Адаптивне трьохпозиційне керування вентиляцією в приміщеннях енергетичних підприємств із ризиком накопичення вибухонебезпечних газів

Abstract

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. The article presents a methodology for three-position discrete control of ventilation systems in the premises of energy enterprises with an increased risk of forming explosive gas environments. The focus is on two typical sources of hazardous gas accumulation: methane, released in rooms with gas-fueled power generator units, and hydrogen, generated while charging lead-acid batteries in accumulator rooms. The proposed approach enables the transition from two-position (“On-Off”) control to a three-position ventilation drive control mode using an adaptive characteristic derived from a PID controller with predefined parameters. The control is implemented through an asynchronous electric motor with a “star–delta–off” switching scheme, allowing the exhaust ventilation operation mode to adjust automatically. The automation of the system is based on an IoT device that supports integration into a local information-control network, measures temperature and flame presence, and transmits data via the industrial ModBus TCP protocol. System operation modelling was performed in MATLAB Simulink, including implementing the adaptive characteristic subsystem, its conversion into a three-position control signal, and a dynamic model of ventilation behaviour under varying gas concentrations. The results confirm the stable operation of the ventilation system, effective reduction in methane and hydrogen concentrations, and decreased energy consumption through optimized fan control. The proposed methodology allows classical control algorithms to be adapted for discrete actuator operation and enables seamless integration of ventilation subsystems into modern automated energy infrastructure.