Система автоматического поддержания оптимального микроклимата

Федеральное агентство  по образованию

Российской Федерации

 

 

 

Кафедра

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

______________

“____”_____________ 2012 г.

 

 

 

 

 

ОТЧЕТ

по преддипломной  практике

 

 

 

 

 

Выполнил студент

____________

 

 

Руководитель преддипломной  практики от

____________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2012

 

1 Введение

 

В данном проекте разрабатывается  система автоматического поддержания оптимального микроклимата в здании. Фактически управление  технологическим процессом поддержания температурного режима обуславливается слежением за параметрами температуры наружного и внутреннего воздуха, давления, расхода, перепада давления в трубопроводах теплоносителя, управления регулирующими клапанами подачи теплоносителя и циркуляционными насосами, а также влажности, освещенности и т.п. По условиям технического задания система должна функционировать автономно в непрерывном режиме работы. Автоматизация  процесса регулирования температуры позволит поддерживать в помещениях заданную температуру в зависимости от различных условий, что позволит оптимально расходовать энергию теплоносителя и тем самым экономить затраты связанные с получением теплоносителей от поставщиков, так как расчетные цены исходя из общей площади помещения не всегда адекватны и приходится переплачивать за «неиспользованное» тепло. Дополнительным требованием к системе является возможность автоматического управления вентиляцией помещения путем слежения за влажностью и содержанием углекислого газа (СО2). Автоматизация с возможностью оповещения оперативно-ремонтного персонала позволить быстро реагировать на сбои системы или превышения предельных параметров, что позволит исключить аварийные ситуации, либо оперативно на них среагировать. Также необходимо сохранять зарегистрированную информацию о поведении измеряемых параметров, чтобы имелась возможность проанализировать ситуацию и на основе ее принять какие либо решения, сохранение информации также позволит вести учет необходимых параметров.

При аварийных ситуация (например, прорывах) автоматизированная система  управления обеспечит автоматическое отключение подачи теплоносителя (воды) в здание.

Для предотвращения небезопасного  срабатывания приточной вентиляции в случае пожара, в системе предусматривается  аварийный сигнал от существующей пожарной сигнализации, по которому система автоматически отключит  вентиляцию, а также отключит собственное электропитание.

 

 

Целью разрабатываемой  в рамках данного дипломного проекта  система предназначена для  создания комфортных условия в помещении и понижения расход тепловой и электрической энергии, стоимость которой в настоящий момент достаточно высока. Объектом автоматизации, в общем,  для которого разрабатывается данный дипломный проект, является здание организации, в котором необходимо поддерживать заданный температурный режим.

 

2 Анализ и конкретизация технического задания

2.1 Описание объекта автоматизации

 

Объектом автоматизации является система теплоснабжения и вентиляции  здания организации. Автоматизации подлежат функции: поддержание температуры в помещении с помощью системы измерительных датчиков, циркуляционных насосов воды (теплоносителя) и электрифицированных регулирующих клапанов с аналоговым управлением с перспективой построения системы приточно-вытяжной вентиляции, поддержание необходимого уровня влажности и освещенности.

 

2.1.1 Состав объекта

 

Технологическим объектами автоматизации  в данной системе являются:

– Регулирующие клапана с электроприводом, контура регулирования подачи воды в радиаторы отопления из ГТС (городских теплосетей);

– Циркуляционный насос;

– Приточные вентиляторы;

– Вытяжные вентиляторы;

– Система увлажнения воздуха;

– Система контроля уровня освещенности;

 

2.1.2 Описание объекта

 

Ниже приведено краткое описание объекта.

Отапливаются и вентилируются все помещения здания, которое включает в себя: блок 1, блок 2, блок 3, а также переход между блоками.

Узел регулирования тепловой энергии  устанавливается на вводе трубопроводов в здание. Система теплоснабжения - существующая, водяная, закрытая.

Проектом предусматривается технический  контроль основных параметров теплоносителя в подающем трубопроводе и автоматическая регулировка расхода тепла потребителем.

Трубопроводы подачи теплоносителя  в радиаторы помещений ведутся  из теплового узла расположенном в подвале здания, там же располагаются регулирующие подачу теплоносителя исполнительные механизмы.

Подача теплоносителя в радиаторы  блоков и перехода осуществляется по трубопроводам из подвального помещения.

Кратко остановимся на здании, в  котором находятся помещения, в  которых предстоит реализовывать  описаны в задании функции:

Весь объект автоматизации, это  одноэтажное здание, общей полезной площадью примерно 500 квадратных метров. В подвальном помещении располагается тепловой узел этого здания, в котором располагаются исполнительные механизмы регулирования подачи теплоносителя в здание, циркуляционный насос воды, и приточная вентиляция, в помещениях на первом этажах располагаются регуляторы подачи теплоносителя в соответствующее помещение, на крыше здания располагается вытяжная вентиляция.

Также в помещениях на первом этаже существует система отопительных радиаторов, в которые собственно и подается теплоноситель, в нашем случае горячая вода, через все помещения, включая чердачное и подвальное помещения, проведена система пожарной сигнализации.

Система предназначена для автоматически регулировки температуры в помещениях. Это узел автоматического регулирования теплоносителя по показаниям датчиков температуры снаружи и внутри здания,  также он производит регулировку подачи теплоносителя (воды) в радиаторы относительно параметров теплоносителя от сетей городского теплоснабжения. Задание температуры должно осуществляться обслуживающим персоналом помещения. Также система должна поддерживать вентиляцию помещений по следующему алгоритму: Как только состояние воздуха (содержание СО) превысит уставку, заданную персоналом, необходимо включить приточные вентиляторы, как только состояния воздуха улучшится - выключить вентиляторы, при этом отслеживается и влажность воздуха. Если влажность превысит установленное значение персоналом значения, то аналогично приточной вентиляции необходимо включить вентиляторы вытяжной вентиляции. Если влажность понизится до установленного уровня выключить вентиляторы вытяжки.

Предусматривается перевод всех описанных выше функций системы в ручной режим, в котором обслуживающий персонал имеет возможность управлять отдельными механизмами с местного пульта или подключаемого переносного компьютера. При этом следует учесть, что переключение в ручной режим должно быть независимо для каждой из описанных функций.

В обязательном порядке предусматривается блокирующая функция, которая отключит управление регулирующими механизмами при пожаре или иной нештатной ситуации и экстренно сообщит оперативному персоналу об аварии.

Система должна работать, автономно  и предусматривать дистанционное оповещение оперативного персонала не находящегося в непосредственной близости от системы.

Все контролируемые технологические  параметры снимаются датчиками, обрабатываются контроллером и сохраняются энергонезависимой памяти с указанными промежутками времени. Все управление технологическим процессом производится на основе собранной информации с датчиков, команды на управление механизмами выдаются автоматически по заданному алгоритму или по инициативе оперативного персонала в ручном режиме.

При изменении состояния измеряемых параметров, выхода за максимальную или минимальную предупреждающие или аварийные уставки, система должна формировать сообщение для оперативного персонала.

Параметры, которые необходимо измерять на данном объекте это:

– температура теплоносителя (так как теплоносителем в данном случае  является вода, то далее будет использоваться термин «вода»,  подразумевающая собой теплоноситель) передающегося по трубопроводам;

– температура наружного воздуха (на улице);

– температура воздуха в помещении;

– давление воды в трубопроводах;

– перепад давления на подающем трубопроводе в помещение и на обратном трубопроводе;

– влажность в помещении;

– содержание CO2 в помещении;

– состояния механизмов (насосов, клапанов, вентиляторов).

– уровень освещенности в помещении

На основе собранной информации рассчитываются, и выдается необходимые команды на управление исполнительными механизмами, для поддержания данных параметров на заданном уровне.

Также по условиям задания для предотвращения затопления помещения теплового узла при проведении регламентных или работ связанных с техническим: обслуживанием - оборудования предусматривается контроль уровня воды в дренажном приямке и управление погружным насосом с автоматическим включением по мере заполнения приямка водой.

Исходя из анализа приведенного выше, можно сказать, что разрабатываемая  для данного объекта АСУ, является системой автоматического регулирования  измеряемых параметров.

Так как основной задачей данной АСУ является поддержание заданных параметров автономно, а задача архивирования и передачи параметров в другие системы является второстепенной,  то разделение данной АСУ на подсистемы будет только функциональным.

На основе информации, изложенной выше, можно разделить систему функционально на несколько подсистем, интегрированных между собой, но тем не менее сохраняющих возможность работать независимо.

Рассмотрим кратко данные подсистемы:

Подсистема отопления – стабилизация и поддержание температуры в  помещении путем регулирования подачи теплоносителя.

Подсистема вентиляции – проведение вентиляции в помещении путем слежения за уровнем влажности и содержания СО2 и управления приточными и вытяжными вентиляторами.

Подсистема аварийного мониторинга – отслеживание аварийных ситуаций по всем подсистемам и при необходимости извещение оперативного персонала и отключение электропитания системы.

Ввиду того, что объект автоматизации  может в дальнейшем потребовать  ввод дополнительных управляющих и  информационных функций, предлагается реализовать систему по принципу открытости для дальнейшего развития, другими словами выбор оборудования и написание программного обеспечение должно позволить вносить дополнения не изменяя структуру разрабатываемой АСУ, а только дополняя ее. Таким образом, можно добиться существенного расширения функциональных возможностей системы не затрачивая усилий для новой разработки.

 

2.2 Описание источников входной информации

 

Источниками входной информации для системы является оперативная информация с объекта:

– сигналы, поступающие с датчиков, установленных на оборудовании и сигналы, поступающие из электрических схем управления механизмами;

– инициативы оперативного (обслуживающего) персонала, вводимые с местных пультов управления, с переносных компьютеров и т.п, т.е любые управляющие инициативы вводимые человеком с помощью какого либо интерфейса;

– условно-постоянная информация – информация, которой являются настроечные параметры системы (время ожидания сигналов обратной связи, коэффициенты ПИД-алгоритмов и.т. д.);

Основными источниками входных  данных позволяющими оценить состояние объекта управления являются датчики установленные на измерение состояния механизмов и параметров процесса теплоснабжения.

Выбор датчиков для данной системы  будет проведен позднее, но на данном этапе хочется отметить, что данная система использует следующие типы датчиков:

Аналоговые, которые на своем выходе имеют аналоговое изменение состояния измеряемого параметра, это:

– датчики давления  в теплосети;

– датчики расходов теплоносителя;

– датчики температур окружающего воздуха и теплоносителя;

– датчики содержания углекислого газа в воздухе;

– датчики влажности;

Дискретные, которые на своем выходе показывают, есть ли какое либо состояние механизма или параметра или нет, т.е. состояние логического «0» или логической «1».

– датчики состояния механизмов – так называемые «концевые контакты», при приходе механизма, в какое либо определенное состояние данный контакт концевого замыкается и поданное на него напряжение приходит на входной модуль системы;

– датчики уровня в дренажном приямке, не требующих постоянного отслеживания уровня, данные датчики при замыкании водой двух его контактов выдают поданное напряжения не дискретный входной модуль системы;