СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ВОЗДУХА В ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЕ Российский патент 2024 года по МПК G05B19/00 F24F11/00 

Предлагаемое изобретение относится к управлению расходом воздуха в системах вентиляции c двумя и более зонами подвода (отвода) воздуха.

Известно устройство адаптивного автоматизированного управления системой отопления, вентиляции и кондиционирования, содержащее по меньшей мере один процессор, или программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), или интегральную схему специального назначения (ИССН); и по меньшей мере один модуль памяти, соединенный с процессором, или ПЛИС, или ИССН, который содержит машиночитаемые инструкции, которые при их выполнении процессором ПЛИС или ИССН обеспечивают выполнение способа (патент №2784191, G05B 19/00, опубл. 23.11.2022 Бюл. № 33).

Недостаток заключается в том, что регулируются только качественные параметры - температура, влажность.

Известна система вентиляции с автоматической балансировкой потока, полученная на основе нейронной сети и методы использования, содержащая: вентиляционное устройство, выполненное с возможностью создания воздушного потока и включающее: первый узел нагнетателя, включающий двигатель нагнетателя и схему управления, причем указанная схема управления запрограммирована с помощью первого математического уравнения; при этом первое математическое уравнение определяет расчетный расход воздуха нагнетателя для первого узла нагнетателя на основании по меньшей мере: (i) параметров воздушного канала двигателя нагнетателя, которые получены с помощью нейронной сети, (ii) скорости двигателя нагнетателя, и (iii) ток электродвигателя вентилятора; при этом воздушный поток вентиляционного устройства установлен на заданное значение расхода воздуха, расчетный расход нагнетательного воздуха находится в пределах 5% от указанного заданного значения воздушного потока. (патент № US 11703247 B2, F24F 11/0001, опубл. 13.10.2021 г.).

Недостаток заключается в том, что осуществляется только балансировка потоков приточной и вытяжной системам, но не обеспечивается распределение воздуха в помещениях.

Задача предлагаемого изобретения заключается в поддержании требуемого расхода воздуха в помещениях с помощью плавно управляемых воздушных клапанов, компенсируя их влияние друг на друга.

Технический результат - создание возможности вычисления положения заслонок клапанов для поддержания требуемого расхода воздуха с учетом взаимного влияния клапанов друг на друга.

Указанный технический результат достигается системой для управления расходом воздуха в вентиляционной системе, включающей вентиляционную установку с подключенными к ней воздуховодами, на которых расположены клапаны, выполненные с заслонками, на валах которых размещены приводы, причем система дополнительно оснащена системой управления, включающей контроллер с подключенными к нему датчиком давления, датчиком скорости воздуха, приводами клапанов и частотным приводом, датчик давления и датчик скорости воздуха установлены на общем участке воздуховода и выполнены с возможностью измерения суммарного давления и суммарного расхода в системе, и передачи данных в контроллер, частотный привод выполнен с возможностью изменения производительности вентиляционной установки путем изменения оборотов вентилятора вентиляционной установки, при этом контроллер выполнен с возможностью задания значений оборотов вентиляционной установки и управления положением заслонок клапанов, записи и преобразования измеренных значений давления и скорости воздуха в набор данных, а также с возможностью исполнения обученной нейросети.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана схема вентиляционной установки, на фиг. 2 - пример математической модели в виде блока.

Система вентиляции состоит из вентиляционной установки 1, воздуховодов (веток) 2, подключенных к вентиляционной установке 1, управляемых клапанов 3, установленных на каждый воздуховод 2 и системы управления, которая представляет собой электронный контроллер 4, который обычно монтируется рядом с вентиляционной установкой 1. Изобретение применимо для, по меньшей мере, двух клапанов 3 на систему (двух приточных и двух вытяжных). Контроллер 4 является автономным вычислителем.

Клапаны 3 выполнены с заслонками и плавно управляемыми приводами, которые являются исполнительными устройствами для контроллера 4. Контроллер 4 снабжен выходами (разъемами) для подключения приводов клапанов 3, датчиков давления 5 и скорости воздуха 6, частотного привода 7.

Приводы клапанов 3 установлены на валы заслонок и управляются при помощи плавно изменяемого сигнала по кабелю от соответствующих выходов контроллера 4. Система управления также включает датчик давления 5 и датчик скорости воздуха 6, которые установлены на общем участке воздуховода 2 (фиг. 1) и подключаются ко входам контроллера 4 с помощью проводов. Датчики давления 5 и скорости воздуха 6 измеряют суммарное давление и суммарный расход в системе, и транслируют данные в контроллер 4. Для изменения производительности вентиляционной установки 1 применяется частотный привод 7, изменяющий обороты вентиляционной установки 1. Частотный привод 7 является исполнительным устройством и управляется контроллером 4 при помощи плавно изменяемого сигнала по кабелю от соответствующего выхода контроллера 4.

Устройство работает следующим образом.

В частном случае применено три клапана 3 (на фиг. 1 и в таблице 1).

Два и более помещения обслуживаются одной приточной (приточно-вытяжной или/и вытяжной) вентиляционной установкой 1 (фиг. 1). К каждому помещению подходит свой воздуховод 2. Требуемый расход воздуха для каждого помещения задается индивидуально управляемыми клапанами 3.

При запросе какого-либо значения расхода в одном из помещений контроллер 4 подает команду на изменение положения заслонки соответствующего клапана 3. При этом изменяется давление воздуха (также подходит для любого газа) в системе вентиляции, что приведет к изменению расхода воздуха в других помещениях.

Задача состоит в том, чтобы вычислить, в какое положение выставить заслонки остальных клапанов 3 при изменении положения одного. Расход воздуха во всех помещениях, при этом, должен быть равен требуемым значениям.

Принцип работы системы заключается в создании математических моделей воздуховодов 2 для каждого помещения, затем по этим моделям вычисляют положения клапанов 3 в соответствии с запросами расхода воздуха для выбранного значения давления в воздуховоде 2. Контроллер 4 выставляет заслонки в заданные положения и далее поддерживает суммарный расход воздуха в системе вентиляции изменением числа оборотов вентиляционной установки 1 с помощью частотного привода 7.

Математические модели создают с использованием нейросетей методом глубокого обучения. Набор данных (датасет) для обучения формируют путем измерений и записи значений датчиков давления 5 и датчика скорости воздуха 6 при значениях положений заслонок клапанов 3 и оборотов вентиляционной установки 1, изменяемых с заданным шагом. Этот процесс называется калибровкой. Сбор этих данных и исполнение обученной нейросети производится контроллером 4. Обучение нейросети осуществляют на произвольном вычислительном устройстве (можно внешнем).

Если вентиляционная система состоит из приточной и вытяжной подсистем, то калибровка выполняется для каждой подсистемы отдельно.

Пример практического применения системы.

1. После завершения пуско-наладочных работ вентиляционной системы запускают процесс калибровки. В процессе калибровки контроллер 4 задает значения оборотов вентиляционной установки 1 и положения заслонок клапанов 3 в соответствии с таблицей 1 сбора данных для обучения. Записывает измеренные значения давления на датчике давления 5 и скорости воздуха на датчик скорости воздуха 6 в соответствующие ячейки.

2. Полученный массив данных нормализуется (можно автоматически), то есть преобразуется в набор данных, пригодных для машинного обучения (датасет).

3. При помощи нейросети и алгоритмов машинного обучения создают математическая модель вентиляционной системы, которая затем исполняется на контроллере 4. На вход этой математической модели подаются значения требуемых расходов для каждой ветки воздуховода 2 (например, через меню интерфейса оператора), а на выход, после вычислений, значения положений заслонок всех клапанов 3.

Также с помощью обычной (тривиальной) математики вычисляют значение суммарной скорости воздуха в общем воздуховоде 2 в качестве уставки регулятора (регулирование - тривиально). Поддержание этого параметра производится при помощи изменения числа оборотов вентиляционной установки 1. Скорость воздуха в общем воздуховоде:

V=L/S где: V, м/с,

где L, м³/с, - общий расход, S - площадь сечения воздуховода, где производятся измерения.

Сумма расходов во всех ветках, это заданные значения:

L=L1+L2+...Ln

Для круглых воздуховодов площадь сечения:

S=3.14*(d/4)^2

Для прямоугольных воздуховодов:

S=a*b,

где a, b - длина сторон воздуховода.

Таблица 1

Давление, Па Обороты вентилятора, % Скорость воздуха, м/с Клапан 1, % Клапан 2, % 32,021492 30 0,801364303 0 60 31,9909973 30 0,802142859 0 60 32,0303688 30 0,806867957 0 60 30,1054344 30 0,895569742 0 70 30,1372852 30 0,890098214 0 70 30,1861401 30 0,888304472 0 70 28,7539063 30 0,928853512 0 80 28,7925529 30 0,930141807 0 80 28,7701092 30 0,929570615 0 80 28,1591587 30 0,949210823 0 90 28,1467495 30 0,950556338 0 90 28,1249809 30 0,953440249 0 90 27,5037289 30 0,96860683 0 100 27,5385685 30 0,982319355 0 100 27,5415726 30 0,982895792 0 100 55,1974754 40 0,931840718 0 60 55,2241554 40 0,924098134 0 60 55,1138382 40 0,929455876 0 60 51,5925217 40 1,20000124 0 70 51,6661873 40 1,19355154 0 70 51,5735626 40 1,173421621 0 70 48,9390526 40 1,403184056 0 80 48,827179 40 1,372105718 0 80 48,7830315 40 1,363366365 0 80 47,5610275 40 1,443031073 0 90 47,5100021 40 1,447849274 0 90 47,4874077 40 1,453796387 0 90 46,3267746 40 1,529227734 0 100 46,4429817 40 1,526623845 0 100 46,3832893 40 1,525861144 0 100 87,0757523 50 0,881733418 0 50 87,0965195 50 0,878539085 0 50 86,8442154 50 0,88815105 0 50 83,2176437 50 1,239338994 0 60 83,2903214 50 1,237315893 0 60 83,2835388 50 1,239676476 0 60 77,3790817 50 1,630568027 0 70 77,2616348 50 1,64584744 0 70 77,3193588 50 1,62308228 0 70 73,0262527 50 1,804817557 0 80 73,0562668 50 1,819887161 0 80 73,1405945 50 1,801439881 0 80 71,090065 50 1,919244885 0 90 71,0761032 50 1,927206993 0 90 71,1698685 50 1,92818141 0 90 69,1489334 50 1,976331472 0 100 69,216507 50 1,978762507 0 100 69,5248718 50 1,97750628 0 100 121,131874 60 0,962770522 0 50 120,93631 60 0,958535373 0 50 120,965378 60 0,954868972 0 50 114,817085 60 1,561735868 0 60 114,811813 60 1,567198992 0 60 114,592812 60 1,571608305 0 60 106,491837 60 1,948732853 0 70 106,633461 60 1,93535912 0 70 106,858047 60 1,920237303 0 70 100,248528 60 2,189945698 0 80 100,038467 60 2,18680501 0 80 100,044922 60 2,158856392 0 80 97,5250931 60 2,24917078 0 90 97,6043243 60 2,257422209 0 90 97,5719223 60 2,251915693 0 90 94,739975 60 2,355391741 0 100 94,7644196 60 2,335970402 0 100 94,8998566 60 2,339497805 0 100 159,521561 70 1,212453961 0 50 159,348557 70 1,206796527 0 50 159,296082 70 1,18160665 0 50 150,886795 70 1,859415054 0 60 151,126648 70 1,829876542 0 60 151,211746 70 1,841448426 0 60 139,484802 70 2,245028257 0 70 139,110413 70 2,244051695 0 70 139,224045 70 2,234434128 0 70 130,995132 70 2,503054142 0 80 130,962158 70 2,487721205 0 80 130,950272 70 2,463514566 0 80 127,383072 70 2,606855869 0 90 127,240265 70 2,599043608 0 90 126,961197 70 2,594602585 0 90 123,745575 70 2,655694246 0 100 123,739113 70 2,671395063 0 100 123,546066 70 2,654524803 0 100 201,116653 80 1,428262353 0 50 201,048645 80 1,435248017 0 50 201,308487 80 1,457440615 0 50 189,696793 80 2,092527628 0 60 189,982971 80 2,103091955 0 60 189,926605 80 2,109466314 0 60 173,978195 80 2,564157963 0 70 174,604767 80 2,539330959 0 70 174,34465 80 2,545967579 0 70 163,830856 80 2,763281822 0 80 163,49324 80 2,766672134 0 80 163,406906 80 2,761323929 0 80 158,792969 80 2,815404415 0 90 158,594345 80 2,814999342 0 90 158,696732 80 2,838051081 0 90 153,911819 80 2,919798136 0 100 154,003876 80 2,922875643 0 100 154,068695 80 2,920133352 0 100 247,510956 90 0,849696279 0 40 247,613846 90 0,878751934 0 40 247,597321 90 0,882498801 0 40 231,973969 90 1,579511523 0 50 232,170731 90 1,610855341 0 50 232,226944 90 1,594383001 0 50 217,103256 90 2,248678207 0 60 217,191376 90 2,23017478 0 60 217,161469 90 2,221483469 0 60 197,269424 90 2,633496761 0 70 197,050003 90 2,656846762 0 70 197,043091 90 2,64496541 0 70 183,750305 90 2,869786024 0 80 183,76062 90 2,869808674 0 80 183,694794 90 2,884843111 0 80 177,770645 90 3,010561466 0 90 177,606064 90 3,029883385 0 90 177,556854 90 3,005728483 0 90 172,261444 90 3,08084774 0 100 172,140106 90 3,082363129 0 100 172,105896 90 3,096002102 0 100 14,6432638 20 0,820402443 90 0 14,6318331 20 0,817455232 90 0 14,6159811 20 0,81761688 90 0 14,3356514 20 0,826563776 100 0 14,3303375 20 0,82622081 100 0 14,3643064 20 0,826195121 100 0 31,1877937 30 0,895364821 70 0 31,1231747 30 0,895150363 70 0 31,0756493 30 0,89515847 70 0 28,869112 30 0,964896381 80 0 28,9108696 30 0,965579391 80 0 28,861372 30 0,966908991 80 0 27,33535 30 1,135754347 90 0 27,3422318 30 1,132788658 90 0 27,3743649 30 1,131567717 90 0 26,703928 30 1,178482175 100 0 26,6554432 30 1,172746539 100 0 26,6792259 30 1,164543986 100 0 56,2330742 40 0,916720212 60 0 56,2211609 40 0,913059771 60 0 56,336319 40 0,904079795 60 0 51,9277573 40 1,20442462 70 0 51,971199 40 1,223687053 70 0 51,8607903 40 1,215461373 70 0 47,5482979 40 1,538614392 80 0 47,4953003 40 1,510887265 80 0 47,4759865 40 1,540492296 80 0 44,5769577 40 1,699773073 90 0 44,7063789 40 1,703214288 90 0 44,6868744 40 1,693223476 90 0 43,4212341 40 1,726988077 100 0 43,3809814 40 1,7343328 100 0 43,5086441 40 1,745805025 100 0 88,4276276 50 0,872680545 50 0 88,5152359 50 0,881528139 50 0 88,4890976 50 0,882170439 50 0 84,6989365 50 1,171316743 60 0 84,528511 50 1,194229364 60 0 84,4642258 50 1,207033992 60 0 77,4408646 50 1,658443809 70 0 77,3431473 50 1,672185302 70 0 77,4125595 50 1,671046257 70 0 70,4819717 50 1,982787848 80 0 70,5541153 50 2,003293991 80 0 70,4918671 50 1,975644588 80 0 65,9613266 50 2,12827158 90 0 65,9400024 50 2,120658159 90 0 66,0000458 50 2,125747681 90 0 64,1053696 50 2,20607996 100 0 64,0420532 50 2,173357725 100 0 64,172966 50 2,201604605 100 0 122,20285 60 0,960172653 50 0 122,198784 60 0,949143171 50 0 121,989662 60 0,952991307 50 0 116,656013 60 1,491002083 60 0 116,515373 60 1,474761963 60 0 116,55761 60 1,48929143 60 0 106,212852 60 1,99250567 70 0 106,220139 60 1,98268652 70 0 106,234825 60 1,984359741 70 0 96,2129898 60 2,364656925 80 0 96,2985077 60 2,334238291 80 0 96,127243 60 2,358589649 80 0 89,9047012 60 2,496496916 90 0 89,7948837 60 2,506141424 90 0 89,7225876 60 2,514578581 90 0 87,116394 60 2,55952096 100 0 87,1403122 60 2,568183661 100 0 87,0788345 60 2,563396215 100 0 161,041672 70 1,170971394 50 0 161,847748 70 1,178864121 50 0 161,890335 70 1,18243432 50 0 153,216248 70 1,796708226 60 0 153,125397 70 1,804194689 60 0 152,779831 70 1,809447289 60 0 138,32283 70 2,28284359 70 0 138,443237 70 2,284462214 70 0 138,280365 70 2,293297291 70 0 124,67926 70 2,65263629 80 0 125,035339 70 2,663871527 80 0 124,983902 70 2,670674324 80 0 116,337303 70 2,833086252 90 0 116,529114 70 2,820836782 90 0 116,721352 70 2,800040722 90 0 112,832291 70 2,881407499 100 0 112,55571 70 2,864117146 100 0 112,8424 70 2,87452054 100 0 213,706223 80 0,80809772 40 0 213,773926 80 0,810507774 40 0 213,854477 80 0,776486397 40 0 202,57048 80 1,405983448 50 0 202,783752 80 1,4107728 50 0 202,898254 80 1,421613574 50 0 191,363007 80 2,058614731 60 0 192,306412 80 2,05453229 60 0 192,085114 80 2,042068958 60 0 172,752609 80 2,563177824 70 0 172,825546 80 2,556633234 70 0 173,078461 80 2,581934214 70 0 155,672318 80 2,915281057 80 0 155,836472 80 2,924479008 80 0 155,824142 80 2,921263456 80 0 144,510406 80 3,142575026 90 0 144,566574 80 3,156885862 90 0 144,708984 80 3,167290926 90 0 139,932648 80 3,240892887 100 0 140,01619 80 3,283350706 100 0 140,151138 80 3,262577057 100 0 248,379272 90 0,856269121 40 0 248,485703 90 0,844780684 40 0 248,668182 90 0,823384762 40 0 233,56073 90 1,552025437 50 0 233,517319 90 1,590499878 50 0 233,037643 90 1,572478652 50 0 218,471405 90 2,169739962 60 0 219,280121 90 2,192789078 60 0 219,222244 90 2,158912182 60 0 195,128357 90 2,71325922 70 0 194,966095 90 2,712989807 70 0 194,465652 90 2,694149971 70 0 173,879074 90 3,100365162 80 0 173,924057 90 3,082586288 80 0 173,913605 90 3,112382889 80 0 160,651962 90 3,326888323 90 0 160,607697 90 3,340391397 90 0 160,650101 90 3,338522673 90 0 155,288589 90 3,445615292 100 0 154,972687 90 3,439971924 100 0

Предлагаемое изобретение относится к управлению расходом воздуха в системах вентиляции c двумя и более зонами подвода (отвода) воздуха. Система для управления расходом воздуха в вентиляционной системе включает вентиляционную установку с подключенными к ней воздуховодами, на которых расположены клапаны, выполненные с заслонками, на валах которых размещены приводы, причем система дополнительно оснащена системой управления, включающей контроллер с подключенными к нему датчиком давления, датчиком скорости воздуха, приводами клапанов и частотным приводом, датчик давления и датчик скорости воздуха установлены на общем участке воздуховода и выполнены с возможностью измерения суммарного давления и суммарного расхода в системе, и передачи данных в контроллер, частотный привод выполнен с возможностью изменения производительности вентиляционной установки путем изменения оборотов вентилятора вентиляционной установки, при этом контроллер выполнен с возможностью задания значений оборотов вентиляционной установки и управления положением заслонок клапанов, записи и преобразования измеренных значений давления и скорости воздуха в набор данных, а также с возможностью исполнения обученной нейросети. Технический результат - создание возможности вычисления положения заслонок клапанов для поддержания требуемого расхода воздуха с учетом взаимного влияния клапанов друг на друга. 2 ил.

Система для управления расходом воздуха в вентиляционной системе, включающая

вентиляционную установку с подключенными к ней воздуховодами,

на которых расположены клапаны, выполненные с заслонками, на валах которых размещены приводы,

причем система дополнительно оснащена системой управления, включающей контроллер с подключенными к нему датчиком давления, датчиком скорости воздуха, приводами клапанов и частотным приводом,

датчик давления и датчик скорости воздуха установлены на общем участке воздуховода и выполнены с возможностью измерения суммарного давления и суммарного расхода в системе, и передачи данных в контроллер,

частотный привод выполнен с возможностью изменения производительности вентиляционной установки путем изменения оборотов вентилятора вентиляционной установки,

при этом контроллер выполнен с возможностью задания значений оборотов вентиляционной установки и управления положением заслонок клапанов, записи и преобразования измеренных значений давления и скорости воздуха в набор данных, а также с возможностью исполнения обученной нейросети.