Синтез системы управления процессом воздухообмена и теплообмена на станции Речной вокзал Новосибирского (стр. 6 из 15)
Применение микропроцессорной электроники в конструкции таких электронных преобразователей позволяет: реализовать широкий набор функций настройки и калибровки датчика, повысить точность настройки и снизить суммарную погрешность измерений, обеспечить непрерывную самодиагностику.
Рис.2.12 Внешний вид датчика серии Метран-100 (модель 1411)
Передаточную функцию такого элемента можно представить в виде коэффициента усиления КДТВ, который рассчитывается из следующих соображений. Максимальное значение расхода воздуха достигает 19,4
, чему должен соответствовать максимальный выходной сигнал 10В, т.е. 
.Структурная схема датчика приведена на рис. 2.13.
QВТЗ UQ1
Рис.2.13 Структурная схема датчика расхода воздуха
2.2.6 Математическая модель САУ ВТЗ
При регулировании производительности вентилятора объектом управления (ОУ) является воздушно-тепловая завеса, регулируемой величиной – расход воздуха, регулирующим воздействием – частота вращения электродвигателя. По рассмотренным выше математическим моделям звеньев, входящих в систему управления воздушно-тепловой завесой, составлена структурная схема (рис.2.14).
Рис. 2.14 Структурная схема САУ ВТЗ
Запишем передаточные функции для всех звеньев:
Коэффициенты имеют следующие значения:
; 
; 
; 
; 
; 
; 
Передаточная функция (без учета возмущений) имеет вид:
(2.5)2.3 Описание элементов САУ УШ, взаимодействие элементов в системе
Система автоматического управления шиберами содержит следующие элементы: регулятор (Р2), исполнительный механизм (ИМ) с бесконтактным реверсивным пускателем (ПБР), управляемые шиберы (УШ), аэродинамический объект, датчик расхода воздуха.
Регулятор (Р2) по сигналу задания требуемого угла наклона шиберов Uзα и сигналу обратной связи с датчика UQ2 подает команду на ПБР на включение ИМ вперед или назад. ПБР формирует сигнал управления UУ исполнительным механизмом. ИМ изменяет угол α поворота шиберов.
При этом в тоннеле изменяется расход воздуха QНВ, который контролируется датчиком расхода воздуха. На рис.2.15 представлена функциональная схема САУ УШ.
Рис. 2.15 Функциональная схема САУ УШ
Рассмотрим элементы данной системы более подробно.
2.3.1 Исполнительный механизм управляемых шиберов
Исполнительным механизмом (ИМ) в системе автоматического регулирования называется устройство, перемещающее регулирующий орган в соответствии с сигналами, поступающими от усилителя. Исполнительные механизмы создают поступательное или вращательное движение, предназначенное для перемещения регулирующего органа. К ним предъявляются следующие конструктивные и эксплуатационные требования:
простота конструкции, минимальные размеры и масса, высокая надежность и устойчивость к воздействию внешней среды; безопасность в эксплуатации и устойчивость в работе; наличие защиты для предохранения регулирующего органа от перегрузок и поломок и возможности ручного управления при отказе схемы управления или нарушении энергоснабжения, а также дистанционного контроля положения регулирующего органа.
Исполнительные механизмы, применяемые в устройствах ЭМС, разделяют в зависимости от вида потребляемой энергии на электрические, пневматические, гидравлические, грузовые и пружинные.
Электрические исполнительные механизмы обладают практически неограниченным радиусом действия и управления, могут применяться при отрицательной температуре окружающей среды, не требуют герметизации.
В данной схеме используется механизм исполнительный электрический однооборотный постоянной скорости (МЭО).
Управление механизмом – бесконтактное с помощью пускателя бесконтактного реверсивного ПБР-3А, который обеспечивает пуск, реверс и защиту трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором от перегрузки.
ПБР имеет следующие характеристики:
· напряжение источника питания цепей управления, В
24· потребляемая мощность, Вт <5
Вид вырабатываемых сигналов: +24 В; О В; -24 В, в зависимости от которых электропривод вращается в одну или другую сторону (вперед или реверс), либо останов (на вал электродвигателя автоматически накладывается тормоз).
Математическим описанием такого принципа управления в ТАУ является описание реле без зоны нечувствительности (Рис 2.16).
Uупр 
с 
S 
-сРис 2.16 Реле без зоны нечувствительности
с – сигнал управления (размах реле)
Управление этих звеньев представляется как :
Uупр = с*sign(S)
для идеального реле, где S – поверхность переключения
Структурно реле представлено на рис.2.17.
Рис. 2.17 Структурная схема реле
Принцип работы МЭО заключается в преобразовании электрического сигнала, поступающего от регулирующих и управляющих устройств (ПБР-3А), во вращательное движение выходного вала. В данной работе используется механизм МЭО-4000/160-0,63-97К, имеющий следующие характеристики:
· номинальный крутящий момент на выходном валу, Н*м 4000
· номинальное время полного хода выходного вала, с 160
· номинальный полный ход выходного вала, об 0,63
· потребляемая мощность в номинальном режиме, Вт < 700
· масса механизма, кг < 270
Механизмы изготавливаются для работы в повторно – кратковременном реверсивном режиме с числом включений до 320 в час и продолжительностью включений до 25 % при нагрузке на выходном валу в пределах от номинальной противодействующей до 0,5 номинального значения сопутствующей. При этом механизмы допускают работу в течение одного часа в повторно – кратковременном реверсивном режиме с числом включений до 630 в час и продолжительностью включений до 25 % со следующим повторением не раньше, чем через три часа.
Математическую модель МЭО на основании экспериментальных исследований специалистов Института Горного Дела [15] можно представить в виде интегратора с коэффициентом передачи Km . Входом для него является Uу - сигнал с реле, а выходом -
- угол поворота вала. 
Uу Рис. 2.18. Структурная схема МЭО
Управляющей величиной является время подачи напряжения ± 24В на механизм, поэтому передаточную функцию ИМ можно записать в виде:
(2.6)
Откуда Кm определяется по соотношению:
(2.7)где
- скорость изменения положения вала, которая вычисляется как: 
[ 
].Подставив полученную величину в (2.7), получим
[ 
].2.3.2 Управляемые шиберы
Регулирование расхода воздуха в тоннеле метрополитена производится с помощью тоннельных вентиляторов и регулирующих устройств – специальных шиберов, которые расположены непосредственно в тоннеле. От угла поворота шиберов, установленных в тоннеле, зависит его аэродинамическое сопротивление, а, следовательно, и сопротивление участка тоннеля, в котором расположен данный регулятор. Меняя угол открытия шиберов, можно регулировать объем воздуха, поступающего из данного тоннеля на платформу.