Основы автоматизации олодильных установок


Числе многих направлений совер — енствования холодильных уста — звок одно из ведущих мест нри — адлежит автоматизации, или, как гйчас принято говорить, автома — ическому управлению. История азвития холодильной техники тес-

0 связана с параллельной раз — аботкой и совершенствованием истем автоматического управ — іения, внедрением электроники, а

1 самое последнее время — вычис — іительной и микропроцессорной техники.

Цели и задачи автоматизации

Множество задач, которые решает автоматизация в холодильной тех­нике, можно условно сгруппиро­вать по целевым признакам. Глав­ные из них:

Повышение экономической эф­фективности холодильных уста­новок;

Поддержание заданных режимов технологических процессов;

Обеспечение безопасной эксплуа­тации холодильных установок;

Выдача информации о работе хо­лодильных установок.

Указанные задачи часто выпол­няются одними и теми же методами и средствами.

Повышение экономической эф­фективности холодильных уста­новок

Основным экономическим крите­рием, определяющим эффектив­ность холодильной установки, является стоимость выработки еди­ницы холода. Она зависит от боль­шого числа различных показате­лей. С помощью автоматизации можно влиять только на некоторые из них, а именно: трудоемкость об­служивания, расходы на электро­энергию и охлаждающую воду.

Трудоемкость обслужи­вания можно уменьшить, если создать рациональную и надежную систему автоматизации холодиль­ной установки, что позволит сокра­тить численность обслуживающего персонала или вообще отказаться от непрерывного наблюдения и пе­рейти к периодическому обслу­живанию.

Расходы на электро­энергию можно снизить на­стройкой системы автоматизации холодильной установки на такие режимы, которые обеспечивают наименьшее потребление электро­энергии. Такими режимами явля­ются, например, работа при самых высоких допустимых температурах кипения, своевременное оттаива­ние инея с охлаждающих поверх­ностей, отключение ненужных в данный момент потребителей элек­троэнергии (насосов, вентиляторов и др.), максимальная выработка холода в периоды сниженных тари­фов на электроэнергию (в ночное время).

Расходы на охлаждаю­щую воду уменьшают своевре­менным отключением неработаю­щих потребителей, а также пода­чей оптимального количества воды на охлаждение конденсатора.

Поддержание заданных режимов технологических процессов

Таким путем создаются условия, при которых будут минимальными потери пищевых продуктов в про­цессе их холодильной обработки и особенно — хранения.

Совокупным использованием средств автоматики и рациональ­ных технологических приемов ре­шают следующие конкретные задачи.

Поддержание заданной температуры воздуха в холодильной камере с требуемой точ ностью, кото­рая зависит от технологических условий. Так, при хранении бана­нов необходимо поддерживать за­данную температуру с точностью rtO. l °С. Высокую точность обес­печивают соответствующими авто­матическими и технологическими устройствами.

Равномерное распреде­ление температур по объ­ему холодильной камеры достигается обычно размещением в определенных местах приборов охлаждения, конструкцией распре­делительных воздуховодов и т. д. В дополнение иногда вместо сосре­доточенной системы автоматики применяют распределенную систе­му, т. е. устанавливают несколько датчиков, каждый из которых управляет температурой в месте своего расположения. Такая систе­ма требует автономных воздухо­охладителей или воздухораспреде­лительных устройств.

Поддержание заданной температуры охлаждаю­щей поверхности достига­ется регулированием температуры кипения хладагента или темпера­туры хладоносителя.

Регулирование относи­тельной влажности воз­духа особенно важно в камерах хранения дышащих (выделяющих тепло и влагу) продуктов — фрук­тов и овощей. Оптимальные усло­вия их хранения обеспечивают, на­ряду со специальными средствами автоматики, с помощью кондицио­неров с увлажнителями и подогре­вателями воздуха.

Обеспечение безопасной экс­плуатации холодильных установок

Эта задача является одной из важнейших, так как от ее решения зависят жизнь н здоровье обслу­живающего персонала, сохран­ность холодильного оборудования, экологическая чистота окружаю­щей среды. Приборы и устройства, обеспечивающие безопасность экс­плуатации, объединяются в схемы защиты и блокировки, основные функции которых — предотвратить работу оборудования в опасных ре­жимах н своевременно обнаружить возникшие неполадки.

Схема защиты отключает холодильную установку при выходе за допустимые пределы любой из контролируемых величин — напри­мер, давления или температуры на­гнетания, уровня жидкого хлад­агента в каком-либо аппарате или сосуде. Повторный автоматический пуск невозможен до вмешательства персонала.

К схеме защиты относят также приборы, сигнализирующие об утечке аммиака и превышении его допустимой концентрации в ма­шинных и аппаратных отделениях.

Схема блокировки не поз­воляет пустить основное оборудо­вание, если предварительно не бу­дет включено вспомогательное обо­рудование — насосы, вентиляторы. Если они во время работы агрегата или машины отключаются, то по­следние также останавливаются. После восстановления нормальной работы вспомогательного оборудо­вания основное может включиться автоматически.

Выдача информации о работе хо­лодильных установок

Эксплуатация холодильной уста­новки требует информации о теку­щих процессах, ее анализа и выра­ботки сигналов управления. Часть информации воспринимается авто­матическими устройствами и систе­мами, которые формируют и вы­дают сигналы управления без уча­стия людей. С помощью этой ин­формации решаются рассмотрен­ные выше задачи.

Другую часть информации полу­чает обслуживающий персонал. По ней оценивают работу оборудова­ния, корректируют задания авто­матическим устройствам, органи — пот устранение неполадок и т. д. та информация может быть ви­тальной и документальной. Средства передачу ви — уальной информации: дискретные световые сигналы с омощью ламп или светодиодов — бъем информации зависит от чнс — а сигналов и дискретных призна — ов (включен — выключен, мигаю­щий свет, различие по цветам и расположению на мнемосхеме);

Стрелочные или цифровые прибо — 1Ы для измерения температуры, іавления, силы тока и других ве — іичин;

Видеотерминалы (дисплеи) ком­пьютерных информационных си­стем — на дисплеи выводится вся возможная информация в тексто­вом, цифровом или графиче­ском виде.

Средства передачи до­кументальной инфор­мации:

Регистрирующие (самопишу­щие) измерительные приборы, вы­дающие информацию в виде графи­ков во времени;

Печатающие устройства (принте­ры) компьютерных систем, выдаю­щие информацию в алфавитно — цифровом или графическом виде.

От размещения оборудования, приборов автоматики и рабочих мест обслуживающего, персонала зависит расположение устройств, собирающих и выдающих инфор­мацию,— это могут быть пульты и щиты управления отдельными агре­гатами и узлами, центральные пункты управления, выносные сиг­нальные пункты.

Объекты охлаждения

Объектами охлаждения чаще все­го являются холодильные камеры, в которых требуется поддерживать заданную температуру воздуха. Некоторые холодильные установки предназначены для поддержания заданной температуры жидкого хладоносителя (воды или рассо­ла), направляемого потребителю либо аккумулируемого в баках. В этом случае объект охлажде­ния — охладитель жидкости.

Рассмотрим упрошенные модели этих объектов охлаждения с точки зрения основной, задачи — автома­тического поддержания в них тем­пературы рабочей среды (воздуха или жидкого хладоносителя).

Холодильная камера

На рис. I, а показана холодиль­ная камера, в которой требуется поддерживать температуру возду­ха U — В. камере смонтирован при­бор охлаждения ПО, в котором не­посредственно кипит при темпера­туре t0 подаваемый в него хлад­агент. Вентилятор В обеспечивает равномерное температурное поле по всему объему камеры, что поз­воляет измерять температуру воз­духа в одной точке.

Основы автоматизации олодильных установок

РИС. І. Схема холодидьноі камеры (а) « совмещенный график установившихся процессов в ней (6)

Камера теплоизолирована окружающей среды, имеющей тем­пературу /мр, которая также одина­кова на всей внешней поверхности ограждения.

При установившихся, не изме­няющихся во времени, значениях температур to и 1с. кр холодильная камера находится в равновесном состоянии, которое характеризу­ется постоянным значением тем­пературы воздуха, равным задан­ному const). Если /«жр пе­реходит к новому установившемуся значению, то t, также стабилизи­руется на новом уровне, отличаю­щемся от заданного. Задача авто­матического управления состоит в том, чтобы возвратить температуру воздуха к заданному значению. Этого можно достигнуть воздейст­вием на прибор охлаждения.

С некоторым допущением мож — йо написать уравнение теплового баланса холодильной камеры, на­ходящейся в равновесном со­стоянии:

Qorp = Q,/0, (і)

Где Qorp — количество теплоты, проникающей в едини­цу времени внутрь ка­меры через ограж­дение;

Qno —количество теплоты, от­водимое в единицу вре­мени через поверхность прибора охлажде­ния ПО.

Поскольку

Qorp ^ {kF)orр(^ОКр

QnoMA/W.-fib уравнение теплового баланса хо­лодильной камеры в равновесном состоянии можно представить в следующем виде:

(*/W«кр-‘.)-~ ‘о). (2) где {kF)o гр и (kF)n0 — произведе­ние коэффициента теплопередачи на площадь поверхности соответ­ственно ограждения камеры и при­бора охлаждения.

Равенство (2) связывает все участвующие в установившемся процессе величины, при ЭТОМ /„ является регулируемой величиной, a foicp — внешним воздействием. Если Гокр изменяется, то равенство нарушается. Восстановить баланс можно, изменив to либо {kF)no — Па­раметр, используемый для компен­сации внешнего воздействия, назы­вают управляющим или регу­лирующим.

Установившиеся процессы мож­но иллюстрировать графиком в координатах Q, ta (рис. 1, б).

Пусть требуется поддерживать температуру воздуха /3 при темпе­ратуре окружающего воздуха, рав­ной расчетному ЗНаЧеНИЮ їокр. раеч. Принимаем, что (kF)n0— const. Подставляя эти значения в равен­ство (2)» находим расчетную тем­пературу кипения to расч. ИСПОЛЬЗуЯ левую и правую части равен­ства (2)» строим на графике линии

Qurp. pnc4 И Qflo расч-

В соответствии с равенством (1). точка а их пересечения обозначает установившееся значение при рас­четном режиме (требуемая холо — допроизводнтельность при этом фрасч)- Аналогично строим линии для минимальной нагрузки (точ­ка б) и максимальной нагрузки (точка в.

С помощью равенств (1) и (2) несложно также построить график для случая, когда в качестве управ­ляющего воздействия используется величина (kF)no. Семейство харак­теристик будет состоять из прямых с разными углами наклона.

Реальная холодильная4 камера работает в изменяющихся усло­виях. Следовательно, в ней проис­ходят переходные процессы от од­ного равновесного состояния к дру­гому. Причиной могут быть как внешние, так и внутренние факторы.

Рассмотрим пример, когда пере­ходный процесс вызван изменением температуры кипения (рис. 2).

Пусть в камере установилась температура воздуха /ц. При этом

Основы автоматизации олодильных установок

РИС. 2. График переходных процессов в холодильной камере

Температура кипіння равна tol. Она может быть определена из равен­ства (2) для данной температуры окружающей среды. Если в момент времени ті скачкообразно изменить температуру кипения до значения tm и поддерживать ее на этом уров­не, то температура воздуха также изменится, но не скачкообразно, а плавно, причем приближение к новому значению /„2 будет асимпто­тическим.

При обратном скачке в момент времени та температура воздуха по­степенно возвратится к исходному значению.

Кривые, характеризующие пере­ходные процессы, имеют достаточ­но сложную форму. Для упроще­ния анализа их часто заменяют простыми экспоненциальными функциями.

В рассматриваемом примере они имеют вид: для скачка вверх

Для скачка вниз

= +

Где Д/„ — абсолютная разность температур воздуха!/„і —

Постоянная времени Т — характе­ризует скорость протекания пере­ходного процесса. Она определя­ется как время, в течение которого температура воздуха изменяется на величину 0,63Д/„ от начального значения (см. рис. 2). Чем больше постоянная времени, тем медленнее протекает переходный процесс. Условно он считается закончен­ным, если температура воздуха не дошла до установившегося значе­ния менее чем на 1 % от началь­ной разности. Это условие удовлет­воряется, если с момента начала скачка проходит время т^4,67

Таким образом, температура воз­духа в переходном процессе опре­деляется двумя величинами: на­чальной разностью температур, и постоянной времени. Их следует учитывать при регулировании тем­пературы воздуха в холодильной камере: создавая управляющее воздействие, не следует ожидать моментального перехода к новому установившемуся значению

Аналогичный анализ статиче­ских (при установившемся процес­се) и динамических (при переход­ном процессе) характеристик мож­но сделать применительно к рас­сольному охлаждению. Отличие со­стоит в том, что, проходя через прибор охлаждения, рассол нагре­вается, в связи с чем в расчет надо принимать его среднюю тем­пературу.

Охладитель жидкости

Охладитель жидкости (хладоно­сителя) используют в различных технологических процессах, в си­стемах кондиционирования воз­духа.

Статические и динамические ха­рактеристики охладителя жид­кости близки к характеристикам холодильной камеры.

Упрощенная схема. охладителя жидкости представлена на рнс. 3. Отепленный хладоноситель с тем­пературой /si забирается насосом И из системы потребления холо­да СПХ, направляется в испари­тель И, где охлаждается кипящим при температуре to хладагентом, и с температурой і, і возвращается в СПХ.

Задача управления обычно сво­дится к поддержанию заданной температуры хладоносителя на вы­ходе из охладителя, жидкости. Внешними воздействиями явля­ются температура tsі и расход хла­доносителя Gs, управляющим па­раметром — температура to.

Основы автоматизации олодильных установок

Posted in К холодильной технике


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *