СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

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.
вх
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) и блока 9 анализа состояния электропривода.
вх
Сигналы θ, Т 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).
вых
Измерение температуры охлаждаемой среды на выходе теплообменника Т производится датчиком 3 температуры охлаждаемой среды, установленным в отводящем трубопроводе. Сигнал с датчика 3 температуры охлаждаемой среды поступает на первый вход сумматора 7.
0
С помощью блока 1 здания температуры устанавливается требуемая температура Т 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.