Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Питання енергозбереження та підвищення енерго – і ресурсоефективності — одні з ключових при розвитку і модернізації різних галузей економіки регіону. Саме тому останнім часом цій темі приділяється пильна увага на різних рівнях.

У структурі споживання енергоресурсів Донбасу основний споживач — це житлово – комунальне господарство. Тому важливе значення мають заходи, спрямовані на підвищення енергоефективності житлових та адміністративних будівель.

Найбільшим потенціалом заощадження енергії володіють системи теплопостачання. Від останніх потрібні підтримка параметрів внутрішнього клімату будівлі на комфортному для людини рівні, зниження енергоспоживання і підвищення енергоефективності інженерних систем.

Режими теплоспоживання, а, отже, і виробництва теплової енергії, залежать, як відомо, від великої кількості факторів: умов погоди, теплотехнічних якостей опалювальних будівель і споруд, характеристик теплової мережі та джерел енергії та ін. При виборі цих режимів не можна не враховувати функціональних взаємозв'язків системи теплопостачання з іншими системами інженерного забезпечення: електро –, газо –, водопостачання.

Впровадження автоматизованих систем керування технологічними процесами в практику теплофікації і централізованого теплопостачання дозволяє різко підвищити технічний рівень експлуатації цих систем і забезпечити значну економію палива. Крім економії палива, автоматизація розглянутих систем дозволяє поліпшити якість опалення будівель, підвищити рівень теплового комфорту і ефективність промислового і сільськогосподарського виробництва в опалювальних будівлях, а також надійність теплопостачання при зменшенні чисельності обслуговуючого персоналу.

У своїй роботі в якості рішення я пропоную використовувати Індивідуальний Тепловий Пункт. Це найважливіша складова систем теплопостачання будівель. Від його характеристик багато в чому залежить регулювання систем опалення та гарячого водопостачання (ГВП), а також ефективність використання теплової енергії. Тому теплових пунктів приділяється велика увага в ході термомодернізації будівель.

1. Принципова схема ІТП

В сучасних ІТП енергозбереження досягається, зокрема, за рахунок регулювання температури теплоносія з урахуванням поправки на зміну температури зовнішнього повітря. Для цих цілей в кожному тепловому пункті застосовують комплекс обладнання (малий. 1) для забезпечення необхідної циркуляції в системі опалення (циркуляційні насоси) і регулювання температури теплоносія (регулюючі клапани з електричними приводами, контролери з датчиками температури).

Малюнок 1 – Принципова схема індивідуального теплового пункту c використанням контролера, регулюючого клапана і циркуляційного насоса

Більшість теплових пунктів має в своєму складі також теплообмінник для підключення до внутрішньої системи гарячого водопостачання (ГВП) з циркуляційним насосом. Набір обладнання залежить від конкретних завдань і вихідних даних. Саме тому, через різних можливих варіантів конструкції, а також своїй компактності і транспортабельності, сучасні ІТП отримали назву модульних.

2. Склад і принцип роботи модульної ІТП

Для реалізації своєї дипломної роботи я вирішив використовувати модульний ІТП. Модульні ІТП можуть бути підключені по залежною і незалежною схемою до зовнішніх теплових мереж

В ІТП з залежним приєднанням системи опалення до зовнішніх теплових мереж циркуляція теплоносія в системі опалення підтримується циркуляційним насосом. Управління насосом здійснюється в автоматичному режимі від контролера або від відповідного блоку управління. Автоматичне підтримання необхідного температурного графіка в системі опалення також здійснюється електронним регулятором. Контролер впливає на регулюючий клапан, розташований на трубопроводі, що подає на стороні зовнішньої теплової мережі ( «гострої воді»). Між подає і зворотним трубопроводами встановлено смесительная перемичка зі зворотним клапаном, за рахунок якої здійснюється підмішування в подаючий трубопровід з зворотної лінії теплоносія, з більш низькими температурними параметрами (мал.2).

Малюнок 2 – Принципова схема модульного теплового пункту, підключеного по залежною схемою

На мал. 2 позначені: 1 – контролер; 2 – двухходовой регулюючий клапан з електричним приводом; 3 – датчики температури теплоносія; 4 – датчик температури зовнішнього повітря; 5 – реле тиску для захисту насосів від сухого ходу; 6 – фільтри; 7 – засувки; 8 – термометри; 9 – манометри; 10 – циркуляційні насоси системи опалення; 11 – Зворотній клапан; 12 – блок керування циркуляційними насосами.

В даній схемі робота системи опалення залежить від тиску в центральній теплової мережі. Тому в багатьох випадках потрібно установка регуляторів перепаду тиску, а, в разі необхідності, і регуляторів тиску «після себе» або «до себе» на що подає або на зворотному трубопроводах.

У незалежній системі ІТП для приєднання до зовнішнього джерела тепла використовується теплообмінник (мал 3). Циркуляція теплоносія в системі опалення здійснюється циркуляційним насосом. Управління насосом проводиться в автоматичному режимі контролером або відповідним блоком управління. Автоматичне підтримання необхідного температурного графіка в нагрівається контурі також здійснюється електронним регулятором. Контролер впливає на регульований клапан, розташований на трубопроводі, що подає на стороні зовнішньої теплової мережі ( «гострої воді»).

Малюнок3 – Принципова схема індивідуального теплового пункту c використанням контролера, регулюючого клапана і циркуляційного насоса

На мал. 3 позначені: 1 – контролер; 2 – двухходовой регулюючий клапан з електричним приводом; 3 – датчики температури теплоносія; 4 – датчик температури зовнішнього повітря; 5 – реле тиску для захисту насосів від сухого ходу; 6 – фільтри; 7 – засувки; 8 – термометри; 9 – манометри; 10 – циркуляційні насоси системи опалення; 11 – Зворотній клапан; 12 – блок керування циркуляційними насосами; 13 – теплообмінник системи опалення.

Перевагою даної схеми є те, що опалювальний контур незалежний від гідравлічних режимів централізованої теплової мережі. Також система опалення не страждає від невідповідності якості теплоносія на вході, що надходить з центральної теплової мережі (наявності продуктів корозії, бруду, піску і т.д.), а також перепадів тиску в ній. Недоліком цієї схеми є вартість капітальних вкладень при застосуванні незалежної схеми. Вартість більше – через необхідність установки і подальшого обслуговування теплообмінника кваліфікованим фахівцем.

3. Огляд і аналіз можливих рішень

Я пропоную 2 варіанти САУ для модульного ІТП — зі зворотним і комбінованої зв'язком

Система зі зворотним зв'язком дозволяє вимірювати температуру води на виході ІТП за допомогою датчика температури і коригувати її в разі потреби, з огляду на вплив, що обурює tобр.вод.

Малюнок 4 – Структурна схема САУ ІТП зі зворотним зв'язком

На мал. 4 позначені: tзад – бажана температура, tтек – поточна температура, e – сигнал неузгодженості, tобр.вод – температура води із зворотного трубопроводу, Fвод – витрата гарячої води з тепломережі, що йде на теплообмінник, РТ – регулятор температури, ИМ – виконавчий механізм, РВ – регулюючий орган, ІТП – індивідуальний тепловий пункт, ДТ – датчик температури.

Недоліком даної системи є те, що впливи відпрацьовуються системою після того, як відбулося регулювання, внаслідок чого поточна температура буде відрізнятися від заданої.

Для того щоб збільшити ефективність регулювання можна використовувати замкнуту систему з комбінованої зв'язком (мал. 5).

Малюнок 5 – Структурна схема САУ ІТП з комбінованим зв'язком

На мал. 5 позначені: tзад – бажана температура, tтек – поточна температура, e – сигнал неузгодженості, tобр.вод – температура води із зворотного трубопроводу, Fвод – витрата гарячої води з тепломережі, що йде на теплообмінник, РТ – регулятор температури, ИМ – виконавчий механізм, РВ – регулюючий орган, ІТП – індивідуальний тепловий пункт, ДТ – датчик температури, Ком-р – компенсатор

При такій концепції рівноваги вплив враховується і компенсується до того, як сигнал піде на виконавчий механізм, тому в результаті регулювання на виході індивідуального теплового пункту поточна температура буде мати необхідні показники.

4.Обгрунтування прийнятого напрямка вирішення завдання

Провівши аналіз і оцінку переваг і недоліків розроблених альтернативних варіантів концепцій систем автоматичного управління, було прийнято рішення про застосування концепції замкнутої системи з комбінованою зв'язком, так як вона повинна показувати кращий результат (рис. 5). Впровадження такої концепції дозволить отримати точний і якісний результат на виході САУ з відносно високим показником швидкодії.

Не варто також забувати, що в процесі написання магістерської роботи ця схема буде змінюватися і вона не є фінальною.

З технічної літератури відомо, що якщо розглядати ІТП як чорний ящик зі входом у вигляді витрати води і виходом у вигляді температури, то поведінка ІТП можна описати наступною передавальною функцією:

де k — коефіцієнт посилення, рівний відношенню температури до витрат води, необхідного для підтримки цієї температури;

Toу — постійна часу об'єкта управління.

Виконавчий механізм і робочий орган можна також описати передавальними функціями аперіодичної ланки першого порядку.

Моделювання перехідних процесів в САУ ІТП здійснювалося в пакеті simulink програмного комплексу Matlab.

В процесі настройки та аналізу регулятора стало ясно, що основний вплив справляє тільки інтегральна складова, тому для простоти реалізації приймаємо І-регулятор.

Проаналізувавши отримані результати, я переконався в тому, що необхідна температура була досягнута. Процес поводиться стабільно на всіх графіках, коливальний процес не спостерігається. Так як я переконався в тому, що І-регулятор нам підходить, було подано рівноваги вплив, щоб перевірити працездатність САУ при наявності збурень. Як обурення подається температура води із зворотного трубопроводу.

Проаналізувавши отримані дані я переконався, що що поставлені завдання були виконані. Система не працює на межі своїх можливостей після подачі на неї впливу, що обурює, температура повертається до потрібного значення за прийнятний час.

Висновки

Як об'єкт управління розглянутий індивідуальний тепловий пункт.

Аналіз параметрів, що впливають на робочий режим індивідуального теплового пункту, дозволив скласти структурну схему об'єкта управління. Управляючим впливам був прийнятий витрата води з тепломережі. Вихідним параметром виступає температура на виході ІТП.

Були проаналізовані існуючі схеми автоматизації подібними об'єктами, виявлено їх переваги та недоліки в контексті розв'язуваної задачі і за підсумками дослідження був зроблений висновок, що для заданих умов буде обрана концепція управління із застосуванням комбінованим зв'язку.

Перелік посилань

  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.