Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Вопросы энергосбережения и повышения энерго– и ресурсоэффективности — одни из ключевых при развитии и модернизации различных отраслей экономики региона. Именно поэтому в последнее время данной теме уделяется пристальное внимание на различных уровнях.

В структуре потребления энергоресурсов Донбасса основной потребитель — это жилищно–коммунальное хозяйство. Поэтому важное значение имеют мероприятия, направленные на повышение энергоэффективности жилых и административных зданий.

Наибольшим потенциалом сбережения энергии обладают системы теплоснабжения. От последних требуются поддержание параметров внутреннего климата здания на комфортном для человека уровне, снижение энергопотребления и повышение энергоэффективности инженерных систем.

Режимы теплопотребления, а, следовательно, и производства тепловой энергии, зависят, как известно, от большого количества факторов: условий погоды, теплотехнических качеств отапливаемых зданий и сооружений, характеристик тепловой сети и источников энергии и др. При выборе этих режимов нельзя не учитывать функциональных взаимосвязей системы теплоснабжения с другими системами инженерного обеспечения: электро–, газо–, водоснабжения.

Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в практику теплофикации и централизованного теплоснабжения позволяет резко повысить технический уровень эксплуатации этих систем и обеспечить значительную экономию топлива. Кроме экономии топлива, автоматизация рассматриваемых систем позволяет улучшить качество отопления зданий, повысить уровень теплового комфорта и эффективность промышленного и сельскохозяйственного производства в отапливаемых зданиях, а также надежность теплоснабжения при уменьшении численности обслуживающего персонала.

В своей работе в качестве решения я предлагаю использовать Индивидуальный Тепловой Пункт. Это важнейшая составляющая систем теплоснабжения зданий. От его характеристик во многом зависит регулирование систем отопления и горячего водоснабжения (ГВС), а также эффективность использования тепловой энергии. Поэтому тепловым пунктам уделяется большое внимание в ходе термомодернизаций зданий.

1. Принципиальная схема ИТП

В современных ИТП энергосбережение достигается, в частности, за счет регулирования температуры теплоносителя с учетом поправки на изменение температуры наружного воздуха. Для этих целей в каждом тепловом пункте применяют комплекс оборудования (рис. 1) для обеспечения необходимой циркуляции в системе отопления (циркуляционные насосы) и регулирования температуры теплоносителя (регулирующие клапаны с электрическими приводами, контроллеры с датчиками температуры).

Рисунок 1 – Принципиальная схема индивидуального теплового пункта c использованием контроллера, регулирующего клапана и циркуляционного насоса

Большинство тепловых пунктов имеет в своем составе также теплообменник для подключения к внутренней системе горячего водоснабжения (ГВС) с циркуляционным насосом. Набор оборудования зависит от конкретных задач и исходных данных. Именно поэтому, из–за различных возможных вариантов конструкции, а также своей компактности и транспортабельности, современные ИТП получили название модульных.

2. Состав и принцип работы модульной ИТП

Для реализации своей дипломной работы я решил использовать модульный ИТП. Модульные ИТП могут быть подключены по зависимой и независимой схеме к внешним тепловым сетям

В ИТП с зависимым присоединением системы отопления к внешним тепловым сетям циркуляция теплоносителя в отопительном контуре поддерживается циркуляционным насосом. Управление насосом осуществляется в автоматическом режиме от контроллера или от соответствующего блока управления. Автоматическое поддержание необходимого температурного графика в отопительном контуре также осуществляется электронным регулятором. Контролер воздействует на регулирующий клапан, расположенный на подающем трубопроводе на стороне внешней тепловой сети («острой воде»). Между подающим и обратным трубопроводами установлена смесительная перемычка с обратным клапаном, за счет которой осуществляется подмес в подающий трубопровод из обратной линии теплоносителя, с более низкими температурными параметрами (рис.2).

Рисунок 2 – Принципиальная схема модульного теплового пункта, подключенного по зависимой схеме

На рис. 2 обозначены: 1 – контроллер; 2 – двухходовой регулирующий клапан с электрическим приводом; 3 – датчики температуры теплоносителя; 4 – датчик температуры наружного воздуха; 5 – реле давления для защиты насосов от сухого хода; 6 – фильтры; 7 – задвижки; 8 – термометры; 9 – манометры; 10 – циркуляционные насосы системы отопления; 11 – обратный клапан; 12 – блок управления циркуляционными насосами.

В данной схеме работа системы отопления зависит от давлений в центральной тепловой сети. Поэтому во многих случаях потребуется установка регуляторов перепада давления, а, в случае необходимости, и регуляторов давления «после себя» или «до себя» на подающем или на обратном трубопроводах.

В независимой системе ИТП для присоединения к внешнему источнику тепла используется теплообменник (рис. 3). Циркуляция теплоносителя в системе отопления осуществляется циркуляционным насосом. Управление насосом производится в автоматическом режиме контролером или соответствующим блоком управления. Автоматическое поддержание необходимого температурного графика в нагреваемом контуре также осуществляется электронным регулятором. Контроллер воздействует на регулируемый клапан, расположенный на подающем трубопроводе на стороне внешней тепловой сети («острой воде»).

Рисунок 3 – Принципиальная схема индивидуального теплового пункта c использованием контроллера, регулирующего клапана и циркуляционного насоса

На рис. 3 обозначены: 1 – контроллер; 2 – двухходовой регулирующий клапан с электрическим приводом; 3 – датчики температуры теплоносителя; 4 – датчик температуры наружного воздуха; 5 – реле давления для защиты насосов от сухого хода; 6 – фильтры; 7 – задвижки; 8 – термометры; 9 – манометры; 10 – циркуляционные насосы системы отопления; 11 – обратный клапан; 12 – блок управления циркуляционными насосами; 13 – теплообменник системы отопления.

Достоинством данной схемы является то, что отопительный контур независим от гидравлических режимов централизованной тепловой сети. Также система отопления не страдает от несоответствия качества входящего теплоносителя, поступающего из центральной тепловой сети (наличия продуктов коррозии, грязи, песка и т.д.), а также перепадов давления в ней. Недостатком этой схемы является стоимость капитальных вложений при применении независимой схемы. Стоимость больше – по причине необходимости установки и последующего обслуживания теплообменника квалифицированным специалистом.

3. Обзор и анализ возможных решений

Я предлагаю 2 варианта САУ для модульного ИТП — с обратной и комбинированной связью

Система с обратной связью позволяет измерять температуру воды на выходе ИТП при помощи датчика температуры и корректировать ее в случае необходимости, учитывая возмущающее воздействие tобр.вод.

Рисунок 4 – Структурная схема САУ ИТП с обратной связью

На рис. 4 обозначены: tзад – желаемая температура, tтек – текущая температура, e – сигнал рассогласования, tобр.вод – температура воды из обратного трубопровода, Fвод – расход горячей воды из теплосети, идущей на теплообменник, РТ – регулятор температуры, ИМ – исполнительный механизм, РО – регулирующий орган, ИТП – индивидуальный тепловой пункт, ДТ – датчик температуры.

Недостатком данной системы является то, что возмущающие воздействия отрабатываются системой после того, как произошло регулирование, вследствие чего текущая температура будет отличаться от заданной.

Для того чтобы увеличить эффективность регулирования можно использовать замкнутую систему с комбинированной связью (рис. 5).

Рисунок 5 – Структурная схема САУ ИТП с комбинированной связью

На рис. 5 обозначены: tзад – желаемая температура, tтек – текущая температура, e – сигнал рассогласования, tобр.вод – температура воды из обратного трубопровода, Fвод – расход горячей воды из теплосети, идущей на теплообменник, РТ – регулятор температуры, ИМ – исполнительный механизм, РО – регулирующий орган, ИТП – индивидуальный тепловой пункт, ДТ – датчик температуры, Ком-р – компенсатор

При такой концепции возмущающее воздействие учитывается и компенсируется до того, как сигнал пойдёт на исполнительный механизм, поэтому в результате регулирования на выходе индивидуального теплового пункта текущая температура будет иметь необходимые показатели.

4.Обоснование принятого направления решения задачи

Произведя анализ и оценку преимуществ и недостатков разработанных альтернативных вариантов концепций систем автоматического управления, было принято решение о применении концепции замкнутой системы с комбинированной связью, так как она должна показывать лучший результат (рис. 5). Внедрение такой концепции позволит получить точный и качественный результат на выходе САУ с относительно высоким показателем быстродействия.

Не стоит так же забывать, что в процессе написания магистерской работы эта схема будет изменяться и она не является финальной.

Из технической литературы известно, что если рассматривать ИТП как черный ящик со входом в виде расхода воды и выходом в виде температуры, то поведение ИТП можно описать следующей передаточной функцией:

где k — коэффициент усиления, равный отношению температуры к расходу воды, необходимому для поддержания этой температуры;

Toу — постоянная времени объекта управления.

Исполнительный механизм и рабочий орган можно также описать передаточными функциями апериодического звена первого порядка.

Моделирование переходных процессов в САУ ИТП осуществлялось в пакете simulink программного комплекса Matlab.

В процессе настройки и анализа регулятора стало ясно, что основное влияние производит только интегральная составляющая, поэтому для простоты реализации принимаем И-регулятор.

Проанализировав полученные результаты, я убедился в том, что необходимая температура была достигнута. Процесс ведёт себя стабильно на всех графиках, колебательный процесс не наблюдается. Так как я убедился в том, что И-регулятор нам подходит, было подано возмущающее воздействие, чтобы проверить работоспособность САУ при наличии возмущений. В качестве возмущения подаётся температура воды из обратного трубопровода.

Проанализировав полученные данные я убедился, что что поставленные задачи были выполнены. Система не работает на пределе своих возможностей после подачи на неё возмущающего воздействия, температура возвращается к нужному значению за приемлемое время.

Выводы

В качестве объекта управления рассмотрен индивидуальный тепловой пункт.

Анализ параметров, влияющих на рабочий режим индивидуального теплового пункта, позволил составить структурную схему объекта управления. Управляющим воздействиям был принят расход воды из теплосети. Выходным параметром выступает температура на выходе ИТП.

Были проанализированы существующие схемы автоматизации подобными объектами, выявлены их преимущества и недостатки в контексте решаемой задачи и по итогам исследования был сделан вывод, что для заданных условий будет выбрана концепция управления с применением комбинированной связи.

Список источников

  1. Сайт Оборудования для автоматизации компании «ОВЕН» [Электронный ресурс]. / – Режим доступа: http://www.owen.ru/.
  2. Тимошенко Г.М. Научные основы проектирования и эксплуатации насосных установок в переходных режимах. / Тимошенко Г.М. – Киев; Донецк: Вища шк. Головное изд-во, 1986.–127 с.
  3. Башарин А.В. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. / Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. – Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1982.–392 с.
  4. Денисенко В. В. ПИД–регуляторы вопросы реализации часть 2 / Денисенко В. В. – М.: СТА 2008. № 1. с 86-99
  5. Густав Олсон, Джангуидо Пиани Цифровые системы автоматизации и управления. Санкт–Петербург, 2001.- 557 с.
  6. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования. / Зайцев Г.Ф. – Киев: Вища школа, 1988 – 431 с.
  7. Лукас В. А. Теория автоматического управления. / Лукас В. А. – М.: Недра, 1990. – 416 с.
  8. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. / Р. Дорф, Р. Бишоп – М.: Лаборатория Базовых знаний.– 2002 – 832 с.
  9. Гаврилов П.Д. Автоматизация производственных процессов. Учебник для вузов. / Гаврилов П.Д., Гимельштейн Л.Я., Медведев А.Е. – М.: Недра, 1985. – 215 с.
  10. Перельмутер В.М. Пакеты расширения MATLAB. Control System Toolbox & Robust Control Toolbox / Перельмутер В.М. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008. – 224 с.