Ключові слова
вентиляційна система
вибухонебезпечні гази
метан
водень
газові генератори
акумуляторні зали
ПІД-регулятор
інтернет речей (IoT)
автоматизація
MATLAB Simulink
ModBus TCP
енергоефективність
енергетичні підприємства
Як цитувати
Анотація
У статті розглядається методика трьохпозиційного дискретного керування вентиляційною системою приміщень енергетичних підприємств із підвищеним ризиком утворення вибухонебезпечного газового середовища. Основну увагу приділено двом типовим джерелам газоутворення: метану – у приміщеннях із газовими електрогенераторами, та водню – в акумуляторних залах, що утворюється під час заряджання свинцево-кислотних батарей. Запропоновано підхід до переходу від двопозиційного («On-Off») до трьохпозиційного керування вентиляційним приводом на основі адаптаційної характеристики, отриманої для ПІД-регулятора з заданими параметрами. Реалізація керування здійснюється за допомогою асинхронного електродвигуна зі схемою перемикань «зірка–трикутник–вимкнено», що дозволяє дискретно змінювати режим роботи витяжної вентиляції. Автоматизація системи передбачає використання пристрою інтернету речей з функціями підключення до локальної інформаційно-керуючої мережі, контролем температури та наявності полум’я, а також передачі даних за допомогою промислового протоколу ModBus TCP. Моделювання функціонування системи виконано в середовищі MATLAB Simulink, де реалізовано підсистему адаптивної характеристики, її перетворення у трьохпозиційний керуючий сигнал і динамічну модель поведінки системи вентиляції при змінній концентрації газів. Отримані результати демонструють стабільну роботу вентиляції, ефективне зниження концентрацій вибухонебезпечного газу, а також зменшення енергоспоживання за рахунок оптимізації режимів роботи вентилятора. Запропонована методика дозволяє адаптувати класичні алгоритми керування до умов дискретного режиму роботи виконавчих механізмів, а також інтегрувати вентиляційні підсистеми в сучасну інфраструктуру автоматизованого об’єкта енергетичного комплексу.
Посилання
R. Zhao, L. Ma, H. Wei, and G. Pang, “Design of monitoring and control system for indoor flammable gas”, in 2018 6th International Conference on Machinery, Materials and Computing Technology (ICMMCT 2018), Jinan, China, Jun. 2–3, 2018. Paris, France: Atlantis Press, 2018, doi: https://doi.org/10.2991/icmmct-18.2018.15
G. Guerrero-Ulloa, A. Andrango-Catota, M. Abad-Alay, M. J. Hornos, and C. Rodríguez-Domínguez, “Development and assessment of an indoor air quality control IoT-based system”, Electronics, vol. 12, no. 3, Jan. 2023, Art. no. 608, doi: https://doi.org/10.3390/electronics12030608
J. Li, J. Wall, and G. Platt, “Indoor air quality control of HVAC system”, in Proceedings of the 2010 International Conference on Modelling, Identification and Control, Okayama, Japan, Japan. n.d., pp. 756–761.
D. M. Mukesh and S. K. Akula, “Automated indoor air quality monitor and control”, International Journal of Computer Applications, vol. 159, no. 6, pp. 33–38, Feb. 2017, doi: https://doi.org/10.5120/ijca2017912968
J. Saini, M. Dutta, and G. Marques, “Indoor air quality monitoring systems based on internet of things: A systematic review”, International Journal of Environmental Research and Public Health, vol. 17, no. 14, Jul. 2020, Art. no. 4942, doi: https://doi.org/10.3390/ijerph17144942
A. Biswal, J. Subhashini, and A. K. Pasayat, “Air quality monitoring system for indoor environments using IoT”, in The 11th National Conference on Mathematical Techniques and Applications, Chennai, India, Jan. 11–12, 2019. AIP Publ., 2019, doi: https://doi.org/10.1063/1.5112365
S. Faiazuddin, M. V. Lakshmaiah, K. T. Alam, and M. Ravikiran, “IoT based indoor air quality monitoring system using Raspberry Pi4”, in 2020 4th International Conference on Electronics, Communication and Aerospace Technology (ICECA), Coimbatore, Nov. 5–7, 2020, pp. 714–719, doi: https://doi.org/10.1109/iceca49313.2020.9297442
P. R. Meris et al., “IOT based – automated indoor air quality and LPG leak detection control system using support vector machine”, in 2020 11th IEEE Control and System Graduate Research Colloquium (ICSGRC), Shah Alam, Malaysia, Aug. 8, 2020, pp. 231–235, doi: https://doi.org/10.1109/icsgrc49013.2020.9232472
D. Nicholas, R. Ackley, and N. G. Phillips, “A simple method to measure methane emissions from indoor gas leaks”, PLOS ONE, vol. 18, no. 11, Nov. 2023, Art. no. e0295055, doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0295055
L. Furst, M. Feliciano, L. Frare, and G. Igrejas, “A portable device for methane measurement using a low-cost semiconductor sensor: Development, calibration and environmental applications”, Sensors, vol. 21, no. 22, Nov. 2021, Art. no. 7456, doi: https://doi.org/10.3390/s21227456
A. Bushnag, “Air quality and climate control arduino monitoring system using fuzzy logic for indoor environments”, in 2020 International Conference on Control, Automation and Diagnosis (ICCAD), Paris, France, Oct. 7–9, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/iccad49821.2020.9260514
Z. Merrin and P. W. Francisco, “Unburned methane emissions from residential natural gas appliances”, Environmental Science & Technology, vol. 53, no. 9, pp. 5473–5482, Mar. 2019, doi: https://doi.org/10.1021/acs.est.8b05323
M. O. Bondarenko, M. R. Hurin, and Z. A. Nikonova, “Rozrobka dystantsiinoho analizatora povitria [Development of a remote air analyser]”, in The 11th International Scientific and Practical Conference “Modern Research in World Science”, Lviv, Ukraine, Jan. 29–31, 2023, pp. 347–351, doi: https://sci-conf.com.ua/wp-content/uploads/2023/02/MODERN-RESEARCH-IN-WORLD-SCIENCE-29-31.01.23.pdf (in Ukrainian)
D. Furuta, B. Wilson, A. A. Presto, and J. Li, “Design and evaluation of a low-cost sensor node for near-background methane measurement”, Atmospheric Measurement Techniques, vol. 17, no. 7, pp. 2103–2121, Apr. 2024, doi: https://doi.org/10.5194/amt-17-2103-2024
S. Karamchandani, A. Gonsalves, and D. Gupta, “Pervasive monitoring of carbon monoxide and methane using air quality prediction”, in 2016 3rd International Conference on Computing for Sustainable Global Development (INDIACom), New Delhi, India, Mar. 16–18, 2016, pp. 2498–2502.
V. S. Nozdrenkov, A. V. Pavlov, G. A. Oleksiienko, O. Y. Zhuravlov, and Y. O. Zhuravlov, “Soft-adaptation of reference algorithm for discrete control”, Problems of Informatization and Management, vol. 2, no. 78, pp. 52–60, Jul. 2024, doi: https://doi.org/10.18372/2073-4751.78.18961 (in Ukrainian)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2025 Валерій Станіславович Ноздренков, Андрій Володимирович Павлов, Галина Андріївна Олексієнко, Олександр Юрійович Журавльов, Микола Іванович Коренев