Разработка автоматизированной системы управления промышленной холодильной установкой

Оглавление

1. Введение

2. Описание работы холодильной установки

3. Технико-экономическое обоснование проекта

4. Задание на проектирование системы управления

5. Описание функциональной схемы управления

6. Разработка математической модели процесса охлаждения в холодильной камере

7. Выбор аппаратных средств

7.1 Средства контроля

7.2 Вычислительные средства

7.3 Регулирование холодопроизводительности компрессора

7.4 Регулирование скорости вентиляторов

8. Разработка интерфейса пользователя

9. Описание принципиальных схем

10. Охрана труда и техника безопасности

10.1 Электроосвещение

10.2 Расчет тока уставки автоматических выключателей группового щитка

10.3 Охрана окружающей среды

11. Расчет экономических показателей

12. Выводы

13. Литература

1. Введение

Современный уровень производства пищевых продуктов характеризуется с одной стороны увеличением урожайности полей за счет введения новых урожайных сортов растений, селекцией высокопроизводительных сортов, химизацией сельского хозяйства; с другой стороны - сокращение посевных площадей из-за строительства городов, расширение сети дорог, аэродромов, промышленных комплексов, под которые зачастую отводятся лучшие земли. Это всё происходит на фоне постоянного и быстрого увеличения населения планеты. Вопрос продовольствия становится одним из наиболее важных, и острота решения этого вопроса будет возрастать.

По данным ООН, до 2000 года население планеты увеличится вдвое по сравнению с 1980 годом, следовательно, потребление пищевых продуктов и материальных ресурсов, идущих на их производство тоже увеличится.

Сейчас проблема заключается не в том, что пищевые ресурсы исчерпаны, а в том, что потери продовольствия и сельскохозяйственной продукции на пути от поля к столу потребителя достигают значительных величин. Сейчас в мире производится около 4 млрд.тонн пищевых продуктов, половина из которых требует холодильной обработки, и лишь четверть проходит такую обработку. Около 30% продукции не доходит к потребителю.

Поэтому необходимо создание непрерывной холодильной цепочки, которая состоит из отдельных звеньев, которые обеспечивают условия для непрерывной холодильной обработки и хранения скоропортящихся продуктов на пути от мест производства или выращивания к местам потребления.

Начальным звеном холодильной цепи являются производственно -- заготовительные холодильники, которые являются составной частью пищевого предприятия или представляют собой самостоятельные организационные структуры. Работа этих холодильников имеет исключительно сезонный характер и не рассчитана на длительное хранение продукции, поэтому объём камер не очень большой. Это камеры охлаждения и заморозки. Базовые холодильники предназначены для накопления продукции заготовленной в первом звене холодильной цепи.

В местах, где происходит перегрузка продуктов с одного вида транспорта на другой создают перевалочные холодильники, которые предназначены для кратковременного хранения продукции.

Для длительного хранения продуктов питания, а также для равномерного снабжения ими населения больших городов и индустриальных центров через торговую сеть, именно распределительные холодильники становятся основным звеном холодильной цепи.

Торговые холодильники предназначены для кратковременного хранения пищевых продуктов в розничной торговле и на предприятиях общественного питания.

Домашние холодильники - это последнее звено холодильной цепи.

Соединительным звеном холодильной цепи является холодильный транспорт (автомобильный, железнодорожный, речной, морской и воздушный). Однако холодильная цепь не обеспечивает сохранение всех продуктов, которые производятся сельским хозяйством. Основное внимание уделялось продуктам животного происхождения. Они обеспечены холодильной цепью с момента их производства до момента их потребления.

С растительным сырьем, а именно, сочным растительным сырьем (овощами, плодами, ягодами, бахчевыми, зеленью) в районах ее выращивания количество холодильников незначительно и их емкость очень мала.

Искусственный холод в плодоовощной промышленности используют при предварительном охлаждении, транспортировки, замораживании и хранение плодов и овощей, а также в производстве и хранении соков и плодоовощных консервов.

Современные технологические процессы предварительного охлаждения, а именно, быстрое снижение температуры перед транспортировкой или закладкой на хранение, позволяет продолжить срок холодильного хранения пищевых продуктов на несколько недель и даже месяцев.

2. Описание работы холодильной установки

Холодильная автоматизированная установка состоит из трех компрессоров (КМ), оснащенных устройствами автоматической защиты, маслоотделителя (МО), сборника масла (МС), двух конденсаторов(КД) c вентиляторами, линейного ресивера (ЛР) с двумя датчиками уровня, четырех воздухоохладителей (ВО), установленных в камерах и оснащенных вентиляторами, регуляторами заполнения, отделитель жидкости (ОЖ) с двумя датчиками уровня. Все контрольно-измерительные приборы соединены с программируемым контролером управления Danfoss АК2 - РС301А.

Камера № 1

Температурный режим камеры поддерживается с помощью датчика температур ТЕ 15-1. Датчик температуры подает сигнал на станцию управления (контролер). Со станции управления сигнал подается на соленоидный вентиль 23 и на вентиляторы обдува испарителей 24. При повышении температуры в камере, датчик температуры 15-1 подается сигнал на станцию управления. Со станции управления сигнал подается на закрытие соленоидных вентилей. Они закрываются, и жидкость в испаритель не подается. Тоже при достижении заданной температуры сигнал со станции управления отключает вентиляторы.

Оттайка снеговой шубы. В воздухоохладителе имеется датчик, температур 16-1 который закрепляется на оребрении. По истечении какого-то заданного времени работы холодильной камеры в режиме охлаждения, станция управления подает сигнал на отключение соленоидного вентиля 23 и вентиляторов обдува испарителей 24. Станция управления подает сигнал на включение тэнов обогрева испарительной батареи (тэны 26). После достижения заданной температуры оребренния, датчик температуры 16-1 подаёт сигнал на отключение тэнов и работа камеры переходит с режима оттайки на режим охлаждения.

Для управления оттайкой на контроллере задаются следующие параметры:

1. Время (интервал между оттайками). Задаётся в часах.

2. Время оттайки (длительность). Задаётся в минутах.

3. Температура конца оттайки. Задаётся в градусах.

Примечание: Если за время оттайки температура не была достигнута заданной, то на станции управления загорается код ошибки. Датчик температуры 17-1 установлен для измерения и регистрации температуры в камере и подсоединяются к регистратору температуры. Работа камер №2,3,4 аналогична работе камер №1.

Работа компрессора

Работа включения компрессора осуществляется с помощью датчика давления на низкой стороне 11. При повышении давления подается сигнал на станцию управления. Со станции управления на включение компрессора №1, при повышении давления далее, включается компрессор №2, и при дальнейшем повышении давления включается компрессор №3. На отделителе жидкости имеется реле уровня 14-1. Он необходим для защит компрессоров от «влажного хода». При повышении уровня жидкости в отделителе жидкости реле уровня замыкается и включается гибкий термо-электрический нагреватель 21, которым обернут отделитель жидкости. При повышении уровня термо-электрический нагреватель отключается.

На каждом компрессоре имеется тепловая защита.

В компрессоре №1 датчик температуры ТЕ 9-1

В компрессоре №2 датчик температуры ТЕ 10-1

В компрессоре №3 датчик температуры ТЕ 11-1

При повышении температуры электродвигателя компрессора, он отключается. Тепловая защита вместе с датчиками поставляется с компрессором.

Также имеется датчик давления на высокой стороне 9. Он защищает компрессор от высокого давления нагнетания. При повышении давления нагнетания сигнал с датчиками подается на станцию управления. Со станции управления, сигнал подается на отключение всех компрессоров.

На масло-собирателе установлено реле уровня 12-1, который контролирует уровень масла.

Реле уровня подаёт сигнал на станцию управления. Со станции управления сигнал подается на отключение компрессоров.

На линейном ресивере установлено реле уровня 19, которое отключает компрессор при повышении уровня жидкости линейном ресивере.

Также имеются датчики давления 1,2,3, установленные на подающем трубопроводе в конденсатор. Эти датчики необходимы для управления работой вентиляторов на конденсаторе.

Датчик давления 1 управляет работой вентиляторов 5.

Датчик давления 2 управляет работой вентиляторов 6.

Для управления работой вентиляторов 7 датчик давления 3.

Для управления работой вентиляторов 8 датчик давления 4.

Управление вентиляторов на конденсаторе необходимо для поддержания

давления конденсации. При повышении давления:

Датчик давления 1 включает вентилятор 5

Датчик давления 2 включает вентилятор 6 и так далее.

Также на конденсаторе установлены датчики температуры на оребрение. Эти датчики температуры 27-1;28-1 необходимы для контроля регулирования температуры поверхности конденсатора.

На аппаратах установлены измерительные приборы давления (монометры).

На линейном ресивере 29.

На отделителе-жидкости 32.

На всасывающем трубопроводе 31.

На нагнетательном трубопроводе 30.

3. Технико-экономическое обоснование проекта

При подборе оборудования учитывают показатели основных его свойств: потребительских, отражающих полезный эффект от использования (холодопроизводительность, расчётная температура охлаждаемой среды, объёмная подача, суммарная холодонагрузка и др.); надежности, характеризующих безотказность, долговечность и ремонтопригодность; стандартизации и унификации, безопасности и экономичности.

При проектировании холодильной установки, необходимо в первую очередь определиться со схемой холодильной установки. В данном проекте используется насосно-циркуляционная схема. Такая схема обеспечивает сто процентную надёжность в защите от влажного хода компрессора.

Для управления работой установки предполагается использовать продукцию компании “DANFOSS” - одного из ведущих производителей холодильного оборудования и автоматики на Российском рынке. Несмотря на дополнительные затраты система автоматического управления установкой в несколько раз снижает затраты предприятия на обслуживание, повышает эффективность работы и сокращает количество персонала.

Внедрение высокотехнологичных систем автоматического управления промышленным оборудованием является важным фактором экономического развития любого предприятия. Как правило, такие системы имеют срок окупаемости 1 - 1,5 года, после чего приводят к повышению экономической эффективности в несколько раз.

4. Задание на проектирование системы управления

Во время усовершенствования холодильников должны решаться следующие задачи:

- обеспечение высоких теплозащищающих свойств ограждающих конструкций путем использования современных эффективных теплоизоляционных материалов, герметизацией стыков панелей, дверей, вводов труб и кабелей;

- разработка и внедрение прогрессивных технологий холодильной обработки, хранения, и транспортирования продуктов при строгом нормировании и поддержании температуры и влажности на основе рационального выбора энергосберегающих систем , инженерного оборудования, в том числе на базе микропроцессорной техники;

- достижение минимального удельного объема камер (3,5-4,5м3 /т) путем усовершенствования объемно - планировочных и конструктивных решений холодильников;

- во время проектирования и строительства должен быть внедрен принцип формирования холодильников и холодильных комплексов обработки и хранения продуктов на основе блочных автономных строительно-технологических секций (модулей) комплектной поставки.

Холодильная установка состоит из камер хранения пищевой продукции, машинного отделения и навеса для производства погрузочно-разгрузочных работ.

В холодильных камерах могут охлаждаться разные виды пищевой продукции.

Холодильные камеры принята размером в три строительных квадрата (18,3 х 6,4м); строительная высота - 5,85м.

5. Описание функциональной схемы управления

Для управления установкой нами запроектирован микропроцессорный контроллер АК2 - РС301А, производства компании «Danfoss» (Дания).

Общие сведения

Основное преимущество контроллеров данной серии заключается в том, что их конфигурацию можно расширять по мере увеличения установки. Они были разработаны для управления системами холодоснабжения, но не для одного конкретного применения:

разнообразие их функций определяется встроенным программным обеспечением и количеством присоединенных блоков. С помощью этих блоков можно создать прибор, выполняющий большое количество различных функций.

Назначение

Контроллер предназначен для:

* управления системами охлаждения,

* регулирования производительности компрессоров и конденсаторов.

Преимущества

* Возможности контроллера могут увеличиваться с ростом мощности системы.

* Контроллер может быть настроен на выполнение одной или нескольких регулирующих функций.

* Одни и те же блоки могут выполнять несколько функций.

* Контроллеры могут работать с системами, имеющими различные эксплуатационные характеристики.

* Контроллеры имеют модульный принцип построения:

- Блоки контроллера объединяются в одну систему.

- Все функции регулирования имеют общий принцип.

- Блоки выбираются для выполнения общей задачи.

- Те же самые блоки можно использовать для работы на других системах.

Управление работой холодильной установки

АК2-РС301А является контроллером для управления производительностью компрессоров и конденсаторов центральных холодильных машин.

Кроме управления производительностью этот контроллер может подавать сигналы на другие электронные блоки о режимах работы, например о принудительном закрытии расширительных вентилей, аварийных сигналов и сообщений.

Основной задачей контроллера является управление компрессорами и конденсаторами таким образом, чтобы работа всегда происходила при условиях энергетически оптимального давления. Как давление всасывания, так и давление конденсации, управляются сигналами с преобразователей давления, передающих сигнал напряжения, например типа AKS 32 и AKS 32R.

Среди основных функций могут быть упомянуты:

- Регулирование одного или двух отдельных охлаждающих контуров, каждый из которых имеет свой конденсатор

- Управление может осуществляться по восьми ступеням производительности компрессоров для каждого контура

- Может быть подключён мониторинг аварийной автоматики

- При остановке компрессора сигнал может передаваться на другие контроллеры для того, чтобы электронные расширительные клапаны закрылись

- Состояние выходов и входов показывается на лицевой панели посредством светодиодов

- Аварийные сигналы могут генерироваться непосредственно с контроллера и передаваться через систему передачи данных

- Аварийные сигналы передаются с пояснительными текстами, так что причину аварийного сигнала можно легко увидеть

Так как датчики контролируют температуру воздуха практически в одной точке камеры, то следует комплектовать этот контур одним двойным электрическим термометром сопротивления (в одном корпусе размещено 2 чувствительных элемента).

При программировании мы определяем необходимую нам схему управления - компрессорами и конденсаторами.

Данный контроллер является основным элементом системы управления. Каждый блок контроллера имеет входы и выходы, обеспечивающие процесс управления системой.

* Основание с клеммной колодкой одинаково для контроллеров всех типов.

* Верхняя часть контроллера предназначена для настройки и программирования прибора. Контроллеры разных типов имеют различные верхние части. Верхняя часть контроллера всегда поставляется вместе с нижней частью.

* Верхняя часть контроллера оснащена также разъемом для системы передачи данных и переключателями настройки адреса.

При расширении системы и увеличении числа контролируемых параметров конфигурация контроллера может быть расширена.

С дополнительными блоками контроллер может получить и обработать больше входных сигналов и управлять большим количеством реле. Количество реле и их функции определяются назначением контроллера.

Управление производительностью компрессоров

Управление производительностью производится посредством ступенчатого регулирования компрессоров. Компрессоры могу быть с разгрузчиками.

Регулирование с нейтральной зоной (АК2-РС 301)

Контроллер может управлять максимум восемью ступенями производительности, которые могут распределяться в одном, двух или более компрессорах. Предполагается, что ступени имеют идентичную производительность.

Включаемая производительность компрессора управляется величиной фактического давления всасывания, и зависит от того, подымается давление, или падает.

- В нейтральной зоне нет включений и выключений ступеней производительности

- В «зоне +» и «зоне -» включение и выключение зависит от того, подымается давление, или падает. Включение и выключение происходит с выбранными задержками времени.

- В «зоне ++» и «зоне --» включение и выключение происходит с выбранными задержками времени в зависимости от того, подымается давление, или падает.

- Регулирование остановится при давлениях, которые ниже установленного «предела» (см. раздел «Функции безопасности для группы компрессоров».

PI регулирование (АК2-РС311).

Контроллер может управлять 12-ю компрессорами с разгрузчиками.

Компрессоры могут быть различной производительности.

Установки производятся аналогично, регулированию по принципу нейтральной зоны, но регулирование осуществляется по пропорционально-интегральному закону. Так, например, контроллер может включать и выключать разгрузчики внутри нейтральной зоны.

Смещение уставки давления всасывания

Регулирование происходит на основе установленной величины, которая может быть смещена сигналом с функции «мастер контроля» и сигналом ночного режима работы. Это значение, затем, включается в регулирование вместе с измеренным давлением, поступающим с преобразователя давления Р0.

Уставка Р0

Режим ночной работы

Эта функция используется, чтобы изменить настройку давления всасывания для работы в ночное время с целью энергосбережения.

С этой функцией настройка может быть смещена до 25 К в положительном или отрицательном направлении. (Когда вы смещаете в сторону более высокого давления всасывания, устанавливается положительная величина).

Смещение может быть выполнено тремя способами:

* Сигналом на входе

* С функции «мастер контроля» ведущего интерфейсного модуля

* Внутреннего временного графика

Функция «режима ночной работы» не должна использоваться, когда производится регулирование посредством функции «мастер контроля» «P0-optimisation». (Здесь функция «мастер контроля» сама приспособит давление всасывания к максимально разрешённому).

Оптимизация Р0

Эта функция смещает настройку таким образом, что регулирование не будет происходить, когда давление всасывания ниже требуемого. Эта функция взаимодействует с контроллерами на потребителях и интерфейсным модулем. Интерфейсный модуль получает данные с контроллеров испарителей и устанавливает максимально возможное давление всасывания, при котором поддерживаются необходимые температуры в охлаждаемых объёмах. Эта функция описана в документе под названием «Override» («мастер контроль»).

С этой настройкой вы можете читать, какой объект в данный момент наиболее тяжело загружен, а также видеть допустимое смещение настройки давления всасывания.

Смещение уставки сигналом напряжения

Смещение уставки давления всасывания возможно путём подачи на контроллер сигнала 0-10 В. При настройке данной функции выбирается на сколько велико должно быть смещение при максимальном сигнале (10В).

Ограничение настройки

Чтобы застраховать себя от слишком высокой или слишком низкой настройки регулирования, необходимо установить ограничение настройки.

Принудительное управление производительностью компрессора в централи

Может производиться принудительное регулирование производительности, которое игнорирует нормальное регулирование.

Во время принудительного управления функции безопасности отменяются.

Принудительное управление через меню управления.

Регулирование устанавливается на «Manual» (ручное управление).

Производительность устанавливается в процентах регулируемой производительности.

Принудительное управление при помощи переключателей.

При переходе к принудительному управлению с использованием переключателей, расположенных на лицевой поверхности расширительного модуля, функция безопасности зарегистрирует этот переход и попытается скомпенсировать любой выход за пределы, установленные для регулируемого параметра, а также выдаст аварийный сигнал. В этом случае контроллер не сможет включать и отключать реле.

Взаимодействие компрессоров. Циклическое взаимодействие

Компрессоры одинаковой производительности с разгрузочными клапанами.

Компрессоры разной производительности.

Регулирование производительности компрессора 1 за счет изменения частоты вращения.

Последовательное регулирование. Компрессоры с одной ступенью

Последовательность не будет меняться (последняя включённая ступень отключится первой, когда требуемая производительность снова упадёт).

Компрессоры с несколькими ступенями

Во время отключения будет происходить перестановка ступеней на линии раздела между двумя компрессорами. Эта функция обеспечивает то, что последний запущенный компрессор не остановится, пока регулирование не отключит все разгрузчики предыдущего компрессора.

Автоматическое регулирование наработки

Здесь контроллер выполняет автоматическое уравнивание времени работы компрессоров.

- При запуске компрессор с меньшим числом рабочих часов будет включён первым.

- При остановке компрессор с большим числом рабочих часов будет остановлен первым.

- В случае с компрессорами с несколькими ступенями производительности одновременно будет работать только один с отключёнными разгрузчиками.

Функции безопасности для компрессоров

Сигнал со средств управления безопасностью компрессора

Контроллер может проводить мониторинг состояния каждого контура безопасности компрессора. Сигнал берётся непосредственно с контура безопасности и подаётся на вход. (Контур безопасности должен остановить компрессор без участия контроллера).

Если контур безопасности выключится, контроллер отключит все выходные реле данного компрессора и выдаст аварийный сигнал.

Регулирование будет продолжаться с другими компрессорами.

1. Объединённый контур безопасности.

Если в контур безопасности устанавливается прессостат низкого давления, он должен помещаться в конце контура. Он не должен отключать сигналы DI (цифровых входов). (Существует риск, что регулирование будет заблокировано и не начнётся снова).

2. Расширенный контур безопасности.

Вместо объединённого мониторинга контура безопасности эта функция мониторинга может быть расширена. В этом варианте выдаётся конкретное

аварийное сообщение, которое говорит вам, какая часть контура безопасности выпала. Последовательность контура безопасности должна быть такой, как показано ниже, хотя не обязательно все его части должны использоваться.

Общая цепь защиты

При отклонении параметров на линии всасывания группы компрессоров за допустимые пределы на контроллер поступает общий сигнал защиты, по которому все компрессоры данной группы отключаются.

Отключение компрессора

Определена задержка времени, когда выходы должны быть отключены и выдан аварийный сигнал. Это время с момента, когда вход теряет сигнал и до момента, когда выходы отключаются.

Повторное включение компрессоров

Определена задержка времени, как долго компрессор должен оставаться выключенным после отключения контура безопасности.

Мониторинг перегрева

Эта функция является аварийной, которая непрерывно получает данные измерений с Р0 и Ss.

Если регистрируется перегрев, который выше или ниже установленных предельных величин, по истечении задержки времени выдаётся аварийный сигнал.

Контроль максимальной температуры нагнетаемого газа (Sd)

Эта функция постепенно выключает ступени компрессора, если температура нагнетаемого газа становится выше разрешённой. Предел отключения может быть установлен в диапазоне от 0 до + 150OС.

Эта функция запускается, когда величина становится на 10 К ниже установленного значения. В этот момент вся производительность конденсатора включается и одновременно 33% производительности компрессора выключается (но минимально одна ступень). Это повторяется каждые 30 секунд. Активируется аварийная функция. Если температура подымается до установленной предельной величины, все ступени компрессора немедленно выключаются, а функция «начало впрыска» (Inject ON) активируется.

Аварийный сигнал снимается, когда температура падает на 10 К ниже предельной величины в течение 60 секунд.

Новое включение ступеней компрессора разрешается, когда соблюдены следующие условия:

- температура упала на 10 К ниже предельной величины

- до нового включения истекла задержка времени.

Снова разрешается управление конденсатором, если температура упала на 10 К ниже предельной величины.

Контроль минимального давления всасывания (Р0)

Эта функция быстро отключает все ступени компрессора, если давление всасывания становится ниже разрешённой величины.

Предел отключения может быть установлен в диапазоне от -120 до + 30OС.

Всасывание измеряется преобразователем давления Р0.

При отключении активируются следующие функции:

- аварийная функция

- функция «Inject On» (включение впрыска).

Аварийный сигнал снимается, когда соблюдены следующие условия:

- давление (температура) выше предела отключения

- задержка времени истекла (смотри дальше).

Новое включение ступеней компрессора разрешается, когда соблюдены следующие условия:

- аварийный сигнал снят (задержка времени истекла)

- истекла задержка времени до повторного запуска.

Задержка времени

Существует объединённая задержка времени для «Максимальной температуры нагнетания» и «Минимального давления всасывания».

После отключения регулирование не может быть возобновлено, пока не истечёт задержка времени.

Задержка времени начинается, когда температура Sd опять упадёт на 10 К ниже предельной величины или Р0 подымается выше своей минимальной величины.

Выдача аварийного сигнала при слишком высоком давлении всасывания

Можно задать такое значение величины давления всасывания, при превышении которого контроллер выдаст аварийный сигнал. Этот сигнал будет выдан через определенный промежуток времени, называемый задержкой. Сам процесс регулирования продолжится без изменений.

Контроль максимального давления конденсации Рс

Эта функция описана в разделе «Система защиты конденсатора».

Включение впрыска (Injection On)

Электронные расширительные клапаны должны быть закрыты, когда остановлены все компрессоры. В этом случае испарители не могут быть

заполнены жидкостью, которая в последствие попадает в компрессор при возобновлении регулирования.

Для этой функции может использоваться одно из выходных реле, или эта функция может быть получена по системе передачи данных.

Конденсатор

Управление производительностью конденсатора может быть осуществлено посредством регулирования ступеней или изменением скорости вентиляторов.

* Ступенчатое регулирование

Контроллер может регулировать до восьми ступеней конденсатора, которые включаются и выключаются последовательно.

* Управление скоростью

Аналоговый выход контроллера подключен ко входу преобразователя частоты. Теперь все вентиляторы могут регулироваться от 0 до максимума производительности. Если требуется сигнал ON/OFF, он может быть получен с выхода реле.

Регулирование может производиться на основе одного из

следующих двух принципов:

- все вентиляторы работают на одной скорости

- включено только необходимое число вентиляторов.

Управление производительностью конденсатора Включённая производительность конденсатора управляется фактической величиной давления конденсатора и зависит от того, подымается давление, или падает.

Регулирование осуществляется контроллером PI, который, однако, может быть заменён на контроллер Р, если конструкция установки этого требует.

Регулирование с контроллером PI

Контроллер включает производительность таким образом, что отклонение между фактическим давлением конденсации и величиной настройки становится как можно меньше.

Регулирование с контроллером Р

Контроллер включает производительность, которая зависит от отклонения между фактическим давлением конденсации и заданной величиной.

Пропорциональная полоса Хр показывает отклонение при 100% производительности конденсатора.

Уставка для давления конденсации

Уставка для конденсации может определяться двумя путями.

Или как фиксированная настdройка, или как настройка, которая изменяется в зависимости от окружающей температуры.

Фиксированная настройка

Эта настройка устанавливается для давления конденсации в С.

Плавающая настройка

Эта функция позволяет величине настройки давления конденсации изменяться в соответствии с наружной температурой в пределах определённого диапазона.

Настройка основана на:

- наружной температуре

- разнице между температурой воздуха и температурой конденсации при 100% производительности конденсатора

- насколько велика включённая производительности конденсатора.

Установите масштабную разницу (dim tm) при максимальной нагрузке (например 15 К).

Теперь контроллер добавит значение к настройке, которое зависит от того, насколько велика включённая производительность компрессора - однако не меньше 3 К выше наружной температуры.

При регулировании с контроллером Р разница составит 3 градуса выше измеренной наружной температуры. Эта разница не будет зависеть от включённой производительности компрессора.

Ограничение настройки

Чтобы застраховать себя от слишком высокой или слишком низкой настройки регулирования, необходимо установить ограничение настройки.

Ручное управление производительностью конденсатора

Ручное управление производительностью может быть включено, когда игнорируется нормальное регулирование.

Во время ручного управления функции безопасности отменяются.

При принудительном регулировании производительности конденсатора защитные функции контроллера отключаются.

Принудительное управление через меню управления

Регулирование устанавливается в положение «Ручное».

Устанавливаются проценты регулируемой производительности.

Принудительное управление с помощью переключателей.

Если принудительное управление осуществляется посредством выключателей на лицевой панели модуля расширения, функция безопасности будет регистрировать любое превышение установленных величин и будет, при необходимости, передавать аварийные сигналы, но в этой ситуации контроллер не может включать или выключать реле.

Ступенчатое регулирование производительности

Включение и выключение производится последовательно.

Последнее включённое устройство будет отключаться первым.

Управление конденсатором

Переключение ступеней конденсатора

Для включения и выключения ступеней конденсатора нет задержек времени, кроме той задержки, которая присуща РI/P регулированию.

Таймер

Рабочее время двигателя вентилятора постоянно регистрируется.

Вы можете считать:

- Время работы за текущие 24 часа

- Время работы за предыдущие 24 часа

- Общее время работы с момента, когда таймер последний раз был выставлен на 0.

Счётчик включений

Количество включений непрерывно регистрируется. Здесь можно считать количество периодов включённого состояния:

- Количество за текущие 24 часа

- Количество за предыдущие 24 часа

- Общее количество с момента, когда счётчик последний раз был выставлен на 0.

Функция утилизации тепла

Газ высокого давления можно пропустить через теплообменник, использующий тепло, которое дает газ с высокой температурой.

Эта функция активируется двумя способами:

1. С помощью контактного входного сигнала

При получении контактного входного сигнала контроллер увеличивает уставку давления, при этом температура конденсации увеличивается, например, на 10 К.

2. С помощью регулятора температуры

Температура конденсатора контролируется датчиком, подключенным к контроллеру. Регулятор температуры с контактным выходом может включать и отключать два электромагнитных клапана. Если температура газа опустится ниже заданного предела, активируется контактный выход, а уставка температура конденсации увеличивается на заданную величину, например, на 10 К.

Функции безопасности для конденсатора

Сигнал аварийной защиты вентилятора и преобразователя частоты

Контроллер может получать сигналы о состоянии контура безопасности каждой ступени отдельного конденсатора.

Сигнал берётся непосредственно с контура безопасности и подсоединяется ко входу «DI».

В случае разрыва контура безопасности контроллер выдаёт аварийный сигнал.

Мониторинг максимального давления конденсации (Рс)

Эта функция включает все ступени конденсатора и отключает одну за другой ступени компрессора, если давление конденсации становится выше разрешённого. Предел отключения может быть определён в диапазоне от -30 до +100 С.

Давление конденсации измеряется преобразователем давления Рс.

Эта функция включается в работу, когда величина становится на 3 К ниже заданной. В этот момент вся производительность конденсатора включается и одновременно 33% производительности компрессора выключается (но минимум одна ступень). Это повторяется каждые 30 секунд. Активируется аварийное реле. Если температура (давление) поднимется до установленной

предельной величины, произойдёт следующее:

- все ступени компрессора немедленно отключатся

- производительность конденсатора останется включённой

- функция «начало впрыска» (Inject ON) будет активирована.

Аварийный сигнал будет снят, когда температура (давление) упадёт на 3 К ниже предельной величины в течение 60 секунд.

Новое включение ступеней компрессора разрешено, когда соблюдаются следующие условия:

- температура (давление) падает на 3 К ниже предельной величины

- задержка времени для нового включения истекла

Задержка времени

После отключения регулирование не может быть возобновлено, пока не истечёт задержка времени.

Задержка времени начинается, когда температура опять упадёт на 3 К ниже предельной величины.

Интеллектуальное обнаружение неисправности (FDD) при прохождении потока воздуха конденсатора

Контроллер собирает информацию с средств управления конденсатором и отслеживает, уменьшение производительности конденсатора. Наиболее частыми причинами этого являются:

- постепенное накопления грязи на лопатках вентилятора

- инородное тело в канале всасывания

- остановка вентилятора

Эта функция требует получение сигнала с датчика наружной

температуры (Sc3), и чтобы все используемые ступени компрессора

были идентичны.

Чтобы обнаружить накопление грязи, необходимо настроить функцию мониторинга для соответствующего конденсатора. Это достигается настройкой функции, когда конденсатор чист. Такая настройка должна начинаться до того, как установка запускается в работу.

6. Разработка математической модели процесса охлаждения в холодильной камере

В инженерной практике принято промышленные холодильные камеры описывать линейным дифференциальным уравнением 1-го порядка с постоянными коэффициентами. Камеры являются весьма инерционными объектами. Так, например, постоянная времени Т рассматриваемой холодильной камеры равна 100 ч.

Однако промышленные холодильные камеры фактически являются многоемкостными объектами и более точно их следует описывать дифуравнениями выше первого порядка с тем, чтобы проверить насколько целесообразна их апроксимация дифуравнениями первого порядка.

Можно описывать холодильную камеру линейным уравнением второго порядка с постоянными коэффициентами:

Используя уравнение (1) и, пренебрегая запаздыванием объекта, мы проводили исследования двухпозиционной системы регулирования в холодильной камере. Расчет проводили методом Рунге - Кутта.

Метод Рунге - Кутта предназначен для дифференциального уравнения второго порядка вида (c учетом того, что t_y изменяет свое значение в зависимости от того работают компрессоры или происходит нагрев воздуха в камере за счет естественного притока тепла, или же при отрицательных температурах окружающей среды когда воздух в камере исскуственно подогревается за счет нагревательных элементов или температура в камере падает за счет естественного оттока тепла через стены камеры)



имеющий погрешность R~(h5), реализовался с помощью следующих формул [8]:

К₁=h * F(_i ; t _i ; t'_i ; t_yi);

К₂=h * F(_i +(h/2); t _i +(h/2)* t'_i+(h/8)* К₁ ;t'_i + (К₁/2); t_yi);

К₃=h * F(_i +(h/2); t _i +(h/2)* t'_i+(h/8)* К₁ ;t'_i + (К₂/2); t_yi);

К₄=h * F(_i +h; t _i +h* t'_i+(h/2)* К₃ ;t'_i + К₃; t_yi);

t _i+1=t _i+ h*[ t'_i +( К₁+ К₂ + К₃ )/6] ;

t'_i+1 =t'_i + (К₁+ 2*К₂ + 2*К₃ + К₄)/6

Расчет проводился на участке от 0 ч до 200 ч при следующих начальных условиях:

t ₀= t0;

t'₀ = 0.

Вариант 1.

Т1 =100 ч ,Т2 =10 ч , заданный диапазон 0,5 - 1 °С, установившаяся температура при ее росте 10 °С и установившаяся температура при ее снижении минус 3 °С . При этом были получены следующие результаты : фактический диапазон поддержания температуры составил 0,45 - 1,25 °С , а период колебаний 54 ,2 часа .График переходного процесса и протокол работы приведен в приложении .

При описании холодильной камеры линейным дифуравнением первого порядка следующего вида :



провели аналогичные исследования системы двухпозиционного регулирования, т.е. полагали

Т= Т1 +2* Т2=120 ч,

а остальные данные были такими же, как и в варианте 1. При этом температура поддерживалась в заданном диапазоне (запаздыванием пренебрегали), а период колебаний составил 22,5 ч.

Из приведенных данных следует, что фактический диапазон поддержания температуры при более точном математическом описании холодильной камеры увеличивается в 1,6 раза а период колебаний возрастает в 2,5 раза. Следовательно для приведенных исходных данных рассматривать камеру в упрощенном варианте не следует.

Вариант 2.

Т2 = 0,5 ч, а остальные данные аналогичны варианту 1. По данному варианту получили, что температура поддерживается в заданном диапазоне, а период колебаний составил 21,3 ч. Исследования в упрощенном объекте (Т = 101 ч) показало, что период колебаний получился равным 19 ч. Как видим, для варианта 2 апроксимация холодильной камеры апериодическим звеном первого порядка вполне допустима.

Вариант 3.

Поддержание рабочей температуры в камере происходит за счет работы электронагревателей при Т1 =100 ч ,Т2 =15ч, заданный диапазон 0,5 - 1 °С, установившаяся температура при ее росте 4 °С и установившаяся температура при ее снижении минус 5 °С. При этом были получены следующие результаты : фактический диапазон поддержания температуры составил 0,307 - 1,082 °С , а период колебаний 73 часа. График переходного процесса и протокол работы приведен в приложении.

Вариант 4.

Т2 =1.5 ч, а остальные данные аналогичны варианту 3. По данному варианту получили, что температура поддерживается в заданном диапазоне, а период колебаний составил 30,3 ч. Исследования в упрощенном объекте (Т = 103 ч ) показало, что период колебаний получился равным 29 ч. Как видим, для варианта апроксимация холодильной камеры апериодическим звеном первого порядка вполне допустима.

Как мы можем видеть из рассмотренного выше целесообразно производить апроксимацию холодильной камеры апереодическим звеном первого порядка только в тех случаях когда постоянная времени Т2 составляет не более чем 0,01...0,025 Т1 то есть ее влияние на качество переходного процесса - несущественно.

В случае, когда постоянная времени Т2 составляет 0,1Т2 то эта апроксимация приводит к значительным погрешностям при расчетах, что недопустимо в современной инженерной практике.

На основании вышеизложенного можно сделать следующий вывод: в современной инженерной практике при использовании средств вычислительной техники необходимо для повышения точности расчетов рассматривать промышленную холодильную камеру, как апериодическое звено второго порядка (при Т2 > 0,01...0,025 Т1 )

7. Выбор аппаратных средств

7.1 Средства контроля

АК-2 - Модули.

Базовый модуль - предназначен для управления центральной холодильной машиной

Модули расширения. В сложных системах могут потребоваться дополнительные входы или выходы, тогда к контроллеру могут быть присоединены модули расширения. Разъем на боковой стенке модуля подает напряжение питания и обеспечивает передачу данных между модулями.

Основная часть

Верхняя часть модуля контроллера содержит управляющие элементы. В этой части хранятся настройки и устанавливается сетевая карта.



Функции контроллеров



Технические характеристики



7.2 Вычислительные средства

Настройка контроллера и управление контроллером осуществляются через персональный или карманный компьютер при помощи программы “AK2-Service Tool”.

7.3 Регулирование холодопроизводительности компрессора

Одним из способов регулирования мощности компрессора может быть изменение скорости вращения его электродвигателя, выполняемое блоком регулирования скорости, например, преобразователем частоты типа AKD.

Цифровой выход (Вкл/Откл.) контроллера соединяется с контактным входом преобразователя частоты, а аналоговый выход (АО) контроллера с аналоговым входом преобразователя частоты.

Контактный сигнал будет включать и отключать преобразователь частоты, а аналоговый сигнал будет задавать скорость вращения электродвигателя.

Можно регулировать производительность только того компрессора, который определен под номером 1.

Каждый шаг производительности состоит из постоянной и переменной производительности. Постоянная определяется скоростью вращения электродвигателя при включении преобразователя частоты, а переменная производительность определяется изменением скорости вращения электродвигателя от минимального до максимального значения. Для улучшения качества регулирования переменная производительность должна быть больше, чем требуемая на данном этапе регулирования. Чем большие кратковременные тепловые нагрузки испытывает система, тем большая потребность возникает в изменении мощности компрессора за счет скорости вращения электродвигателя.

Преобразователь частоты включается при необходимости увеличения производительности компрессоров в соответствии с сигналом «Включить компрессор 1» (на цифровой выход контроллера подается сигнал на включение компрессора, а на аналоговый выход подается напряжение, соответствующее скорости вращения электродвигателя). Преобразователь частоты увеличивает скорость вращения электродвигателя до требуемого уровня.

Начнется новый шаг увеличения производительности компрессоров, величина которой будет определяться контроллером. Если требуемая мощность меньше мощности, развиваемой компрессором с минимальной скоростью вращения, ступень производительности выключится. Если требуемая производительность больше производительности, развиваемой компрессором с максимальной скоростью вращения, включается следующая ступень.

Задержки времени для включений и выключений

Чтобы защитить компрессор от воздействия частых повторных запусков могут быть введены две задержки времени.

- Минимальное время работы со времени запуска компрессора и до момента, когда его можно повторно запустить.

- Минимальное время работы компрессора до момента, когда его можно снова остановить.

При включении и выключении разгрузчиков задержки времени не используются.

Таймер

Рабочее время двигателя компрессора постоянно регистрируется.

Вы можете считать:

- Время работы за текущие 24 часа

- Время работы за предыдущие 24 часа

- Общее время работы с момента, когда таймер последний раз был выставлен на 0.

Счётчик включений

Число включений и выключений реле непрерывно регистрируется.

Здесь можно считать количество периодов включённого состояния:

- Число за текущие 24 часа

- Число за предыдущие 24 часа

- Общее количество с момента, когда таймер последний раз был выставлен на 0.

Впрыск жидкости в линию всасывания

Температура газа на линии нагнетания может быть уменьшена с помощью впрыска жидкости в линию всасывания.

Впрыск жидкости осуществляется терморегулирующим вентилем, соединенным с соленоидным клапаном, который управляется контроллером.

Регулирование может выполняться двумя способами:

1. Впрыск жидкости определяется перегревом газа на линии всасывания. Здесь необходимо задать два параметра: температуру начала впрыска и дифференциал, задающий окончание впрыска.

2. Впрыск жидкости определяется перегревом газа на линии всасывания (как в предыдущем случае) и температурой газа на линии нагнетания Sd. Здесь необходимо задать четыре параметра:

два, уже упомянутые выше, и два для температуры Sd - температуру начала впрыска и дифференциал, задающий окончание впрыска.

Впрыск жидкости в этом случае осуществляется, когда достигнуты обе температуры, и заканчивается, когда отработан дифференциал одной из этих температур.

7.4 Регулирование скорости вентиляторов

Когда используются аналоговые выходы, может регулироваться скорость вентиляторов, например, при помощи преобразователя частоты типа AKD.

Общее регулирование скорости

Напряжение аналогового выхода подано на регулирование скорости. Теперь все вентиляторы будут регулироваться от 0 до максимальной производительности. Если для преобразователя частоты требуется сигнал ON/OFF с тем, чтобы вентиляторы можно было остановить полностью, должен быть определён выход реле. Контроллер запускает преобразователь частоты, когда требование производительности соответствует установленной скорости запуска.

Контроллер останавливает преобразователь частоты, когда требование производительности становится ниже установленной минимальной скорости.

Регулирование скорости + регулирование ступенями

Контроллер запускает преобразователь частоты и первый вентилятор, когда требование производительности соответствует установленной скорости запуска.

Контроллер включает несколько вентиляторов постепенно по мере роста требования производительности, а затем адаптирует скорость к новой ситуации.

Контроллер выключает вентиляторы, когда требование производительности становится ниже установленной минимальной скорости.

В данной конфигурации выходами контроллера будут настройки «FanA1»/ «FanВ1», которые будут запускать и останавливать первую ступень.

Ограничение мощности установки в «ночном» режиме работы

Эта функция предназначена для уменьшения шума от работающих вентиляторов до минимума. Сначала контроллер управляет скоростью вращения вентиляторов, а затем контролирует мощность компрессоров на каждом этапе ее изменения. Этой функцией задается процент от максимальной мощности установки.

При включении защитных функций Sd max и Рс max данное ограничение игнорируется.

8. Разработка интерфейса пользователя

Настройка контроллера и управление контроллером осуществляются через персональный или карманный компьютер при помощи программы “AK2-Service Tool”.

Программа устанавливается на компьютер, а настройка входов/выходов и параметров регулирования выполняются через меню контроллера.

Меню

Меню контроллера - это динамическое меню, при котором настройки, сделанные в одном меню, распространяются на другие меню.

При настройке контроллера с небольшим количеством разъемов необходимо настраивать немного параметров.

При настройке контроллера с большим количеством разъемов необходимо настраивать большее количество параметров.

Вход в меню компрессора и конденсатора выполняется через основное меню.

Доступ к общим функциям: “time table” (таблица), “manual operation”

(ручное управление), “log function” (регистрация данных), “alarms” (аварийная сигнализация) и “service” (конфигурация) - можно осуществить через нижнюю строчку основного меню.

Сетевое соединение

Контроллер АК2 можно включать в общую сеть системы ADAPKOOL вместе с другими контроллерами. Дистанционное управление работой системы осуществляется с помощью программы АКМ.

Пользователи

Пользователь может выбрать и использовать в работе один из языков, которые входят в память контроллера. Все пользователи должны иметь свой уровень доступа, который дает право полного управления контроллером или ограничивает возможности пользователя только просмотром.

Светодиодная индикация

Контроль за сигналами, получаемыми и передаваемыми контроллером, осуществляется с помощью светодиодов.

Регистрация данных

Используя функцию «регистрация данных», можно прочитать результаты измерений, записанные в память контроллера. Эти данные можно распечатать на принтере или записать их в файл с последующим просмотром в программе Excel. При желании Вы можете на месте в реальном времени просмотреть тенденцию изменения любого параметра. Результаты измерений немедленно появятся на экране в меню контроллера.

Аварийная сигнализация

Дисплей дает возможность просмотреть все активные аварийные сигналы. Если Вы желаете подтвердить просмотр сигнала, Вы можете выделить его в поле подтверждения.

Если Вы желаете больше узнать о текущем аварийном сигнале, Вы можете щелкнуть на его значке и вывести всю информацию на экран.

Если Вы желаете узнать историю возникновения аварийной ситуации, соответствующую информацию можно получить о всех предыдущих аварийных сигналах.

Обнаружение неисправностей

Контроллер непрерывно отслеживает показания датчиков и прогнозирует аварийные ситуации. Возможность появления неисправности сопровождается аварийным сигналом: авария еще не произошла, но уже получено предупреждение о ее возможности.

В качестве примера можно привести процесс медленного загрязнения конденсатора: аварийный сигнал появляется при снижении производительности конденсатора. Хотя положение не так серьезно, но есть время провести техническое обслуживание установки.

9. Описание принципиальных схем