Введение
Автоматизация является одним из важнейшихфакторов роста производительности труда в промышленном производстве.Непрерывным условием ускорения темпов роста автоматизации является развитиятехнических средств автоматизации. К техническим средствам автоматизацииотносятся все устройства, входящие в систему управления и предназначенные дляполучения информации, ее передачи, хранения и преобразования, а также дляосуществления управляющих и регулирующих воздействий на технологический объектуправления.
Развития технологических средствавтоматизации является сложным процессом, в основе которого лежат интересыавтоматизируемых производств потребителей, с одной стороны и экономическиевозможности предприятий – изготовителей с другой. Первичным стимулом развитияявляется повышение эффективности работы производств – потребителей, за счетвнедрения новой техники могут быть целесообразными только при условии быстройокупаемости затрат. Поэтому критерием всех решений по разработкам и внедрениюновых средств, должен быть суммарный экономический эффект, с учетом всех затратна разработку, производство и внедрение. Соответственно к разработке, изготовлениюследует принимать, прежде всего, те варианты технических средств, которыеобеспечиваю максимум суммарного эффекта.
При строгом выполнении такого принципаразработки и внедрения новых средств, процесс их развития является строгооптимальным и как следствие этого, объективных. Однако достаточно строгоеобоснование оптимальности средств на стадии их разработки и внедренияпрактически невозможно из-за сложности и ограниченной точности оценоксуммарного ожидаемого эффекта. Поэтому единственным объективным критериемоптимальности средств может быть только широкий их практической эксплуатации,который позволяет отобразить неудачные решения и развития и развить тепринципы, схем и
конструкции, которые в целом соответствуюттребованиям максимальной экономичности.
Наличие такого критерия позволяетрассматривать развитие технических средств автоматизации как в целомобъективный процесс. Соответственно постоянно обновляющиеся составы техническихсредств автоматизации и их технические характеристики могут расцениваться какприближающиеся в среднем к оптимальным на данной ступени развития материальногопроизводства.
Использованиеавтоматизированных линий и машин, автоматических манипуляторов с программнымуправлением позволит исключить ручной малоквалифицированный труд, особенно втяжелых и вредных условиях для человека.
Постоянноерасширение сферы автоматизации является одной из главных особенностейпромышленности на данном этапе.
Особоевнимание уделяется вопросам промышленной экологии и безопасности трудапроизводства. При проектировании современной технологии, оборудования иконструкций необходимо научно обосновано подходить к разработке безопасности ибезвредности работ.
Насовременном этапе развития народного хозяйства страны одной из основных задачявляется повышение эффективности общественного производства на основенаучно-технического процесса и более полное использования всех резервов. Этазадача неразрывно связана с проблемой оптимизации проектных решений, цель которыхзаключается в создании необходимых предпосылок для повышения эффективностикапиталовложений, сокращения сроков их окупаемости и обеспечения наибольшегоприроста продукции на каждый затраченный рубль. Повышение производительности труда,выпуск качественной продукции, улучшение условий труда и отдыха трудящихсяобеспечивают системы вентиляции и кондиционирования воздуха, которые создаютнеобходимый микроклимат и качество воздушной среды в помещениях.
Широкоеприменение кондиционирования воздуха в производственных и жилых зданияхобусловлено следующими объективными причинами. Развитием новых производств электронной,электротехнической, машиностроительной, химической, текстильной, и другихотраслей промышленности, остро нуждающихся в поддержании определенных и постоянныхпараметров состояния воздуха; возрастающими требованиями к условию труда иповышению производительности в горячих и мокрых цехах, угольных шахтах,рудниках и пр. Оснащением предприятий промышленности связи,научно-исследовательских и конструкторских организаций дорогостоящими приборамии счетно-решающими машинами, точная и безотказная работа которых возможна толькопри определенных температуре и относительной влажности воздуха; увеличивающимсястроительством закрытых помещений для длительного пребывания больших количеств людей(театры, кинотеатры, концертные залы, стадионы, рестораны, вокзалы и т.д.).
Вентиляцией называется совокупностьмероприятий и устройств, используемых при организации воздухообмена дляобеспечения заданного состояния воздушной среды в помещениях и на рабочихместах в соответствии со СНиП (строительными нормами и правилами). Системывентиляции обеспечивают поддержание допустимых метеорологических параметров впомещениях различного назначения.
Кондиционированиевоздуха– это создание и автоматическое поддержание (регулирование) взакрытых помещениях всех или отдельных параметров (температуры, влажности, чистоты,скорости движения) воздуха на определенном уровне с целью обеспеченияоптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствиялюдей, ведения технологического процесса и обеспечения сохранности ценностейкультуры.
1. Характеристикаобъекта автоматизации
1.1 Назначениетехнологического объекта
Система автоматического управления приточно-вытяжной вентиляции.Областью применения системы является поддержание заданных параметров в системевентиляции и кондиционирования воздуха, защита дорогостоящих агрегатов.Предусматривается использование системы в строящихся и реконструируемых зданий.
1.2 Техническая характеристика объекта
Впредставленном дипломном проекте разрабатывается система управленияприточно-вытяжной вентиляцией офисного помещения. Работа системы включает организациюуправления одной системой вентиляции и кондиционирования, которая являетсяосновой для разработки подобных систем. Отличительной особенностью даннойработы является то, что автоматизация системы разработана на свободнопрограммируемом контроллере пятого поколения LOGO!…0BA5 фирмы «Siemens».Применение контроллеров данного типа экономически эффективно из-за относительнонизкой стоимости контроллера и возможностью работы с пассивными датчиками счувствительными элементами LG-Ni 1000 или Pt 100, а также с датчикамипередающие активные выходные унифицированные сигналы DС 0…10В или 4…20мА. Кондиционированиевоздуха осуществляется комплексом технических средств, называемым системойкондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средствазабора воздуха, подготовки, то есть придания необходимых кондиций (фильтры,теплообменники, увлажнители или осушители воздуха), перемещения (вентиляторы) иего распределения, а также средства хладо и теплоснабжения, автоматики, дистанционногоуправления и контроля.
СКВ большихобщественных, административных и производственных зданий обслуживаются, какправило, комплексными автоматизированными системами управления.Автоматизированная система кондиционирования поддерживает заданное состояниевоздуха в помещении независимо от колебаний параметров окружающей среды(атмосферных условий).
В результатетехнологических и бытовых процессов в воздух помещения поступают тепло и влага.Для поддержания заданных температурно-влажностных условий в помещении необходимоподавать в него приточный воздух с определенными параметрами. Параметрынаружного воздуха изменяются во времени. Поэтому прежде чем подать наружныйвоздух в помещение, его необходимо специально обработать, придав ему определенныекондиции. Процесс создания и поддержания определенных параметров воздушнойсреды называют кондиционированием воздуха. Обычно при кондиционировании воздухаего в основном подвергают тепловлажностной обработке.
В жаркиелетние дни наружный воздух имеет высокую температуру и большую влажность. Передподачей в помещение такой воздух необходимо охладить, а иногда и осушить. Зимойнаружный воздух имеет низкую температуру и небольшую влажность, поэтому передподачей в помещение его приходиться нагревать и увлажнять.
Установки кондиционирования воздуха имеют специальные устройствадля определенных видов его обработки. Нагревают воздух обычно в калориферах,где он получает тепло от оребренных или гладких поверхностей трубок, по которымпротекает теплоноситель. Охлаждение воздуха осуществляется в поверхностных илив контактных воздухоохладителях. В поверхностных воздухоохладителях воздухотдает тепло поверхностям трубок, по которым пропускают холодную воду илидругой хладоноситель. Если эти поверхности имеют температуру ниже точки росы,то на них выпадает влага из воздуха, и воздух не только охлаждается, но и осушается.Поверхности трубок воздухоохладителя или калорифера в некоторых случаях орошаютводой, так как воздух интенсивнее обменивается теплом со смоченнойповерхностью.
Кроме того, при орошении водой воздух можно наряду с нагреваниемили охлаждением осушать или увлажнять. Наиболее часто воздух проходит черездождевое пространство оросительной камеры, в которой форсунками разбрызгиваетсяохлажденная вода. В некоторых случаях применяют контактные охладители с орошаемойнасадкой. В них охлажденной водой орошается слой (насадка) из фарфоровых или металлическихколец, древесных стружек проходя через лабиринтовые ходы смоченной насадки,охлаждается и осушается или увлажняется. В последнее время контактныеустройства начинают применять также и для нагревания воздуха.
Комплекстехнических средств и устройств, для приготовления приточного воздуха сзаданными параметрами и поддержания в помещениях оптимального или заданногосостояния воздушной среды (независимо от изменения внешних и внутренних факторов),называется системой кондиционирования воздуха. Система кондиционированияпозволяет автоматически поддерживать заданную температуру, влажность и скоростьдвижения воздуха, его чистоту, газовый состав, ароматические запахи, содержаниелегких и тяжелых ионов, а в ряде случаев определенное барометрическое давление.В большинстве жилых, общественных и промышленных зданий современные системыкондиционирования позволяют поддерживать только первые четыре из перечисленныхпараметров.
2. Автоматизация процесса регулирования
2.1 Выбор параметров контроля
При автоматизации процесса регулирования в пределах каждогоконтура возможны различные решения схем. Выбор схемы автоматизации связан санализом кратковременных суточных изменений режимов работы системкондиционирования. Он определяется динамическими свойствами системы ипредъявляемыми требованиями по точности регулирования, быстродействию и другимпоказателям.
Для систем кондиционирования различного назначения эти требованияварьируются в довольно широких пределах. Например, для комфортногокондиционирования допустимы колебания tв до ±1 (1,5)°С, φв до ±10%, длятехнологического кондиционирования – tв до 0,5 (1)°С, φв до ±5%, дляспециальных систем – tв до ±0,1 °С, φв до ±2%. Регулированиеприточных вентиляционных систем, как правило, осуществляется только в зимнеевремя, регулирование систем кондиционирования – в течение всего периодаэксплуатации.
По своим динамическим свойствам системы кондиционирования иобслуживаемые ими помещения относятся к объектам с разделенными параметрами,нестационарные процессы в которых описываются дифференциальными уравнениями вчастных производных. Аналитическое решение таких уравнений крайнезатруднительно, поэтому для инженерных расчетов пользуются упрощеннымизависимостями, полностью справедливыми только для объектов с сосредоточеннымипараметрами. Элементы систем кондиционирования воздуха рассматриваются какинерционные объекты, работающие с запаздыванием.
Анализ суточных изменений расчетных режимов работы системкондиционирования с учетом нестационарности процессов, происходящих в них,
позволяет определить тепловые нагрузки, действующие на системы, ихарактер их изменения. Такой анализ выполняется по различным методикам,основанным на частных решениях исходной системы дифференциальных уравнений.
Средства автоматизации должны соответствовать требуемой точностиподдержания параметров. Устройства автоматики принципиально могут обеспечитьлюбую степень точности поддержания параметров, но бесполезно добиваться точногорегулирования, если этого не требует функциональное назначение обслуживаемыхпомещений или если сама система кондиционирования не способна в некоторой меререагировать на сигналы регуляторов. Ни по практическим, ни по экономическимсоображениям не следует выбирать устройства автоматики, обеспечивающие болееточное регулирование, чем это требуется, и отягощать систему специальнымсложным оборудованием. Системы кондиционирования воздуха эксплуатируются втечение многих лет, поэтому наилучшей будет простая надежная системаавтоматики, дающая необходимый эффект.
2.2 Выбор регулятора
/>
а)
б)
в)
Рисунок 1 – Блок-схемыавтоматических регуляторов
На рисунке 1показаны блок-схемы автоматических регуляторов, применяемых в системахкондиционирования воздуха.
а) двух- итрехпозиционного;
б) пропорционального и пропорционально-интегрального;
в) интегрального.
Д – датчик, чувствительный элемент которого воспринимает изменениерегулируемого параметра;
З – задающий элемент, определяющий заданный уровень регулируемогопараметра;
БС – блок сравнения,
У – усилитель;
Р – реле;
ИМ – исполнительный механизм;
РО – регулирующий орган, осуществляющий процесс дросселированияподачи рабочей среды или энергии (клапан, заслонка);
ОС – блок отрицательной обратной связи (жесткой или гибкой);
ИЭ – импульсный элемент.
В системах кондиционирования воздуха, как правило, применяют электрическиеили пневматические приборы автоматического регулирования, осуществляющиеследующие алгоритмы регулирования: двух- и трех позиционный, пропорциональный,интегральный пропорционально-интегральный (изодромный) ипропорционально-интегрально-диффиренциальный.
Позиционные регуляторы применяют главным образом в схемах защитыкалориферов первой ступени подогрева и реверса воздушных клапанов, иногда ихприменяют в контурах регулирования температуры приточного воздуха или воздуха впомещении, если допустимы достаточно большие колебания параметров.
В контурах регулирования температуры и влажности большинства системкомфортного и технологического кондиционирования применяют пропорциональные (П)или интегральные (И) регуляторы. П – регуляторы обладают большимбыстродействием, но осуществляют процесс регулирования с ошибкой, величинакоторой пропорциональна возмущающему воздействию на систему автоматического регулирования.В системах с И – регулированием ошибка регулирования меньше, однако, ониобладают и меньшим быстродействием. Выбор того или иного регулятора следуетобосновывать соответствующим расчетом. В проектной практике выбор осуществляютглавным образом по опыту наладке и эксплуатации подобных систем.
Пропорционально-интегральные регуляторы, сочетающие в себе преимуществаП- и И – регуляторов, применяют в основном в специальных системахкондиционирования воздуха, обеспечивающих поддержание заданных параметров свысокой точностью.
Повышения качества автоматического регулирования можно добиться нетолько усложнением алгоритма, но и совершенствованием контура регулированияпутем введения дополнительных корректирующих устройств.
Точность поддержания параметров зависит от принятого алгоритма регулирования,а также от места расположения чувствительных элементов датчиков температуры ивлажности (особенно устанавливаемых в помещениях). Необходимо учитывать, чтоподдерживать, например, температуру с отклонениями в пределах ±0,5° в точкеустановки чувствительного элемента не представляет существенных трудностей,однако на некотором расстоянии от датчика температура зависит отнеконтролируемого и весьма сложного процесса лучисто-конвективного и струйноготеплообмена в помещении. Поэтому в некоторых случаях в помещениях должно бытьустановлено несколько датчиков, причем выбор их местоположения необходимо обосноватьанализом теплового режима зоны помещения, в которой должны поддерживатьсязаданные параметры микроклимата. Та или иная схема регулирования должна бытьвыбрана на основе расчета надежности и обеспеченности заданных режимов итехнико-экономического анализа.
В последнее время начинают применяться автоматические системы каскадно-связанногорегулирования, в которых для улучшения качества регулирования устраиваютсядополнительные связи между каскадами (контурами).
3. Разработка функциональной схемы объекта
3.1 Функции системы автоматического управления
Система автоматики выполняет следующие функции:
· защита;
· контроль;
· регулирование;
· измерение;
· управления.
Защитные функции
Защита двигателей.
Большинство двигателей, используемых в промышленности, включаютсяи работают автоматически. Но в случае аварии страдает не столько сам двигатель,сколько весь производственный процесс. Длительные простои дорогостоящих линий,для нашего случая это остановка всей системы вентиляции и кондиционированиявоздуха, влекут за собой потери намного большие, чем затраты на ремонтдвигателя. Поэтому правильная защита двигателя – это задача не только чистотехническая, но и экономическая, заставляющая выбирать между затратами иконечной выгодой.
Электродвигатель – это электромеханический преобразователь энергии,который берет из сети электрическую и отдает на валу механическую энергию.
При этом неизбежно возникновение потерь, ведущих к перегреву двигателя(рисунок 2).
/>
P1 – потребляемая мощность;
PD – мощность вращающего поля;
P2 – мощность на валу;
VСu1 – потери на статоре;
VCu2 – потери на роторе;
VFe – потери на железо;
VR – потери на трение.
Рисунок 2 – Структура охлаждения
Различают потери в меди на статоре и роторе, потери в железе настаторе и потери на трение. При этом, если потери в меди прямо пропорциональныквадрату нагрузки двигателя, то потери в железе и на трение не зависят отнагрузки.
Основная задача устройств защиты двигателя состоит в том, чтобы предотвратитьперегрев, как статора, так и ротора. Чем больше двигатель и чем выше его числооборотов, тем выше начальный пусковой ток, и тем более уязвимым будет ротордвигателя.
После включения двигателя и затухания переходного процесса в двигателеустанавливается начальный пусковой ток. Величина начального пускового токасоставляет от 4-х до 8-кратной величины тока, при номинальном режиме работы ине зависит от момента нагрузки; таким образом, работает ли двигатель на холостомходу, или под нагрузкой – значения не имеет. В отличие от этого, время разгонанаходится в зависимости от характеристик рабочей машины.
Причины тепловой перегрузки:
· из-за повышенного крутящего момента при работе под нагрузкой впродолжительном режиме;
· из-за слишком большой частоты включений;
· из-за слишком продолжительного относительного включения приповторно-кратковременном режиме;
· из-за слишком продолжительных процессов разгона и торможения;
· из-за блокирования ротора при включении или в процессе работы;
· при работе от вентильных преобразователей тока.
Другими причинами тепловой перегрузки могут быть ошибочное подключениеили коммутация, а также определенные качества сети, такие как:
· слишком большие отклонения частоты или напряжения в сети отноминальных значений;
· асимметрия сети и обрыв сетевого провода (выпадение фазы).
А также на двигатель негативно сказывается недостаточное охлаждениевследствие:
· высокой температуры охлаждающей среды;
· повышенного уровня места установки (разряженный воздух при установкена высоте более 1000 м над уровнем моря);
· нарушение потока охлаждения (засорение вентиляционной решетки).
Самой важной задачей устройства защиты двигателя является своевременноесрабатывание, прежде чем температура двигателя достигнет критического значения.Однако, устройства защиты не должны срабатывать, если двигатель:
· работает в продолжительном режиме работы при номинальной мощности;
· в течение допустимого времени разгона и торможения по двигателюпроходит начальный пусковой ток;
· перегружен в течение 2 минут в разогретом состоянии 1,5 – кратнымноминальным током.
Устройства защиты двигателя могут работать по принципу зависимостиот тока, либо от температуры.
Тепловые реле 3RU фирмы «Siemens» с токовой зависимостью и расцепительперегрузки в силовых автоматах 3RV работают с биметаллическими пластинами иобмотками накала, которые нагреваются от тока двигателя.
В расцепителях перегрузки биметаллические пластины освобождают защелкумеханизма блокировки, а в реле перегрузки срабатывает вспомогательный контакт,который разрывает контур тока в катушке контактора двигателя. Происходит остановка двигателя исистема сигнализирует об авариидвигателя.
При асимметрии сети, и особенно при отсутствии тока в одном из проводов,резко возрастает ток в двух других проводах, и потери в двигателе становятся в1,5–2 раза выше, чем при номинальном режиме. Реле перегрузки, не имеющиечувствительных элементов к обрыву фазы, срабатывает при этом с запаздыванием.По нормам, предельный ток отключения может быть в этом случае на 10% выше, т.е.составляет максимально 1,32 – кратную величину тока уставки. Продолжительнаяработа в условиях такой нагрузки может привести к преждевременному выходудвигателя из строя.
Для того, чтобы в условиях асимметрии сети и однофазного режима работыобеспечить надежную защиту двигателя, реле перегрузки и расцепителидополнительно оснащают дифференциальной защитой и толкателем, который выполняетболее раннее отключение.
Тепловые реле защиты с токовременной зависимостью и силовые автоматыобеспечивают высокую степень защиты при низкой стоимости. При их использованиивозможна экономическая защита двигателя, особенно в нижнем диапазонемощностей.
Так же в двигателях присутствует встроенная защита от перегрева (термостат).При возрастании температуры на двигателе релейный контакт термостат даст сигналв щит управления об аварии двигателя.
Защита водяного калорифера
В зимний период работы системы вентиляции нагрев воздуха осуществляетсяводой в теплообменнике. Он изготовлен из металлических трубочек с алюминиевыморебрением. В случае замерзания воды в этих трубках происходит их разрыв, чтоприводит к вытеканию воды из системы, и в дальнейшем требует ремонта или заменытеплообменника.
Для защиты от замерзания воды необходимо предусмотреть комплекс
мероприятий:
· обеспечить скорость протекания воды не ниже минимально допустимой;
· установить защиту по температуре воздуха и обратной воды;
· в случаи срабатывания защиты обеспечить отключение вентилятора,закрытие воздушного клапана и открытие регулирующего вентиля.
Для обеспечения скорости протекания жидкости устанавливаем циркуляционныйнасос.
Для защиты по воздуху устанавливает капиллярный термостат. Капиллярустанавливается за теплообменником, перекрывая все сечение воздуховода. Термостатсрабатывает при температуре воздуха 5 °С, замыкая релейный контакт выдаетсигнал в щит управления.
Для защиты по воде на выходе трубопровода с обратной водой устанавливаетсянакладной термостат. Термостат срабатывает при температуре воды 20 °С,замыкая релейный контакт выдает сигнал в щит управления.
3.2 Функции контроля
Контроль засорения фильтра
Для очистки воздуха от мелких предметов и от пыли на входе воздухав систему установлен фильтр. Со временем фильтр засоряется, что приводит кувеличении нагрузки на двигателе. Для контроля засорения фильтра устанавливаютреле давления, которое измеряет перепад давления до и после фильтра. В случаесрабатывания реле, его контакт передает сигнал в щит управления.
Контроль работы двигателя
Для контроля работы двигателя устанавливают реле давления, котороемеряет наличие перепада давления до и после двигателя. Во время работыдвигателя контакт датчика реле давления находится в замкнутом состоянии. Вслучае остановки двигателя (пропадания напряжения на двигателе и другихвозможных аварий) контакт датчика реле давления размыкается, и сигналпередается в щит управления.
Контроль температуры воды в обратном трубопроводе
В дежурном режиме воздушный клапан закрыт, вентилятор выключены.Регулирование осуществляется по температуре Тобр, которая поддерживается равнойТобр.зад. При превышении температуры Тобр над заданным значением контроллерпереключается на ее регулирование с целью недопущения перегрева воды,возвращаемой в тепловую сеть. Контроль превышения Тобр активизируется сзадержкой после включения вентилятора. При снижении температуры Тобр нижезначения Тзмр система переключается в режим прогрева с целью предотвращениязамораживания калорифера.
Функции регулирования.
Во время работы системы температура приточного воздуха Tпр.в поддерживаетсяравной заданной 22 °С. Сигнал с датчика температуры
приточного воздуха поступает на вход ПИ регулятора контроллера,который вырабатывает управляющий сигнал на открытие или закрытия клапана. В зимнийпериод работы, подогревая воздух, а в летний охлаждая. Регулированиетемпературы осуществляется с помощью регулирующего клапана.
автоматизация вентиляция вытяжной регулирование
3.3 Функции измерения
Система автоматики обрабатывает сигналы, поступающие на вход (Тн.в.,Тпр.в., Тобр) по заданной программе и формирует сигналы управления ирегулирования, а также отображая значение температуры.
3.4 Функции управления
Управление системой осуществляется в ручном режиме с помощью кнопоки переключателей, расположенных на панели управления за дверцей щита и вавтоматическом режиме. Управление запуском насосов и двигателей происходит сконтроллера при благоприятных параметрах системы.
3.5 Описание функциональной схемы
На функциональной схеме показан принцип автоматизированногоуправления приточной и вытяжной вентиляции, чертеж ДП АТ061 К897 Э2.
Во время работы системы наружный воздух, через воздухозаборнуюрешетку, поступает в приточную установку, проходит через открытый воздушныйклапан, затем через шумоглушитель проходит в секцию карманного фильтра. Послеэтого очищенный воздух проходит через секцию нагрева и в зимний режим работыподогревается до температуры 22 °С. Затем воздух проходит черезкамеру охлаждения и в летнем режиме работы охлаждается. Дальше воздух попадаетв секцию вентилятора, где создается напор и после секции шумоглушителя повоздуховодам попадает в обслуживаемые помещения.
Температура приточного воздуха измеряется датчиком (16а).Измеренная температура передается в щит управления, и контроллер вырабатываетсигнал на запорно-регулирующие клапана (8а, 11а).
В системе предусмотрен контроль засорения фильтра. Когда перепаддавления до и после фильтра превысит 100Па датчик (4а) замкнет свои контакты иэтот сигнал включит световую сигнализацию и если в течение 72 часов фильтр непочистит или не заменят, остановит систему.
В системе предусмотрена защита калориферов от замерзания. Когдатемпература воды в обратном трубопроводе снижается ниже 20 °С, сигнал отдатчика (5а) поступает в щит управления. Также предусмотрена защита потемпературе воздуха после калорифер. Датчик (9а) выработает сигнал притемпературе 5 °С который поступит в щит управления. При поступлении одногоиз сигналов происходит остановка вентилятора, закрывается сблокированный с нимклапан наружного воздуха и полностью открывается трехходовой клапан (8а) длямаксимального увеличения расхода теплоносителя. Таким образом, движение холодноговоздуха прекращается, а циркуляция теплоносителя через калорифер продолжается.Вследствие отсутствия теплосъема, температура охлажденного теплоносителяначинает повышаться. При достижении температуры теплоносителя 50 °Свентилятор включается, клапан наружного воздуха открывается, и работавоздухонагревателя возобновляется.
По датчику температуры наружного воздуха (1а) происходитпереключение режимов работы зимний или летний. В зависимости от режима работывоздух либо нагревается или охлаждается. Для регулирования температурыприточного воздуха применяют узел управления подачей теплоносителя ввоздухонагреватель. Схема узла управления УУ1 показана на рисунке 3.
/>
Рисунок 3 – Схемаузла управления УУ1.
1 – Накладной термостат защиты калорифера от замерзания по воде.
2 – Циркуляционный насос.
3 – Показывающий стрелочный манометр.
4 – Показывающий стрелочный термометр.
5 – Фильтр.
6 – Накладной датчик температуры обратной воды.
7 – Балансировочный клапан.
8 – Отсечной шаровой кран.
9 –Трехходовой клапан с электроприводом.
Вода из теплосети проходит через балансировочный клапан и фильтр ипоступает в теплообменник, отдает часть тепла и возвращается в теплосеть.Циркуляционный насос создает подмешивание воды приточной с обратной водой,которая поступает в приточный трубопровод в зависимости от положениярегулирующего клапана. Регулирующий клапан увеличивает или уменьшаетпоступление обратной воды в теплообменник в зависимости от температурыприточного воздуха или температуры обратной воды, которую измеряет накладнойдатчик температуры. Накладной термостат обеспечивает защиту теплообменника отзамерзания теплоносителя. Если температура воды будет ниже 0 °С, топроизойдет замерзание теплоносителя и приводит к разрыву трубок теплообменника,который ремонту не подлежит, а замен дорогостоящий.
В летнем режиме работы регулированием подачей холодоносителя применяетсяузел управления подачей холодоносителя в воздухоохладитель. Узел управленияподачей холодоносителя в воздухоохладитель УУ2 показан на рисунке 4.
/>
Рисунок 4 – Подачахладоносителя в воздухоохладитель УУ2.
2 – Циркуляционный насос.
3 – Показывающий стрелочный манометр.
4 – Показывающий стрелочный термометр.
5 – Фильтр.
7 – Балансировочный клапан.
8 – Отсечной шаровой кран.
9 – Трехходовой клапан с электроприводом.
Вода из холодильной машины проходит через балансировочный клапан ифильтр и поступает в секцию охлаждения, нагревается и возвращается в теплосеть.Циркуляционный насос создает подмешивание воды приточной с обратной водойкоторая поступает в приточный трубопровод в зависимости от положениярегулирующего клапана. Регулирующий клапан увеличивает или уменьшаетпоступление обратной воды в теплообменник в зависимости от температурыприточного воздуха.
4. Разработка принципиальной электрической схемы
На принципиальной схеме изображаются все электрические элементы иустройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии заданныхэлектрических процессов, все электрические связи между ними, а такжеэлектрические элементы (соединители, зажимы и т.п.), которыми заканчиваютсявходные и выходные цепи, чертеж ДП АТ061 К897 Э3.
Система имеет два режима работы зимний и летний. В зимний периодработы системы воздух перед подачей в обслуживаемое помещение подогревается, ав зимний охлаждается. Тепло и хладоносителем в нашей системе является вода. Переключениепроисходит автоматически либо в ручную. Автоматический переход происходит податчику температуры наружного воздуха с гистерезисом. Переход с зимнего налетний при температуре 12 °С, а с летнего на зимний при температуре 8 °С.В ручном режиме с помощью переключателей (SA1, SA2). Рассмотрим по отдельностиэти режимы.
4.1 Режим работы в зимний период
Дежурный режим
В дежурном режиме воздушные клапаны закрыты, вентиляторы приточнойи вытяжной установки выключены, на щите лампы «СЕТЬ» (HL1), «ЗИМНИЙ РЕЖИМ»(HL5), «ВОЗДУШНЫЙ КЛАПАН ЗАКРЫТ» (HL4) и «СТОП» (HL3) находятся во включенномсостоянии. Циркуляционный насос в узле регулирования подачей теплоносителяработает, регулирование осуществляется по температуре Тобр., котораяподдерживается равной Тобр.зад.
Пуск системы
Переход из дежурного режима в режим вентиляции возможен толькопосле прогрева калорифера. Для запуска системы необходимо нажатькнопку «ПУСК»(SB1) расположенную на лицевой панели за дверцей щита. При этом лампа «СТОП»(HL3) выключится и включится лампа «ПУСК» (HL2) и система перейдет в режимпрогрева. В режиме прогрева воздушные клапана закрыты, вентиляторы выключены.Регулирование осуществляется по температуре Тобр., которая доводится дозначения Тпуск, после чего на клапан подается дополнительный «упреждающий» импульсна открытие, и после заданной задержки, система перейдет в режим вентиляции.
Режим вентиляции
При подаче напряжения на двигатель вентилятора одновременноподается сигнал на открытие воздушного клапана и в течение 10 секунд долженпоступить сигнал об открытии клапана и выключится лампа «ВОЗДУШНЫЙ КЛАПАНЗАКРЫТ».
В режиме вентиляции регулирование осуществляется по температуреприточного воздуха Тпрв, которая поддерживается равной Тпрв.зад. При превышениитемпературы Тобр над заданным значением контроллер переключается на еерегулирование с целью недопущения перегрева воды, возвращаемой в тепловую сеть.Контроль превышения Тобр активизируется с задержкой после включениявентилятора.
Аварийные режимы
Опасность замерзания калорифера.
При срабатывании контактных датчиков защиты по воде или по воздухусистема переходит в дежурный режим и загорается лампа «ОПАСНОСТЬ ЗАМЕРЗАНИЯ».После пропадания сигнала система переходит в режим прогрева и зановозапускается.
Авария двигателя
При срабатывании контактного датчика воздушного потока илитермостата перегрева двигателя в режиме вентиляции система переходит в дежурныйрежим и включается лампа «АВАРИЯ ДВИГАТЕЛЯ». Сброс сброса аварии осуществляетсянажатием кнопки «СТОП».
Засорение фильтра
При срабатывании контактного датчика воздушного потока загораетсялампа «ФИЛЬТР ЗАСОРЕН». И если в течение 72 часов систему не остановят и непочистят фильтр, переведет систему в дежурный режим.
Воздушный клапан не открылся
После подачи сигнала открытия на привод воздушного в течение 10секунд сигнал о закрытии клапана поступает, то система переходит в дежурныйрежим, а лампа ВОЗДУШНЫЙ КЛАПАН ЗАКРЫТ» включается и выключается с интервалом 1секунда.
4.2 Режим работы в летний период
Дежурный режим
В дежурном режиме воздушные клапаны закрыты, вентиляторы приточнойи вытяжной установки выключены, на щите лампы «СЕТЬ» (HL1), «ВОЗДУШНЫЙ КЛАПАНЗАКРЫТ» (HL4) и «СТОП» (HL3) находятся во включенном состоянии. Циркуляционныйнасос работает. Регулирование не осуществляется.
Пуск системы
Для запуска системы необходимо нажать кнопку «ПУСК» (SB1),расположенную на лицевой панели за дверцей щита. При этом лампа «СТОП» (HL3)выключится и включится лампа «ПУСК» (HL2) и система перейдет в режимвентиляции.
Режим вентиляции
При подаче напряжения на двигатель вентилятора одновременноподается сигнал на открытие воздушного клапана и в течение 10 секунд долженпоступить сигнал об открытии клапана и выключится лампа «ВОЗДУШНЫЙ КЛАПАНЗАКРЫТ» (HL4).
В режиме вентиляции регулирование осуществляется по температуреприточного воздуха Тпрв, которая поддерживается равной Тпрв.зад.
Аварийные режимы
Авария двигателя.
При срабатывании контактного датчика воздушного потока илитермостата перегрева двигателя в режиме вентиляции система переходит в дежурныйрежим и включается лампа «АВАРИЯ ДВИГАТЕЛЯ» (HL8).
Сброс сброса аварии осуществляется нажатием кнопки «СТОП» (SB2).
Засорение фильтра.
При срабатывании контактного датчика воздушного потока загораетсялампа «ФИЛЬТР ЗАСОРЕН» (HL6). И если в течение 72 часов систему не остановят ине почистят фильтр, переведет систему в дежурный режим.
Воздушный клапан не открылся.
После подачи сигнала открытия на привод воздушного клапана втечение 10 секунд сигнал о закрытии клапана поступает, то система переходит вдежурный режим, а лампа «ВОЗДУШНЫЙ КЛАПАН ЗАКРЫТ» (HL4) включается ивыключается с интервалом 1 секунда.
При поступлении сигнала с пульта пожарной охраны системапереключится в дежурный режим без автоматического перезапуска при пропаданиисигнала.
Значения уставок системы указаны в таблице №4.1.
Таблица №4.1 – значение уставок системы
Параметр
Наименование
Значение Тпрз Заданная температура приточного воздуха. 22 °С Тобр. зад.
Заданная температура воды в обратном
трубопроводе. 45 °С Тобр.змр. Минимальная температура воды в обратном трубопроводе. 20 °С Тлетн.
Температура наружного воздуха, при
котором система меняет режим работы. 10 °С
4.3 Разработка схемы внешних соединений
На схеме соединений изображены все устройства и элементы, входящиев состав изделия, их входные и выходные элементы (соединители, платы, зажимы ит.п.), а также соединения между этими устройствами и элементами.
На схеме показано соединение всех датчиков, исполнительныхмеханизмов, двигателей, питающих кабелей к щиту управления, а также передачаэтих сигналов на микроконтроллер.
Дискретные датчики и исполнительные механизмы подсоединяются кщиту контрольным кабелем КВВГ, а аналоговые датчики подключаются экранированнымкабелем МКЭШ. При подключении к щиту управления экраны кабелей соединяютсямежду собой на шине заземления.
Щиты управления и агрегаты систем должны быть заземлены согласнотребованиям ПУЭ.
Все подключенные кабели и провода должны быть отмаркированнысогласно проекту.
5. Выбор средств автоматизации
В данном проекте используется значительное количество различныхдатчиков, приводов, контроллеров и другого оборудования систем автоматики.Однако особое внимание уделяется свободно программируемому контроллеру LOGOфирмы «Siemens», т. к. он является основой всей системы автоматики. Наостальные изделия будет дана лишь ознакомительная информация.
5.1 Выбор главных элементов управления
Контроллер
Общие данные
Логические модули LOGO! являются компактными функциональнозаконченными универсальными изделиями, предназначенными для построенияпростейших устройств автоматики с логической обработкой информации.
Алгоритм функционирования модулей задается программой,составленной из набора встроенных функций. Программирование модулей LOGO! Basicможет производиться с их клавиатуры без использования дополнительногопрограммного обеспечения. Стоимостные показатели модулей настолько низки, чтоих применение может оказаться экономически целесообразным даже в случае заменыустройств, включающих в свой состав 2 многофункциональных реле времени или 2таймера и 3–4 промежуточных реле.
LOGO! включает в себя:
· устройство управления;
· панель управления и индикации с фоновой подсветкой;
· блок питания;
· интерфейс для модулей расширения;
· интерфейс для программного модуля (платы) и кабеля PC;
· стандартные готовые функции, часто используемые на практике,например, функции задержки включения и выключения, импульсное реле ипрограммный выключатель;
· часовой выключатель;
· цифровые и аналоговые флаги;
· входы и выходы в соответствии с типом устройства.
LOGO! предлагает решения различных технических задач, в том числев электрооборудовании жилых помещений (например, освещение лестничных клеток,внешнее освещение, шторы, жалюзи, освещение витрин магазинов и т.д.), вкоммутационных шкафах, в управлении машинами и аппаратами (например, системыуправления воротами, вентиляционные системы или насосы для хозяйственной воды имногое другое).
LOGO! можно использовать также для специальных систем управления воранжереях и теплицах, для предварительной обработки сигналов управления и, приподключении коммуникационного модуля (напр., AS Interface), длядецентрализованного управления машинами и процессами на месте.
Все встроенные входы модулей могут использоваться для ввода дискретныхсигналов. Напряжение питания входных цепей соответствует напряжению питаниямодуля. В некоторых моделях 2 из 8 входов имеют универсальное назначение. Онимогут использоваться для ввода дискретных сигналов или аналоговых сигналов0…10В.
Модули LOGO! Contact предназначены для бесшумной коммутации трехфазныхцепей переменного тока напряжением до 400В с активной нагрузкой до 20А иликороткозамкнутыми асинхронными двигателями мощностью до 4кВт.
Модули выпускаются в двух модификациях, отличающихся напряжениемпитания обмотки управления: =24В или ~230В. Модули не подключаются к внутреннейшине LOGO! Для управления их обмотками необходимо использовать соответствующиедискретных выходы модулей LOGO! или DM8/DM16.
Блоки питания LOGO! Power преобразуют сетевые напряжения ~115/230Вв выходное напряжение =12В или =24В с различными значениями тока нагрузки.Модули обеспечивают защиту нагрузки от коротких замыканий.
Для долговременного хранения резервной копии, защиты от несанкционированногодоступа и копирования программы, а также переноса программ с одного логическогомодуля на другой может использоваться универсальный модуль памяти.
Программирование модулей LOGO! Basic может выполняться с клавиатурыс отображением информации на встроенном дисплее. Процесс программированиясводится к последовательному соединению встроенных функциональных блоков изаданию параметров настройки (задержек включения / выключения, значенийсчетчиков и т.д.). Для выполнения всех этих операций используется системавстроенных меню. Готовая программа может быть переписана в модуль памяти,вставленный в интерфейс модуля LOGO!
Все встроенные функции хранятся в памяти логического модуля в видедвух библиотек. Библиотека GF содержит набор функций, выполняющих все основныелогические операции. В библиотеку SF собраны специальные функции: триггеры,счетчики, таймеры, импульсные реле, компараторы, генераторы импульсов и т.д.
Пакет LOGO! Soft Comfort позволяет производить разработку и отладкупрограмм для LOGO! на компьютере, документировать программы и эмулироватьработу разрабатываемого устройства. Поддерживается программирование в видефункциональных блоков и релейно-контактных схем. Пакет может работать подуправлением операционных систем Windows 95/98/NT/ME/2000/XP, Linux, MAC OS-X.
Готовая программа может загружаться в память логического модулячерез кабель ПК или записываться в модуль памяти через специальное устройствоLOGO! Prom.
Максимальная надежность устройств и компонентов LOGO! достигаетсяреализацией широкомасштабных и влияющих на величину издержек мероприятий приразработке и изготовлении.
Сюда относятся:
· использование высококачественных компонентов;
· проектирование всех цепей в расчете на наихудшие условия;
· систематическое автоматизированное тестирование всех компонентов;
· тренировка всех схем высокой интеграции (напр., процессоров, памятии т.д.);
· меры по предотвращению статического разряда при работе синтегральными МОП-схемами;
· визуальный контроль на различных этапах изготовления;
· испытание на нагрев при длительной работе при повышенной температуреокружающей среды в течение нескольких дней;
· тщательные окончательные приемочные испытания под управление компьютера;
· статистический анализ всех возвращенных систем и компонентов длянемедленного проведения корректирующих мероприятий;
· контроль важнейших компонентов устройства управления с использованиемонлайнового тестирования (циклическое прерывание для CPU и т.д.).
Различные модели модулей оснащены транзисторными или релейнымивыходами. Транзисторные выходы способны коммутировать токи до 0.3А в цепяхнапряжением =24В и оснащены электронной защитой от короткого замыкания.Релейные выходы способны коммутировать токи до 10А (активная нагрузка) или до3А (индуктивная нагрузка) в цепях напряжением =12/24В, ~24В или ~/= 115/240В.
Для увеличения количества обслуживаемых входов-выходов и максимальнойадаптации к требованиям решаемой задачи к каждому логическому модулю LOGO!могут подключаться модули расширения.
Модули DM8 имеют 8-, модули DM16 – 16 канальную структуру (4 входа/4выхода или 8 входов/8 выходов). Релейные выходы модулей при активной нагрузкеспособны коммутировать токи до 5А. Внутренняя шина модулей DM8/DM16 может бытьподключена только к модулю с таким же уровнем напряжения питания.
Коммуникационные модули позволяют производить подключение логическихмодулей к сетям AS-Interface, EIB и LON. В сети AS-Interface модули LOGO! способнывыполнять функции интеллектуальных ведомых устройств, в сетях EIB и LON – функцииведущих устройств. Коммуникационные модули рекомендуется устанавливатьпоследними в линейке расширения. По внутренней шине они могут подключаться кмодулям с любым напряжением питания.
Механическое устройство модулей контроллера
Таблица №2 – расшифровка позиций1. Источники питания 5. Панель управления 9. Механическое кодиование – шрифты 2. Входы 6. ЖКД 10. Механическое кодиование – гнезда 3. Выходы 7. Индикатор состояния 11. Защелка 4. Гнездо для модуля с крышкой 8. Интерфейс расширения 12. Клемма PE для подключения экрана аналоговой изм. линии.
На рисунке 8–9 приведено механическое устройство модулейконтроллера «LOGO!», а в таблице 2 расшифровка позиций.
Технические характеристики
В таблице №3 указаны технические характеристики контроллера.
Таблица №3 – технические характеристики контроллераВходное напряжение 24 В Допустимый диапазон 20,4 … 28,8 В Потребление тока из источника 24 В 20…75 мА
Входное напряжение:
1
>12 В Время цикла для формирования аналоговых значений 300 мс Диапазон температуры для аналогового входа АМ2 Pt100 -50…+200 °С Аналоговый выход =0…10 В
5.2 Выбор вспомогательных элементов управления
Датчики
Первичный измерительный преобразователь температуры типа QAC2010
Наружные датчики предназначены для измерения наружной температурыи, в меньшей степени – уровня солнечной радиации, влияния ветра и температуры стеныздания.
Датчик может использоваться в качестве:
•контрольного датчика для управления температурой подающей взависимости от погодных условий;
•измерительного датчика в целях оптимизации.
Наружный датчик с чувствительным элементом Pt 100 Ом при 0 °С. Датчикпомещен в пластмассовый корпус со снимающейся крышкой.
Чувствительный элемент залит синтетической резиной. Доступ кклеммам для подключения датчика обеспечивается после снятия крышки. Кабельподключается либо с тыльной стороны (скрытая проводка), либо с нижней стороны(открытая проводка). В нижнюю часть корпуса может вкручиваться уплотнителькабельного ввода Рk11.
Технические характеристики:
– диапазон измерения: -50…+70 0С;
– чувствительный элемент Pt 100 Ом при 0 °С;
– допустимые отклонения: ±1 0С при -10…+20 °С
— постоянная времени: 10 мин.;
– допустимая влажность: 5…100%;
– степень защиты корпуса: IP43;
– вес: 0,120 кг;
В зависимости от цели использования, датчик может устанавливаться:
• Для контроля:
На стене дома или здания, на которой имеются окна, выходящие изжилых помещений. При этом на датчик не должны падать солнечные утренние лучи.Если это не гарантируется, его лучше установить на стене с северной или ссеверо-западной стороны.
Для оптимизации:
Во всех случаях – на самой холодной стене дома или здания (обычнона стене с северной стороны). Попадание на датчик солнечных утренних лучей недопускается.
Высота установки:
Предпочтительно посередине стены дома или здания, или зоныобогрева, но не ниже 2,5 м от уровня земли.
Не допускается крепление датчика в следующих местах:
Над окнами, дверьми, вентиляционными решетками и другимиисточниками тепла;
Под балконами или козырьками крыш.
Во избежание ошибок измерения, вызванных циркуляцией воздуха,кабельный ввод датчика необходимо закрыть уплотнителем. Покраска корпусадатчика не допускается.
Датчик-реле перепада давления воздуха QBM81.5
Используется для контроля перепада давления, а также для контроляза пониженным и повышенным давлением в системах вентиляции и кондиционированиявоздуха.
Применяется для контроля:
· засорения фильтра;
· аварийной остановки двигателя.
Принцип действия: перепад давления между обоими соединениямидеформирует пружинную диафрагму.
Он пригоден для крепления на воздуховодах или стенах. Рекомендуемаяориентация – вертикальная, хотя в принципе приемлемо любое местоположение.Соединительные трубки могут иметь произвольную длину, однако если они длиннее 2-хметров, время реакции на перепад давления увеличивается. Датчик долженустанавливаться таким образом, чтобы он находился сверху от точек соединения.Для того чтобы избежать конденсации, трубопроводы должны прокладываться так,чтобы от точек соединения их с датчиком-реле трубопроводный участок имел уклон(без образования петли).
Диапазон измерения 50…500Па. Производитель фирма «Siemens».
Термостат накладной типа RAK-TW.5000
Термостат осуществляет контроль защиты от замерзания потемпературе воды в обратном трубопроводе, снабжен однополюсным перекидным микропереключателем.Установленная пороговая температура отображается в окошке на корпусетермостата.
При достижении температуры уставки при понижении температуры (функциязащиты), перекидной контакт выработает сигнал и передаст его в щит управления.
Диапазон измерения 5…65 °С. Производитель фирма «Siemens».
Первичный измерительный преобразователь температуры типа QAC 21
Накладной датчик температуры предназначен для измерениятемпературы в трубопроводе. Измерение температуры в трубопроводе производитсядля контроля или ограничения температуры потока, ограничение температуры водыобратного трубопровода, контроля горячей воды.
Чувствительный элемент Pt100 снимает показания температурытрубопровода. Сопротивление чувствительного элемента изменяется в зависимостиот температуры среды.
Диапазон измерения -30…+130 °С. Производитель фирма«Siemens».
Термостат защиты от замерзания типа QAF81.3
Термостат контролирует температуру воздуха после теплообменника всистеме вентиляции и кондиционирования тем самым, защищая его от замерзания ипоследующего разрушения теплообменника.
Газонаполненный капилляр, соединенный с диафрагмированной камерой,представляет собой измерительный элемент, который механически связан смикропереключателем. Термостат чувствителен к падению температуры нижеустановленного порога на длине участка капилляра 30 см.
При превышении температуры выше порога происходит автоматическийсброс термостата.
Капилляр термостата должен быть установлен непосредственно послекалорифера по потоку воздуха (до калорифера – в случае охлаждающеготеплообменника). Его необходимо уложить петлями в плоскости, параллельнойтеплообменнику, на расстоянии от теплообменника около 5 см на специальныхкронштейнах. Капилляр термостата должен перекрывать все сечение воздуховодапосле калорифера. Диапазон измерения -5…+15 °C. Производитель фирма«Siemens».
Первичный измерительный преобразователь температуры типа QAM2110.040
Канальный датчик температуры используется в установкахкондиционирования воздуха в качестве:
– датчика температуры входящего или выходящего воздуха.
– датчика-ограничителя (например, ограничение по минимуму) вприточном канале.
– управляющего датчика, как например, для регулированиятемпературы помещения по наружной температуре.
– датчика точки росы.
– измерительного датчика, как например, для индикации измеряемыхвеличин или подачи данных измерении централизованной системы контроля.
Технические характеристики:
– рабочий диапазон: -50 +80 °С;
– измерительный элемент: Pt100 Ом/0 °C;
– постоянная времени: 30 с;
Место установки:
– в установках кондиционирования воздуха после воздуходувки,если она является последней конструктивной единицей, в ином случае после последнейконструктивной единицы на расстояние не менее 0,5 м.
– в вытяжном канале всегда до вытяжного вентилятора.
— в качестве ограничителя температуры входящего воздуха по возможностиближе к помещению.
– при регулировании влажности воздуха по методу точки росынепосредственно после каплеуловителя увлажнителя.
– чувствительный элемент не должен касаться стенок канала.
Диапазон измерения -30…+120 °C. Производитель фирма«Siemens».
Исполнительные механизмы и насосы.
Привод воздушного клапана типа GMA126.1E
Электропривод воздушного клапана со встроенной пружиной возвратапредназначен для открытия и закрытия клапана. Воздушный клапан перекрываетпоступление воздуха в помещение и из него через воздуховоды системы вентиляции.
Двух позиционные привод имеет угол поворота 90°. У него имеетсявстроенный дополнительные контакты, настроенные на срабатывание на угле 5°…90°.Производитель фирма «Siemens».
Циркуляционный насос типа UPS 25–20
В системах кондиционирования воздуха насосы являются ответственнымэлементом систем тепло- и холодоснабжения аппаратов для изменения параметроввоздуха. От надежной работы насосов зависит стабильная и надежная работасистемы кондиционирования воздуха. В России и других странах мира широкоеприменение получили насосы фирмы «Grundfos».
Для работы насосов в составе систем кондиционирования воздуха исистем тепло- и холодоснабжения характерны два основных режима: при постоянномрасходе жидкости; при переменном расходе жидкости.
При постоянном расходе жидкости рекомендуется применение насосов спостоянной частотой вращения ротора приводного электродвигателя рабочего колесанасосов.
Фирма «Grundfos» для постоянных расходов воды в системах кондиционированиявоздуха производит насосы типа UPS, которые монтируются на трубопроводах безфундаментов. Для ручного регулирования производительности систем по жидкостиконструкции насосов имеет ручное переключение на три частоты вращения.
Циркуляционный насос в контуре нагрева создает циркуляцию воды вконтуре узла регулирования подачей теплоносителя в воздухонагреватель, чемснижает вероятность замерзания воды в калорифере.
Привод ЗРК типа SSB61U
Электромеханические приводы предназначены для использования в системахс фанкойлами и охлаждаемыми потолками для управления клапанами нагрева иохлаждения. Привод имеет пропорциональный сигнал управления 0…10В, это сигналприводит в действие шток привода, воздействующий на шток клапана.
Клапан открывается пропорционально напряжению на выходе Y. Электромеханическиеприводы предназначены для использования совместно с 3-х ходовыми клапанами сноминальным ходом штока 5,5 мм типа VXP45.
Производитель фирма «Siemens».
Регулирующие клапана.
Запорно-регулирующий клапан 3-х ходовой типа VXP45.20–4 (ЗРК)
Клапан применяется в системах вентиляции и кондиционирования для управленияпротоком по системам замкнутого контура, с фанкойлами, с калориферами ивторичными охладителями, для использования в 2-х трубных системах с однимтеплообменником для нагрева и охлаждения (летний – зимний период).
Основной характеристикой регулирующего клапана является kvs – номинальныйрасход воды (м3/ч) через полностью открытый клапан (ход штока 100%) приперепаде давления в 1 бар и температуре воды 20 °С.
Силовые автоматические выключатели
Для защиты двигателей от перегрева устанавливаютсятокоограничивающие силовые автоматические выключатели типа 3RV1 фирмы Siemens.Характеристики расцепления силовых выключателей рассчитаны главным образом длязащиты трехфазных двигателей. Расчетный ток защищаемого двигателяустанавливается на настроечной шкале. Расцепитель тока короткого замыканиянастроен на заводе на 13-кратную величину расчетного тока. Этим обеспечиваетсянормальный пуск и надежная защита двигателя. Чувствительность выключателя квыпадению фазы гарантирует, что выключатель своевременно сработает привыпадении фазы и при вызванными этими обстоятельствами сверх токах в другихфазах.
Силовые автоматические выключатели также обеспечивают защитулинии.
Для двигателей мощностью 1кВт из таблицы данных каталога Siemensвыберем автоматический выключатель типа 3RV10 11–1DA1.
Выключатель имеет следующие характеристики:
· токовый расцепитель перегрузки 2,2–3,2А;
· максимальный расцепитель тока без выдержки времени 42А;
· отключающая способность при коротком замыкании при 400В 100кА;
· типоразмер S00.
6. Программирование контроллера
6.1 Общие данные
Для программирования контроллера воспользуемся программой LOGO!Soft Comfort.
Программное обеспечение LOGO! Soft Comfort предоставляет наиболееширокие возможности по разработке, отладке и документированию программлогических модулей LOGO! Разработка программы может выполняться на языках LAD(Ladder Diagram) или FBD. Допускается использование символьных имен дляпеременных и функций, а также необходимых комментариев.
В отличие от программирования с клавиатуры обеспечиваетсянаглядное представление всей программы, поддерживается множество сервисныхфункций, повышающих удобство разработки и редактирования программы.
Разработка, отладка и полное тестирование работы программы можетосуществляться в автономном режиме без наличия реального модуля LOGO!
Готовая программа может загружаться в логический модуль илизаписываться в модуль памяти, а также сохраняться на жестком диске компьютера.
LOGO! будет распознавать, считывать и включать входы и выходы всехмодулей расширения независимо от их типа. Входы и выходы представлены в той жепоследовательности, в которой расположены модули. Для программирования имеютсяв распоряжении следующие входы, выходы и флаги: от I1 до I24, от AI1 до AI8, отQ1 до Q16, AQ1 и AQ2, от M1 до M24 и от AM1 до AM6. Кроме того, имеются битырегистра сдвига от S1 до S8, 4 клавиши управления курсором C▲, C►,C▼ и C◄ и 16 свободных выходов от X1 до X16. В LOGO! 12/24… и LOGO!24/24o для входов I7 и I8 имеет силу следующее: если I7 или I8 используется вкоммутационной программе, то сигнал, прилагаемый к соединительному элементу,интерпретируется как цифровой; если используется AI1 или AI2, то сигналинтерпретируется как аналоговый.
Значительно более мощными являются специальные функции:
• Импульсное реле;
• Реверсивный счетчик;
• Задержка включения;
• Программный выключатель.
На рисунке 21 показано окно среды программирования LOGO! SoftComfort.
6.2 Описаниеработы программы
Алгоритм программы работы контроллера приведен в приложении А.
При поступлении на вход I1 логической единицы сигнал поступает наRS-триггер. С RS-триггера сигнал пуска поступает на выход Q1, а также поступаетна блоки для запуска системы в летнем режиме и для перевода системы в холодноепериод в режим прогрева. С задержкой времени, которую формирует B024, сигналподается на Q3 и Q4.
После поступления сигнала на Q3 включается задержка включения навход I5, сигнал пропадет после открытия воздушной заслонки, если сигналпоступает через 10 секунд, то контроллер остановит систему, и на выход Q5 будутпоступать сигналы с периодичностью 1 секунда, которую формирует блок B029.
Для сброса данного положения надо подать сигнал на вход I2.
Во время работы при поступлении сигнала на вход I6 на выход Q7поступит сигнал и через 72 часа, если сигнал продолжает поступать остановитсистему. Для сброса данного положения надо подать сигнал на вход I2.
При поступлении сигналов на I7 или I8 поступает сигнал на выходQ8, и система переходит в режим прогрева и после пропадания сигнала на этихвходах система перезапуститься.
Контроль входов I9, I10, I11 и I12 включается с задержкой времени10 секунд после появления сигнала на выходах Q3 и Q4. Если после этогосигналпоступает или поступил, подается на остановку системы и на выход Q9. Для сбросаданного положения надо подать сигнал на вход I2.
Для формирования режима работы в ручном режиме на входы I4 и I5должны поступить сигналы.
Для формирования сигнала режима работы в автоматическом режимеустановлен аналоговой триггер B006. В зависимости от сигнала поступающего с AI1триггер вырабатывает сигнал для переключения режимов работы.
В зимний период работы в дежурном режиме работы сигнал 0…10В навыходе AQ1 формируется в зависимости от поступающей информации на аналоговыйвход AI3.
В зимний период работы во время работы сигнал 0…10В на выходе AQ1формируется в зависимости от поступающей информации на аналоговый вход AI2 нарегуляторе B009. В случае превышения сигнала на входе AI3 над установленнымзначением 45 °С срабатывает триггер B016, который переключит формированиесигнала от регулятора B010. После снижения сигнала AI3 формирование опятьпереходит от регулятора B009.
Данные переключения осуществляет аналоговый мультиплексор B013. Влетний период работы во время работы сигнал 0…10В на выходе AQ1 формируется взависимости от поступающей информации на аналоговый вход AI2 на регулятореB009.
При поступлении сигнала на вход I13 контроллер переведет систему врежим остановки без возможности автоматического перезапуска.
7. Размещение средств автоматизации
7.1 Требования к АСУ, монтаж
АСУ должна быть разработана и внедрена в соответствии стребованиями действующих Правил, ГОСТов и СНиПов:
· ГОСТ21.101–97 «Основные требования к проектной и рабочейдокументации»;
· ГОСТ21.613–88 «Силовое электрооборудование. Рабочие чертежи»;
· ГОСТ21.614–88 «Изображения условные графическиеэлектрооборудования и проводок на планах»;
· ГОСТ21.408–93 «Правила выполнения рабочей документацииавтоматизации технологических проектов»;
· СНиП 3.05.06–85 «Электротехнические устройства»;
· СНиП 3.05.07–85 «Системы автоматизации»;
· СНиП 2.04.05–91 (2000) «Отопление, вентиляция и кондиционирование»;
· отвечать требованиям СНиП 21.01–97 (Пожарная безопасность зданий исооружений) по пожарной безопасности;
· Эксплуатационная документация оформляется в соответствии стребованиями-ГОСТ2.601–95.
АСУ разработата с использованием отечественного и импортногооборудования, отвечающего современному уровню качества и надежности.
Все оборудование должно быть сертифицировано для применения в РФ всоответствии с действующими нормативными документами. Базовым для разработкиАСУ принять оборудование фирмы «SIEMENS» (датчики, исполнительные механизмы,программируемые контроллеры).
Автоматизация инженерных систем предусматривается на базесвободно-программируемых контроллеров, связанных с датчиками аналоговых и дискретныхсигналов и электроприводами.
Контроллеры устанавливаются в совмещенных щитах автоматики и управления(ЩАУ), содержащих также и силовую аппаратуру. Шкафы ЩАУ должны находиться внепосредственной близости от соответствующего технологического оборудования.
Все используемые в системе аналоговые датчики измерениятемпературы, давления, влажности, расхода и т.п., должны иметь унифицированныйэлектрический выходной сигнал, сопрягаемый с контроллерами системы.
Дискретные датчики должны иметь выходной сигнал типа «сухойконтакт».
Приводы исполнительных механизмов должны управляться стандартныманалоговым выходным сигналом контроллера в диапазоне 0–10В.
Объектами автоматизации являются приточно-вытяжные системывентиляции и кондиционирования. АСУ должна обеспечить полную автоматизациюпроцессов стабилизации температурных параметров, как в процессе обработки воздуха,так и при регулировании этих параметров в обслуживаемых помещениях.
Основными задачами автоматизации приточно-вытяжной вентиляцииявляется
· автоматическое регулирование температуры приточного воздуха всоответствии с заданной уставкой;
· предварительный прогрев калорифера перед включением приточноговентилятора в зимнее время;
· защиту калорифера от замерзания по температуре обратной воды ипо температуре приточного воздуха и по контактному датчику;
· контроль работы вентилятора по контактному датчику воздушногопотока и его аварийное выключение;
· защита двигателей от перегревания;
· контроль засорения фильтра;
· контроль температуры воды, возвращаемой в сеть и защиту от ееперегрева;
· сигнализация аварий;
· автоматическое отключение приточных и вытяжных установок присрабатывании датчиков пожарной сигнализации. Работоспособность систем защиты отзамораживания калорифера при этом должна сохраняться;
· ручное управление агрегатами систем с местных ЩАУ.7.2 Особенностимонтажа электропроводок объекта
Типэлектропроводки и способ ее прокладки определяют номинальным напряжением сети,характером помещений, состоянием окружающей среды, в которой она будетнаходиться, условиями техники безопасности и пожарной безопасности. Окружающаясреда характеризуется влажностью, температурой, наличием пыли, вреднодействующих химически активных паров и газов.
Сухиепомещения–это такие, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60%.Если в этих помещениях в течение длительного времени температура не поднимаетсявыше 30 °С, не выделяется большое количество технологической пыли ихимически активных веществ, то такие сухие помещения называют нормальными.
Пыльные помещения–этопомещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль втаком количестве, что она может оседать па проводах, проникать внутрь машин,аппаратов и т.п.
Влажныепомещения – это помещения, в которых пары или конденсирующаяся влага выделяютсялишь временно и притом в небольших количествах, а относительная влажность более60, но не выше 75%.
Сырыепомещения – это помещения, в которых относительная влажность в течениедлительного времени превышает 75%.
Особо сырыепомещения–это помещения, в которых потолок, стены, пол и находящиеся в нихпредметы покрыты влагой, а относительная влажность воздуха приближается к 100%.
Жаркиепомещения – это помещения, в которых температура в течение длительного временипревышает 30 °С.
Пожароопасные– помещения или наружные установки, в которых хранят или применяют горючиевещества.
Изоляцияпроводов и кабелей должна соответствовать напряжению сети и условиям окружающейсреды. Для сетей напряжением до 500 В провода должны иметь изоляцию,рассчитанную на напряжение не ниже 500 В.
Проводаэлектропроводок удаляют от печей и труб отопления во избежание перегрева ипреждевременного старения изоляции.
Нулевойпровод должен иметь отличительную расцветку или у места ответвления и при вводев арматуру его метят бандажом из цветных ниток, а головки роликов илиизоляторов нулевого провода окрашивают эмалевой краской. На прямых участкахокрашенные ролики устанавливают с интервалом через два или три обычных ролика.
Для надежногои быстрого отключения при коротком замыкании необходимо, чтобы ток короткогозамыкания был не менее чем в 3 раза больше номинального тока предохранителя.7.3 Соединение и оконцевание жил, проводов и кабелей
Отправильного выполнения контактных соединений зависит надежность и безопасностьэксплуатации электроустановок. Контактные соединения должны быть устойчивыми крезким колебаниям температуры, влажности, влиянию окружающей среды. Надежныеэлектрические контактные соединения могут быть выполнены одним из следующихосновных способов: опрессованием (обжатием), сваркой, пайкой, свинчиванием.
Опрессованиеприменяют для соединения и оконцевания проводов и кабелей любой площади сеченияна напряжение от 10 (соединение) до 35 кВ (оконцевание), а также медных (длявсех категорий электроустановок) и алюминиевых жил (за исключением городских кабельныхсетей столичных и областных городов и электростанций с агрегатами мощностью от50000 кВт и выше). Соединение многопроволочных медных жил площадью поперечногосечения до 10 мм2 в силовых и осветительных сетях выполняютпутем обертывания соединяемых жил двумя слоями тонкой медной или латунной лентытолщиной 0,2…0,3 мм и опрессовкой места соединения при помощи пуансонов иматриц, вставляемых в малые одноручные клещи типа.7.4 Технический уход за электрооборудованием
Техническиеуходы позволяют поддерживать парк электрооборудования в работоспособномсостоянии. При технических уходах электрооборудование очищают, проверяют,регулируют, смазывают и заменяют некоторые недолговечные сменяемые части. Крометого, определяют техническое состояние электрооборудования и при наличиинеисправностей дают заключение о необходимости текущего или капитальногоремонта.
Операциитехнического ухода проводят согласно заранее составленному графику через строгоустановленные периоды работы электрооборудования.
Максимальнаяэффективность технических уходов достигается в том случае, когда периодичностьи номенклатура работ, выполняемых при каждом техническом уходе, в наибольшейстепени соответствует конструктивным особенностям электрооборудования, еготехническому состоянию, условиям эксплуатации и др.
Режимтехнических уходов, применяемый для средних условий эксплуатации, следуеткорректировать в каждом конкретном случае с учетом условий, в которых работаетэлектрооборудование. Некачественное и несвоевременное проведение техническихуходов снижает работоспособность электрооборудования, увеличивает расходы напроведение ремонтов и повышает себестоимость сельскохозяйственной продукции.
Особенноважное значение имеет проверка и наладка электрооборудования перед вводом вэксплуатацию, а также наблюдение за его техническим состоянием в первый периодработы. Даже при самых высоких требованиях к испытаниям электрооборудованияперед отправкой потребителю часть недостатков выявляют и устраняют в течение некотороговремени с начала его работы. В большой мере это относится к регулируемымпараметрам электрооборудования.
Притехнических уходах по возможности должны быть выявлены все неисправности какмеханического, так и электрического происхождения. Причинами неисправностейтакже может быть нарушение регулировок.
Неисправностимеханического происхождения чаще всего возникают вследствие износа, ударов идеформации, коррозии и поломки деталей. Их обычно выявляют при осмотре и путемнесложных измерений.
Неисправностиэлектрического характера возникают вследствие пробоя изоляции, протекания токовкоротких замыканий, действия электрической дуги, перенапряжений и др. Этинеисправности при технических уходах также выявляют в большинстве случаеввнешним осмотром. Если конструкция электрической машины или аппарата непозволяет провести внешний осмотр, электрические неисправности определяют спомощью приборов (мегомметр, омметр и др.).Техническийуход за низковольтной аппаратурой
Низковольтнуюаппаратуру широко используют в сельском хозяйстве для управления, автоматизациии защиты электрифицированных машин, механизмов, установок и другогооборудования.
В связи стем, что при проведении технических уходов можно визуально определить состояниеосновных деталей низковольтной аппаратуры и вовремя заметить и устранитьдефекты, технические уходы являются очень важным элементом системы техническогообслуживания магнитных пускателей, автоматических выключателей, реле и другойаппаратуры, обеспечивающей их бесперебойную работу.Техническийуход за внутренними электропроводками
Припроведении технических уходов за электропроводками выполняют следующие работы.
1. В сухихпомещениях волосяной щеткой очищают провода от пыли; в сырых помещенияхпользуются влажным обтирочным материалом. Кабели, наружную часть труб сэлектропроводкой и корпуса ответвительных коробок очищают обтирочнымматериалом. Масляные пятна с трубопроводов удаляют обтирочным материалом, смоченнымв бензине.
2. Очищаютизоляторы обтирочным материалом, смоченным в 5%-ном растворе каустической соды.
3.Пошатыванием рукой проверяют надежность крепления труб, протяжных иответвительных коробок, якорей, крюков, штырей, а также уголков, предохраняющихкабели и провода от механических повреждений. Ослабленные места укрепляют.
4. Осмотромубеждаются в целости изоляторов, а пошатыванием рукой – в надежности ихкрепления на крюках, якорях или штырях. Изоляторы, имеющие трещины или сколы,заменяют новыми. Сорванные с крюков или ослабленные изоляторы закрепляютпенькой, пропитанной протертым на олифе суриком.
5.Внимательно осматривают изоляцию проводов. Участки проводов, имеющиенезначительные нарушения изоляции, изолируют наложением нескольких слоевхлопчатобумажной или полихлорвиниловой ленты. Участки проводов со значительныминарушениями изоляции заменяют новыми.
6. Проверяютнатяжение проводов. Провода не должны сильно провисать и касаться строительныхконструкций и технологического оборудования. Чрезмерное провисание проводовустраняют перетяжкой.
7. Вскрываюткрышки ответвительных коробок и осматривают места соединения проводов.Соединения с пересохшей или обуглившейся изоляцией переизолируютполихлорвиниловой изоляционной лентой типа ПХЛ.
Передизолированием в зависимости от вида соединения устраняют нарушение контактазачисткой контактных поверхностей, подтягиванием резьбовых соединений, сваркой,пайкой и др.
8. Осмотромубеждаются в наличии металлического соединения между трубами и ответвительнымикоробками, а также заземляющим проводником. Ослабленные контакты подтягивают, аокислившиеся разбирают, зачищают до металлического блеска, смазываюттехническим вазелином и собирают.
9. Проверяютсостояние сальниковых уплотнений на вводах в ответвительные коробки.Ослабленные сальниковые уплотнения подтягивают.
10. Принеобходимости окрашивают крюки, якоря, штыри, трубы и ответвительные коробки.
11. Впомещениях с нормальной средой один раз в два года, а в сырых, пыльных ипожароопасных помещениях раз в год мегомметром на 1000 В измеряют сопротивлениеизоляции проводок.
При измерениисопротивления изоляции отсоединяют от проводов все электрооборудование(электродвигатели, аппараты, установки и пр.), вынув предохранители, выключиврубильники, магнитные пускатели, автоматические выключатели и т.д.
7.5 Принципрасположения оборудования
При разработке расположения оборудования, необходимо чтобы приборыавтоматики устанавливались в местах, удобных для монтажа и эксплуатации.
На схеме ДПАТ061 К897 Э7 показано расположения оборудования в венткамере.
Щит управления устанавливают на стене венткамеры, а справа от негоустановлены узлы управления подачей теплоносителя и хладоносителя.
На приточной и вытяжной системах подвесного типа, показано расположениедатчиков и исполнительных механизмов.
Кабельные проводки в венткамерах выполняются в пластмассовых кабельканалахили трубах, отводы кабелей к датчикам и к двигателям агрегатов заключить вгофрированный шланг.
7.6 Разработка компоновочной схемы щита
В соответствии с техническим заданием проектируемая системасодержит элементы автоматики, установленные в щите управления и оконечныеустройства управления и сбора информации, находящиеся непосредственно на самойустановке приточно-вытяжной вентиляции. Конструкция щита должна позволятьпроизводить быструю замену входящих в его состав узлов с целью восстановленияработоспособности. Так же необходимо обеспечить удобное расположение органовуправления и визуального контроля, и учесть возможность транспортировки.
Щит удовлетворяет международной спецификации степени защиты IP65(6 – полная защита от пыли, 5 – Защита от струй воды).
С целью возможности быстрой замены неисправного узла, креплениеэлементов осуществляется с помощью направляющих DIN-реек, на которые устанавливаютсявспомогательные элементы, автоматы и контроллер.
Электрические соединения реализуется посредством проводов иклеммников.
Щит крепится на вертикальную поверхность, например, стену.
Общий вид разработанной конструкции щита приведён в графическойчасти проекта.
8. Организационная часть
8.1 Техника безопасности при проведениитехнического обслуживания электрооборудования
Работы потехническому обслуживанию электроустановок должны проводить электромонтеры илиэлектрослесари, которые прошли проверку знаний по технике безопасности и имеютсоответствующую квалификационную группу.
Инженер-электрикили лицо, ответственное за технику безопасности, должны проводить инструктаж побезопасным методам работы в электротехнических установках при техническомобслуживании, обучать рабочих правилам безопасного пользования оборудованием,инструментом, приспособлениями, проверять техническое состояние оборудования,инструмента, приспособлений, защитных средств, следить за санитарным состояниемпомещения участка текущего ремонта электрооборудования и передвижных электроремонтныхмастерских.
Притехническом обслуживании электрооборудования следует применять оборудование иинструмент, отвечающие требованиям техники безопасности и обеспечивающиебезопасное проведение работ.
Все защитныесредства должны быть проверены при приемке в эксплуатацию, а в дальнейшемпроверяться через определенные промежутки времени согласно нормам.
Обычнотехнические уходы и текущие ремонты электрооборудования проводят при полностьюснятом напряжении, т.е. электроустановка полностью отключена от сети. Еслиработы выполняют без наложения заземления, принимают меры, исключающиеошибочную подачу напряжения к месту работы персонала. Для этого снимаютпредохранители, прокладывают изоляционный материал между губками и ножами рубильниковили между контактами автоматов, отсоединяют кабели и др.
На рукояткахвыключающих аппаратов вешают плакаты: «Не включать – работают люди».
Наэлектрооборудовании, отключенном для проведения технического ухода или текущегоремонта, после вывешивания предупреждающих плакатов проверяют отсутствиенапряжения на всех фазах индикатором, вольтметром или контрольной лампой.
Поднапряжением проводят работы по испытанию отремонтированных электрических машини аппаратов только в случае, если этого требует технология проверки.
Припроведении работ на электродвигателях, принимают меры к тому, чтобы двигательне пришел во вращение со стороны приводимого механизма (например, насоса).
Запрещаетсяработа в одежде с засученными рукавами или без рукавов. При работе свращающимися контактными кольцами, коллектором и щетками рукава работающегодолжны быть плотно застегнуты у кисти, а на руки надеты диэлектрическиеперчатки.
Привыполнении слесарных работ необходимо соблюдать следующие правила. Размерыключей должны соответствовать отвинчиваемым гайкам. Запрещается применятьпрокладки между зевом ключа и гранью гайки, пользоваться зубилом и молотком приотвинчивании гаек, удлинять один ключ с помощью другого.
При разборкеэлектрических машин и аппаратов необходимо пользоваться съемниками,обеспечивающими безопасность проведения работ. Перед работой необходимоосмотреть съемники и убедиться в отсутствии трещин, сорванной резьбы и пр.
При работе сэлектроинструментом его напряжение должно быть не выше 220 В при техническомобслуживании электрооборудования в помещениях без повышенной опасности и невыше 36 В в помещениях с повышенной опасностью и вне помещений. В особо опасныхпомещениях разрешается работать электроинструментом на напряжение не выше 36 Вс обязательным применением защитных средств (диэлектрические перчатки, коврикии др.). При работе с электроинструментом напряжением 220 В применение защитныхсредств также обязательно.
Для местногоосвещения рабочих мест и ремонтируемого оборудования в помещениях с повышеннойопасностью допускается применять переносные электрические светильникинапряжением не выше 36 В. В помещениях особо опасных и при работе вне помещенийдопускается использовать переносные светильники напряжением не выше 12 В.
Все работы,проводимые при техническом обслуживании электрооборудования, следует выполнятьв соответствии с Правилами техники безопасности при эксплуатацииэлектроустановок потребителей.
9. Технико-экономическое обоснование АСУ приточно-вытяжной вентиляцииофисного помещения
9.1 Обоснование проектной разработки
автоматизация вентиляция вытяжной регулирование
Целью данного дипломного проекта является разработка системыавтоматического управления приточно-вытяжной вентиляции офисного помещения.
Применение систем кондиционирования воздуха и систем вентиляции сповышенными кратностями воздухообмена в зданиях научно-исследовательских илипроектных институтов может быть экономически оправдано повышениемпроизводительности труда, снижением заболеваемости работников и сокращениемтекучести кадров.
Для работы системы вентиляции необходима система автоматизации,которая выполняет следующие функции:
· автоматическое регулирование параметров, определяющихтехнологический режим работы отдельных сооружений и их экономичность;
· автоматическое управление основными технологическими процессами всоответствии с заданным режимом, или по заданной программе;
· автоматический контроль основных параметров, характеризующих режимработы технологического оборудования и его состояние.
Контроллер системы поддерживает температуру приточного воздухаравной заданной. Так же контроллер обеспечивает экономию теплоносителявозвращаемого в теплосеть.
Для автоматизации сооружений с большим количеством объектовуправления или технологических процессов с количеством логических операцийсвыше 20 целесообразно использовать микропроцессорные контроллеры вместорелейно-контактной аппаратуры.
Применение микропроцессорных контроллеров является прогрессивнымнаправлением развития автоматики. Программное изделие представляет собой особыйтовар, имеющий ряд характерных черт и особенностей, в числе которых спецификатруда по созданию программы и определение цены.
Контроллер «LOGO!» обеспечивает управление объектом или группойобъектов, работающих независимо друг от друга или взаимосвязанных однойтехнологической системой, позволяет осуществлять логические зависимостипрограммным путем без вмешательства в его устройство, а также менять программув случае необходимости в процессе работы.
Финансирование разработки, монтажа и программирования системыосуществляется из средств заказчика.
Все работы по НИОКР выполняются в одном подразделении безпривлечения сторонних специалистов.
Общее руководство разработкой осуществляет начальник отдела.
Организацию ОКР регламентирует ГОСТ 3.1102–92, следующие этапы ОКР:
1. Техническое задание.
2. Техническое предложение.
3. Эскизный проект.
4. Технический проект.
Систему автоматизации вентиляции планируется разрабатывать группойразработчиков.
9.2 Расчет фонда оплаты работающих
Таблица №9.2.1 – основная ЗП персонала занимающегося разработкойАСУЭтапы ОКР Индекс события Работы Исполнители работ Трудоемкость, чел./дн. Численность Должносной оклад ФОТ 1. Техническое задание 1 Определение основных параметров системы 1.1 Начальник отдела 5 1 12000 2727,2 1.2 Ведущий инженер 5 1 10000 2272,73 2 Разработка руководящих указаний 2.1 Начальник отдела 4 1 12000 2181,82 3 Разработка функциональной схемы 3.1 Инженер 1 кат. 5 1 8000 1818,18 Разработка принципиальной схемы 3.2 Инженер 1 кат. 6 1 8000 2181,82
Выбор основных
конструкционных
решений 3.3 Ведущий инженер 5 1 10000 3636,36 2. Техническое предложение 1 Проведение основных расчётов 1.1 Инженер 1 кат. 6 1 8000 1818,18
3. Эскизное
проектирование 1 Разработка чертежей схем 1.1 Инженер 1 кат. 10 1 8000 954,55 2 Оформление и защита эскизного проекта 2.1 Инженер 1 кат. 5 1 8000 1590,91 3
Корректировка
Принципиальной схемы 3.1 Инженер 2 кат. 3 1 7000 727,27 4 Разработка блок-схемы программы управления
4.1 Инженер 2 кат.
(программист) 5 1 7000 954,55
4. Техническое
Проектирование
Итого: 1 Разработка монтажной схемы 1.1 Инженер 1 кат. 2 1 8000 727,27 1.2 Инженер 2 кат. 3 1 7000 954,55 2
Программирование
микроконтроллера
2.1 Инженер 2 кат.
(программист) 2 1 7000 954,55 3 Оформление и защита технического проекта 3.1 Инженер 1 кат. 3 1 8000 1090,91 3.2 Инженер 2 кат. 3 1 7000 954,55 4
Разработка рабочих
чертежей 4.1 Инженер 1 кат. 3 1 8000 1090,91 4.2 Ведущий инженер 2 1 10000 909,09 Согласование применения агрегатов, комплектующих и их заказ 4.3 Ведущий инженер 2 1 10000 909,09 4.4 Инженер 1 кат. 10 1 8000 3636,36 90 34863,64
Размер фонда оплаты труда разработчика АСУ рассчитываем поформуле:
ФОТ = ЗПпрям*(1+Кр/100), где
Кр – районный коэффициент, % (принимаем 15%)
ЗПпрям – прямая заработная плата, руб.;
Для этого найдем прямую заработную плату по формуле:
ЗПпрям = СР*Окл., где
СР – полный срок разработки системы автоматизации, дней;
Окл – оклад разработчика системы автоматизации, руб.;
Результаты занесем в таблицу №9.2.1.
Определение отчислений на социальные нужды (отчисления впенсионный фонд РФ (20%), фонд социального страхования РФ (2,9%) и фондобязательного медицинского страхования РФ (3,1%) по формуле:
Отч = ФОТ*От/100, где
От – общий размер отчислений, %
Отч = 34863,64*26/100 = 9064,54 руб.
Расчет накладных расходов, связанных с проектированием АСУ
Накладные расходы составляют 35% от начисленного ФОТ ирассчитываются по формуле:
Накл = ФОТ*0,35
Накл = 34863,64*0,35 = 12202,27 руб.
Определение предпроизводственных затрат по формуле:
Кпр = ФОТ + Отч + Накл
Кпр = 34863,64 + 9064,54 + 12202,27 = 56130,45 руб.
9.3 Расчет цеховых расходов
Таблица №9.3.1 — затраты на приобретение оборудования АСУНазначение Единица измерения Цена за ед. (руб.) Кол-во Сумма (руб.) Автоматический выключатель 5SX23207 шт. 430 1 430 Автоматический выключатель 5SX21066 шт. 180 3 540 Автоматический выключатель 3RV10 11-DA1 шт. 640 2 1280 Контактор LOGO! Contact 24v 6EP1 шт. 480 4 1920 Блок питания LOGO! Power 24v/4A шт. 4380 1 4380 Логический модуль LOGO! 24RC шт. 5037 1 5037 Модуль ввода-вывода DM16 шт. 4397 1 4397 Модуль аналоговых сигналов AM2Pt100 шт. 4029.26 1 4029.26 Модуль аналоговых выходов АМ2 AQ шт. 4135,78 1 4135,78 Переключатель 5ТЕ4705 шт. 47 2 94 Кнопка 5ТЕ4705 шт. 54 2 108 Лампа сигн. 5ТЕ5700 шт. 35,40 8 283,2 Клеммник 8WA1011 шт. 12 58 696 Бокс BGK1 052 шт. 1840,35 1 1840,35 Датчик QAC2010 шт. 287 3 861 Датчик QBM81.5 шт. 350 3 1050 Термостат RAK-TW.5000 шт. 1480 4 5920 Привод GMA126.1E шт. 1570 2 3140 Насос UPS 25–20 шт. 2150 2 4300 Клапан VXP45.20–4 шт. 875 2 1750 Кабель КВВГ5x2.5 м. 43 25 1075 Кабель КВВГ5x1.5 м. 39,50 150 5925 Кабель КВВГ5x0.75 м. 35 200 7000 Итого: 60191,59 /> /> /> /> /> />
Расходы по материальному обеспечению приведены в таблице №9.3.1. исоставили:
Смат= 60191,59 = 60191,59 руб.
Транспортно-заготовительные расходы составляют 15% от стоимости оборудования:
Стз= 0,15*61356,59 = 9203,49 руб.
Основная заработная плата производственных рабочих находится поформуле:
Роп = С*t, где
С – часовая тарифная ставка, соответствующая разряду выполняемойработы, руб.
t – время на выполнение операции, час.
Результаты расчетов заносим в таблицу №9.3.2
Таблица №9.3.2 – сводная ведомость определения расценки насоздание АСУОперация Кол. чел. Раз. Часовая тарифная ставка, руб. Время на операцию, час Сдельная расценка, руб. Монтаж электрооборудования: электромонтажники 2 3 19,2 24 460,8 2 4 21,1 16 337,6 Итого: 4 798,4
Расчет фонда премии ЗПпрем. (60% от ЗПпрям.)
ЗПпрем. = 798,4*0,6 = 479,04 руб.
Расчет фонда доплат ЗПдп. (8,3% от ЗПпрям.)
ЗПдп. = 798,4*0,083 = 66,27 руб.
Расчет фонда ЗП рабочих занятых монтажом оборудования находится поформуле:
ЗПосн. = (ЗПпрям.+ ЗПпрем. + ЗПдп.)*Кр,где
Кр – районный коэффициент –1,15
ЗПосн. = (798,4 + 479,04 + 66,27)*1,15 = 1343,70 руб.
Дополнительную заработную плату электромонтажников находим поформуле:
ЗПдоп. = ЗПосн.*n\100,где
n – принятый на предприятии процент дополнительной ЗП. Принимаем 15%
ЗПдоп. = 1343,70*15\100 = 201,55 руб.
Размер отчислений в социальные фонды рассчитаем по формуле:
Отч = (ЗПосн. + ЗПдоп.)*Со\100, где
Со – размер отчислений, %
Отч = (1343,70+201,55)*26\100 = 401,76 руб.
Определение общепроизводственных расходов по формуле:
ОпрР = ЗПосн.*Н\100, где
Н – принятый на предприятии процент общепроизводственных расходов.Принимаем 112%.
ОпрР = 1343,7*112\100 =1504,94 руб.
Определение общехозяйственных расходов по формуле:
ОхозР = ЗПосн.*Y\100, где
Y – принятый на предприятии процент общепроизводственных расходов.Принимаем 85%.
ОхозР = 1343,7*85\100 =1142,14 руб.
9.4 Расчетсебестоимости объекта автоматизации
Определение оптовой цены Цопт по формуле:
Цопт = ΔК + П, где
ΔК – себестоимость изделия;
П – прибыль на единицу изделия;
Себестоимость изделия:
ΔК= 56130,45+60191,59+9203,49+1343,70+201,55+
+1504,94+1142,14=129717,86 руб.
Определим величину прибыли по формуле:
П=Рпр*Ссс\100, где
Рпр – рентабельность продукции, принимаем 30%.
П =30*129717,86\100 = 38915,36 руб.
Цопт = 129717,86 + 38915,36 = 168633,22 руб.
Определениеотпускной цены по формуле:
Цотп = Цопт+НДС, где
НДС =Сндс*Цопт\100, где
Сндс – ставкаНДС, принимаем 18%.
НДС =18*168633,22\100 = 30353,98 руб.
Цотп =168633,22 + 30353,98 = 198987,20 руб.
9.5 Подсчетэкономии за счет внедрения системы автоматизации
Экономиязатрат в результате экономии электроэнергии: (ΔSпр)
ΔSэл = ΔЭэл*Сэл, где
ΔЭэл –экономия электроэнергии, кВт (500 кВт)
Сэл – стоимость1 кВт*ч. электроэнергии (1,58 руб. – Постановление Государственного комитета РеспубликиБашкортостан по тарифам от 30 декабря 2008 года №623 «Об установлении тарифовна электрическую энергию, поставляемую гарантирующим поставщиком на розничномрынке Республики Башкортостан в 2009 году)
ΔSэл = 500*1,58 = 770 руб.
Экономия пофонду заработной платы ремонтников вследствие сокращения времени на ремонты (ΔSзпр).
ΔSзпр=Сч*ΔТ*К1*Кр*Котч.,где
Сч – часоваятарифная ставка рабочего;
ΔТ –снижение времени простоев по причине ремонта, 150 часов –
экономиявремени на ремонт за счет автоматизации управления;
К1 –коэффициент, учитывающий премии и доплаты; принимаем 1,683
Кр – районныйкоэффициент;
Котч. –коэффициент учитывающий отчисления на социальные нужды
принимаем1,26;
ΔSзпр =21,1*150*1,683*1,15*1,26 = 7718,38
Экономиярасходов на ЗП и отчислений на социальные нужды в результате увеличения нормыобслуживания и условного высвобождения рабочих
(ΔSзп)
ΔSзп = Сч*Др*ΔЧ*К1*Кр*Котч,где
ΔЧ –высвобождение рабочих, чел. (высвобождается 2 человека);
Др – годовойфонд рабочего времени рабочего, час (1960 час);
ΔSзп =21,1*1960*2*1,683*1,15*1,26 = 201707,04
Определимэкономию полученную в процессе внедрения АСУ по формуле:
ΔS = ΔSэл + ΔSзпр + ΔSзп
ΔS = 770 + 7718,38 +201707,04 = 210195,42 руб.
Определениегодового экономического эффекта, полученного от внедрения АСУ в производствоопределим по формуле:
Эг = ΔS – Ен*(ΔК + Кпр),
где Ен –нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений,принимаем 0,2.
Эг = 210195,42– 0,2*(129717,86+ 56130,45) = 173025,76 руб.
Срок окупаемостикапитальных вложений определим по формуле:
Тр = ΔК\ ΔS
Тр =129717,86\ 210195,42= 0,61 года
9.6 Анализ экономической эффективности разработки
Применение систем автоматизации для вентиляции и кондиционированиявоздуха необходимо так, как её использование приводит к экономииэнергоресурсов, защите двигателей от перегрева, защита теплообменника отзамораживания. Расчеты, произведенные в экономической части дипломного проектапоказывают, что в результате внедрения системы автоматизации годовой экономическийэффект является положительным и составляет 173025,76 рублей.
По сравнению с аналогичными разработками проектируемая системаимеет большую надёжность за счёт применения микроконтроллера фирмы SiemensLOGO!.. Микроконтроллер LOGO! имеет возможность расширения количество входов ивыходов, что позволяет при расширении процесса автоматизации не заменятьоборудование, а перепрограммировать контроллер.
Это дает основание для вывода о том, что внедрение предлагаемойСАУ с экономической точки зрения целесообразно. Окупаемость капитальныхвложений составляет 0,61 года, что тоже соответствует условиям целесообразностивнедрения.
Заключение
Разрабатываемая система автоматического управленияприточно-вытяжной вентиляционной установкой подобна уже разработаннымустройствам, основное отличие в том, что система была разработана на новомсвободно программируемом контроллере пятого поколения LOGO!…0BA5 фирмы Siemens.
Можно отметить основные принципиальные отличия разрабатываемойсистемы от традиционно используемых на большинстве российских предприятий:
· Применение свободно программируемого контролера позволяетосуществить управление вентиляционной установкой в автоматическом режиме,отсюда следует, что заданные параметры, например поддержание установленнойтемпературы в здании, будут поддерживаться значительно точнее, чем при ручномуправлении;
· Применение свободно программируемого контролера позволяет в любоймомент подключить новые системы, добавив, модули расширения или изменить работусистемы по требованию заказчика;
· Использование в системе контроллера LOGO! позволяет вводитьаналогичные системы, объединение их в единую систему и ввести диспетчеризациюпо шине EIB;
· Применение автоматического управления позволяет не держать в штатепредприятия лиц ответственных за поддержание комфортных условий для работников.Следовательно, уменьшаются эксплуатационные расходы и производственный риск,связанный с человеческим фактором;
· На комплектующие изделия вновь создаваемого устройства предприятиеизготовитель SIEMENS даёт значительно больший гарантийный срок.
Применение данной системы экономически эффективно из-за невысокойстоимости комплекта автоматики (по сравнению с существующими предложениями), атакже обеспечивается защита дорогостоящего оборудования. Это обеспечиваетэкономию на ремонт или замену оборудования.
Система обеспечивает защиту технического персонала от пораженияэлектрическим током.
В дипломном проекте рассмотрены все вопросы, обозначенные взадании на дипломное проектирование, техническом задании и требований ГОСТ наразработку АСУ.
Были Разработаны:
· функциональная схема;
· схема электрическая принципиальная;
· коммутационная программа контроллера;
· схема внешних соединений;
· схема расположения оборудования в венткамере;
· схема компоновки щита управления.
Выбраны датчики, исполнительные механизмы, регулирующие клапана иустройства защиты.
Список литературы
1. ГуставОлссон, Джангуидо Пиани «Цифровые системы автоматизации и управления. Изданиетретье, переработанное и дополненное». Санкт Петербург, Невский диалект, 2001
2. Кокорин О.Я.«Современные системы кондиционирования воздуха». – М.: Физматлит. 2003
3. Королев Г.В.«Электронные устройства автоматики. Издание второе, переработанное идополненное». – М: Высшая школа, 1991
4. Подредакцией Богословского В.Н. «Отопление и вентиляция».-М: Стройиздат, 1976
5. Молчанов Б.С.«Проектирование промышленной вентиляции». – Ленинград, Стройиздат, 1970
6. Кузьмин М.С.,Овчинников П.А. «Вытяжные и воздухораспределительные устройства». – М.: Стройиздат.1987
7.«Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга вторая.
Вентиляция икондиционирование воздуха. Издание четвертое, переработанное и дополненное». – Киев,Будивельник, 1976
8. Токхейм Р.«Основы цифровойэлектроники».– М.: Мир, 1988
9. «КаталогSiemens FI 01. Контрольно-измерительные приборы», 2004
10. Зайцев Н.Л.«Экономика промышленного предприятия». – М.: Инфра-М, 1998.
11. Сергеев И.В.«Экономика предприятия». – М.: Финансы и статистика, 1997