ДонНТУ   Портал магистров

Куликов Евгений Игоревич

Электротехнический факультет

Кафедра Электропривод и автоматизация промышленных установок

Специальность Электромеханические системы автоматизации и электропривод

Исследование систем управления инженерным оборудованием зданий с использованием SCADA TAC VISTA

Научный руководитель: д.т.н., проф. Толочко Ольга Ивановна

Консультант: ст. преп. Коротков Антон Викторович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Задачи исследования, планируемые результаты
• 3. Обзор исследований и разработок
• 3.1. Обзор исследований по теме в ДонНТУ
• 3.2. Обзор исследований по теме в Украине и странах СНГ
• 3.3. Обзор исследований по теме в мире
• 4. Основные результаты
• 5. Особенности практической реализации вентилятора с помощью SCADA TAC Vista
• Выводы
• Список источников

Введение

1. Актуальность темы

В настоящее время современное здание насчитывает в своем составе большое количество инженерного оборудования, которое нуждается в рациональном контроле и управлении. Характеристики систем автоматического управления (САУ) такого здания должны обеспечивать наиболее эффективные режимы его эксплуатации с оптимальными эксплуатационными расходами. Стоимость потребляемых ресурсов и квалификация обслуживающего персонала непрерывно возрастает. Таким образом, усиливается роль САУ оборудованием зданий с целью снижения затрат на потребляемые ресурсы и эксплуатационные расходы. Поэтому очень актуальным стоит вопрос эффективного использования и автоматизации инженерного оборудования зданий.

2. Задачи исследования, планируемые результаты

Основные задачи исследования:
1. Рассмотрение и анализ существующих схем центрального кондиционирования воздуха;
2. Исследование режимов работы исполнительных механизмов, которые входят в состав установок центрального кондиционирования воздуха;
3. Исследование существующих способов защиты и контроля состояния инженерного оборудования, и поиск новых;
4. Рассмотрение вопросов, касающихся SCADA-систем, а также интеграция различного оборудования в единую систему с помощью SCADA TAC Vista.

Также в рамках магистерской работы планируется получить научные результаты по вопросам разработки новых способов контроля и защиты инженерного оборудования для систем автоматизации и диспетчеризации.

3. Обзор исследований и разработок

На данный момент можно найти большое количество литературы, которая посвящена вопросам вентиляции и кондиционированию воздуха и инженерному оборудованию в целом. Однако вопросы, касающиеся автоматизации и диспетчеризации инженерных систем зданий, на мой взгляд, рассмотрены не так детально.

3.1 Обзор исследований по теме в ДонНТУ

На сегодняшний момент изучение данных вопросов находится на начальном этапе и проводится на кафедре Электропривода и автоматизации промышленных установок в Авторизованном учебном центре Schneider Electric. Первые публикации в этом направлении представлены в разделе Библиотека и у магистранта Д. C. Бегенева Библиотека - Бегенев Дмитрий Сергеевич.

3.2 Обзор исследований по теме в Украине и странах СНГ

Компания ИВИК издала учебное пособие, в котором изложены основы технологии и управления, а также системы автоматики систем кондиционирования воздуха (СКВ) и тенденции их развития [1]. В [2] изложены теоретические основы получения холода, тепла, элементная база климатического оборудования, рекомендации для наладчиков и монтажников СКВ. В справочно-методическом пособии [3] рассмотрены вопросы энергосбережения в различных сферах промышленности, жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), в том числе, инженерных систем зданий. В методическом пособии [4] рассмотрены вопросы, касающиеся проектирования автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП). В книге [5] на примере двух известных и хорошо зарекомендовавших себя SCADA-систем – InTouch и Citect – подробно рассмотрены основные компоненты, функции и возможности систем диспетчерского управления и сбора данных. В учебном пособии для магистров [6] рассмотрены вопросы кондиционирования и вентиляции. В книге [7] приводится сведения по пуску, наладке, испытаниям и эксплуатации систем вентиляции и кондиционирования.

3.3 Обзор исследований по теме в мире

Краткое описание средств автоматизации на примере оборудования Шведской компании TAC представлено в [8]. Компанией Grundfos было составлено пособие [9], где можно найти описание защиты электродвигателей. На сайте АВОК [10] можно найти большое количество книг, статей, журналов посвященных вопросам вентиляции и кондиционирования воздуха. Сайт журнала [11] предназначен как для разработчиков, так и для конечных пользователей систем автоматизации.

4. Основные результаты

На подсистемы инженерного оборудования зданий возлагается поддержание в здании требуемых санитарно-гигиенических условий, обеспечение его безопасности и защищенности. Среди инженерных подсистем зданий можно выделить:
• вентиляцию и кондиционирование воздуха (приточные и вытяжные системы, центральные кондиционеры, фанкойлы и др.);
• теплоснабжение (котельные установки или тепловые пункты);
• холодоснабжение;
• водоснабжение;
• пожарную и охранную сигнализации;
• противопожарную автоматику;
• электроснабжение и электроосвещение;
• лифтовое и эскалаторное оборудование.

Каждая отдельная подсистема может включать большой набор контролируемых технологических параметров и сигналов управления.

Одной из наиболее важных систем в жизнедеятельности современного здания является система кондиционирования воздуха (СКВ). Широкое применение получили системы, которые используют источники тепла и холода извне. Такие системы называются центральными системами кондиционирования воздуха (ЦКВ)  [1].

На первом этапе исследований была рассмотрена схема прямоточной ЦКВ (рис. 1) и для каждого технологического узла, входящего в состав данной системы, была составлена таблица используемых сигналов, которые будут использоваться при автоматизации данной системы.

Для исследования вопросов, касающихся контроля состоянием инженерного оборудования зданий было решено рассмотреть отдельный участок системы прямоточной ЦКВ и на примере отдельного инженерного оборудования системы – вентилятор, разработать систему автоматизации и интегрировать ее в систему диспетчеризации TAC Vista.

Для управления и контроля работы вентилятора будем использовать дискретные сигналы: цифровой выход DO (DigitalOutput) и дискретные входы DI (Digital Input) – DI1 и DI2. В соответствии со схемой подключения вентилятора (рис. 2) будем использовать: DO – сигнал управления вентилятора непосредственно из контроллера, DI1 – сигнал от датчика перепада давления и DI2 – сигнал состояния блок-контакта контактора вентилятора. В зависимости от значений этих сигналов можно будет предоставить информацию для оператора о режимах работы вентилятора (табл. 1).

Таблица 1 – Контроль режимов работы вентилятора

Контроль работы вентилятора можно реализовать с помощью программного пакета TAC Menta (компании Schneider Electric). Для наблюдаемых сигналов создаются функциональные блоки, с помощью которых возможно проанализировать работу вентилятора. А в системе диспетчеризации TAC Vista, необходимо сослаться на данную программу. Таким образом можно реализовать контроль состояния вентилятора в системе ЦКВ.

Аналогично можно разработать контроль над остальными участками схемы прямоточной ЦКВ. Для управления элементами системы ЦКВ используются типы сигналов: UI (Universal Input), DI (Digital Input), AO (Analog Output) и DO (Digital Output).

Как уже было сказано, зная состояние выходного сигнала в системе автоматизации, мы можем получить информацию о каком-то инженерном оборудовании, что, в свою очередь, может улучшить энергетические показатели самой системы, надежность и оптимизировать работу системы в целом.

Для защиты электрических двигателей, которые используются в системах вентиляции и кондиционирования, используют термисторы PTC-типа (Positive Temperature Coefficient) [9]. Они размещаются в обмотках двигателя (применительно к двигателю это максимально допустимая температура нагрева обмоток статора для данного класса изоляции), и при превышении определенной температуры сопротивление термистора резко увеличивается, что можно зафиксировать. Термистор должен быть подсоединен к цепи управления, которая должна преобразовать изменение сопротивления в управляющий сигнал, который, впоследствии, отключит двигатель от сети (управляющий сигнал можно вывести в систему диспетчеризации для удобства и контроля состояния двигателя оператором). Если температура обмоток превышает температуру отключения, сопротивление датчика меняется соответственно изменению температуры (рис. 3).

На рисунке показаны следующие точки: некоторая характеристическая температура (T_ref), значение сопротивления при достигнутой T_Ref (R_Ref), минимальное значение температуры и сопротивления терморезистора, соответственно T_Rmin и R_min.

В результате такого изменения внутренние реле обесточивают контур управления внешнего контактора. Электродвигатель охлаждается, и восстанавливается приемлемая температура обмотки двигателя, сопротивление датчика понижается до исходного уровня.

Также, термисторы могут располагаться в специально предусмотренных для этой цели гнездах в лобовых частях электродвигателя (защита от заклинивания ротора).Обычно двигатель оснащают термисторами в случаях, когда он работает на малых скоростях или при недостаточном охлаждении.

Такие термисторы имеют такой показатель, как температуру переключения или NAT (Normal Excitation Temperature – нормальная возбуждающая температура).

В обмотках двигателя обычно устанавливаются 3 последовательно соединенных термистора, однако может устанавливаться и 6 последовательно соединенных термистора (по два в каждую обмотку).

Для систем автоматизации и диспетчеризации можно организовать контроль теплового состояния двигателя с применением SCADA систем. Схема, которая раскрывает суть контроля теплового состояния двигателя, изображена на рис.4.

Термисторы PTC-типа могут устанавливаться не только в двигатель для контроля теплового состояния, а также в системах вентиляции и кондиционирования могут устанавливаться в приточные установки, а именно, в нагреватели приточной установки.

5. Особенности практической реализации вентилятора с помощью SCADA TAC Vista

Следующим шагом была разработка программы автоматизации для контроллеров TAC Xenta программного обеспечения (ПО) TAC Menta для дальнейшей ее интеграции в систему диспетчеризации TAC Vista.

Определяемся с тем, что управлять вентилятором будут три контроллера TAC Xenta 401, TAC Xenta 422А и TAC Xenta 302. Причем в TAC Xenta 401 и TAC Xenta 422А реализуется непосредственно управление процессом и логика, а в TAC Xenta 302 по сети отправляется в контроллер TAC Xenta 401 значение на входах с команды на включения и команды о перепаде давления. TAC Xenta 401 и TAC Xenta 302 выступают как основные контроллеры, а TAC Xenta 422А является дополнительным контроллером – модулем расширения для TAC Xenta 401.

В ПО TAC Menta первоначально добавляем конфигурацию выбранного оборудования, а затем разрабатываем программу.

В результате получаем схему программы работы вентилятора, которая показана на рис. 5.

При разработке данной программы было сделано так, что сигналы DI BKJI и dP поступают по сети из контроллера TAC Xenta 302, которые непосредственно в нем отвечают за нажатия кнопок на панели стенда. Программа, которая реализована в контроллере TAC Xenta 302, представлена на рис. 6

Следующим шагом было создание сети и соединение контроллеров по этой сети, загрузка программ непосредственно в контроллеры.

Соединение устанавливаем через LonTalkAdapter, в качестве которого используется сетевой интерфейс фирмы Loytec.

Создаем в TAC Vista необходимую сеть и добавляем в нее нужную группу контроллеров.

Для удобного и понятного отображения работы вентилятора для оператора, дополнительно в ПО TAC Graphics Editor было графически нарисован вентилятор (рис. 7).

В конечном итоге инициализируем и загружаем разработанные программы в контроллеры и выводим контроллеры в состояние Online, после чего, если нет ошибок, можно приступать к работе с готовой программой (рис. 8, рис. 9).

Выводы

При организации контроля состояния инженерного оборудования в системе диспетчеризации можно вести статистику отказов, аварийных ситуации, а также автоматизировать назначение профилактических и ремонтных работ. Именно поэтому вопросы, которые рассматриваюся при написании магистерской работы являются интересными, а самое главное, они в дальнейшем могут найти практическое применение.

Замечание

На момент написания реферата магистерская работа ещё не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2012 г. После указанной даты полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у руководителя.

Список источников

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. Пособие Grundfos Электродвигатели, 2006. – 240 с.
10. Специализированный сайт АВОК
11. Сайт журнала СТА

Резюме Биография Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел