляторов используются асинхронные электродвигатели, частота вращения которых изменяется устройством в виде преобразователя частоты тока питающей электродвигатели сети (см. патент РФ на изобретение №2330993, МПК F04D 27/00, опубл. 10.08.2008 г.).

Однако недостатком известной системы является необходимость дополнительных настроек при проведении пуско-наладочных работ, а также в процессе эксплуатации системы при изменении режимных параметров транспорта газа.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является система управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащая аппарат воздушного охлаждения, электропривод вентилятора по системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, датчик температуры охлажденного газа, датчики измерения внешних воздействий: температуры и влажности воздуха, подачи и температуры газа, блок расчета необходимой скорости вращения вентилятора, при этом выходы датчиков внешних воздействий соединены с входами блока расчета необходимой скорости вращения вентилятора, его выход с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика температуры охлажденного газа, вход которого соединен с выходом аппарата воздушного охлаждения, вход которого соединен с выходом электропривода вентилятора, который, в свою очередь, соединен с выходом сумматора через ПИ-регулятор скорости вращения вентилятора (см. патент РФ на полезную модель №91605, МПК F04D 27/00, опубл. 20.02.2010 г.).

Недостатком известной системы является невозможность обеспечения качественного регулирования по величине рассогласования между сигналами, полученными от блока расчета необходимой скорости вентилятора и датчика температуры охлаждаемой среды.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является автоматизация процесса охлаждения продукта до заданной стабильной температуры в условиях действия различных случайных возмущений средствами инвариантной системы управления регулируемого электропривода вентиляторов аппарата воздушного охлаждения (АВО).

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является обеспечение устойчивой работы системы и требуемого качества регулирования температуры охлаждаемой среды в широком диапазоне изменений климатических условий эксплуатации, режимов транспортировки охлаждаемого продукта и эксплуатационных режимов электропривода вентиляторов АВО.

Указанный технический результат достигается тем, что в систему управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащую блок задания температуры, регулятор, датчик температуры охлаждаемой среды, блок датчиков измерения внешних воздействий, теплообменники с вентиляторами, регулируемые электроприводы вентиляторов, а также сумматор, первый вход которого через датчик температуры охлаждаемой среды соединен с выходом теплообменников, а выход подключен через регулятор к входам электроприводов, выход блока задания температуры соединен со вторым входом сумматора, согласно полезной модели, введены блок расчета коэффициентов регулятора и блок анализа состояния электроприводов, при этом блок расчета коэффициентов регулятора выполнен в виде последовательно соединенных блока фаззификации, блока нечеткого вывода с базой правил и блока дефаззификации, входами блока расчета коэффициентов регулятора являются входы блока фаззификации, а выходами блока - выходы блока дефаззификации, регулятор выполнен с входами для установки коэффициентов, электроприводы оснащены информационными выходами, входы блока расчета коэффициентов регулятора подключены к выходам блока датчиков измерения внешних воздействий и выходу блока анализа состояния электроприводов, выходы блока расчета коэффициентов регулятора подключены к входам регулятора для установки коэффициентов, входы блока анализа состояния электроприводов соединены с информационными выходами электроприводов.

Введение в систему блока расчета коэффициентов регулятора позволяет обеспечить получение оптимальных коэффициентов регулятора, обеспечивающих требуемое качество регулирования и устойчивость системы в широком диапазоне изменений климатических условий эксплуатации, режимов транспортировки охлаждаемого продукта и эксплуатационных режимов электропривода вентиляторов АВО.

Введение в систему блока анализа состояния электроприводов позволяет обеспечить получение поправочного коэффициента для расчета коэффициентов регулятора в зависимости от эксплуатационных режимов электропривода вентиляторов АВО.

Выполнение регулятора с входами для установки коэффициентов позволяет автоматизировать процесс настройки коэффициентов ПИД регулятора (пропорционального, интегрального и дифференциальных контуров).

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором показана структурная схема системы управления аппаратами воздушного охлаждения. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - блок задания температуры; 2 - регулятор; 3 - датчик температуры охлаждаемой среды; 4 - блок датчиков измерения внешних воздействий (температуры воздуха, массового расхода и начальной температуры охлаждаемой среды); 5 - теплообменники с вентиляторами; 6 - электроприводы вентиляторов; 7 - сумматор; 8 - блок расчета коэффициентов регулятора; 9 - блок анализа состояния электропривода; 10 - блок фаззификации; 11 - блок нечеткого вывода с базой правил; 12 - блок дефаззификации.

Система управления аппаратами воздушного охлаждения содержит блок 1 задания температуры, регулятор 2, датчик 3 температуры охлаждаемой среды, блок 4 датчиков измерения внешних воздействий (температуры воздуха, массового расхода и начальной температуры охлаждаемой среды), теплообменники 5 с вентиляторами, регулируемые электроприводы 6 вентиляторов (например, по схеме преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором), сумматор 7, блок 8 расчета коэффициентов регулятора и блок 9 анализа состояния электропривода. Регулятор 2 выполнен с входами для установки коэффициентов. Электроприводы 6 оснащены информационными выходами.

Блок 8 расчета коэффициентов регулятора представляет собой вычислитель, построенный на базе нечеткой логики (нечеткого вывода) с 4 входными и 3 выходными значениями.

Блок 9 анализа состояния электропривода представляет собой сумматор входных дискретных сигналов о состоянии каждого из электроприводов (сигнал равен 1 - состояние электропривода «включен», сигнал равный 0 - «отключен»), выдающий на выходе количество включенных электроприводов.

Первый вход сумматора 7 через датчик 3 температуры охлаждаемой среды соединен с выходом теплообменников 5, а выход подключен через регулятор 2 к входам электроприводов 6. Второй вход сумматора 7 соединен с выходом блока 1 задания температуры. Входы блока 8 расчета коэффициентов регулятора подключены к выходам блока 4 датчиков измерения внешних воздействий и выходу блока 9 анализа состояния электроприводов, а его выходы - к входам регулятора 2 для установки коэффициентов, входы блока 9 анализа состояния электроприводов соединены с информационными выходами электроприводов 6.

Блок 8 расчета коэффициентов регулятора выполнен в виде последовательно соединенных блока 10 фаззификации, блока 11 нечеткого вывода с базой правил и блока 12 дефаззификации.

Блок 10 фаззификации представляет собой вычислитель степени принадлежности четких числовых значений входных сигналов входным нечетким множествам.

Блок 11 нечеткого вывода с базой правил представляет собой вычислитель результирующей функции принадлежности выходных значений блока 8 расчета коэффициентов регулятора.

Блок 12 дефаззификации представляет собой вычислитель четких выходных значений настроек регулятора.

Система управления аппаратами воздушного охлаждения работает следующим образом.

На вход теплообменников 5 подводится охлаждаемая среда (например, газ). Охлаждение производится воздухом, который нагнетает вентилятор. Вращение вентилятора обеспечивает электродвигатель с устройством изменения его частоты вращения.

На входы блока 8 расчета коэффициентов регулятора поступают сигналы о величине возмущающих воздействий с блока 4 датчиков измерения внешних воздействий (температуры воздуха θ, массового расхода G и начальной температуры охлаждаемой среды Т_вх) и блока 9 анализа состояния электропривода.

Сигналы θ, Т_вх и G с блока 4 датчиков измерения внешних воздействий и сигнал с блока 9 анализа состояния электроприводов поступают на входы блока 10 фаззификации, являющихся входами блока 8 расчета коэффициентов регулятора.

Блок 8 расчета коэффициентов регулятора, содержащий в комплексе блоки 10, 11 и 12, реализуется в виде нечеткого регулятора, разработка которого возможна как на основе модели эксперта, управляющего объектом, так и на основе модели объекта управления в зависимости от условий его эксплуатации (см. Пегат А. Нечеткое моделирование и управление - М.: Бином, 2009. - С.179-222, 555). Алгоритмы работы блоков 10, 11 и 12 могут быть реализованы на основе программного обеспечения (см. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - С.451-464).

Измерение температуры охлаждаемой среды на выходе теплообменника Т_вых производится датчиком 3 температуры охлаждаемой среды, установленным в отводящем трубопроводе. Сигнал с датчика 3 температуры охлаждаемой среды поступает на первый вход сумматора 7.

С помощью блока 1 здания температуры устанавливается требуемая температура Т₀ охлаждаемой среды. При этом сигнал с блока 1 здания температуры поступает на второй вход сумматора 7.

Регулятор 2 выполнен с входами для установки коэффициентов.

Полученные выходные сигналы с блока 8 расчета коэффициентов регулятора (выходы с блока 12 дефаззификации) и сигнал с сумматора 7 поступают на вход регулятора 2, на выходе которого формируется сигнал пропорциональный требуемой скорости вращения электродвигателя. Вентилятор, вращаемый электродвигателем, создает нужный поток воздуха. Температура охлаждаемой среды в теплообменниках 5 устанавливается на уровне заданной.

Каждый из электроприводов 6 оснащен дискретным информационным выходом о состоянии его работы.

Предложенная система управления аппаратами воздушного охлаждения обеспечивает требуемое качество регулирования температуры охлаждаемой среды в широком диапазоне изменений климатических условий эксплуатации, режимов транспортировки охлаждаемого продукта и эксплуатационных режимов электропривода вентиляторов АВО.

Claims (1)

1. Система управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащая блок (1) задания температуры, регулятор (2), датчик (3) температуры охлаждаемой среды, блок (4) датчиков измерения внешних воздействий, теплообменники (5) с вентиляторами, регулируемые электроприводы (6) вентиляторов, а также сумматор (7), первый вход которого через датчик (3) температуры охлаждаемой среды соединен с выходом теплообменников (5), а выход подключен через регулятор (2) к входам электроприводов (6), выход блока (1) задания температуры соединен со вторым входом сумматора (7), отличающаяся тем, что в систему введены блок (8) расчета коэффициентов регулятора и блок (9) анализа состояния электроприводов, при этом блок (8) расчета коэффициентов регулятора выполнен в виде последовательно соединенных блока (10) фаззификации, блока (11) нечеткого вывода с базой правил и блока (12) дефаззификации, входами блока (8) расчета коэффициентов регулятора являются входы блока (10) фаззификации, а выходами блока (8) - выходы блока (12) дефаззификации, регулятор (2) выполнен с входами для установки коэффициентов, электроприводы (6) оснащены информационными выходами, входы блока (8) расчета коэффициентов регулятора подключены к выходам блока (4) датчиков измерения внешних воздействий и выходу блока (9) анализа состояния электроприводов, выходы блока (8) расчета коэффициентов регулятора подключены к входам регулятора (2) для установки коэффициентов, входы блока (9) анализа состояния электроприводов соединены с информационными выходами электроприводов (6).

   

Images