Дипломная работа - Синтез алгоритмов управления тепловым режимом
Подождите немного. Документ загружается.
обеспечивается плотный контакт между трубкой и лентой, что улучшает
условия теплоотдачи. Однако при такой конструкции ребер сопротивление
движению воздуха больше, чем у пластинчатых калориферов.
В спирально-накатных калориферах ребра образуются накаткой
алюминиевой трубы. При этом за счет большого давления на алюминиевую
трубу при накатке обеспечивается очень плотный контакт между
алюминиевой и стальной трубкой что значительно улучшает условия
теплоотдачи.
В электрокалориферах нагревательным элементом служат трубки
(иногда с оребрением для увеличения поверхности теплоотдачи), внутри
которых находится омическое сопротивление. Конструкция
электрокалориферов предусматривает возможность регулирования
теплоотдачи за счет включения части мощности по сравнению с
номинальной.
Калориферная установка, используемая на станции «Речной Вокзал»
Новосибирского метрополитена представляет собой систему из 4-х
калориферов марки КВБ12-П. Предназначена для подогрева наружного
воздуха, подаваемого в воздушно-тепловую завесу. Для г. Новосибирска
диапазон температур наружного воздуха в зимний период составляет от -
40ºС до +10ºС [согласно СНиП 2.01.01-82, стр.16].
Температура теплоносителя равна +70º+95ºС, теплоносителем является
вода, подаваемая в калорифер из бойлерной. Наружный воздух нагревается,
проходя через калорифер, нагнетаемый центробежным вентилятором. На
выходе калорифера температура воздуха проходящего через него составляет
примерно 50ºС. Далее этот нагретый воздух проходит через щели воздушно-
тепловой завесы, попадая в тоннель метромоста, смешивается с воздухом
метромоста.
33
2.2.5. Датчик расхода воздуха.
Для рассматриваемого диапазона расходов воздуха в тоннеле
метрополитена используется интеллектуальный датчик разности давлений
серии Метран-100 (модель 1411) [13]. Конструкция датчика представлена на
рис. 2.11.
Рис. 2.11 Конструкция датчика серии Метран-100 (модель 1411).
Между фланцем 1 и корпусом 2 крепится мембрана 3. К мембране
приваривается жесткий центр 4. Жесткий центр с помощью тяги 5 соединен с
рычагом тензопреобразователя 8. При измерении разности давлений (ДД)
положительное давление подается в камеру 6, а отрицательное в камеру 7.
Измеряемое давление, поданное в камеру 6 или 7, воздействует на мембрану
и перемещает ее. Перемещение мембраны через жесткий центр 4 и тягу 5
передается на рычаг тензопреобразователя. Перемещение рычага вызывает
деформацию мембраны тензопреобразователя, с которой жестко соединен
рычаг. На мембране тензопреобразователя расположены тензорезисторы.
Деформация мембраны тензопреобразователя вызывает изменение
сопротивления тензорезисторов. Электронное устройство датчика
34
К
Д
преобразует изменение электрических сопротивлений в стандартный
аналоговый сигнал.
Применение микропроцессорной электроники в конструкции таких
электронных преобразователей позволяет: реализовать широкий набор
функций настройки и калибровки датчика, повысить точность настройки и
снизить суммарную погрешность измерений, обеспечить непрерывную
самодиагностику.
Рис.2.12 Внешний вид датчика серии Метран-100 (модель 1411)
Передаточную функцию такого элемента можно представить в виде
коэффициента усиления К
ДТВ
, который рассчитывается из следующих
соображений. Максимальное значение расхода воздуха достигает 19,4
с
м
3
,
чему должен соответствовать максимальный выходной сигнал 10В, т.е.
1
3
max
10
0.515[ ]
19.4
Q
Д
ВТЗ
U
В с
K
Q м
.
Структурная схема датчика приведена на рис. 2.13.
Q
ВТЗ
U
Q1
Рис.2.13 Структурная схема датчика расхода воздуха
35
2.2.6. Математическая модель САУ ВТЗ
При регулировании производительности вентилятора объектом
управления (ОУ) является воздушно-тепловая завеса, регулируемой
величиной – расход воздуха, регулирующим воздействием – частота
вращения электродвигателя. По рассмотренным выше математическим
моделям звеньев, входящих в систему управления воздушно-тепловой
завесой, составлена структурная схема (рис.2.14).
Рис. 2.14 Структурная схема САУ ВТЗ
Запишем передаточные функции для всех звеньев:
1
1
max
( )
( ) ;
( )
( )
( ) ;
( )
( )
( ) ;
( ) 1
( ) ;
1
В
В В
В
ПЧ ПЧ
З f
j
В
j
j
ВТЗ
ВТЗ
ВТЗ
Q
Д
ВТЗ
Q p
W p K
p
f p
W p K
U p
K
p
W p
f p p T
K
W p
p T
U
K
Q
max
max
ЦВ
ВТЗ
ВТЗ
Q
K
Q
Коэффициенты имеют следующие значения:
В
Гц
К
ПЧ
5
;
сек
Гцрад
К
j
507,1
;
секТ
j
3
;
3
0.515[ ]
Д
В с
K
м
;
1
ВТЗ
K
;
3
1,819
.
В
м
K
рад
;
секТ
ВТЗ
2
Передаточная функция (без учета возмущений) имеет вид:
36
( )
( 1) ( 1)
ПЧ j В ВТЗ Д
ОУ
j ВТЗ
К К К К К
W p
p T p T
(2.5)
2.3. Описание элементов САУ УШ, взаимодействие элементов в
системе
Система автоматического управления шиберами содержит следующие
элементы: регулятор (Р
2
), исполнительный механизм (ИМ) с бесконтактным
реверсивным пускателем (ПБР), управляемые шиберы (УШ),
аэродинамический объект, датчик расхода воздуха.
Регулятор (Р
2
) по сигналу задания требуемого угла наклона шиберов
Uз
α
и сигналу обратной связи с датчика U
Q2
подает команду на ПБР на
включение ИМ вперед или назад. ПБР формирует сигнал управления U
У
исполнительным механизмом. ИМ изменяет угол α поворота шиберов.
При этом в тоннеле изменяется расход воздуха Q
НВ
, который
контролируется датчиком расхода воздуха. На рис.2.15 представлена
функциональная схема САУ УШ.
Рис. 2.15 Функциональная схема САУ УШ
Рассмотрим элементы данной системы более подробно.
2.3.1. Исполнительный механизм управляемых шиберов
Исполнительным механизмом (ИМ) в системе автоматического
регулирования называется устройство, перемещающее регулирующий орган
в соответствии с сигналами, поступающими от усилителя. Исполнительные
механизмы создают поступательное или вращательное движение,
37
предназначенное для перемещения регулирующего органа. К ним
предъявляются следующие конструктивные и эксплуатационные требования:
простота конструкции, минимальные размеры и масса, высокая надежность и
устойчивость к воздействию внешней среды; безопасность в эксплуатации и
устойчивость в работе; наличие защиты для предохранения регулирующего
органа от перегрузок и поломок и возможности ручного управления при
отказе схемы управления или нарушении энергоснабжения, а также
дистанционного контроля положения регулирующего органа.
Исполнительные механизмы, применяемые в устройствах ЭМС,
разделяют в зависимости от вида потребляемой энергии на электрические,
пневматические, гидравлические, грузовые и пружинные.
Электрические исполнительные механизмы обладают практически
неограниченным радиусом действия и управления, могут применяться при
отрицательной температуре окружающей среды, не требуют герметизации.
В данной схеме используется механизм исполнительный
электрический однооборотный постоянной скорости (МЭО).
Управление механизмом – бесконтактное с помощью пускателя
бесконтактного реверсивного ПБР-3А, который обеспечивает пуск, реверс
и защиту трехфазного асинхронного электродвигателя с
короткозамкнутым ротором от перегрузки.
ПБР имеет следующие характеристики:
напряжение источника питания цепей управления, В
24
потребляемая мощность, Вт <5
Вид вырабатываемых сигналов: +24 В; О В; -24 В, в зависимости от
которых электропривод вращается в одну или другую сторону (вперед или
реверс), либо останов (на вал электродвигателя автоматически накладывается
тормоз).
Математическим описанием такого принципа управления в ТАУ
является описание реле без зоны нечувствительности (Рис 2.16).
38
U
упр
с
S
-с
Рис 2.16 Реле без зоны нечувствительности
с – сигнал управления (размах реле)
Управление этих звеньев представляется как :
U
упр
= с*sign(S)
для идеального реле, где S – поверхность переключения
Структурно реле представлено на рис.2.17.
Рис. 2.17 Структурная схема реле
Принцип работы МЭО заключается в преобразовании электрического
сигнала, поступающего от регулирующих и управляющих устройств (ПБР-
3А), во вращательное движение выходного вала. В данной работе
используется механизм МЭО-4000/160-0,63-97К, имеющий следующие
характеристики:
номинальный крутящий момент на выходном валу, Н*м 4000
номинальное время полного хода выходного вала, с 160
номинальный полный ход выходного вала, об 0,63
потребляемая мощность в номинальном режиме, Вт < 700
масса механизма, кг < 270
Механизмы изготавливаются для работы в повторно –
кратковременном реверсивном режиме с числом включений до 320 в час и
39
продолжительностью включений до 25 % при нагрузке на выходном валу в
пределах от номинальной противодействующей до 0,5 номинального
значения сопутствующей. При этом механизмы допускают работу в течение
одного часа в повторно – кратковременном реверсивном режиме с числом
включений до 630 в час и продолжительностью включений до 25 % со
следующим повторением не раньше, чем через три часа.
Математическую модель МЭО на основании экспериментальных
исследований специалистов Института Горного Дела [15] можно представить
в виде интегратора с коэффициентом передачи K
m
. Входом для него является
U
у
- сигнал с реле, а выходом -
- угол поворота вала.
U
у
Рис. 2.18. Структурная схема МЭО
Управляющей величиной является время подачи напряжения 24В на
механизм, поэтому передаточную функцию ИМ можно записать в виде:
p
K
Uy
p
pW
m
)(
)(
(2.6)
Откуда К
m
определяется по соотношению:
m
у
K
U
(2.7)
где
- скорость изменения положения вала, которая вычисляется как:
0247.02
160
63.0
2
t
S
[
с
рад
].
Подставив полученную величину в (2.7), получим
00103.0
m
K
[
сВ
рад
].
2.3.2. Управляемые шиберы
Регулирование расхода воздуха в тоннеле метрополитена производится
с помощью тоннельных вентиляторов и регулирующих устройств –
40
специальных шиберов, которые расположены непосредственно в тоннеле. От
угла поворота шиберов, установленных в тоннеле, зависит его
аэродинамическое сопротивление, а, следовательно, и сопротивление участка
тоннеля, в котором расположен данный регулятор. Меняя угол открытия
шиберов, можно регулировать объем воздуха, поступающего из данного
тоннеля на платформу.
Рис.2.19. Функциональная схема управления шиберами в тоннеле: U
П
– напряжение
питания механизма; U
У
– сигнал управления исполнительным механизмом; α – угол
поворота рычага; R
В
- аэродинамическое сопротивление воздуха, Q – расход наружного
воздуха.
Конструкция управляемых шиберов предусматривает «свободный»
проход поездов при полностью открытых шиберах.
Рис.2.20. Схема регулятора воздухораспределения: 1 - шиберы,
41
2 – МЭО , 3 - передаточное устройство
Математическую модель управляемых шиберов можно представить в
виде пропорционального (усилительного) звена. Следовательно,
передаточная функция будет иметь вид:
( )
УШ
W p K
(2.8)
Коэффициент усиления УШ К
УШ
определяется из следующих условий:
выходная величина R [
8
2
м
сН
] – аэродинамическое сопротивление участка,
входная α [рад] – угол поворота управляемых шиберов. Значения
аэродинамического сопротивления были рассчитаны по данным [8]. Данные
представлены в табл.2.1.
Таблица 2.1
α, рад 0 0,26 0,52 0,79 1,05 1,31 1,57
R
Т
*
3
10
,
8
2
м
сН
1,6 1,748 1,832 2,046 2,327 2,791 3,304
По таблице 2.1 строим график зависимости R от α (рис.2.21).
42