5.3. Холодильная установка как объекта автоматизации

В практике регулирования холодильных установок обращается главным образом внимание на регулирование температуры воздуха t_в в холодильной камере. Тепловая нагрузка холодильных камер зависит от температуры наружного воздуха, а также количества и ассортимента хранящегося груза. Эта нагрузка является нестационарной и подвержена колебаниям. Охлаждающие батареи должны поддерживать заданную температуру в камере при наибольшей тепловой нагрузке.

Функциональная схема холодильной установки, как объекта автоматизации, приведена на рис.2.16.

Рисунок 2.16. Функциональная схема холодильной установки

На объект регулирования ОР (холодильную камеру) воздействует тепловой приток Q_т, подводимый из вне или выделяющийся внутри объекта. Холодильная машина отводит за единицу времени количество теплоты Q_о потребляя энергию Е от внешнего источника для вывода теплоты Qк= Qо+Е в охлаждающую среду (конденсатор).

Пояснение. Выполнение основной задачи автоматизации поддержание температуры t_в в холодильной камере в заданных пределах – сводится к тому, чтобы обеспечить соответствие между количеством теплоты Q_т подводимой к ХК и количеством теплоты Q_о отводимой от нее. Принципиально этого можно добиться путем изменения Q_т или Q_о. Однако, изменение Q_т достаточно сложно и энергетически не выгодно; в практических условиях используется только изменение Q_о.

Внешний теплоприток Q_т является переменной величиной и зависит от времени года, суточного колебания температуры и т.д. Изменение Q_т приводит к отклонению температуры t_в от заданного значения, в этом случае требуется такое изменение теплового потока Q_о, которое компенсировало бы появившееся возмущение.

Статические характеристики холодильной камеры представленные на рис. 2.17, устанавливают зависимость подвода теплоты Q_т в холодильную камеру в функции от регулируемой

Qт

Рисунок 2.17. Статические характеристики объекта регулирования (а)

и системы регулирования (б).

величины – температуры воздуха в холодильной камере:

,

при некоторых постоянных температурах окружающего воздуха t_в, и зависимость отвода теплоты из холодильной камеры в функцииQ_T.

Если внешние условия изменятся, например, повысится температура наружного воздуха , то это вызовет возрастание теплопритоковQ_т и его превышение над теплоотводом Q_о, в результате чего произойдет повышение температуры воздуха в камере. Повышение температуры t_в будет замедлять рост теплопритока Q_т до тех пор, пока теплоприток не сравняется с растущим теплоотводом при новом значении t_в.

Точки 1, 2 и 3 пересечения статических характеристик и(рис.2.17,а) соответствуют установившимся режимам работы при различных температурах наружного воздуха(10, 20 и 30С) и соответствующих им теплопритоках Q_т1, Q_т2 и Q_т3 в случае, если холодильная машина будет работать при неизменной настройке задающих устройств.

По точкам 1, 2 и 3 можно построить статическую характеристику автоматической системы регулирования, т.е. зависимость регулируемой величины t_в от нагрузки Q_т – внешнего возмущающего воздействия (рис.2.17,б).

В системе автоматизации холодильной установки (холодильная камера – холодильная машина) объектом регулирования, как было отмечено выше, является холодильная камера, источником возмущения служат теплопритоки внутреннего и внешнего характера в результате воздействия которых происходит изменение регулируемой величины (температуры воздуха t_в). Функциональная схема автоматизации приведена на рис.2.18.

Рисунок 2.18. Функциональная схема автоматической системы регулирования

температуры в холодильной камере.

Принцип действия. По каналу обратной связи текущее значение регулируемой величины t_{в тек} воздействует на регулятор. Информация о состоянии температуры воздуха в камере воспринимается датчиком температуры Д и в преобразованном виде t_в^ _тек поступает на элемент сравнения ЭС, где сравнивается с заданным значением температуры t_{в зад}. В элементе сравнения производится операция вычитания, в результате которой определяется показатель рассогласования . Если регулируемая величина равна заданному значению, то сигнал рассогласования , и с выхода автоматического регулятора сигнал управления U=0. При наличии рассогласования регулятор формирует сигнал управления холодильной машиной, которая изменяет регулирующее воздействие на объект регулирования с целью достижения равновесия .

Так как теплоотвод из холодильной камеры осуществляется холодильной машиной ХМ и может быть обеспечен при условии ее эффективной работы, то практически автоматизация холодильной установки сводится к автоматизации входящей в нее холодильной машины.

Пояснение. Пределы колебания температуры в камере главным образом зависят от свойств регулятора температуры и свойств регулируемого объекта. Обычно в камерах, где хранятся мороженные продукты, допускается точность поддержания температуры  1С. К нулевым камерам, где хранятся яйца и фрукты предъявляются более жесткие требования, так как при отрицательной температуре резко ухудшается качество продуктов. В таких камерах температура должна поддерживаться с точностью 0.5 С.

ЛЕКЦИЯ-6. Тема 3 – «Автоматические регулирующие устройства»

Чтобы обеспечить качественный процесс регулирования необходимо знать типы, свойства и возможности автоматических регуляторов (АР).

Имея сведения о свойствах объекта регулирования и и зная возможности АР можно спроектировать АСР, которая обеспечит выполнение поставленной задачи.