Automatizacija (1)

Tehnika klimatizacije i automatska regulacija

AUTOMATSKA REGULACIJA

KLIMATIZACIJSKIH SUSTAVA

Openito

Zadatak automatske regulacije jest odrati odreene fizikalne veliine

(temperatura, tlak, brzina vrtnje, vlanost i sl.) na odgovarajuim

vrijednostima, usprkos svim moguim utjecajima na proces

Primjer: regulacija temperature prostorije


Openito

Na temperaturu prostorije utjeu razni imbenici; sve veliine koje utjeu

na promjenu temperature su veliine smetnje

Vrijednost temperature koju treba odravati u prostoriji je vodea

(unaprijed zadana) vrijednost

eljena temperatura prostorije, ona koja se regulira sustavom regulacije, jest

regulirana veliina

Regulirana veliina (temperatura prostorije u primjeru) usporeuje se s

vodeom vrijednou te se odreuje otklon ili odstupanje

Na osnovu otklona odreuje se podizaj pladnja (otvorenost) ventila; podizaj

pladnja ventila jest postavna veliina koja ovisi o veliini otklona


Openito

Regulacija je proces kod kojeg se regulirana veliina stalno mjeri i

usporeuje s vodeom veliinom iste vrste

Ako postoji regulacijsko odstupanje, regulator djeluje na reguliranu veliinu

nastojei je uskladiti s vodeom vrijednosti promjenom postavne veliine

Zadatak regulatora jest trajno prilagoavati trenutnu vrijednost regulirane

veliine unaprijed zadanoj vodeoj vrijednosti


Openito

Za proces regulacije znaajni su sljedei postupci:

1. mjerenje regulirane veliine

2. usporeivanje izmjerene vrijednosti regulirane veliine s vodeom

vrijednosti i izraunavanje otklona (odstupanja)

3. pretvaranje otklona u zahvat na regulatoru radi eliminiranja ili smanjenja

razlike izmeu regulirane veliine i njezine vodee vrijednosti

4. postavljanje postavnoga lana u potreban poloaj


Openito

Bitni pojmovi:

regulirana veliina, x veliina koju se nadzire i ije je podruje

vrijednosti u procesu unaprijed odreeno; trenutna vrijednost regulirane

veliine oznaava se s x, a podruje vrijednosti regulirane veliine s X

vodea vrijednost, w vrijednost regulirane veliine koju treba

odravati u procesu regulacije

regulacijski otklon, xw razlika izmeu stvarne vrijednosti regulirane

veliine i vodee vrijednosti, odreena samim procesom, tj. xw = x w

postavna veliina, y veliina koja utjee na promjenu regulirane veliine

u eljenom smislu; podruje vrijednosti postavne veliine oznaava se s Y


Openito

Pri rjeavanju problema treba prije svega definirati regulacijski trokut:

regulirana veliina postavna veliina veliine smetnje

Regulirana veliina je gotovo uvijek odreena samim procesom, pa se moe

lako unaprijed odrediti

Odrediti postavnu i veliinu smetnje nije tako lako i jednostavno


Openito

Regulacijska staza prostorija koja se grije (dio regulacijskoga kruga u

kojem se djeluje na reguliranu veliinu)

Regulacijska staza je dio instalacije na koji djeluju veliine smetnje i postavna

veliina, a regulirana veliina se mora odravati na vodeoj vrijednosti

U teoriji regulacije regulacijska se staza simboliki oznaava pravokutnikom

(blok-dijagram regulacijske staze)


Regulirana

veliina

Veliine smetnje

s Postavna

veliina

Openito

Regulator ureaj za regulaciju s potrebnim dijelovima

Blok-dijagram regulatora

(M mjerni lan; D dava; K komparator; V vremenski lan)


x

w

M

D

K V

y

Openito



mjerni ureaj (M) slui za mjerenje regulirane veliine dava (D) je ureaj za zadavanje vodee vrijednosti regulirane veliine

usporeiva ili komparator (K) odreuje razliku izmeu stvarne

vrijednosti regulirane veliine i vodee vrijednosti


x

w

M

D

K V

y

Openito



vremenski lan (V) je najvaniji dio regulatora; bitno utjee na nain

djelovanja regulatora, jer prema odreenome zakonu oblikuje izlazni

regulacijski signal; nain djelovanja regulatora moe biti proporcionalan,

integralan ili derivacijski, ili kombinacija nekih od tih triju djelovanja


x

w

M

D

K V

y

Openito

Regulacijski krug obuhvaa prostoriju, reguliranu veliinu, regulator i

postavnu veliinu

Osnovna zadaa regulacijskoga kruga jest odravati ravnoteu izmeu

ulaznoga toka energije ili mase i optereenja sustava

Glavni zahtjev koji mora biti ispunjen kod automatske regulacije jest taj da

regulacijski krug bude zatvoren

Regulacijski krug = zatvoreni put koji se dobije spajanjem izlaza iz

regulacijske staze s ulazom u regulator, kao i izlaza iz regulatora s ulazom u

regulacijsku stazu, tako da nastane jedan zatvoreni krug


Openito


postavnu veliinu

Blok-dijagram zatvorenoga regulacijskog kruga

(z smetnje; O mjerni lan, osjetnik; P postavni lan)


z

w

M

D

K V

y

O

x

P

Openito


postavnu veliinu

Regulacijski krug se zatvara tako da se mjeri vrijednost regulirane veliine,

usporeuje s vodeom vrijednou u komparatoru i odreuje otklon na

temelju kojeg regulator djeluje na postavni lan radi korekcije regulirane

veliine, odnosno svoenja odstupanja na nulu informacija mora

kontinuirano prolaziti kroz regulacijski krug te se tako ostvaruje povratna

veza


Openito

Da bi se moglo utjecati na reguliranu veliinu, mora postojati mogunost

promjene postavne veliine; u tu se svrhu koristi tzv. postavni lan

Postavni lan mijenja protok mase ili energije (npr. protok vode, vodene

pare, plina, ulja, tok elektrine energije ili topline)

Postavni lan moe biti regulacijski ventil, regulacijska zaklopka, promjenjivi

otpornik (kod regulacije napona)

Postavni lan esto se pokree pomou specijalna pogona pogona

postavnoga lana (aktuator)

Aktuator moe biti mehaniki, pneumatski, hidrauliki, elektrini i drugi


Openito

Da bi se regulirana veliina odravala na unaprijed zadanoj vrijednosti, treba

poznavati trenutnu vrijednost regulirane veliine, tj. reguliranu veliinu treba

mjeriti

Mjerni ureaj se openito sastoji od osjetnika regulirane veliine i dijela

mjerna ureaja koji se ugrauje u regulator

Osjetnik regulirane veliine postavlja se na izlazu iz regulacijske staze i on

prenosi informaciju o trenutnoj vrijednosti regulirane veliine


Openito

Dio mjerna ureaja koji je ugraen u regulator mora pretvoriti regulacijski

signal u fizikalni oblik koji moe koristiti dava vodee vrijednosti dava

moe preraditi samo regulacijske signale odreena fizikalna oblika, (npr.

pomak, sila, tlak, napon itd.)

Samo kod regulatora kod kojih komparator moe sam obraditi regulacijski

signal otpada dio mjerna ureaja u samom regulatoru

esto taj dio mjerna ureaja nije smjeten u samom regulatoru, ve u

jednom posebnom ureaju koji je od njega odvojen pretvornik ili

transmiter

Funkcija pretvornika je regulacijski signal osjetnika pretvoriti u oblik

pogodan za ulaz u regulator


Openito

Blok dijagram regulacijskoga kruga


Openito

Za odreeni proces koji se eli automatizirati, potrebno je odabrati i

primijeniti prikladni regulator

Razliiti naini regulacijskih djelovanja:

1. dvopoloajna regulacija (ON-OFF, regulacija konane razlike)

2. proporcionalna regulacija (P regulator)

3. integralna regulacija (I regulator)

4. derivativna regulacija

5. kombinacije tih djelovanja (PI, PID)


Openito

Usporedba dvopoloajne (on/off) i inverterske regulacije klima-ureaja

Profil temperature isparivanja i

hlaenoga zraka kod on/off i

inverterske regulacije


Openito

Za odreeni proces koji se eli automatizirati, potrebno je odabrati i

primijeniti prikladni regulator

Razliiti naini regulacijskih djelovanja:

1. dvopoloajna regulacija (ON-OFF, regulacija konane razlike)

2. proporcionalna regulacija (P regulator)

3. integralna regulacija (I regulator)

4. derivativna regulacija

5. kombinacije tih djelovanja (PI, PID)


Openito

Prikladnost razliitih tipova regulatora za reguliranje raznih vrsta fizikalnih

veliina


Regulirana

veliina Tip regulatora

P I PI PID

Temperatura Prikladan, ali ne za

neke velike zahtjeve

Nije prikladan,

predugo vrijeme

regulacije

Vrlo prikladan za

visoke zahtjeve

Vrlo prikladan za

visoke zahtjeve

Tlak Moe se primijeniti Vrlo prikladan Nepotreban

Protok Neprikladan, jer je

potrebno p-podruje

obino preveliko

Vrlo prikladan I-regulator esto daje

bolje rezultate

Nepotreban

Razina Najee vrlo

prikladan

Neprikladan, jer je

nestabilan

Vrlo prikladan za

visoke zahtjeve

Brzina vrtnja

Uglavnom vrlo

prikladan

Moe se primijeniti

ako mrtva vremena

nisu prevelika

Vrlo prikladan za

visoke zahtjeve

U usporedbi s PI-

regulatorom daje

neto veu kvalitetu

regulacije

Vrlo esto se primjenjuje u klimatehnici Rijetko se primjenjuje

Vrste regulacije vremensko ponaanje

vrsta regulacija (regulacija stalne vrijednosti) je regulacija kod koje je

vodea vrijednost fiksna, vremenski nepromjenjiva (cilj je ukloniti djelovanje

poremeaja na reguliranu veliinu)

Slijedna regulacija je regulacija kod koje je vodea veliina dinamina,

vremenski promjenjiva (vrijednost regulirane veliine slijedi promjenjivu

vrijednost vodee veliine; npr. regulacija grijanja prema vremenskim

prilikama)

Regulacija s vremenskim rasporedom je slijedna regulacija kod koje je

vodea veliina utvrena vremenskim rasporedom (npr. regulacija grijanja s

dnevnim/tjednim programom)


Sekvencijalna regulacija

Kako bi se regulirana veliina odravala na zadanoj vrijednosti, proces

regulacije sastavljan je od niza pojedinanih procesa


Ekonomino upravljanje protokom vanjskoga i optonoga zraka (eko logika)

Regulator usporeuje temperaturu vanjskoga i prostornoga zraka; ako je

temperatura vanjskoga zraka bitno nia ili via od temperature prostornoga

zraka, sustav radi s minimalnim protokom vanjskoga zraka radi utede

energije

Slino je i kod regulacije uina sustava za iskoritavanje topline odvodnoga

zraka, gdje regulator usporeuje temperaturu ili entalpiju odvodnoga i

vanjskoga zraka, te odreuje je li rekuperacija ekonomino rjeenje ili nije


Kaskadna regulacija

Kod tromih procesa odstupanja regulirane veliine od zadane vrijednosti

mogu biti dugotrajna, jer je za poetak regulacijskoga djelovanja, nakon

pojave smetnji, potrebno dulje vrijeme

Osim toga, kada regulacijsko djelovanje i pone potrebno je ekati dulje

vrijeme na rezultate toga djelovanja

kaskadnom regulacijom uvodi se dodatni regulacijski krug unutar ve

postojeega (osnovnoga), ime se ubrzava regulacijsko djelovanje nakon

pojave smetnje


Kaskadna regulacija

Dodatni regulacijski krug (sekundarni, unutarni) ugrauje se unutar drugoga

(primarnoga, vanjskoga)

U procesu je potrebno pronai meuveliinu koja e biti regulirana veliina

u sekundarnom krugu

Kaskadna regulacija pokazuje svoju vrijednost kad je dinamika zadrka u

procesu vrlo velika, odnosno kod regulacije vrlo tromih (sporih) procesa


Kaskadna regulacija

Primjer: regulacija temperature prostorije (lijevo obina, desno kaskadna)


Primjeri regulacije sustava ventilacije i klimatizacije

Sustav ventilacije s konstantnom temperaturom dovodnoga zraka;

automatska regulacija uina toplovodnoga grijaa zraka



Sustav djelomine klimatizacije sa sekvencijalnom regulacijom grija/hladnjak

zraka



Sustav djelomine klimatizacije sa sekvencijalnom regulacijom grija/

rekuperacija topline/hladnjak zraka



Sustav ventilacije sa sekvencijalnom regulacijom grija/mijeajua sekcija



Sustav ventilacije sa sekvencijalnom regulacijom mijeajua sekcija/hladnjak



Sustav djelomine klimatizacije sa sekvencijalnom regulacijom grija/

mijeajua sekcija/hladnjak zraka



Sustav ventilacije s regulacijom temperature prostornoga zraka i

ogranienjem minimalne temperature dovodnoga zraka ili kaskadnom

regulacijom toplovodnoga grijaa zraka klima-komore



Sustav djelomine klimatizacije s regulacijom temperature prostornoga

zraka i kaskadnom sekvencijalnom regulacijom grija/hladnjak zraka




zraka i kaskadnom sekvencijalnom regulacijom grija/rekuperacija topline/

hladnjak zraka



Sustav ventilacije s regulacijom temperature prostornoga zraka i kaskadnom

sekvencijalnom regulacijom grija/mijeajua sekcija




zraka i kaskadnom sekvencijalnom regulacijom grija/mijeajua sekcija/

hladnjak zraka



Regulacija konstantne temperature



Regulacija temperature vode u polaznom cjevovodu u ovisnosti o

temperaturi vanjskoga zraka


75

-8


Regulacija temperature vode u polaznom cjevovodu u ovisnosti o

temperaturi vanjskoga zraka



Regulacija diferencijalnoga kruga


Projektiranje sustava automatske mikroprocesorske regulacije

Prije svega potrebno je definirati to e sve biti povezano sa sustavom

mikroprocesorske automatske regulacije i na temelju toga izraditi shemu

signala ili tablicu I/O digitalnih signala

Nakon definiranja signala, potrebno je odabrati elemente automatske

regulacije, koji se dijele u dvije skupine:

elementi u polju (osjetnici, termostati, presostati, izvrni elementi...)

elementi mikroprocesorske regulacije (mikroprocesorski regulatori...)



Jedini kriterij izbora mikroprocesorskoga regulatora je potreban broj signala

Prvo to treba napraviti jest zbrojiti signale svih elemenata u polju, te sve

signale potrebne za upravljanje elektromotornim potroaima koji su

sastavni dio odreene instalacije

Radi tonijeg odabira u nastavku su dani prikazi i pojanjenja broja

potrebnih signala za pojedine specifine elektromotorne potroae u

sustavu



Cirkulacijska pumpa + frekventni pretvara

(1 DO + 2 DI + 1 AO) (1 DO kontakt start-stop + 1 DI greka + 1 DI alarm +1 AO signal upravljanje 0-10V)



Jednostruka elektronska pumpa

(1 DO + 2 DI) (1 DO kontakt start-stop + 1 DI greka + 1 DI alarm)



Jednobrzinski ventilator ili pumpa

(1 DO + 2 DI) (1 DO kontakt start-stop + 1 DI greka + 1 DI alarm)



Dvobrzinski ventilator

(2 DO + 1 DI) (2 DO kontakt start-stop + 1 DI zbirni signal)



Jednobrzinski ventilator + frekventni pretvara

(1 DO + 2 DI + 1 AO) (1 DO kontakt start-stop + 1 DI greka + 1 DI

alarm + 1 AO signal upravljanje 0-10V)



Primjer aplikacijske sheme sustava klimatizacije



Primjer specifikacije elemenata automatske regulacije i elemenata u polju

Slog DDC elemenata automatske regulacije klima-komore

Popis elemenata u polju


XL50UMMI-PC-LON XL50MMI + XD50FL Mikroprocesorski regulator LON kom 1

CRT6 transformator 220/24V; 6A kom 2

XFL 522B modul analognih izlaznih signala (8 x AO) kom 1

XFL 523B modul digitalnih ulaznih signala (12 x DI) kom 1

XSL513 kuite s rednim stezaljkama modula XFL 521,522,523 kom 2

LF 20 Kanalni osjetnik temperature (NTC 20k) - 280 mm kom 3 T6951A1017 Protusmrzavajui kapilarni termostat (3 m) kom 1

H7015A1006 Kanalni osjetnik vlage kom 2

DPS 1000 Diferencijalni presostat zaprljanosti filtra (200-1000 Pa) kom 2

S20010 Proporcionalni elektromotorni pogon zaklopki (0-10 V; 16

Nm; 24 V) kom 1

S20230-2POS Elektromotorni pogon aluzina s povratnom oprugom (on/off ;

20 Nm; 230V) kom 2

V5013R1065 Troputni navojni regulacijski ventil grijaa - NP16; DN25;

kvs =10 kom 1

V5013R1081 Troputni navojni regulacijski ventil hladnjaka - NP16; DN40;

kvs=25 kom 1

ML7420A6009 Elektromotorni pogon ventila (0-10V; 600N; 24V) kom 1


Nakon definiranja potrebnoga broja signala pristupa se izboru

mikroprocesorskoga regulatora

Primjer: regulator XL 50 PC-LON

oznaka regulatora: XL50_MMI-PC-LON

8 AI + 4 AO + 4 DI + 6 DO (22 toke) + ekspanzija

46 LON toaka



Mikroprocesorski modularni regulator sam po sebi nema signalne ulaze i

izlaze, ve uz njega uvijek treba kombinirati module odgovarajuega tipa i

broja ovisno o potrebnome broju i vrsti signala

Uz svaki modul potrebno je predvidjeti i postolje modula

Primjer specifikacije modula i pripadajuih postolja za regulator tipa XL800


XFL821A AI - Modul analognih ulaza (LON) (8 x AI)

XS821 Postolje AI modula

XFL822A AO - Modul analognih izlaza (LON) (8 x AO)

XS822 Postolje AO modula

XFL823A DI - Modul digitalnih ulaza (LON) (12 x DI)

XS823 Postolje DI modula

XFL824A DO - Modul digitalnih izlaza (LON) (6 x DO)

XS824 Postolje DI modula

Documents

Automatizacija (1)