Понятие об автоматическом управлении

Как и во многих других отраслях народного хозяйства, в системах энергоснабжения и энергопотребления всё более широко используется автоматизация управления целым рядом процессов. Внедрение автоматических систем управления существенно повышает производительность труда работников (операторов), увеличивает точность управления и обеспечивает высокую эффективность использования энергоресурсов.

Автоматическая система - это совокупность технических средств автоматизации и объекта управления, функционирующая без участия человека. Следует различать автоматическую систему управления и автоматизированную систему управления, допускающую участие человека в процессе управления. Основные типы систем управления приведены на рис. 5.12.

Особенности функционирования этих систем легко уяснить на примере регулирования температуры в помещении - жилом или производственном, которое будет выступать в качестве объекта управления «О». Управляемая величина «Х» - это температура воздуха внутри помещения. Заданная температура (например +20⁰С) определяется задающим воздействием «W». Возмущение «F» - это изменение температуры окружающей среды вне помещения (похолодание или потепление), которое изменяется по случайному закону. В качестве управляющего органа «УО» здесь может выступать нагревательный прибор (радиатор отопления, калорифер и др.) с регулирующим краном.

Рис. 5.12. Системы управления: а) ручная; б) автоматизированная или полуавтоматическая; в) автоматическая; W - задающее (командное) воздействие; F - мешающее воздействие (возмущение); X - управляемая величина (параметр) объекта управления; X¢-измеренное значение параметра X; О - объект управления; УО - управляющий орган; ОП - оператор; ОИ - орган информации (датчик); СУ - сравнивающее устройство;

Р- регулятор.

Открывая или закрывая кран можно изменять расход теплоносителя и тем самым влиять на основной параметр - температуру воздуха в помещении.

Очевидно, что первая схема (ручного управления) (рис. 5.12, а), которая не учитывает случайного характера изменения возмущения «F», будет наименее совершенной. Здесь, к примеру, можно на день прикрывать кран управления расходом теплоносителя, а на ночь - открывать.

Этим действием будет учитываться закономерность изменения температуры наружного воздуха: днём теплее, ночью - холоднее. Однако оператору, управляющему краном расхода теплоносителя, очень трудно учитывать возможные количественные изменения возмущения «F». Заметим, что в первой схеме в помещении даже отсутствует измеритель параметра «Х», т.е. нет термометра.

Введение в схему управления температурой в помещении органа информации «ОИ», т.е. термометра (рис. 5.12, б), позволяет существенно улучшить качество управления, и, прежде всего, точность поддержания температуры воздуха. В этой схеме параметр «Х¢» постоянно сравнивается с задающим воздействием, и оператор с помощью управляющего органа приводит значение температуры в помещении к заданному уровню, тем самым устраняя негативное воздействие возмущения «F». Суть процесса полуавтоматического управления, который иллюстрируется схемой рис. 5.12,б, состоит в том, что минимизируется разность (рассогласование) DХ = W - Х¢, т.е. DХ®О. Точность отслеживания параметра Х зависит от точности его измерения органом измерения ОИ и от действий оператора, насколько он точно и своевременно реагирует на увеличение DХ. Процесс сравнения W и Х¢ может выполняться приборным образом или визуально самим оператором. Цепь, связывающую выход системы с её входом, называют цепью обратной связи. В нашем случае эта цепь включает выход параметра Х, ОИ и вход СУ. Наличие цепи обратной связи позволяет наилучшим образом учитывать влияние возмущения F и существенно повышать точность управления параметром Х, что выгодно отличает данную схему от предыдущей.

Наиболее высокими эксплуатационными качествами, в т.ч. и точностью, обладает схема рис. 5.12, в, отображающая систему автоматического управления параметром Х. Замена оператора регулятором, который воздействует на управляющий орган в строгом соответствии с величиной и знаком DХ, повышает надёжность функционирования всей системы в целом. Для измерения параметра Х в таких системах используются ОИ - датчики (например, температуры), на выходе которых получают величину Х¢, однозначно отображающую Х и пригодную для подачи на вход сравнивающего устройства СУ, где в аналоговом или цифровом виде получают рассогласование DХ.

Автоматизация технологических и производственных процессов создаёт определённые технико-экономические преимущества во всех отраслях народного хозяйства страны. С внедрением средств автоматизации неизбежно повышается производительность труда. При этом обеспечивается снижение себестоимости изделий, повышение качества продукции, снижение расхода топлива, тепловой и электрической энергии, что особенно важно для систем энергоснабжения и энергопотребления. Так, например, экономия тепловой энергии, расходуемой на теплопотребление (отопление, горячее водоснабжение, производственное использование), за счёт автоматического регулирования может составить до30% от годового потребления без нарушения теплового режима зданий и параметров других процессов.

5.3. Бытовое энергосбережение

Общие сведения

На поддержание теплового режима жилых зданий и на другие бытовые нужды тратится большое количество энергоресурсов. Например, частные домовладельцы в Западной Европе используют почти 30 % всей получаемой энергии, что составляет почти столько же, что и промышленность, и больше, чем весь вместе взятый транспорт. При этом большая часть расходуемой энергии (70%) идёт на отопление помещений (рис. 5.13).

В жилищном хозяйстве нашей страны так же потребляется около 30 % тепловой энергии, получаемой от сжигания различных видов топлива. При этом суммарная потребность эксплуатируемых жилых зданий (старого фонда) в тепловой энергии намного больше, чем в новых жилых зданиях, спроектированных и строящихся в последние годы. Существующий перерасход тепловой энергии в эксплуатируемых зданиях по сравнению с расчётным расходом сейчас оценивают в 25 и более процентов.

Основными причинами расхода являются: пониженные теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций - стен, окон, балконных дверей, совмещённых покрытий зданий; неотрегулированность систем отопления; завышенный воздухообмен из-за неплотностей и щелей окон, дверей; работа котельных с низким КПД; несовершенство систем горячего водоснабжения и др.

Рис. 5.13. Распределение энергетических потребностей зданий.

В этой связи в республике постоянно совершенствуется законодательная база по энергосбережению, разрабатываются нормативы и проводятся мероприятия, стимулирующие организации и службы жилищно-коммунального хозяйства, а также квартиросъёмщиков и владельцев домов к экономии тепловой и электрической энергии, других ресурсов.