Автоматизированное управление процессом кондиционирования воздуха чистых помещений микроэлектроники

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ЧИСТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ Джумаев Д.У. Email: Jumaev1153@scientifictext.ru

Джумаев Довлет Усманкулыевич - аспирант, Институт микроприборов и систем управления Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»,

г. Москва

Аннотация: в статье рассмотрена актуальность автоматизации промышленных технологических процессов, одним из которых является автоматизация системы вентиляции и кондиционирования. Также рассмотрен вариант оптимизации автоматизированной работы вентиляционной установки. Решением задачи оптимизации является нахождение минимума данной функции в ограничивающих пределах и соответствующие ему значения требуемых расходов приточного, удаляемого и рециркуляционного воздуха в группе чистых помещений и мощность систем воздухоподогрева и воздухоохлаждения.

Ключевые слова: автоматизированная система управления, приточно-вытяжная вентиляция, кондиционирование, технологический процесс.

AUTOMATED CONTROL OF THE AIR CONDITIONING PROCESS OF CLEAN ROOMS MICROELECTRONICS Jumaev D.U.

Jumaev Dovlet Usmankulyevich - Postgraduate, INSTITUTE OF MICRO-INSTRUMENTS AND CONTROL SYSTEMS NATIONAL RESEARCH UNIVERSITY OF ELECTRONIC MOSCOW INSTITUTE OF ELECTRONIC TECHNOLOGY, MOSCOW

Abstract: the article considers the relevance of the automation of industrial technological processes, one of which is the automation of the ventilation and air conditioning system. The option of optimizing the automated operation of the ventilation unit is also considered. The solution to the optimization problem is to find the minimum of this function within the limiting limits and the corresponding values of the required flow rates of supply, exhaust and recirculated air in the clean room group and the power of the air heating systems and air cooling.

Keywords: automated control system, inlet and exhaust ventilation, air conditioning, technological process.

УДК 629.5.048

В настоящее время особую актуальность приобретает автоматизация различных технологических процессов. Автоматизация представляет собой внедрение совокупности методов и средств, которые позволяют осуществлять контроль и управление технологическими процессами без прямого участия человека. Особенно важным направлением в рассматриваемой области является автоматизация промышленных систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Так, в лакокрасочных цехах мебельной фабрики образуются многочисленные древесные отходы и наблюдается выброс летучих веществ. Поскольку данные факторы приводят к загрязнению не только окружающей рабочей области, но и воздуха в целом, то существует необходимость применения автоматизации вентиляционных систем в производственных цехах фабрик.

Модернизированная система вентиляция и кондиционирования является экономически выгодной, ведь автоматизация значительно снижает эксплуатационные расходы данной системы. Улучшаются показателя безопасности и наблюдается понижение коэффициента расхода энергоресурсов. Кроме этого, заметно уменьшается количество квалифицированных специалистов, выполняющих системное обслуживание. Усовершенствованный комплекс вентиляции может осуществлять автоматический сбор данных о работе каждого из компонентов устройства. Немаловажным преимуществом является то, что автоматизированная система вентиляции и кондиционирования включается в себя функцию удаления различных продуктов горения и дыма.

Примером автоматизации вентиляционных систем является автоматизированная система управления приточно-вытяжной вентиляцией. Приточно-вытяжной принцип основан на выполнении одновременно двух опций: приток чистого воздуха в помещение и удаление загрязненного воздуха из него. Таким образом, данная АСУ имеет трехуровневую структуру: первый уровень оснащен взаимосвязанными между собой исполнительными устройствами и датчиками, осуществляющие алгоритмы автоматического управления; приборы управления и шкафы автоматики занимают второй уровень; третий уровень отведен системе диспетчеризации, которая беспрерывно контролирует систему вентиляции и кондиционирования и реагирует на все изменения и сбои, происходящие в ней. Использование специализированных аппаратных и программных средств, ведущих сбор и обработку информации о состоянии вентиляции, позволяет в режиме реального времени отслеживать все происходящие процессы [1].

Основные функции автоматики для вентиляции:

- поддержание требуемой температуры приточного воздуха и температуры в помещении;

- дистанционное включение/выключение системы вентиляции;

- управление работой и производительностью вентиляторов;

- контроль состояния теплообменных агрегатов, таких как термостаты перегрева электронагревателей, защита водяного калорифера от замораживания по температуре воздуха и обратной воды, и т.д.;

- контроль уровня загрязнения фильтров;

- автоматический переход в режим зима/лето;

- контроль и управление роторными и пластинчатыми рекуператорами, тепловыми насосами, увлажнителями и осушителями;

- управление циркуляционным насосом водяного калорифера с учетом показаний датчиков наружной температуры и давления теплоносителя с защитой от сухого хода;

- управление приводом заслонки наружного воздуха;

- контроль работы приточного вентилятора;

- отключение вентиляционной установки по сигналу пожарной сигнализации.

Для начала рассмотрим вентиляционную установку с водяным калорифером и одним РГО-регулятором, работающим по температуре воздуха в приточном канале, рис. 1.

Имеем систему управления с одним PID-регулятором, к которому подключен датчик температуры притока и задана установка, а к выходу подключен клапан регулирующий подачу воды к водяному калориферу. Также пороговое устройство, которое отключает вентиляцию при температуре обратной воды меньшей температуры заморозки.

Рис. 1. Вентиляционная установка с водяным калорифером и одним PID-регулятором

Данную схему очень сложно пусконалаживать, так как необходимо очень точно настраивать РШ-регулятор и плавно подводить температуру к необходимой, что увеличивает время наладки и уменьшает отказоустойчивость системы, что видно на рис. 2.

Такая система очень легко выходит из строя из-за резкого изменения температуры воздуха или воды от теплосети.

Теперь рассмотрим вентиляционную установку с водяным калорифером и двумя РГО-регуляторами, работающим по температуре воздуха в приточном канале и температуре обратной воды рис. 3.

Имеем систему управления с двумя РЮ-регуляторами, к которому подключен датчик температуры притока, и задана уставка, а также подключён датчик температуры обратной воды, и заданная установка. Два РШ-регулятора заводятся на блок, который будет выбирать больший сигнал, а к выходу блока подключен клапан регулирующий подачу воды к водяному калориферу (рис. 4).

Рис. 2. Графики работы вентиляционной установки с водяным калорифером и одним

PID- регулятором

Данная система будет более отказоустойчива и намного проще для наладки.

Однако система имеет недостаток, так как при несогласованной работе РГО-регуляторов, один из них может уйти на ноль, и при резком изменении температуры воздуха (воды) или смене установки, система может уйти в аварию по заморозке, что видно на рисунке 4.

Рис. 3. Вентиляционная установка с водяным калорифером и двумя PID-регуляторами

Рис. 4. Графикам работы вентиляционной установки с водяным калорифером и двумя несинхронными

PID-регуляторами

Для того чтобы такой ситуации не возникало, PID-регуляторы необходимо синхронизировать, как показано на рис. 5.

Рис. 5. Синхронные РШ-регуляторы

Как видно из рисунка 6, синхронизация РГО-регуляторов положительно повлияла на отказоустойчивость системы в целом.

Данная система проста в наладке и обслуживании и является более отказоустойчивой.

Рис. 6. График работы вентиляционной установки с водяным калорифером и двумя синхронными

РЮ-регуляторами

АСУ вентиляцией и кондиционирования должна: выполнять автоматическое включение/выключение инженерного оборудования, диагностировать работу датчиков, обеспечивать защиту и многоуровневый доступ к системе, прием, обработку, хранение информации о текущих режимах и состояниях оборудования, сигнализировать о критических ситуациях и предоставлять оперативный способ их ликвидации. Внедрение автоматизированной системы вентиляции и кондиционирования воздуха в промышленных объектах позволит увеличить качество управления процессом воздухообмена и увеличить сферы влияния автоматического и автоматизированного контроля и управления. Кроме этого, значительно будет уменьшена вероятность возникновения аварийных ситуаций и их последствия.

Список литературы /References

1. Морозов А.А. Управление воздушными потоками в чистых помещениях электронной промышленности// Сборник докладов научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ студентов ИИЭСМ за 2015-2016 учебный год. НИУ МГСУ, 2016. С. 23-29.

2. Ларин Р.М. Методы оптимизации. Примеры и задачи / Р.М. Ларин, А.В. Плясунов, А.В. Пяткин. Екатеринбург, 2013 120 с.

3. Бандарь Е.С. Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха / Е.С. Бандарь [и др.]. Киев: ТОВ «Видавничий будинок «Аванпост-Прим» 2015. 560 с., ил.

4. Лобанов Д.В. Схема создания комфортных климатических параметров в офисах / Д.В. Лобанов, И.И. Полосин // Журнал «Сантехника. Отопление. Кондиционирование», 2015. № 2 (158). С. 58-61.

5. Лобанов Д.В. Системы персональной вентиляции в помещениях умственного труда с применением ПЭВМ / Д.В. Лобанов, А.Ю. Глушков // Научный журнал «Инженерные системы и сооружения», 2016. № 1 (22). С. 42-48.

6. Майский Р.А., Хуснутдинова Э.Р. Инвестиционные решения в условиях риска // 61-я научнотехническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ, 2010. С. 289.