Испытательные климатические камеры





+7 (499) 390-93-54
klimatkam@mail.ru

Системы для управления микроклиматом. Регуляторы температуры

Для начала рассмотрим несколько примеров сложных объектов при регулировке и управлении микроклиматом.

1) Автоматизированные системы управления процессом с высоким запозданием. Такие системы довольно компактные и к ним можно отнести: САУ для приготовления кормов, САУ для пастеризации и многих похожих сфер деятельности. Контроль в подобных вида системах обычно варьируется в пределах до двух величин, присутствуют аварийные механизмы и датчики. Поскольку в такой системе присутствует довольно значимое транспортное запоздание, в ней применяются Пропорционально интегрально-дифференцирующий регулятор (ПИД). Их использование может привести к снижению динамики и технологического свойства всей установки. В приведенном примере под контрольных объектов присутствует от 3-х режимов работы: "ВКЛ" - включение, выведение на режим, рационализация производительных свойств, "ВЫКЛ" - выключение и другие. Каждый такой режим управления производит специализированный алгоритм.
СУМ (система управления климатом).

Самые распространенные простейшие представители данного класса - это вариант управления климатом в квартирах и производственных помещения. В их систему входит задатчик программ, который предназначен для изменения температуры по запланированному времени и календарным дням, что помогает экономить электроэнергию; КЦО (клапаны централизованного отопления), калорифер для резерва и вентиляторы. Как показывает практика с самой вентиляцией и программным оборудованием серьезных проблем не возникает. А вот отопительная система имеет довольно серьезное транспортное даже если применяются ПИД-регуляторы система очень медленно реагирует на их воздействие. Помимо этого, когда центральное отопление отключается, когда резко понижается температура, нужно менять параметры производимых алгоритмов регулировки. Если система управления находится в помещении животноводства, то тут требуются намного более интенсивная система вентиляции и применение экономайзеров. Тем более если в этих помещениях содержатся птицы. Тут требуется устанавливать каналы регулировки уровня влажности. Такие же требования возникают при управлении климатом в овощехранилищах. Ведь согласитесь, постоянная погрузка и выгрузка безостановочно меняют микроклимат хранилища овощей. Помимо этого, на качество работы и надежность системы САУ имеет большое влияние качество работы приборов измерения системных элементов.

В Российской Федерации находится огромное число блочных теплиц, в которых применяются давно уже вышедшие из применения автоматические СУ различными процессами. Такие виды систем, как можно видеть из опыта, обычно являются многомерными. В них применяют преимущественно стандартные ПИД регулировщики. Такого рода системы не могут обеспечить качественное и энергоэкономичное управление, так как в них присутствует невысокая точность удержания температурного режима, особенно если внешние воздействия меняются довольно быстро.

Если увеличить коэффициент передачи определенного регулятора система перейдет в слабый режим при работе. Главным фактором ненадежной работы является запоздалая реакция в обогревательных контурах теплицы.

Рассмотрим пример как меняется температурный режим в теплице, если быстро понижается тепловое состояние кровли при использовании системы СУ G-200.

Допустим инертность водяного отопления примерно в 3 раза превышает требуемую величину для охлаждения кровли во время выпадения осадков. Транспортное задержание для системы отопления примерно 30 минут, а для того чтобы охлаждать кровлю во время осадков - отсутствует. Такое несоответствие не даст возможности системе управления обеспечивать требуемый уровень поддержки температурного режима. Так же ситуацию может углубить появившийся люфт вентиля. Сочетание всех этих факторов приведет к долгой и очень значительной потере температуры, увеличит затраты на электроэнергию. Пытаясь увеличить множитель силы регулятора, система может перейти в подрежим колебания. Начальный функционал настроен грамотно, согласно Циглера.

К такому же огромному уходу от нормированного режима роста могут привести и многие сторонние вмешательства: поливка, выделяемая солнечной энергией радиация и т.д, Поскольку нет дополняющей друг друга регулировки температурного режима и похожих процессов. Все это приведет уменьшению и порете качества режимов взращивания, понизит урожай и значительно увеличит расходы за электричество.

И так, давайте выделим пару особых причины возникновения низкого качества управления приведенными объектами при помощи стандартных регуляторов: Огромное отклонение в цепочках управления. ПИД-регуляторы имеют низкую точность поддержки регулируемого параметра, особенно в те моменты, когда быстро меняются собственные и наружные факторы. Не увеличит показатели и самая детальная настройка: все равно будут заметны мало скоростная реакция на воздействующие факторы в здании или вне его, а если увеличить множитель передачи, система может перейти в слабый, самопроизвольные режим.

Воздействие негативных факторов.

К таким факторам можно отнести:

1) довольно быстрые изменения внешних условий воздействия, которые приводят к заметной смене системного состояния. Допустим, если в теплице выпали осадки и привели к заметному охлаждению и увеличению проводимости тепла крыши теплицы. Повышенный уровень радиации солнца - приведет к необходимой установки штор, особенно для цветочных растений. В пастеризаторе, таким фактором может стать начальная температура самого сырья, а в приготовлении корма - изначальная влажность зерен. К таким же факторам можно отнести и постоянную перегрузку используемого сырья в применяемых процессах.
2) Возможное подключение и отключение вспомогательных процессов технологии. Допустим в теплице подключение поливки заметно изменяет параметры климата. Подключение дополнительного света обязательно приведет к подобному результату.

3) Не исключается отказ и поломки оборудования. Отказ органов исполнения (нагреватель, электромотор, форточка и т.д.), отказ параметров самой САУ (компьютер, блок подачи питания, и др.). Так же к поломке можно отнести изменение (поломка) кровли. Этот фактор резко изменит нужный параметр регулировки.

4) Возможно прекращение работы датчиков. Проблему отказа датчиков можно рассматривать в отдельной графе, поскольку есть варианты провести само диагностику этой системной части, применяя избыточное сочетание различных датчиков и обработки микропроцессоров. Вообще система управления обязана держать на контроле такие варианты развития событий, моментально давать реакция на любое изменение в собственном состоянии, в состоянии контролируемого объекта и сразу же менять алгоритм регулятора, и подавать сигналы. Нужно выделить, что применяемый сейчас алгоритмы быстрой адаптации на воздействие моментального влияния негативных факторов малоэффективны: все они требуют большого количества времени для наблюдения, и изменяться параметры будут достаточно медленно. Поэтому нужно начинать учитывать возможные негативные факторы при регулировке и настройке нужных коэффициентов САУ в отклонении при возмущении системы.

В разных статьях приводятся примеры систем управления с присутствующей обратной связью при уходе от нужного задания., Но ведь есть стандарт систем управления по воздействию факторов в условиях, если можно произвести замер влияющей величины.

Посмотрите несколько примеров применения таких принципов. В теплицах основным негативным воздействием будет являться температура крыши и вырабатываемая солнцем радиация, которая исходит от солнца. Советские специалисты научились учитывать такие факторы путем применения специальных датчиков из стекла, которые по сути являются резисторами, сделанные из тоненькой проволоки (медь), которую заливают жидким стеклом. Они прикрепляются на остекление крыши теплицы и включаются параллельно с воздушными температурными датчиками внутри теплицы.
Получается так, что когда меняется температурный режим снаружи, тут же меняется определение силы выхода нужного регулятора. Так же можно отследить воздействие выпадающих осадков и повышения активности солнца.

Данное решение увеличивает характеристику САР, но если использовать стандартный ПИД-регулятор, возможность улучшения будет невелика. Тут необходимо использовать "каскадный" схематический регулировщик и подавать сигнал датчиком из стекла на корпус контура управления состояния температуры ВСО (водная система отопления).

В пастеризаторах вышеуказанную схему регулятора применять не обязательно. Здесь скачки изменения температуры используемого сырья можно заменить использованием дополнительных датчиков температурного режима сырья на входе самого пастеризатора. Сигнал этого датчика будет подаваться в определенных количествах сигналу выхода САР, где будет определяться мощность ИК облучателя.

Можно подвести итог и сделать вывод, что подача выходных сигналов в зависимости от влияющего фактора есть не что иное, как возможность использовать статическую модель объекта. Согласитесь, ведь если мы будем знать, к примеру, что на каждый понижающийся градус температуры крыши нашей теплице требуется где-то на пару градусов увеличивать температуру в системе водного отопления, то при большой смене температуры крыши мы сможет в довольно короткие сроки поменять температуру системы отопления на нужную нам величину.

Правильное сочетание данных подходов может дать великолепные результаты, однако требуются применение дополнительных датчиков и дополнительных настроек. Только дорогие процессорные САР позволят реализовывать еще более технически сложные варианты объектов.
Напоследок приведем пример, когда замерить воздействующий фактор нет возможности или невозможно установить дополнительные датчики. Есть 2 варианта:

1) когда есть возможность найти определение воздействующего фактора с помощью контакта.

2) воздействие негативного фактора получается определить опираясь на динамику процесса.

Второй вариант хорошо применять при постоянном изменении одинаковых воздействий(постоянная погрузка и выгрузка используемого сырья).

Приведенные выше примеры сводятся к применению по ситуации различных Вари В таких применяемых вариантах систему можно рассматривать как СПС (система с переменной структурой). Но для управления технологическими процессами СПС применяются очень редко.Дынный способ дает возможность намного повысить качество и снизить сроки разработок сложных систем управления. К примеру, когда воздействующие факторы имели скачкообразный характер, Г.А. Гуляев применил ПИ-регулятор переменчивой структуры когда управлял "зерносушилкой", для регулировки нормы влажности обрабатываемого сырья. Такая система работает в непрерывном режиме между переключениями двух различных алгоритмов системы управления. Все переключения происходят при помощи поступающей информации: изменилась ли величина и знаков ошибок регулировки с ее производной.
tml>