UA57871C2 - Опалювальна установка і спосіб її екслуатації - Google Patents

Abstract

Винахід стосується опалювальної установки з резервуаром-збирачем (6), що має вхідний і вихідний отвори (4, 5) для гарячої рідини, з системою живлення (9, 10) для рідкого теплоносія і каналом живлення, у якому встановлений вентиль (11), з датчиком (4) температури, який виміряє температуру гарячої рідини, і з контуром (18) регулювання, який активує цей вентиль в залежності від відхилення температури від заданого значення. Винахід також стосується способу використання цієї установки. Об'єктом винаходу є досягнення швидкої реакції установки при мінімальному механічному навантаженні на рухомі деталі. Для забезпечення цього контур (18) регулювання має детектор (19) граничної частоти, який виявляє коливання температури (Тфакт) і знижує або підвищує підсилення (V) контуру (18) регулювання при надмірному підвищенні або надмірному зниженні частоти, відповідно.

Description

припустимими є коливання будь-якої частоти. Такі коливання не навантажують виконавчі органи, оскільки викликають дуже незначні їх переміщення. Крім того, коли користувач відбирає теплу воду, коливання у межах цієї смуги є ледве помітними і тому прийнятними.

Перевагою способу є те, що визначення частоти здійснюється у непрямий спосіб за допомогою переміщень вентиля і/або сигналів керування вентилем. Сигнали керування вентилем і відповідні їм переміщення вентиля безпосередньо визначаються відхиленням температури від заданого значення.

Інформація про відхилення залишається у системі і використовується для генерування сигналів, що легко розпізнаються. Цю функцію можна реалізувати без зайвих витрат.

Спосіб передбачає відлік кількості змін напрямку переміщення вентиля протягом заздалегідь визначеного часового інтервалу і зниження підсилення контуру, якщо цей відлік перевищує максимальне значення.

Визначення частоти можна здійснити простим відліком у зумовленому часовому інтервалі. Якщо цей інтервал становить приблизно 5 хвил., задану кількість змін напрямку руху вентиля можна встановити рівною, наприклад, від З до 10, не вважаючи це нестабільністю. Якщо кількість таких змін перевищує це задане значення, стан системи вважається нестабільним і підсилення контуру знижується.

При кожному такому перевищенні відлік припиняється і починається новий часовий інтервал. Цим прискорюється досягнення стабільного стану. Чим більшою є нестабільність системи, тим вищою є частота, тобто частіше відбувається зміна напрямку переміщення вентиля. Якщо здійснювати корекцію лише тоді, коли задовольняються умови критерію, то ця корекція має здійснюватись не у спільному інтервалі. Завдяки цьому знижується навантаження на механічні елементи і прискорюється досягнення, стабільного стану.

Якщо частота стає достатньо малою, підсилення контуру підвищується, а задане значення змінюється.

Одночасне підвищення контуру і зміна заданого значення виконуються для визначення, чи входить система у режим коливань. За відсутності такого режиму підвищення підсилення контуру не призводить автоматично до появи коливань і не дає впевненості у придатності такого підсилення. Зміна заданого значення створює збурення, яке дає бажану інформацію.

Якщо після підвищення підсилення контуру частота стає занадто високою, підсилення контуру змінюється на таке, яким воно було до цього підвищення. Цим здійснюється пошук "границі". Подібне навантаження дозволяє визначити підсилення контуру, при якому контур регулювання втрачає стабільність, і таким чином, виявити, що при подальшому підвищенні контур регулювання вже не буде стабільним. Це дає змогу повернутись до попереднього підсилення контуру без додаткових ітерацій.

У найбільш бажаному втіленні підсилення контуру задається в залежності від навантаження установки. Це створює можливість захистити систему регулювання і, відповідно, рухомі частини від навантажень, що викликаються занадто частими переміщеннями. Коли потреби установки є невеликими, наприклад, коли невеликим є відбір води, можна задовольнитись невеликими підсиленнями контуру. Швидкість реакції також не є обов'язковою. Це дає ту перевагу, що, наприклад, при нічному зниженні споживання більшість вентилів батарей опалювальної системи дроселюються і до них, згідно з невеликою потребою, подається лише невелика кількість тепла. Коли потреба зростає, наприклад, внаслідок відбору води або надмірного відкриття вентиля, стає необхідною швидка реакція установки. У цьому випадку здійснюється перемикання до високого підсилення контуру. При використанні відповідного критерію визначення потреби можна частково уникнути попередніх багатокрокових ітерацій.

Важливою особливістю є те, що навантаження установки визначається через температуру гарячої рідини.

Такий спосіб попереднього визначення є достатньо швидким і не вимагає додаткових конструктивних елементів. Навантаження установки, наприклад, відбором теплої води, викликає відносно швидке зниження температури у збірнику внаслідок надходження відповідної кількості холодної води. Відповідним чином, можна досить швидко підняти підсилення контуру без створення небезпеки негайного виникнення коливань. Коли через деякий час коливання виникають, можна вважати, що навантаження установки припинилось і перейти назад до підсилення контуру, яке відповідає "холостому ходу".

Далі на прикладах бажаних втілень наведено опис винаходу з посиланнями на креслення, у яких: фіг.1 - схематичне зображення опалювальної установки для підготування теплої води, фіг.2 - схема пристрою керування, фіг.З - криві, що відповідають зниженню підсилення контуру, фіг.4 - криві, що відповідають підвищенню підсилення контуру, фіг.5 - схеми, що пояснюють роботу системи захисту.

Фіг.1 схематично ілюструє опалювальну установку 1 для підготування теплої технічної води, яку можна відбирати через крани 2 або інші засоби відбору. Крани 2 встановлені на кільцевому трубопроводі 3, який має канал 4 подачі і канал 5 відтоку, пов'язаний з збірником б, наприклад, бойлером. Встановлений у кільцевому трубопроводі З циркуляційний насос 7 забезпечує надходження теплої води до кранів 2 у належній кількості без суттєвої затримки.

Збірник 6 виконаний як теплообмінник, на первинному боці якого передбачено лінію 9 живлення і лінію 10 відтоку для рідкого або, взагалі, текучого теплоносія. Рідким теплоносієм може бути вода, заздалегідь нагріта у підігрівному котлі, або інша текуча речовина, нагріта у окремому підігрівному пристрої і призначена для передачі тепла. Конкретний спосіб підігрівання теплоносія не має значення. У лінії У живлення встановлено вентиль 11, який може відкриватись або закриватись мотором 12. Мотор 12 може бути, наприклад, кроковим, що дає можливість встановлювати вентиль 11 у різні положення відкриття. У каналі 4 подачі встановлено датчик 13 температури, який виміряє температуру теплої води у каналі 4 і зв'язаний з пристроєм 14 керування, який керує мотором 12. Пристрій 14 керування має вхід 15 для введення заданого значення температури у збірнику 6. Це задане значення називають також уставкою.

Одночасно з відтоком теплої води через кран 2 через вхідний трубопровід 16 до збірника 6 надходить холодна вода. Зворотний клапан 17 відвертає відток води з кільцевого трубопроводу З у трубопровід 16.

Надходження холодної води знижує температуру вже нагрітої води у бойлері 6. Датчик 13 виявляє це зниження температури і, базуючись на цьому, пристрій 14 керування активує мотор 12, який відкриває вентиль

11. Зазначені елементи разом утворюють контур 18 регулювання. Пристрій 14 керування є власне "регулятором", з статичним підсиленням Хр. Обернене значення цього статичного підсилення Хр позначають як підсилення М контуру.

Фіг2 містить схему пристрою 14 керування. Вхід і вихід пристрою 14 позначені згідно з позначеннями елементів на фіг.1.

Пристрій 14 керування має, по-перше, диференційний підсилювач 23, до якого надходять від входу 15 задане значення температури і від датчика 13 температури фактичне значення температури Залежно від різниці між цими температурами формується встановлювальний сигнал для мотора 12 Статичне підсилення цього диференційного підсилювача 23 є змінним і для його зміни використовується детектор 19 граничної частоти Спочатку детектор 19 одержує сигнали, ідентичні тим, які одержує мотор 12 Далі він одержує фактичну і задану температури. Ці сигнали, які відповідають певним значенням надходять до вузла 20 попередньої обробки, який, як буде пояснено далі, за зумовлених обставин генерує Імпульс, а за Інших умов - утворює пороговий елемент імпульси надходять до лічильника 21, з'єднаного з таймером 22, який визначає для лічильника 21 початок і кінець заздалегідь визначеного часового Інтервалу Вихід лічильника 21 з'єднаний з входом скидання таймера 22, а також з диференційним підсилювачем 23, а саме, з тим його входом, через який визначається його коефіцієнт підсилення, тобто статичне підсилення.

Роботу контуру керування Ілюструє фіг.3.

На фіг.За зображена крива Такт, тобто перебіг температури у каналі 4 подачі Пунктиром позначено задане значення Тзад, тобто уставку температури По обидва боки уставки Тзад показано нейтральну зону М: Можна бачити, що спочатку коливання температури Тфас є відносно великими Диференційний підсилювач 23 у заданих часових Інтервалах формує імпульси для активування мотора 12, зображені на фіг.35 Поки фактична температура Тфат є меншою за уставку Тзад, мотор 12 працює у напрямку ОМ-, у зворотному випадку - у іншому напрямку (ОМ-) Цими зображеннями ілюструється лише приклад Можливі і інші способи встановлення положення вентиля 11.

У описаній опалювальній установці повторні встановлення вентиля 11 є некритичними поки вони відбуваються у одному напрямку. Перешкоди виникають тоді, коли напрямок дії мотору 12 і вентиля 11 змінюється занадто часто і значно.

Отже одиночні Імпульси (фіг ЗБ) можуть визначати напрямок встановлення, Ілюстрований фіг.Зс. На фіг.за показане вихідне значення лічильника 21, яке з кожною зміною напрямку зростає на 1. Таймер 22 задає інтервал часу, який визначає періоди, зображені на фіг За Важливо, що періоди часу 21, 22, 73 є однаковими.

Якщо протягом періоду 21 виявляється, що лічильник 21 перевищив зумовлене значення коефіцієнт підсилення Хр диференційного підсилювача 23 збільшується, а підсилення М контуру відповідно зменшується.

Одночасно лічильник 21 знову встановлюється у 0 і відбувається скидання таймера 22 Відповідно, починається другий період 72 відліку, причому ще до повного закінчення періоду 21. При цьому залишається невідомим значення похибки, яка може бути скоригована у подальшому.

На фіг.Зе показано, що підсилення М контуру знижується кожного разу, коли лічильник 21 протягом періоду 72 відліку досягає зумовленого значення, у даному випадку 3. Можна бачити, що необхідно виконати дві корекції до того, як підсилення М контуру знизиться настільки, що фактична температура Тфак зазнає коливань, амплітуда яких, однак, у більшості випадків залишається у межах нейтральної зони. У даному випадку протягом періоду 23 відліку відбуваються лише дві зміни напрямку. У будь-якому випадку фактична температура Тфак задовольняє співвідношенню.

Тзад - 0,5М2 « Тефакт « Тзад - 0,5М2

Підсилення М контуру відповідає оберненому статичному підсиленню Хр диференційного підсилювача 23.

Можна застосувати алгоритм, згідно з яким

Хре(1 ж) х Хр, де 7. » 0 і є константою. Бажано, щоб 7. було менше 1. Після підвищення статичного підсилення Хр, яке відповідає зменшенню підсилення М контуру, починає роботу детектор 19 граничної частоти. Коли цей детектор виявляє нестабільність, наприклад, З або більше змін напрямку протягом періоду відліку 21, 272, ..., 7, статичне підсилення Хр, як уже відзначалось, підвищується ще кілька разів. Якщо кількість змін напрямку не досягла критичного значення, це означає, що стабільний стан досягнутий і статичне підсилення залишається незмінним.

По суті, цей процес можна розділити на дві фази. У першій фазі здійснюється перевірка, чи мають місце "критичні" коливання, і наприкінці цієї фази за результатами цієї перевірки змінюється підсилення контуру. У другій фазі здійснюється нагляд за стабільністю.

Якщо у першій фазі не було виявлено граничних коливань, підсилення контуру збільшується до виявлення нестабільного періоду відліку, причому процес регулювання не переривається і здійснюється визначення підсилення для наступного періоду відліку. На фіг.4 зображено операції підвищення підсилення контуру.

Спочатку статичне підсилення контуру знижується, наприклад, за формулою

Хри(1-о) х Хр, де о » 0 і є константою, бажано, меншою за 1. Константі а можна надавати значення 7, але, як правило, вона має інше значення.

Після цього відбувається зміна температурної уставки ад:

Тзад 2 Тзад - лер

Для цього у пристрої керування передбачено датчик 24 констант і інверсний підсилювач 25 з перемиканням, з'єднаний з спільною точкою 26. Після перемикання інверсного підсилювача він здійснює перетворення

Авр - -А5р

Зміна уставки Тзад породжує збурення, яке має викликати коливання. Без таких коливань неможливо викликати нестабільність зміною підсилення М контуру. Після зміни уставки і часової затримки Лї починає роботу детектор граничної частоти. Доки цей детектор виявляє стабільну роботу контуру 18 регулювання, цей процес повторюється, тобто підвищується підсилення М контуру.

У якийсь момент підсилення М контуру стає настільки великим, що у контурі 18 регулювання починаються коливання. У втіленні, ілюстрованому фіг.4, це відбувається у момент ІЗ. У цьому випадку уставка Т-ад встановлюється знову у дотеперішнє значення, а статичне підсилення Хр - у значення

Хр : Хр - с) і цим процедура встановлення закінчується. Підсилення М контуру встановлюється у значення, яке востаннє забезпечувало стабільний стан.

Якщо після операцій, зображених на фіг.3, 4 досягнуто стабільного стану, подальші операції не виконуються і процедура встановлення завершується. У випадку виникнення нової нестабільності, наприклад, внаслідок зміни навантаження, яке веде до маятникових коливань вентиля, починається нова процедура встановлення.

Фіг.5 ілюструє інший варіант процесу зміни підсилення М контуру. Цей варіант передбачає реалізацію системної захисної функції, яка усуває можливість коливань при малих навантаженнях, близьких до холостого ходу.

Тут обрано два значення підсилення контуру - високе і низьке, з можливістю перемикання між ними.

Призначенням цієї захисної функції є стабілізація і оптимізація опалювальної установки 1 в залежності від її навантаження.

Згідно з захисною функцією, високе підсилення М контуру, позначене МІ на фіг.5, відповідає нормальному навантаженню. Таке підсилення можна встановити, наприклад, за допомогою описаної вище процедури автоматичного встановлення. Можна передбачити засіб (не показаний) запам'ятовування коефіцієнта підсилення.

Низьке підсилення У2 контуру використовується при холостому ході.

Детектор 19 граничної частоти тепер використовується після завершення нормального режиму. У цьому випадку високе значення М1 підсилення контуру викликає появу коливань занадто збільшеної амплітуди і занадто збільшеної частоти. Після виявлення таких коливань, викликаних попереднім підвищенням підсилення контуру, підсилення перемикається з великого значення М1 на мале Ма, після чого система знову стабілізується.

Для встановлення значення зміни при переході від холостого ходу до нормального режиму використовується спад температури, що викликається такою зміною. Цій операції відповідає часова позначка 12 на фіг.5. При цьому відбувається відбір між моментами 12 і ІЗ. Навантаження, у даному випадку відбір води, визначається, коли фактична температура від значення Ю7 знижується нижче заданої температури Тзад. У цьому випадку підсилення контуру підвищується до значення М1. Внаслідок цього регулятор спрацьовує з швидкістю, необхідною для нормального режиму. У момент ІЗ відбір закінчується. Оскільки підсилення контуру є занадто високим, у періоді 22 відбуваються коливання. Вони виявляються детектором граничної частоти, і у момент і4 підсилення контуру знову набирає значення М2. З свого боку, це значення М2 може бути знайдене через відповідні Ітерації при підвищенні підсилення контуру. 21010 /

ЩІ І ле ,» шу ! 1

ЩА ЛЗ

ЩО іш! шт ді с б б 7 3

С т с» щу -1/ нин

ФІГ.1 пиши пиши 25 Її 25 що

Що от

Шан тей

Пот пл пі 027ИИ02Ш0Ш0200520-037.

ІЗ

ФІГ.2 а) - Од 77 В

КА-ШШВШИ У -т ій ОТ тво їх

Ь)

ОК»

ОН- с) і

Я) кн дет сту е) м

ФІГ.З а) ! М,

Й: Тут 4. птняярнен т т непддлідотін--- 5)

Їзад дор

НВ

Ь)

І

ФІГ.4 й М У

Та і й

ТбЕт я в Ще Щі ШЕ що 7 Т зад він пл ва ї "п й Н й ; ! ! І

Іо у і іх й

ФІГ.5