ДонНТУ   Портал магістрів

Куліков Євген Ігорович

Електротехнічний факультет

Кафедра Електропривод та автоматизація промислових установок

Спеціальність Електромеханічні системи автоматизації та електропривод

Дослідження систем керування інженерним обладнанням будівель із застосування SCADA TAC VISTA

Науковий керівник: д.т.н., проф. Толочко Ольга Іванівна

Консультант: Коротков Антон Вікторович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Задачі дослідження та заплановані результати
• 3. Огляд досліджень та розробок
• 3.1 Огляд досліджень за темою в ДонНТУ
• 3.2 Огляд досліджень за темою в Україні та странах СНД
• 3.3 Огляд досліджень за темою в світі
• 4. Основні результати
• 5. Особливості практичної реалізації вентилятора за допомогою SCADA TAC Vista
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

1. Актуальність теми

В наш час сучасна будівля нараховує у своєму складі велику кількість інженерного обладнання, яке потребує раціональний контроль та керування. Характеристики систем автоматичного керування (САК) такої будинку повинні забезпечувати найбільш ефективні режими його експлуатації з оптимальними експлуатаційними витратами. Вартість споживаних ресурсів і кваліфікація обслуговуючого персоналу безперервно зростає. Таким чином, посилюється роль САУ обладнанням будівель з метою зниження витрат на споживані ресурси та експлуатаційні витрати. Тому дуже актуальним стоїть питання ефективного використання та автоматизації інженерного обладнання будівель.

2. Задачі дослідження, заплановані результати

Основні завдання дослідження:
1. Розгляд та аналіз існуючих схем центрального кондиціонування повітря;
2. Дослідження режимів роботи виконавчих механізмів, які входять до складу установок центрального кондиціонування повітря;
3. Дослідження існуючих способів захисту і контролю стану інженерного обладнання, і пошук нових;
4. Розгляд питань, що стосуються SCADA-систем, а також інтеграція різного устаткування в єдину систему за допомогою SCADA TAC Vista .

Також в рамках магістерської роботи планується отримати наукові результати з питань розробки нових способів контролю і захисту інженерного обладнання для систем автоматизації та диспетчеризації.

3. Огляд досліджень та розробок

На даний момент можна знайти велику кількість літератури, яка присвячена питанням вентиляції та кондиціонуванню повітря та інженерного обладнання в цілому. Однак питання, що стосуються автоматизації та диспетчеризації інженерних систем будівель, на мій погляд, розглянуті не так детально.

3.1 Огляд досліджень по темі в ДонНТУ

На сьогоднішній момент вивчення даних питань знаходиться на початковому етапі і проводиться на кафедрі Електропривода та автоматизації промислових установок в Авторизованому навчальному центрі Schneider Electric. Перші публікації в цьому напрямку представлені в розділі Библиотека та у магістранта Д. C. Бегенєва Библиотека - Бегенев Дмитрий Сергеевич.

3.2 Огляд досліджень за темою в Україні та странах СНД

Компанія ИВИК видала навчальний посібник, в якому викладено основи технології і керування, а також системи автоматики систем кондиціонування повітря (СКП) і тенденції їх розвитку [1]. У [2] викладені теоретичні основи отримання холоду, тепла, елементна база кліматичного обладнання, рекомендації для наладчиків і монтажників СКП. У довідково-методичному посібнику [3] розглянуті питання енергозбереження в різних сферах промисловості, житлово-комунального господарства (ЖКГ), в тому числі, інженерних систем будівель. У методичному посібнику [4] розглянуті питання, що стосуються проектування автоматизованих систем керування технологічним процесом (АСКТП). У книзі [5] на прикладі двох відомих SCADA-систем – InTouch и Citect – детально розглянуті основні компоненти, функції і можливості систем диспетчерського керування та збору даних. У навчальному посібнику для магістрів [6] розглянуті питання кондиціонування та вентиляції. У книзі [7] наводиться відомості по пуску, налагодженню, випробуванням та експлуатації систем вентиляції і кондиціонування.

3.3 Огляд досліджень за темою в світі

Короткий опис засобів автоматизації на прикладі обладнання Шведської компанії TAC представлено в [8]. Компанією Grundfos було складено посібник [9], де можна знайти опис захисту електродвигунів. На сайті АВОК [10] можна знайти велику кількість книг, статей, журналів присвячених питанням вентиляції і кондиціонуванню повітря. Сайт журналу [11] призначений як для розробників, так і для кінцевих користувачів систем автоматизації.

4. Основні результати

На підсистеми інженерного обладнання будівель покладається підтримання в будівлі необхідних санітарно-гігієнічних умов, забезпечення його безпеки і захищеності. Серед інженерних підсистем будівель можна виділити:
• вентиляцію і кондиціонування повітря (припливні і витяжні системи, центральні кондиціонери, фанкойли та ін.);
• теплопостачання (котельні установки або теплові пункти);
• холодопостачання;
• водопостачання;
• пожежну та охоронну сигналізації;
• протипожежну автоматику;
• електропостачання та електроосвітлення;
• ліфтове і ескалаторне обладнання.

Кожна окрема підсистема може включати великий набір технологічних параметрів і сигналів керування, які контролюються .

Однією з найбільш важливих систем в життєдіяльності сучасної будівлі є система кондиціонування повітря (СКП). Широке застосування отримали системи, які використовують джерела тепла і холоду ззовні. Такі системи називаються центральними системами кондиціонування повітря (ЦКП)  [1].

На першому етапі досліджень була розглянута схема прямоточної ЦКП (рис. 1) і для кожного технологічного вузла, що входить до складу даної системи, була складена таблиця використовуваних сигналів, які будуть використовуватися при автоматизації даної системи.

Для дослідження питань, що стосуються контролю стана інженерного обладнання будинків було вирішено розглянути окрему ділянку системи прямоточної ЦКП і на прикладі окремого інженерного обладнання системи – вентилятор, розробити систему автоматизації та інтегрувати її в систему диспетчеризації TAC Vista.

Для керування і контролю роботи вентилятора будемо використовувати дискретні сигнали: цифровий вихід DO (DigitalOutput) і дискретні входи DI (Digital Input) – DI1 и DI2. У відповідності зі схемою підключення вентилятора (рис. 2) будемо використовувати: DO – сигнал керування вентилятора безпосередньо з контролера, DI1 – сигнал від датчика перепаду тиску і DI2 – сигнал стану блок-контакту контактора вентилятора. В залежності від значень цих сигналів можна буде надати інформацію для оператора про режими роботи вентилятора (табл. 1).

Таблиця 1 – Контроль режимів роботи вентилятора

Контроль роботи вентилятора можна реалізувати за допомогою програмного пакета TAC Menta (компанії Schneider Electric). Для спостережуваних сигналів створюються функціональні блоки, за допомогою яких можливо проаналізувати роботу вентилятора. А в системі диспетчеризації TAC Vista, необхідно послатися на дану програму. Таким чином можна реалізувати контроль стану вентилятора в системі ЦКП.

Аналогічно можна розробити контроль над іншими ділянками схеми прямоточної ЦКП. Для керування елементами системи ЦКП використовуються типи сигналів: UI (Universal Input), DI (Digital Input), AO (Analog Output) и DO (Digital Output).

Як вже було сказано, знаючи стан вихідного сигналу в системі автоматизації, ми можемо отримати інформацію про якесь інженерне обладнання, що, в свою чергу, може поліпшити енергетичні показники самої системи, надійність і оптимізувати роботу системи в цілому.

Для захисту електричних двигунів, які використовуються в системах вентиляції та кондиціонування, використовують термістори PTC-типу (Positive Temperature Coefficient) [9]. Вони розміщуються в обмотках двигуна (стосовно до двигуна це максимально допустима температура нагріву обмоток статора для даного класу ізоляції), і при перевищенні певної температури опір термістора різко збільшується, що можна зафіксувати. Термістор повинен бути приєднаний до ланцюга керування, який повинен перетворити зміну опору в керуючий сигнал, який, згодом, відключить двигун від мережі (керуючий сигнал можна вивести в систему диспетчеризації для зручності і контролю стану двигуна оператором). Якщо температура обмоток перевищує температуру відключення, опір датчика змінюється відповідно до зміни температури (рис. 3).

На рисунку показані наступні точки: деяка характеристична температура (T_ref), значення опору при досягнутої T_Ref (R_Ref), мінімальне значення температури і опору терморезистора, відповідно T_Rmin и R_min.

В результаті такої зміни внутрішні реле знеструмлюють контур керування зовнішнього контактора. Електродвигун охолоджується, і відновлюється прийнятна температура обмотки двигуна, опір датчика знижується до вихідного рівня.

Також, термістори можуть розташовуватися в спеціально передбачених для цієї мети гніздах у лобових частинах електродвигуна (захист від заклинювання ротора). Зазвичай двигун оснащують термісторами у випадках, коли він працює на малих швидкостях або при недостатньому охолодженні.

Такі термістори мають такий показник, як температуру перемикання або NAT (Normal Excitation Temperature – нормальна температура збудження).

У обмотках двигуна зазвичай встановлюються 3 послідовно сполучених термістора, однак може встановлюватися і 6 послідовно з'єднаних термістора (по два в кожну обмотку).

Для систем автоматизації та диспетчеризації можна організувати контроль теплового стану двигуна із застосуванням SCADA-систем. Схема, яка розкриває суть контролю теплового стану двигуна, зображена на рис.4.

Термістори PTC-типу можуть встановлюватися не тільки в двигун для контролю теплового стану, а також в системах вентиляції та кондиціонування можуть встановлюватися в приточні установки, а саме, в нагрівачі приточної установки.

5. Особливості практичної реалізації вентилятора за допомогою SCADA TAC Vista

Наступним кроком була розробка програми автоматизації для контролерів TAC Xenta програмного забезпечення (ПЗ) TAC Menta для подальшої її інтеграції в систему диспетчеризації TAC Vista.

Визначаємося з тим, що керувати вентилятором будуть три контролера TAC Xenta 401, TAC Xenta 422А и TAC Xenta 302. Причому в TAC Xenta 401 и TAC Xenta 422А реалізується безпосередньо керування процесом і логіка, а в TAC Xenta 302 по мережі відправляється в контролер TAC Xenta 401 значення на входах з команди на включення і команди про перепад тиску. TAC Xenta 401 и TAC Xenta 302 виступають як основні контролери, а TAC Xenta 422А є додатковим контролером - модулем розширення для TAC Xenta 401.

В ПЗ TAC Menta спочатку додаємо конфігурацію вибраного обладнання, а потім розробляємо програму.

В результаті отримуємо схему програми роботи вентилятора, яка показана на рис. 5.

При розробці даної програми було зроблено так, що сигнали DI BKJI и dP надходять по мережі з контролера TAC Xenta 302, які безпосередньо в ньому відповідають за натискання кнопок на панелі стенда. Програма, яка реалізована в контролері TAC Xenta 302, представлена на рис. 6

Наступним кроком було створення мережі та з'єднання контролерів по цій мережі, завантаження програм безпосередньо в контролери.

З'єднання встановлюємо через LonTalkAdapter, в якості якого використовується мережевий інтерфейс фірми Loytec.

Створюємо в TAC Vista необхідну мережу і додаємо в неї потрібну групу контролерів.

Для зручного та зрозумілого відображення роботи вентилятора для оператора, додатково в ПЗ TAC Graphics Editor було графічно намальований вентилятор (рис. 7).

В кінцевому підсумку ініциалізуємо і завантажуємо розроблені програми в контролери і виводимо контролери в стан Online, після чого, якщо немає помилок, можна приступати до роботи з готовою програмою (рис. 8, рис. 9).

Висновки

При організації контролю стану інженерного обладнання в системі диспетчеризації можна вести статистику відмов, аварійних ситуацій, а також автоматизувати призначення профілактичних та ремонтних робіт. Саме тому питання, які розглядаються при написанні магістерської роботи є цікавими, а найголовніше, вони надалі можуть знайти практичне застосування.

Зауваження

На момент написання реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 р. Після вказаної дати повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у керівника.

Перелік посилань

1. Бондарь Е.С., Гордиенко А.С., Михайлов В.А, Нимич Г.В. Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха: учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – К.: ТОВ Видавничий будинок Аванпост-Прим, 2005 – 560с.
2. Нимич Г.В., Михайлов В.А, Бондарь Е.С. Современные системы вентиляции и кондиционирования воздуха. – К.: ТОВ Видавничий будинок Аванпост-Прим, 2003 – 626с.
3. Данилов О.Л., Костюченко П.А. Практическое пособие по выбору и разработке энергосберегающих проектов: в 7 разделах. – ЗАО Технопромстрой, 2006 – 668с.
4. Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга 1 – СПб Издательство ДЕАН, 2006. – 552 с.
5. Андреев Е.Б, Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-системы – Взгляд изнутри – М.: Издательство РТСофт, 2004. – 176 с.
6. Пиаришвили Ш.А. Кондиционирование и вентиляция. Учебное пособие для магистров – Рыбинск, 2002. – 80 с.
7. Стефанов Е.В. – СПб.: Издательство АВОК Северо-Запад, 2005. – 404 с.
8. Каталог Schneider Electric Интеллектуальное здание TAC, 2008 – 174с.
9. Посібник Grundfos Электродвигатели, 2006. – 240 с.
10. Спеціалізований сайт АВОК
11. Сайт журнала СТА

Резюме Біографія