Автоматизація індивідуального теплового пункту

Міністерство  освіти і науки України

Національний  університет “Львівська політехніка”

Кафедра АТХП

 

 

 

Пояснювальна  записка

до курсового проекту  з дисципліни:

«Автоматизація та оптимізація  теплоенергетичних процесів»

на тему:

«Автоматизація індивідуального теплового пункту»

 

 

 

Виконала:

Ст. гр. АТПс-12

Панайотова В.М.

Прийняв:

Стасюк  І.Д.

 

Львів – 2013

 

ЗМІСТ

Вступ……………………………………………………………………………………3

1.Опис технологічної схеми процесу……………………………………….…….5

Технологічна  карта………………………………………………………..…..…….9

2.Аналіз технологічного процесу як об’єкту керування…………………..….11

Складання структурної схеми взаємозв’язку  між технологічними

параметрам об’єкта……………………………………………………………...…15

Визначення функціональних ознак систем автоматизації…………….

2. Опис і обґрунтування  вибору ФСА і опис систем  автоматичного регулювання і контролю…………………………………………………………

Опис і обґрунтування  вибору первинний вимірювальних  приладів і перетворювачів……………………………………………………………………

Опис ФСА редукційно-охолоджувальної  установки……………………

3. Опис принципової електричної  схеми з’єднань САР……………………

5. Опис роботи систем захисту та сигналізації……………………………….

6. Моделювання систем автоматичного регулювання……………………….

Розрахунок одноконтурної системи автоматичного регулювання…..

Знаходження числових значення параметрів моделі об’єкта чисельним методом. ……………………………………………………………………………

Перевірка адекватності динамічної моделі ОР…………………………..

Розрахунок оптимальних настроювальних параметрів автоматичного ПІ-регулятора……………………………………………………………………...

Моделювання системи автоматичного  регулювання температури редукованої  пари………………………………………………………………

7. Специфікація  засобів автоматизації…………………………………………..

8. Висновки…………………………………………………………………...………

Використана література……………………………………………………………

 

 

 

 

ВСТУП

Під технологічним процесом розуміють  сукупність технологічних операцій, які проводяться над вхідним  продуктом в одному або декількох  апаратах, метою яких є отримання  продуктів, які відповідають заданим  якостям.

При цьому мета керування технологічним  процесом полягає в забезпеченні оптимального значення критерію керування, під яким розуміють технологічний  або техніко-економічний показник (продуктивність виробництва, якість продукції  тощо), який характеризує якість ТОК в цілому і приймає числові значення в залежності від подаваних на нього керуючих дій – цілеспрямованих змін матеріальних і енергетичних потоків.

В теперішній час для керування  все ширше застосовують автоматичні  системи керування (АСК) – людино-машинні системи, які забезпечують автоматичний збір та обробку інформації, необхідний для оптимізації керування. При цьому під процесом оптимізації розуміють вибір такого варіанту керування, при якому досягається мінімальне або максимальне значення критерію керування.

Автоматизація виробничих процесів –  це сукупність заходів і розробок технологічних процесів, створення  і впровадження високопродуктивних автоматично діючих засобів виробництва, що забезпечують неперервний ріст продуктивності праці.

Автоматизація залишається однією з головних задач промислового виробництва  і соціальної сфери в різні  періоди економічного розвитку сучасного  суспільства. З часом автоматизація  стає все більш широким поняттям, включаючи в себе деякі нові завдання свого наукового і технічного розвитку: комп'ютеризацію, роботизацію  та інші спеціальні галузі науки. Однак  зміст і основне її призначення  залишається незмінним — полегшення або повна заміна важкої фізичної праці людини засобами автоматизації.

Інженери з автоматизації часто  зустрічаються з проблемою вибору апаратних засобів для вирішення  поставлених задач. На даний час  з`явився доступ до якісних закордонних апаратно-програмних засобів: у багатьох технічних журналах, каталогах і в Інтернеті рекламуються промислові контролери відомих фірм.  Вітчизняні виробники також пропонують певну продукцію в галузі промислових контролерів і навіть порівняно недорого, але їх застосування в системах автоматизації потребує адаптації до конкретного технологічного процесу.

Застосування цифрової обчислювальної техніки дозволяє запрограмувати практично  будь-який алгоритм керування, і забезпечити  більш високу точність його виконання, ніж це можливо при використанні аналогової техніки. Кожне ускладнення  алгоритму в цифровій техніці  практично не впливає на надійність контуру регулювання. У випадку  аналогової техніки збільшення кількості  аналогових блоків суттєво зменшує  надійність функціонування контуру.

На початкових етапах впровадження мікропроцесорної техніки вважалось, що в контролері достатньо запрограмувати функцію передачі регулятора в загальному вигляді, а її параметри, в тому числі  і кількість членів рівняння, та значення коефіцієнтів слід обирати  індивідуально для конкретного  об’єкту. Це справедливо лише для  об’єктів, параметри яких є сталими  в часі.

Мікропроцесорні  контролери  призначені  для  автоматизації  неперервних  та  періодичних  технологічних  процесів. Мікропроцесорні  контролери  перетворюють  первинну  інформацію  про  стан  технологічного  об’єкта  керування  в  цифрову  форму  і  за  відповідними  алгоритмами  здійснюють  керування  технологічним  об’єктом  і  обмін  інформацією  з  оператором.

 

 

1.ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

У системах централізованого теплопостачання у країнах СНД  традиційно використовується центральне якісне регулювання відпуску теплоти. Це означає, що  витрати води, що циркулює в системі (теплоносій) на потреби  опалення, залишається незмінним  протягом усього опалювального періоду, а кількість теплоти, що поставляється, регулюється теплопостачальною  організацією шляхом зміни її температури  у відповідності до температури  зовнішнього повітря на основі затвердженого  температурного графіку. У старих будинках зазвичай основним елементом в індивідуальному  тепловому пункті є елеватор (струменевий насос),  який підтримує задані температури і витрати у системі опалення будівлі, але не може якісно регулювати подачу теплоносія. До того ж, беручи до уваги вік таких теплових пунктів, їх обладнання зазвичай дуже зношене.[5]

Інша особливість  існуючих систем централізованого теплопостачання  в тому, що у більшості випадків використовується двохтрубна система  теплопостачання. Це означає, що по одних  і тих же трубопроводах забезпечується подача теплоносія як для систем опалення, так і для систем гарячого водопостачання. Згідно з нормами температура  гарячої побутової води не має  бути нижче 60 С, в той час як для  опалення будівель у теплий період року температура теплоносія могла  б бути значно нижчою, але її не можна  зменшити, тому що необхідно підтримувати належну температуру гарячої  води. Оскільки в такій системі  технічно цю проблему вирішити неможливо, періодично виникають режими перегріву  будівель («перетопи») навесні і  восени. Такий метод регулювання  відпуску теплоти не враховує індивідуальні  особливості кожної будівлі, режим  роботи, властивості огороджувальних  конструкцій.

Все це негативно  позначається на ефективності використання енергії і якості мікроклімату у  приміщеннях.

Рис.1.1.Індивідуальний тепловий пункт

Останніми роками перевагу при опаленні будівель віддають саме індивідуальним тепловим пунктам (ІТП) і, в першу чергу, тому що відсутність  втрат тепла при експлуатації ІТП і автоматичне підтримання  параметрів системи, що дає можливість користувачу самостійно регулювати температуру на виході,  суттєво  скорочує витрати на теплову енергію. Крім того, незалежність від режиму роботу котельні дозволяє забезпечити  безперебійне опалення та подачу гарячої  води. ІТП використовується для обслуговування одного споживача (будівлі або її частини). Як правило, розташовується в  підвальному або технічному приміщенні будівлі, однак, в силу особливостей обслуговуваної будівлі, може бути розміщений в окремій споруді.

Оснащення ІТП може бути різним, але, як правило, ІТП включають  теплообмінники для систем гарячого водопостачання, циркуляційні насоси систем опалення і гарячого водопостачання, регулятори температури гарячої  води і регулятори відпуску теплоти  на опалення будівель з врахуванням  їх характеристик і режиму роботи, вузол обліку теплоти та інші супутні  елементи. Циркуляція теплоносія в  системах опалення і гарячого водопостачання забезпечується надійними ефективними  безшумними циркуляційними насосами. Для регулювання теплоспоживання в залежності від температури зовнішнього повітря з врахуванням підтримання оптимальних температур у приміщеннях зазвичай передбачається комплекс обладнання, який включає первинні перетворювачі температур, контроллери, регулюючі клапани.

Усім комплексом керує спеціальний контроллер, що має відпрацьований алгоритм регулювання, який дозволяє встановлювати режими подачі теплоти навіть в залежності від часу доби.Таке оснащення ІТП дозволяє знизити витрати, інколи суттєво, у порівнянні з традиційними тепловими пунктами. Величина економії визначається спеціалістами з врахуванням цілого ряду факторів і може коливатися від 5-7% до 20% і більше. На величину очікуваної економії впливають особливості системи централізованого теплопостачання, можливість зниження температури в нічний час, стан огороджувальних конструкцій будівлі.

Як правило, компанії, які надають послуги з встановлення автоматизованих ІТП, допоможуть підібрати  комплектацію ІТП в залежності від  побажань та функціональності системи  і якості обладнання, а також виконати проектну документацію і погодити її з теплопостачальною організацією (що вимагається законодавством). Бажано, щоби підрядник, який встановлюватиме  автоматизований ІТП у будинку, також передбачив теплоізоляцію  трубопроводів для запобігання  втратам тепла через труби  в неопалювальних підвалах, де традиційно розміщений ІТП.

Також бажано власникам  будинку після установки ІТП  укласти контракт на обслуговування ІТП зі спеціалізованою організацією (можливо, з підрядником, який встановлював ІТП), щоби кваліфікований персонал міг  коригувати/усувати збої в системі  регулювання під час експлуатації обладнання. Досвід показує, що відсутність  такого кваліфікованого обслуговування може з часом звести нанівець очікувану  економію від цього заходу.

Інсталяція автоматизованого  теплового пункту в будинку вимагає  розроблення проектної документації і її узгодження з теплопостачальною  організацією. Встановлення автоматизованих теплових пунктів в будинках  вимагає реконструкції системи теплопостачання і змін у способі відпуску теплоти з котелень.

Вода через трубопровід  тепломережі проходить через  нагрівач гарячого водопостачання верхньої ступені і нагрівається до температури 60-80 °С ,де охолоджується за рахунок нагріву води із водопроводу  далі змішується з водою ,яка пройшла через регулятор температури опалювальних приміщень.

Частина води температурою 40-60 °С ,яка віддала тепло в опалювальні прилади,повертається в зворотній трубопровід теплової мережі,а інша частина підтримується насосом опалювання і знову повертається в опалювальні прилади разом з водою ,яка поступила з теплової мережі через регулятор температури і нагрівач верхньої ступені.[7]

Вода з водопроводу  нагрівається спочатку в нагрівачі  гарячого водопостачання нижньої ступені за рахунок енергії зворотньої мережевої води, а після цього в нагрівачі верхньої ступені. Нагріта вода направляється до водороздільних  кранів. Невикористана у кранах вода циркулює в цьому контурі,подається у лінію води з водопроводу між нагрівачем верхньої і нижньої ступені.

Розвиток систем теплопостачання  населених пунктів, районів та інших  адміністративно-територіальних утворень здійснюється згідно зі схемами теплопостачання, затвердженими місцевими органами виконавчої влади у встановленому  порядку. Періодичність перегляду  схем теплопостачання - один раз на п'ять років.

Схема теплопостачання має  вибиратися на підставі техніко-економічних  розрахунків з урахуванням оптимального поєднання систем централізованого, помірно-централізованого, децентралізованого та автономного теплопостачання.

Рекомендована схема теплопостачання  повинна включати аналіз стану існуючої системи теплопостачання та заходи максимально ефективного її використання, а також визначати її розвиток з урахуванням приросту населення  та перспективної забудови міста.