Способ автоматического управления системой теплоснабжения тепличного комбината и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК A01G9/24 F24D19/10 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и строительству, к области теплоснабжения различных объектов, в частности теплиц тепличного комбината.

Целью изобретения является оптимиза- ция температурного режима теплиц тепличного комбината.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - графическая зависимость величины выходного сигнала блока вычитания от значения гидравлического сопротивления тепловой сети и потребителей (теплиц тепличного комбината); на фиг. 3 - схема соединений элементов и блоков устройства.

Способ автоматического управления системой теплоснабжения тепличного комбината предусматривает определение величины разностного сигнала между перепадом давления воды в подающем и отводящем магистральных трубопроводах и расходом теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе, когда угзлы регулирования, например плунжеры всех регулирующих клапанов, в теплицах теплич- ного комбината находятся в среднем положении. При увеличении (уменьшении) температуры воздуха в теплицах комбината против заданных значений с помощью регуляторов температуры воздуха в теплицах будет уменьшаться (увеличиваться) расход теплоносителя. Следовательно, при определенном перепаде давления теплоносителя между подающим и отводящим магистральными трубопроводами расход теплоносителя в них косвенно будет характеризовать степень открытия плунжеров регулирующих клапанов систем теплопотребления объектов, которая характеризует требуемую из условий теплопотерь теплиц тепловую мощность их систем теплопотребления. Таким образом, тенденция к увеличению (уменьшению) расхода теплоносителя в магистральных трубопроводах против расхода при среднем положении плунжеров регулирующих клапанов и при заданном перепаде давления между подающим и отводящим магистральными трубопроводами говорит о необходимости заранее увеличить (уменьшить) температуру теплофикационной воды в подающем магистральном трубопроводе. Это не только не позволит плунжерам регулирующих клапанов систем теплопотребления объектов выйти за диапазон рабочего хода, но и вернет их в среднее положение. Для исключения резонансных явлений в теплоснабжении скорость корректировки этой температуры следует ограничить, исходя из динамических характеристик систем обогрева теплиц тепличного комбината и магистральных трубопроводов.

Таким образом, температура теплофикационной воды изменяется не только в зависимости от изменений метеофакторов, но корректируется и в зависимости от величины разности расхода теплоносителя в маги- стральных трубопроводах и перепада давления воды между магистральными трубопроводами, которое косвенно характеризует действительное значение теплопотерь

теплиц (указанное соотношение и является сигналом обратной связи). При этом плун жеры регулирующих клапанов всегда будут находиться в пределах середины диапазона рабочего хода, что позволяет качественно функционировать регуляторам температуры воздуха в теплицах, а следовательно, оптимизировать температурный режим теплиц тепличного комбината.

Устройство автоматического управления системой теплоснабжения тепличного комбината содержит источник 1 теплоты, сообщенный посредством подающего 2 и отводящего 3 магистральных трубопроводов с системами 4 теплопотребления объек- тов, например теплиц 5 тепличного комбината, которые оборудованы узлами регулирования, в частности дросселирую щими клапанами 6 или трехходовыми смесительными клапанами 7 с подмешивающими насосами 8, регулятор 9 температуры теплоносителя в подающем 2 магистральном трубопроводе с подключенными к нему выходами датчиков 10 метеофакторов и датчиков 11 температуры теплоносителя в подающем 2 магистральном трубопроводе, при этом выходы регуляторов 12 температуры воздуха в теплицах 5 подключены к управляющим или входам дросселирующего или трехходового смесительного клапана, а входы регуляторов 12 связаны с выходами датчиков 13 температуры воздуха в теплицах 5 Причем датчик 14 перепада давления между подающим 2 и отводящим 3 магистральными трубопроводами и датчик 15 расхода, установленный на подающем 2 магистральном трубопроводе, подключены к входам блока 16 вычитания, выход которого связан с входом инфраниз- кочастотного фильтра 17, а выход по ледне- го подключен к входу регулятора 9 температуры теплоносителя в подающем 2 магистральном трубопроводе

Устройстго работает следующим образом.

Регулятор 9 на основании сигнала от датчика 10 метеофакторов и сигнала обратной связи от датчика 11 температуры поддерживает определенную температуру теплоносителя в подающем 2 магистральном трубопроводе. Регуляторы 12, на основе сигналов от датчиков 13 поддерживают заданную температуру воздуха в теплицах 5 или путем дросселирования воды в системах 4 теплопотребяения с помощью регулирующего клапана 6, или путем изменения температуры воды в системах 4 теплопотребления с помощью трехходового смесительного клапана 7. При изменении метеофакторов регулятор 9 соответствующим образом изменяет температуру теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе 2, а следовательно, температуру теплоносителя в системах 4 теплопотребления теплиц 5, что компенсирует изменение теплопотерь последних. Регуляторы 12 при этс-м корректируют мощность систем 4 теплопотребления теплиц 5, поскольку из-за нестационарности теплиц 5 как объектов уп0 равления регулятор 9 не может точно скомпенсировать действия метеофакторов. В результате работы регуляторов 12 плунжеры клапанов 6 и 7 перемещаются в соответ- ствиющую сторону. При этом изменяется

5 расход теплоносителя в магистральных трубопроводах, а значит и величина сигнала датчика 15 расхода Нарушение соотношения между сигналами от датчиков 14 и 15 вызывает появление сигнала на выходе бло0 ка 16 вычитания Фильтр 17 выделяет из этого сигнала инфронизкочастотную составляющую (фильтр 17 ограничивает скорость изменения сигнала до уровня, определяемого быстродействием регутято5 ра 12) и подает сигнал на вход регулятора 9, который в соответствующую сторону изменяет температуру теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе 2 В результате этого начнет изменяться темпе0 ратура воздуха в теплицах 5 тепличного комбината против заданной, и регуляторы 12, компенсируя эти изменения, переместят плунжеры клапанов 6 и 7 в сторону среднего положения, а следовательно, вернут их к

5 исходному состоянию. В результате, исполнительные элементы всех узлов регулирования, в частности плунжеры всех клапанов, вновь окажутся в середине рабочего хода (при новом значении температуры теплоно0 сителя в подающем магистральном трубопроводе 2), а следовательно, исчезнет сигнал на выходе блока 16 вычитания.

Регулирующими (входными) параметрами в устройстве являются перепад давления

5 между магистральными трубопроводами Д Р и расход теплоносителя в них G. Регулируемым параметром является температура теплоносителя в подающем 2 магистральном трубопроводе вп . Эта температура оп0 ределяется соотношением между А Р и G. исходя из следующего.

Выходной сигнал Квых блока 16 вычитания определяется из выражения

5 ивых КрДР-КсС2(1)

где Кр - коэффициент усиления датчика 14 давления А Р;

KG - коэффициент усиления датчика 15 расхода G.

Расход в формуле (1) имеет степень, равную двум, поскольку в качестве датчика 15 расхода подразумевается наиболее часто применяемая камерная диафрагма, перепад давления на которой пропорционален квадрату расхода, Расход в тепловых сетях жестко связан с перепадом давлений Д Р,

С2 1 .др

Sk

где SK - гидравлическое сопротивление тепловой сети и пот ребителей (S определяется положением исполнительных элементов узлов регулирования, например плунжеров клапанов 6 и 7, поскольку сопротивление тепловой сети и потребителей постоянно).

UBWX КрДР-Кс- -ДР-.

(3)

(4)

(5)

В соответствии с изложенным способом температура в подающем магистральном трубопроводе 2 не будет изменяться при среднем положении клапанов 6 и 7, В этом случае гидравлическое сопротивление тепловой сети и потребителей будет SK ср. а выходной сигнал блока 16 вычитания будет равен нулю

о кРдРср -ка-5 ДРср

Отсюда

KG ° КрЗк.ср .

И,наконец,

ивых КРДР(1 - Ј) ,

Таким образом, из приведенных соотношений можно определить соотношение коэффициентов усиления датчиков 14 и 15 (KG/KP Зк.ср) и подтвердить то обстоятельство, что выходной сигнал блока 16 вычитания определяется положением исполнительных элементов клапанов 6 и 7 (5к является параметром, косвенно характеризующим положение клапана, фиг. 2).

Из последнего выражения определяется зависимость между Д Р, G и вп

6Ъ КтКрДР(1-%)(6)

где Кт - коэффициент усиления регулятора 9,

Этот коэффициент определяется из следующего условия. Изменения расхода теплофикационной воды в результате изменения положения плунжеров клапанов 6 и 7 теплиц 5 должны компенсироваться таким изменением температуры, чтобы мощность систем теплопотребления теплиц 5 была на прежнем уровне.

Мощность, потребляемая системами, равна

(fti-ft)(6)

где С - теплоемкость воды;

в0- температура теплоносителя в отводящем магистральном трубопроводе 3.

При изменении расхода мощность ста- 5 нет равной

QG-C(G + AGXfti-ft)(7)

При изменении температуры мощность станет равной

( ft, + Aft,)-ft,(8)

ЮИз изложенного условия QG - Qo , т.е.

(G + ДС) (ft, - во) G(fti + Aft,) - во (9) Отсюда Д0п 0п-0о(in)

. 7SGG (10)

DПоскольку G v/Sfcp/Sk ср(11)

Afti i/ On - 00

TO

ж

Кт -

VApcp/Sk

(12)

ср

20

Таким образом, с учетом того, что SK

определяется усредненной величиной положений плунжеров клапанов 6 и 7 и может быть записано в виде SK Ј h. где h - усред- ненное (эквивалентное) положение „,- клапанов 6 и 7; Ј - коэффициент пропорциональности, л CTI о v л DM k.cp 1

. (1

Следовательно, температура воды в по- 3Q дающем магистральном трубопроводе 2 будет определяться положением плунжеров клапанов 6 и 7,

Устройство может быть реализовано на базе общепромышленных элементов авто- ос матики.

Так, например, в качестве.датчика 10 чметеофакторов может быть использован комплект датчиков, состоящий из датчика температуры типа ТЕМ, ТЕП, датчика скоро- 4Q сти ветра М-95-М2 и датчика естественной освещенности - пиранометр Янишевского, в качестве инфранизкочастотного фильтра можно применить электромеханический фильтр, в качестве регуляторов - регулятор 45 P25, Р21, Р114, РПИБ-111, в качестве датчика расхода - комплект камерной диафрагмы с дифманометром типа ДМ, ДМИР, Сапфир.

Таким образом, устройство на основе CJQ сигнала, косвенно характеризующего положение исполнительных элементов узлов регулирования, например плунжеров клапанов, а следовательно, и усреденненое значение теплопотерь теплиц тепличного 55 комбината (сигнал обратной связи), корректирует температуру теплоносителя, идущего на их теплопотребление, и в результате возвращает плунжеры клапанов в середину рабочего диапазона. Тем самым исключается выход плунжеров текущих параметров

положения за диапазоном рабочего хода, а следовательно, повышается точность регулирования температурного режима теплиц, Кроме того, обеспечивается более точное соответствие между величинами теплоты, отпускаемой источником и теплопотерями теплиц, что позволяет повысить эффективность теплофикации.

Формула изобретения 1. Способ автоматического управления системой теплоснабжения тепличного комбината, включающий измерение значений метеофакторов, температуры и расхода теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе и регулирование температуры теплоносителя в подающем магистраль- ком трубопроводе, отличающийся тем, что, с целью оптимизации температурного режима теплиц тепличного комбината, измеряют величину перепада давления между подающим и отводящим магистральными трубопроводами, определяют величину разностного сигнала значений последнего параметра и расхода теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе, выделяют низкочастотную составляющую этого сигнала и в зависимости от величины последней и значений сигналов метеофакторов и температуры теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе корректируют температуру теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе.

2. Устройство для автоматического управления системой теплоноснабжения тепличного комбината, включающее источник теплоты, сообщенный посредством подающего и отводящего магистральных трубопроводов с системами теплопотребления

теплиц тепличного комбината, датчик метеофакторов, регулятор температуры теплоносителя с датчиком температуры теплоносителя в подающем магистральном трубопроводе, ин фра низкочастотны и

фильтр, подключенный к первому входу регулятора температуры теплоносителя, и датчик расхода, отличающееся тем, что, с целью оптимизации температурного режима теплиц тепличного комбината, оно

снабжено блоком вычитания и датчиком перепада давления между подающим и отводящим магистральными трубопроводами, выходом подключенным к первому входу блока вычитания, второй вход которого свяэан с выходом датчика расхода, при этом выход блока вычитания соединен через ин- франиэкочастотный фильтр с вторым входом регулятора температуры теплоносителя.

Изобретение относится к теплоснабжению различных народно-хозяйственных объектов, в частности теплиц тепличного комбината Способ автоматического управления системой теплоснабжения тепличного комбината включает определение

Ц.

- S

. Фиг. 2