Устройство управления системой вентиляции и отопления
Предложенное техническое решение используется в технике вентиляции, в частности в системах автоматического управления и регулирования вентиляционных установок. Задачей, предлагаемого технического решения, снижение потребления тепловой и электрической энергии, плавное регулирование производительности вентиляционной установки, расширение функциональных возможностей, увеличение срока службы оборудования, обеспечение энергетической и экологической безопасности, снижение инертности объекта управления при работе системы вентиляции и отопления. Устройство управления системой вентиляции и отопления включающее вытяжной вентилятор с электродвигателем, клапан рециркуляционного воздуха с исполнительным механизмом, магнитный пускатель, выход которого соединен с электродвигателем вытяжного вентилятора, приточный вентилятор с электродвигателем, клапан приточного воздуха с исполнительным механизмом, магнитный пускатель, выход которого соединен с электродвигателем приточного вентилятора и исполнительным механизмом клапана приточного воздуха, клапан наружного воздуха с исполнительным механизмом, датчик температуры воздуха контролируемой воздушной среды, линию подачи теплоносителя водяного калорифера, у которого линия обратного теплоносителя содержит датчик температуры и исполнительным механизмом клапана, преобразователь частоты, клапан выбросного воздуха с исполнительным механизмом, датчик температуры приточного воздуха, воздушный фильтр с датчиком загрязненности, циркуляционный насос, включенный в линию подачи теплоносителя, датчик концентрации углекислого газа контролируемой воздушной среды, канальный датчик температуры приточного воздуха, электрический калорифер,
оснащенный датчиком перегрева и регулятором мощности, устройство сопряжения датчиков и исполнительных механизмов, свободно программируемый микроконтроллер, система диспетчеризации, датчик обрыва ремня приточного вентилятора, датчик обрыва ремня вытяжного вентилятора, исполнительный механизм клапана выбросного воздуха подключен к магнитному пускателю, выходы всех датчиков подключены к устройству сопряжения, которое имеет двустороннюю связь со свободно программируемым микроконтроллером, имеющим каналы для включения в систему диспетчеризации, устройство сопряжения имеет выходы, которые подключены к входам исполнительного механизма клапана рециркуляционного воздуха, циркуляционного насоса, регулятора мощности электрического калорифера, преобразователя частоты, выходы которого соединены с магнитными пускателями.
Предложенное техническое решение используется в технике вентиляции, в частности в системах автоматического управления и регулирования вентиляционных установок.
Известна система автоматического управления и регулирования для вентиляционных установок, содержащая вентилятор приточного воздуха, датчики температуры контролируемой воздушной среды и обратного теплоносителя калорифера, подключенные к регулятору температуры, бесконтактное логическое устройство, входы которого соединены с датчиком температуры воздуха после калорифера и выходами регулятора температуры, один из выходов бесконтактного логического устройства через магнитный пускатель подключен к электродвигателю вентилятора приточного воздуха и исполнительному механизму клапана наружного воздуха, а второй выход подключен к исполнительному механизму клапана обратного теплоносителя (а.с. 1739734 МПК6 F 24 F 11/08, 1990).
Недостатком аналога является то, что управление осуществляется только одним электродвигателем вентиляционной установки. На практике вентиляционные установки могут иметь в комплекте до четырех электродвигателей. Не обеспечивается возможность включения установки в систему диспетчеризации электроприводов. Отсутствует прогрев калорифера при пуске вентиляционной установки, что приводит к срабатыванию защиты калорифера от замерзания и не возможности запуска вентиляционной установки при низких отрицательных температурах наружного воздуха.
В качестве прототипа выбрана система автоматического управления и регулирования для вентиляционных установок, которая содержит
вентилятор приточного воздуха и вентилятор рециркуляционного воздуха, каждый со своим электродвигателем и магнитным пускателем, датчики температуры контролируемой воздушной среды и обратного теплоносителя калорифера, подключенные к регулятору температуры; бесконтактное логическое устройство, входы которого соединены с датчиком температуры воздуха после калорифера и выходами регулятора температуры, один из выходов через магнитный пускатель подключен к электродвигателю вентилятора приточного воздуха и исполнительному механизму клапана наружного воздуха, а второй выход подключен к исполнительному механизму клапана обратного теплоносителя; клапаны рециркуляционного и выбросного воздуха с исполнительными механизмами, блок дистанционного управления и таймер, при этом входы блока дистанционного управления подключены к пусковому устройству, выходы соединены через таймер с бесконтактным логическим устройством, третий выход которого подключен через магнитный пускатель к электродвигателю вентилятора рециркуляционного воздуха и исполнительным механизмам клапанов рециркуляционного и выбросного воздуха. Предлагаемая система позволяет управлять несколькими электродвигателями, обеспечивает возможность включения вентиляционной установки в систему диспетчеризации, предусматривает снижение пусковых токов, повышает надежность работы установки (а.с. №2098722, МПК6 F 24 F 11/08, 1997).
Недостатком прототипа является инертность системы и не высокие показатели энергосбережения, т.к. отсутствует плавное регулирование производительности вентиляционной установки и разделение на режимы работы с учетом потребности в тепловой энергии и приточном воздухе. Низкая экологическая безопасность объекта управления из-за того, что не используются в качестве параметров состояния среды датчики концентрации углекислого газа и не обеспечивается самодиагностика
внутренних систем устройства для проведения регламентных профилактических работ и сигнализации аварийных режимов.
Задачей, предлагаемого технического решения, снижение потребления тепловой и электрической энергии, плавное регулирование производительности вентиляционной установки, расширение функциональных возможностей, увеличение срока службы оборудования, обеспечение энергетической и экологической безопасности, снижение инертности объекта управления при работе устройства управления системой вентиляции и отопления.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройство управления системой вентиляции и отопления, включающую вытяжной вентилятор с электродвигателем, клапан рециркуляционного воздуха с исполнительным механизмом, магнитный пускатель, выход которого соединен с электродвигателем вытяжного вентилятора, приточный вентилятор с электродвигателем, клапан приточного воздуха с исполнительным механизмом, магнитный пускатель, выход которого соединен с электродвигателем приточного вентилятора и исполнительным механизмом клапана приточного воздуха, клапан наружного воздуха с исполнительным механизмом, датчик температуры воздуха контролируемой воздушной среды, линию подачи теплоносителя водяного калорифера, у которого линия обратного теплоносителя содержит датчик температуры и исполнительным механизмом клапана,
дополнительно введены преобразователь частоты, клапан выбросного воздуха с исполнительным механизмом, датчик температуры приточного воздуха, воздушный фильтр с датчиком загрязненности, циркуляционный насос, включенный в линию подачи теплоносителя, датчик концентрации углекислого газа контролируемой воздушной среды, канальный датчик температуры приточного воздуха, электрический калорифер, оснащенный датчиком перегрева и регулятором мощности, устройство
сопряжения датчиков и исполнительных механизмов, свободно программируемый микроконтроллер, система диспетчеризации, датчик обрыва ремня приточного вентилятора, датчик обрыва ремня вытяжного вентилятора, причем исполнительный механизм клапана выбросного воздуха подключен к магнитному пускателю, выходы всех датчиков подключены к устройству сопряжения, которое имеет двустороннюю связь со свободно программируемым микроконтроллером, имеющим каналы для включения в систему диспетчеризации, устройство сопряжения имеет выходы, которые подключены к входам исполнительного механизма клапана рециркуляционного воздуха, циркуляционного насоса, регулятора мощности электрического калорифера, преобразователя частоты, выходы которого соединены с магнитными пускателями.
Устройство сопряжения имеет выходы, которые подключены ко входам исполнительного механизма клапана рециркуляционного воздуха, циркуляционного насоса и регулятора мощности электрического калорифера.
Введение в устройство управления системой вентиляции и отопления преобразователя частоты, клапана рециркуляционного воздуха с исполнительным механизмом, датчика температуры наружного воздуха, воздушного фильтра с датчиком загрязненности фильтра, циркуляционного насоса, датчика концентрации углекислого газа контролируемой воздушной среды, канального датчика температуры приточного воздуха, электрического калорифера с датчиком перегрева и регулятором мощности, свободно программируемого микроконтроллера с устройством сопряжения датчиков и исполнительных механизмов позволяет обеспечить заданные условия контролируемой среды при снижении потребления тепловой и электрической энергии, плавное регулирование производительности вентиляционной установки, расширение функциональных возможностей, увеличение срока службы оборудования, обеспечить
энергетическую и экологическую безопасность, снижение инертности объекта управления при работе устройства управления системой вентиляции и отопления.
На фиг. представлена функциональная схема устройства управления системой вентиляции и отопления.
Устройство управления системой вентиляции и отопления включает в себя вытяжной вентилятор 1 с электродвигателем 2 и магнитным пускателем 3, выходы которого подключены к исполнительному механизму клапана выбросного воздуха 4 и электродвигателю 2, приточный вентилятор 5 с электродвигателем 6 и магнитным пускателем 7, выходы которого подключены к исполнительному механизму клапана приточного воздуха 8 и электродвигателю 6, преобразователь частоты 9, выходы которого соединены с магнитными пускателями 3 и 7, клапан наружного воздуха с исполнительным механизмом 10, клапан рециркуляционного воздуха с исполнительным механизмом 11, датчик температуры приточного воздуха 12, воздушный фильтр 13 с датчиком загрязненности воздушного фильтра 14, линию подачи теплоносителя 15 с циркуляционным насосом 16 для водяного калорифера 17 и линию обратного теплоносителя 18 с датчиком температуры теплоносителя 19 и исполнительным механизмом клапана на линии обратного теплоносителя 20, датчик концентрации углекислого газа 21 и датчик температуры воздуха 22 контролируемой воздушной среды, канальный датчик температуры приточного воздуха 23, датчик перегрева 24 электрического калорифера 25 и регулятор мощности электрического калорифера 26, устройство сопряжения 27 датчиков 12, 14, 19, 21, 22, 23, 24,, 30, 31 и исполнительных механизмов 9, 10, 11, 16, 20, 26, имеющее двустороннюю связь со свободно программируемым микроконтроллером 28, включенным в систему диспетчеризации 29, датчик обрыва ремня 30 приточного вентилятора 5, датчик обрыва ремня 31 вытяжного вентилятора 1.
Устройство управления системой вентиляции и отопления работает следующим образом.
В исходном состоянии клапан выбросного воздуха с исполнительным механизмом 4 и клапан приточного воздуха с исполнительным механизмом 8 нормально закрыты.
При поступлении сигнала с датчика температуры воздуха контролируемой воздушной среды 22 через устройство сопряжения датчиков и исполнительных механизмов 27 на свободно программируемый микроконтроллер 28, подается сигнал управления, согласно заложенному алгоритму, на исполнительный механизм 20 для открытия клапана линии обратного теплоносителя 18, циркуляционный насос 16 линии подачи теплоносителя 15 для прогрева водяного калорифера 17. После прогрева водяного калорифера на основании показаний датчика температуры теплоносителя 19, свободно программируемый микроконтроллер 28 передает сигнал управления на магнитный пускатель 7 и преобразователь частоты 9, который обеспечивает плавный пуск электродвигателя 6 приточного вентилятора 5 с одновременным открытием клапана приточного воздуха посредством исполнительного механизма 8.
Порог срабатывания датчика температуры воздуха контролируемой воздушной среды 22 можно изменять, согласно внутреннему таймеру, заложенному в свободно программируемый контроллер 28. Например, поддерживать "дежурный режим" отопления при температуре +5°С в выходные и ночное время суток и "номинальный режим" отопления +18°С при наличии в здании людей.
При "номинальном режиме" работы обеспечивается температура воздуха в контролируемом помещении +18...+20°С. Открыты клапан наружного воздуха с исполнительным механизмом 10 и клапан приточного воздуха с исполнительным механизмом 8, клапан выбросного воздуха
с исполнительным механизмом 4 и клапан рециркуляционного воздуха с исполнительным механизмом 11 закрыты.
Приточный воздух проходит через воздушный фильтр 13, подогревается водяным калорифером 17 и нагнетается приточным вентилятором 5 в помещение. При необходимости, приточный воздух догревается электрическим калорифером 26 до температуры +50°С.
Поддержание заданной температуры воздуха в контролируемом помещении обеспечивается непродолжительным включением установки с плавным регулированием тепловой мощности и производительности.
Свободно программируемый контроллер 28 использует для поддержания температуры контролируемой среды датчик температуры приточного воздуха 12, циркуляционный насос 16, водяной калорифер 17, исполнительный механизм клапана на линии обратного теплоносителя 20, вентилятор приточного воздуха 5 с электродвигателем 6, датчик температуры воздуха контролируемой воздушной среды 22, канальный датчик температуры приточного воздуха 23, электрический калорифер 25, регулятор мощности электрического калорифера 26, преобразователь частоты 9.
Во время "дежурного режима" работы поддерживается температура воздуха в контролируемом помещении +5...+10°С. Открыты клапан рециркуляционного воздуха с исполнительным механизмом 11 и клапан приточного воздуха с исполнительным механизмом 8, клапан выбросного воздуха с исполнительным механизмом 4 и клапан наружного воздуха с исполнительным механизмом 10 закрыты.
Приточный воздух проходит через воздушный фильтр 13, подогревается водяным калорифером 17 и нагнетается приточным вентилятором 5 в помещение.
Свободно программируемый контроллер 28 использует для поддержания температуры контролируемой среды датчик температуры приточного
воздуха 12, циркуляционный насос 16, водяной калорифер 17, исполнительный механизм клапана на линии обратного теплоносителя 20, вентилятор приточного воздуха 5 с электродвигателем 6, датчик температуры воздуха контролируемой воздушной среды 22, канальный датчик температуры приточного воздуха 23, преобразователь частоты 9.
При превышении предельно допустимой концентрации углекислого газа срабатывает датчик концентрации углекислого газа 21, передающий сигнал через устройство сопряжения датчиков и исполнительных механизмов 27 на свободно программируемый микроконтроллер 28, который инициирует сигнал управления на магнитный пускатель 3 и преобразователь частоты 9, который обеспечивает плавный пуск электродвигателя 2 вытяжного вентилятора 1 с одновременным открытием клапана выбросного воздуха посредством исполнительного механизма 4.
При переходе от "дежурного режима" к "номинальному режиму" задействуется "режим натопа", при котором установка работает с максимальной производительностью и максимальной мощностью. "Режим натопа" предназначен для снижения инертности объекта управления и потребления тепловой и электрической энергии.
Предотвращение размораживания водяного калорифера 17 осуществляется за счет предварительного прогрева водяного калорифера перед запуском установки и за счет плавного регулирования производительности вентиляционной установки.
В случае снижения давления в тепловой сети задействуется циркуляционный насос 16. При отключении установки от теплоцентрали возможно поддержание требуемых параметров контролируемой среды за счет использования тепловой энергии от электрического калорифера 25.
Устройство управления системой вентиляции и отопления также может работать в условиях подачи теплоносителя с низкой температурой за счет использования электрического калорифера.
При поступлении сигнала с датчика перегрева 24 электрического калорифера осуществляется одновременное регулирование мощности электрического калорифера 25 регулятором мощности электрического калорифера 26 и производительности вентилятора посредством преобразователя частоты 9.
Обрыв ремня на вентиляторах 1 и 5 фиксируется датчиками обрыва ремня 31 и 30 соответственно и приводит к остановке электродвигателей 2 и 6 соответственно, предотвращая напрасный расход электроэнергии, и сигнализации аварии.
Воздушный фильтр 14 с датчиком загрязненности 13, включены в устройство для того, чтобы обеспечить требуемое качество очистки воздуха, а также, предотвратить работу вентилятора в режиме перегрузок при загрязнении воздушного фильтра.
Все процессы запуска установки, переключение режимов работы, аварийные ситуации протоколируются в журнале регистрации событий для последующего анализа и передаются на пост диспетчера.
На основании журнала событий свободно программируемый микроконтроллер формирует рекомендации для проведения профилактических мероприятий.
Предлагаемое техническое решение предполагается испытать на вновь устанавливаемой приточно-вытяжной установке и получить экономию тепловой энергии 20%, электрической энергии 30%, увеличение срока службы оборудования на 27%, за счет предупреждения аварийных режимов, обеспечение заданных требований комфортности.
Устройство управления системой вентиляции и отопления, включающее вытяжной вентилятор с электродвигателем, клапан рециркуляционного воздуха с исполнительным механизмом, магнитный пускатель, выход которого соединен с электродвигателем вытяжного вентилятора, приточный вентилятор с электродвигателем, клапан приточного воздуха с исполнительным механизмом, магнитный пускатель, выход которого соединен с электродвигателем приточного вентилятора и исполнительным механизмом клапана приточного воздуха, клапан наружного воздуха с исполнительным механизмом, датчик температуры воздуха контролируемой воздушной среды, линию подачи теплоносителя водяного калорифера, у которого линия обратного теплоносителя содержит датчик температуры, с исполнительным механизмом клапана, отличающееся тем, что дополнительно введены преобразователь частоты, клапан выбросного воздуха с исполнительным механизмом, датчик температуры приточного воздуха, воздушный фильтр с датчиком загрязненности, циркуляционный насос, включенный в линию подачи теплоносителя, датчик концентрации углекислого газа контролируемой воздушной среды, канальный датчик температуры приточного воздуха, электрический калорифер, оснащенный датчиком перегрева и регулятором мощности, устройство сопряжения датчиков и исполнительных механизмов, свободно программируемый микроконтроллер, система диспетчеризации, датчик обрыва ремня приточного вентилятора, датчик обрыва ремня вытяжного вентилятора, причем исполнительный механизм клапана выбросного воздуха подключен к магнитному пускателю, выходы всех датчиков подключены к устройству сопряжения, которое имеет двустороннюю связь со свободно программируемым микроконтроллером, имеющим каналы для включения в систему диспетчеризации, устройство сопряжения имеет выходы, которые подключены к входам исполнительного механизма клапана рециркуляционного воздуха, циркуляционного насоса, регулятора мощности электрического калорифера, преобразователя частоты, выходы которого соединены с магнитными пускателями.
