Автоматизированная система управления компрессорной установки (стр. 7 из 22)
־ требуется обеспечить надежность работы всей системы в целом;
־ архитектурно-планировочные решения зданий приводят к созданию сложных разветвленных сетей, для регулирования которых с наибольшей эффективностью требуется установка нескольких нагнетателей.
Включение нагнетателей в совместную работу может быть параллельным, последовательным и смешанным (комбинированным).
3. Параллельное включение нагнетателей
Параллельное включение двух и большего числа нагнетателей рекомендуется тогда, когда требуется увеличение подачи, а соответствующее увеличение частоты вращения рабочего колеса или размеров нагнетателя невозможно из-за чрезмерного усиления шума, конструктивных или архитектурно-планировочных причин.
Известны три основные схемы параллельного включения нагнетателей: полностью параллельное включение (рис. 2.5.3, а) и полупараллельное включение по схемам, показанным на рис. 2.5.2, б и в.
На рис. 2.5.3 в сеть включены нагнетатели с одинаковыми характеристиками. Для упрощения анализа пренебрежем сопротивлением индивидуальных участков сети (участки 1 - 2). В этом случае, как и в случае любого совместного включения, главным является определение режима работы не только всей системы в целом, но и каждого из нагнетателей. Функциональная зависимость давления нагнетателя от его подачи сложна и чаще всего задается графически в виде характеристики P=f(L), поэтому наиболее простой способ анализа – графический. Обычно применяют метод суммарной характеристики нагнетателей.
Рис. 2.5.3
Давления, создаваемые каждым нагнетателем в точках 1 и 2, одинаковы, а общая подача равна сумме подач отдельных нагнетателей. Отсюда следует правило построения суммарной характеристики параллельно включенных нагнетателей: при одинаковом давлении нужно сложить подачи.
Построение суммарной характеристики давления показано на рис. 2.5.4. Абсциссы а, представляющие собой подачу одного нагнетателя, суммируются при каждом значении давления. При включении нагнетателей в сеть с характеристикой (1 + 1) режим работы определяется точкой А. При этом суммарная подача нагнетателей определяется величиной LA(1+1) а суммарное давление - величиной Р1(1+1), при этом Р1(1+1) = РА(1+1), т.е. давление, создаваемое каждым нагнетателем при совместной работе, равно суммарному давлению. Подача каждого нагнетателя составляет половину общей и может быть определена графически по положению точки А", т. е. L1(1+1) = 0.5LА(1+1) = LA. КПД обоих нагнетателей равен КПД каждого из них и определяется пересечением ординаты, проходящей через точку А", с характеристикой КПД нагнетателя. Пересечение этой ординаты с характеристикой мощности определяет затраты мощности каждым нагнетателем. Суммарные затраты мощности равны сумме мощностей отдельных нагнетателей: NA(l+1) = 2N1(1+1).
Рис. 2.5.4
При отключении одного из нагнетателей характеристика сети DP(L(1)) становится круче вследствие уменьшения площади поперечного сечения для прохода воздуха между точками 1 и 2. Рабочая точка переходит из положения А в положение А! (см. рис. 4.14). При этом параметрами работы нагнетателя становятся L1(1) > L1(1+1), P1(1) < P1(1+1) и N1(1) > N1(1+1). Это приводит к перегреванию обмоток электродвигателя. Поэтому при выключении одного из нагнетателей его индивидуальный участок необходимо перекрыть клапаном (чтобы исключить бесполезное перетекание газа по нему из-за разности давлений Р2 - Р1), а в сеть оставшегося в работе нагнетателя ввести дополнительное давление DРШ так, чтобы рабочая точка переместилась в положение А". При этом затраты мощности составляют N1(1+1), и перегревания электродвигателя не происходит.
Построение суммарной характеристики нагнетателей с разными характеристиками в принципе не отличается от предыдущего построения.
При параллельной работе нагнетателей с разными характеристиками представляется целесообразным определять средний КПД нагнетателей:
(2.5.1)Из формулы (2.5.1) следует, что более мощные нагнетатели должны работать с максимальным КПД, а регулировать расход в системе целесообразнее менее мощным нагнетателем.
Рассмотренный выше метод построения суммарной характеристики нагнетателей можно применять при любом числе нагнетателей.
4. Последовательное включение нагнетателей
Последовательное включение двух или большего числа нагнетателей применяется тогда, когда давление, создаваемое одним нагнетателем, недостаточно для преодоления сопротивления сети.
При последовательном включении одно и то же количество газа последовательно перемещается всеми нагнетателями, а давление, необходимое для преодоления сопротивления всей сети, равно сумме давлений, создаваемых каждым нагнетателем. Так как кинетическая энергия, сообщенная потоку первым нагнетателем, не теряется на удар, то общее статическое давление больше суммы статических давлений отдельных нагнетателей. Например, три одинаковых последовательно включенных нагнетателя создают полное давление 3P1(1+1+1).
Если нагнетатель включить последовательно с более мощным, то его подача может увеличиться до значений, гораздо больших, чем его собственная максимальная подача. При этом он станет сопротивлением для более мощного нагнетателя, т. е. при сохранении направления подачи (L > 0) разность давлений с обеих сторон нагнетателя изменит знак.
Работа нагнетателя возможна при L >0 и Р > 0 (1 квадрант), при L < 0 и Р > 0 (II квадрант), при L > 0 и Р < 0 (IV квадрант). Работа нагнетателя в III квадранте невозможна, так как поток не может пойти в обратном направлении через нагнетатель (L < 0) при давлении перед нагнетателем большим, чем за ним. Обычно характеристику снимают только в I квадранте, т. е. при нормальной работе нагнетателя, тем более что для снятия характеристики во II и IV квадрантах требуется специальное оборудование.
5. Система управления компрессором с преобразователем частоты
Наиболее современным является регулирование с помощью преобразователей частоты, которые позволяют плавно регулировать частоту вращения электродвигателя компрессора и поддерживать давление в системе при разных расходах перекачиваемого газа. При малых расходах газа двигатель компрессора вращается с малой скоростью, необходимой только для поддержания номинального давления, и не расходует лишней энергии. При увеличении расхода газа преобразователь увеличивает частоту вращения электродвигателя, повышая производительность компрессора при сохранении заданного давления.
На рис. 2.5.5 показана функциональная схема регулирования электродвигателя компрессора с использованием преобразователя частоты Micromaster440 фирмы «Siemens». На вход системы подаются сигналы задания давления и сигнал реального давления, получаемый с датчика давления, установленного в цепи обратной связи. Отклонение между реальным и заданным значениями давления преобразуется ПИД-регулятором в сигнал задания частоты для преобразователя. Под воздействием сигнала задания преобразователь изменяет частоту вращения электродвигателя компрессора и стремится привести разность между заданным и реальным значениями к нулю.
Рис. 2.5.5
Данная схема является модульной и применима для создания проекта, в котором будет реализован алгоритм управления.
Современные преобразователи частоты позволяют создавать системы управления (СУ) без дополнительных аппаратных средств, так как имеют встроенные программные функции, позволяющие реализовывать узел сравнения и ПИД-регулятор. Однако в сложных системах регулирование давление в системе с использованием простых средств регистрации не дает желаемого эффекта. Поэтому, данный способ регулирования совмещают с микропроцессорной системой управления.
Рис. 2.5.6
Система управления (рис. 2.5.6) включает в себя микропроцессорную систему и преобразователь частоты, позволяющий регулировать подачу компрессора изменением его частоты вращения. Функции принадлежности входных и выходных сигналов, правила принятия решений формируются на основе программы, разработанной и внедренной в контроллер данной системы, следящей за ходом технологического процесса.
Значение давления Р определяется датчиком давления, сигнал с которого после двенадцатиразрядного аналого-цифрового преобразования поступает в микропроцессорную систему управления в виде целого числа (от 0 до 4000).
Для более качественного управления процессом в системе используется динамико математическое моделирование, в котором часто фигурирую сложные формы анализа состояния среды. Система также оперирует косвенными переменными, участвующими в вычислении, в частности такие как: скорость изменения давления vР, которая учитывает динамику протекания процесса, и задает особенности внутреннего лексикона задания переменных регулирования.
Для регулирования с помощью преобразователя частоты скорости электропривода компрессора используется сигнал задания скорости nω, который поступает с выхода цифроаналогового преобразователя микропроцессорной системы управления. Формированием управляющего сигнала обеспечивается изменение частоты вращения ω, которое определяется целым числом. В лингвистических переменных управление изменением частоты вращения может быть представлено несколькими уровнями, в зависимости от степени регулирования и сложности динамики.