CC BY
35
УДК 62-543.2: 624.191.94 Д.В. Зедгенизов
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОМ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ТОННЕЛЕ МЕТРОПОЛИТЕНА
Семинар № 13
Л ля осуществления эффективного управления проветриванием станций метрополитенов мелкого заложения (ММЗ) необходимо обеспечить совместное регулирование производительности станционного вентилятора и расхода воздуха, поступающего из тоннелей на станцию [1], [2]. Изменение указанного расхода может быть достигнуто применением регуляторов воздухорас-пределения (РВ), устанавливаемых в местах тоннелей, непосредственно примыкающих к платформе.
Система автоматического управления вентиляцией на каждой станции должна обеспечивать требуемые параметры микроклимата в пассажирских и служебных помещениях путем отработки управляющих воздействий, поступающих от контроллера верхнего уровня автоматизированной системы управления проветриванием ММЗ. Блок-функциональная схема такой системы приведена на рис. 1.
Регулирование производительности станционного вентилятора осуществляется локальной системой управления (САУ В), изменяющей угол установки лопаток рабочего колеса вентилятора или частоту питающего электродвигатель напряжения. Расход воздуха, проходящего через тоннель на платформу станции, изменяется своей локальной системой (САУ РВ) путем перемещения створок РВ. При этом воздухообмен на платфор-
ме определяется количеством воздуха, поступающего из всех примыкающих к станции тоннелей, эскалаторных и пассажирских спусков. Указанные расходы воздуха необходимо оперативно контролировать и изменять углы открытия РВ для обеспечения поступления на платформу требуемого количества воздуха.
Установка регулятора непосредственно вблизи выхода на платформу позволит регулировать общий расход воздуха, поступающего из тоннелей на станцию, что обеспечивает одновременный учет поршневого эффекта движущихся поездов, изменения вентиляционных режимов соседних станций, переменной естественной тяги и регулирования производительности станционного вентилятора.
Технологические требования к системе автоматического управления регулятором:
1. Управление регулятором должно осуществляться дистанционно от диспетчера станции, диспетчера электромеханической службы, а также в автоматическом режиме.
2. Должно быть предусмотрено местное управление для настройки, регулирования и проведения планово-профилактических работ;
3. Система управления регулятором должна осуществлять непрерывный контроль угла открытия створок регулятора и передачу этой информации в систему управления верхнего
Рис. 1. Блокфункциональная схема САУ вентиляцией станции ММЗ: САУ В -система автоматического управления вентилятором; САУ РВ - система автоматического управления регулятором возаухораспределения
уровня, а также контроль открытого и полностью закрытого положения регуляторов по концевым выключателям;
4. Электропривод регулятора должен обеспечить одновременный поворот створок при максимальном значении сопутствующей и встречной нагрузки, действующей на регулятор при прохождении поезда вблизи регулятора.
Требования к качеству управления расходом воздуха в тоннеле:
1. Отсутствие статической ошибки управления.
2. Перерегулирование - не более 20 %.
3. Время регулирования - не более 30-ти секунд.
4. Обеспечение требуемого диапазона регулирования расхода воздуха.
На рис. 2 показана схема установки РВ при полностью закрытом положении в момент прохода поезда. Конструктивно регулятор состоит из
Рис. 2 Схема установки регулятора возаухораспределения в тоннеле: 1 -
створки регулятора; 2 - электропривод поворота створок; 3 - передаточное устройство
створок 1, электропривода 2 и передаточного устройства 3, соединенного с приводом трансмиссионным валом. Створки регулятора закрывают большую часть живого сечения тоннеля и имеют вырезы под кабельные кронштейны, благодаря чему есть возможность полного открытия створок.
На основе справочных данных [3], а также результатов экспериментов [4, 5] была проведена оценка изменения сопротивления регулятора, установленного в тоннеле, при повороте его створок от 0 до 90 градусов.
График зависимости расхода воздуха в тоннеле От от изменения со-
Д Qt, %
100 90 80 70 60 50 40 ЗО 20
10 ■
и RpB*10.
б~Г Г75 з"5 5*25 7.0 8.75 10.5 12.25 14.0 15.75 17.5 Н*с2/м8
Рис. 3. График зависимости расхода воздуха в тоннеле Qt от сопротивления ре-
гулятора RpB
противления регулятора Нрв показан на рис. 3. Зависимость носит практически линейный характер, поэтому при дальнейших исследованиях может быть с достаточной степенью точности линеаризована. При полностью открытом регуляторе расход воздуха в тоннеле максимальный и ограничивается только сопротивлением участка тоннеля. По мере закрывания регулятора увеличивается сопротивление участка вентиляционной сети, а, следовательно, снижается расход воздуха через регулятор. Расчеты для типового участка вентиляционной сети Новосибирского метрополитена показывают, что при установке одного регулятора расход воздуха в тоннеле может быть снижен на 30 %.
Функциональная схема САУ РВ показана на рис. 4. Сигнал задания требуемого расхода воздуха в тоннеле и3 формируется в контроллере (ЭВМ) верхнего уровня на основе заложенных алгоритмов, либо по командам диспетчера. Устройство
управления по и3 и сигналу обратной связи с датчика расхода воздуха иоС формирует сигнал управления иУпР электромеханическим исполнительным механизмом (ИМ), который изменяет угол установки створок регулятора а. При увеличении угла а растет сопротивление регулятора НРВ. Расход воздуха в тоннеле От изменяется обратно пропорционально изменению его сопротивления и контролируется соответствующим датчиком.
из
Устройство
управления
Uynp і
Uoc
~Uc
им
' III 1 1 ІДО
: (©)- Редуктор 1а Регулятор RpB Аэродинамический
1 воздухораспределения объект
Qr
Датчик расхода воздуха
Рис. 4. Функциональная схема системы автоматического управления регулятором воздухораспределения
Рис. 5. Структурная схема системы автоматического управления регулятором воздухораспределения в тоннеле метрополитена
Для дальнейших исследований в аэродинамический объект необходимо ввести возмущение ДО, которое учитывает совместное действие поршневого эффекта, взаимное влияние вентиляционных режимов соседних станций и прочие возмущения вентиляционного режима.
Проведенные исследования позволили составить математическое описание объекта «регулятор воздухораспределения - участок вентиляционной сети метрополитена», которое может быть записано в следующем виде:
Передаточная функция исполнительного механизма -
м (р) = а (р) = Ким
W ИМ (р) иУпР(р) р
Передаточная функция регулятора воздухораспределения -
М (р) = Крв (р) = к Мрв (р) = а (р) = кр
Передаточная функция аэродинамического объекта -
VPB
WA(p) =
QT(p)
Ka
Rpb (p) taP +1
Передаточная функция датчика расхода воздуха -
W^p) =
= Uoc(p) =
Qt(p)
= к
ДР
Структурная схема САУ РВ приведена на рис. 5. Включение меха-
низма поворота створок Рв осуществляется подачей напряжения ± 24 В на пускатель ИМ. Эта особенность приводит к необходимости применения релейного закона управления объектом. Из-за недостаточной информации об объекте и действующих возмущениях решать задачу синтеза управляющих алгоритмов как задачу оптимального быстродействия затруднительно. Поэтому, синтез системы управления можно осуществить на основе организации скользящего режима. В этом случае вид переходного процесса зависит только от вида многообразия и не зависит от параметров исследуемого объекта и возмущающих воздействий.
На основе предложенного математического описания было проведено численное моделирование переходных процессов, возникающих в системе при изменении управляющего воздействия. Результаты численного эксперимента приведены на рис. 6.
При выдаче управляющего воздействия иу на исполнительный механизм происходит открытие створок регулятора (угол а уменьшается от 90 до 0 градусов), что приводит к увеличению расхода воздуха, проходящего через регулятор с 27 до 40 м3/с, т.е. на 30 %. Перерегулирования выходной координаты не происходит, время регулирования расхода воздуха
а,град Q,M^/C
составляет 35 секунд и ограничивается быстродействием механизма поворота створок регулятора.
Выводы
1. Приведено математическое описание объекта «регулятор.
Рис. 6. Переходные процессы САУ РВ по управляющему воздействию
2. Воздухораспреде-ления - участок вентиляционной сети метрополитена», необходимое для проведения синтеза алгоритмов управления возду-хораспределением в вентиляционной сети метрополитена.
3. Численным экспериментом подтверждена адекватность предложенной математической модели системы автоматического управления регулятором воздухораспределения.
1. Зедгенизов Д. В. Новый подход к управлению проветриванием метрополитенов мелкого заложения // Горный информационно-аналитический бюллетень. Тематическое приложение "Безопасность". М. МГГУ. - 2005. - С. 312 - 323.
2. Зедгенизов Д. В. Пути повышения эффективности управления проветриванием метрополитенов // Четвертая научнопрактическая конференция с участием иностранных ученых «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых». г. Новосибирск. ИГД СО РАН. -2005. - С. 202 - 209.
3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идель-
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
чик / Под ред. М.О. Штейнберга. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.
4. Экспериментальное исследование воздухораспределения на станции «Октябрьская» Новосибирского метрополитена / Институт горного дела СО РАН: Руководитель Е.Н. Шер. - Новосибирск, 1993. -97 с.
5. Исследование на АЦВК и в натурных условиях переходный процессов и частотных свойств вентиляционных систем перегонов, получение математического описания / Институт горного дела СО РАН: Руководитель Н.Н. Петров. - № 493-15. - Новосибирск, 1989. - 109 с. ШИН
— Коротко об авторе ------------------------------------------------------------
Зедгенизов Д.В. - кандидат технических наук, Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 13 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Л.Д. Певзнер.
