Uvođenje automatskih upravljačkih sustava (ACS) za grijanje, ventilaciju, opskrbu toplom vodom glavni je pristup uštedi toplinske energije. Instalacija sustava automatskog upravljanja u pojedinačnim toplinskim točkama, prema Sveruskom institutu za toplinsku tehniku (Moskva), smanjuje potrošnju topline u stambenom sektoru za 5-10%, au administrativnim prostorijama za 40%. Najveći učinak postiže se optimalnom regulacijom u proljetno-jesenskom razdoblju sezone grijanja, kada automatizacija točaka centralnog grijanja praktički ne ispunjava u potpunosti svoju funkcionalnost. U uvjetima kontinentalne klime južnog Urala, kada tijekom dana razlika vanjske temperature može biti 15-20 ° C, uvođenje automatskih upravljačkih sustava za grijanje, ventilaciju i opskrbu toplom vodom postaje vrlo relevantno.
Upravljanje toplinom zgrade
Upravljanje toplinskim režimom svodi se na njegovo održavanje na zadanoj razini ili promjenu u skladu s određenim zakonom.
Na toplinskim točkama reguliraju se uglavnom dvije vrste toplinskog opterećenja: opskrba toplom vodom i grijanje.
Za obje vrste toplinskog opterećenja, ACP mora održavati iste zadane vrijednosti za temperaturu tople vode i zraka u grijanim prostorijama.
Posebnost regulacije grijanja je velika toplinska inercija, dok je tromost sustava opskrbe toplom vodom znatno manja. Stoga je zadatak stabilizacije temperature zraka u grijanoj prostoriji mnogo teži od zadatka stabilizacije temperature tople vode u sustavu opskrbe toplom vodom.
Glavni uznemirujući utjecaji su vanjski meteorološki uvjeti: vanjska temperatura, vjetar, sunčevo zračenje.
Postoje sljedeće načelno moguće upravljačke sheme:
- reguliranje odstupanja unutarnje temperature prostora od zadane utječući na protok vode koja ulazi u sustav grijanja;
- regulacija ovisno o perturbaciji vanjskih parametara, što dovodi do odstupanja unutarnje temperature od zadane;
- regulacija ovisno o promjenama vanjske temperature i unutar prostorije (smetnjama i odstupanjem).
Riža. 2.1 Strukturni dijagram upravljanja prostornom toplinom prema odstupanju sobne temperature
Na sl. 2.1 prikazan je blok dijagram upravljanja toplinskim režimom prostorije prema odstupanju unutarnje temperature prostora, a na sl. 2.2 prikazan je blok dijagram upravljanja toplinskim režimom prostorije poremećajem vanjskih parametara.
Riža. 2.2. Strukturni dijagram upravljanja toplinskim režimom prostorije perturbacijom vanjskih parametara
Unutarnji remetilački učinci na toplinski režim zgrade su neznatni.
Za metodu kontrole smetnji, sljedeći signali mogu se odabrati kao signali za praćenje vanjske temperature:
- temperatura vode koja ulazi u sustav grijanja;
- količina topline koja ulazi u sustav grijanja:
- potrošnja rashladne tekućine.
ACP mora uzeti u obzir sljedeće načine rada sustava daljinskog grijanja, u kojima:
- regulacija temperature vode na izvoru topline ne temelji se na trenutnoj vanjskoj temperaturi, koja je glavni ometajući čimbenik za unutarnju temperaturu. Temperatura vode u mreži na izvoru topline određena je temperaturom zraka tijekom dugog razdoblja, uzimajući u obzir prognozu i raspoloživi toplinski učinak opreme. Kašnjenje u transportu, mjereno satom, također dovodi do neusklađenosti između temperature vode u mreži pretplatnika i trenutne vanjske temperature;
- hidraulički režimi toplinskih mreža zahtijevaju ograničavanje maksimalne, a ponekad i minimalne potrošnje vode u mreži za toplinsku podstanicu;
- opterećenje opskrbe toplom vodom ima značajan utjecaj na načine rada sustava grijanja, što dovodi do promjenjive temperature vode tijekom dana u sustavu grijanja ili potrošnje vode u mreži za sustav grijanja, ovisno o vrsti sustava opskrbe toplinom, shemi za spajanje grijača tople vode i sheme grijanja.
Sustav kontrole poremećaja
Za sustav kontrole poremećaja karakteristično je da:
- postoji uređaj koji mjeri veličinu smetnje;
- prema rezultatima mjerenja, regulator vrši kontrolni učinak na brzinu protoka rashladne tekućine;
- regulator prima informacije o temperaturi unutar prostorije;
- glavna smetnja je vanjska temperatura zraka koju kontrolira ACP, pa će se smetnja zvati kontroliranom.
Varijante upravljačkih shema za smetnje s gornjim signalima praćenja:
- regulacija temperature vode koja ulazi u sustav grijanja prema trenutnoj vanjskoj temperaturi;
- regulacija protoka topline dovedene u sustav grijanja prema trenutnoj vanjskoj temperaturi;
- regulacija potrošnje vode u mreži prema vanjskoj temperaturi zraka.
Kao što je vidljivo na slikama 2.1, 2.2, bez obzira na način regulacije, sustav automatske kontrole opskrbe toplinom trebao bi sadržavati sljedeće glavne elemente:
- primarni mjerni uređaji - senzori temperature, protoka, tlaka, diferencijalnog tlaka;
- sekundarni mjerni uređaji;
- izvršni mehanizmi koji sadrže regulatorna tijela i pogone;
- mikroprocesorski kontroleri;
- uređaji za grijanje (bojleri, grijalice, radijatori).
ASR senzori opskrbe toplinom
Glavni parametri opskrbe toplinom, koji se održavaju u skladu sa zadatkom uz pomoć automatskih upravljačkih sustava, nadaleko su poznati.
U sustavima grijanja, ventilacije i tople vode obično se mjere temperatura, protok, tlak, pad tlaka. U nekim sustavima se mjeri toplinsko opterećenje. Metode i metode za mjerenje parametara nosača topline su tradicionalne.
Riža. 2.3
Na sl. 2.3 prikazuje temperaturne senzore švedske tvrtke Tour and Anderson.
Automatski regulatori
Automatski regulator je alat za automatizaciju koji prima, pojačava i pretvara signal isključenja kontrolirane varijable i namjerno utječe na objekt regulacije.
Trenutno se uglavnom koriste digitalni kontroleri bazirani na mikroprocesorima. U ovom slučaju, obično u jednom mikroprocesorskom kontroleru, implementirano je nekoliko regulatora za sustave grijanja, ventilacije i opskrbe toplom vodom.
Većina domaćih i stranih regulatora za sustave opskrbe toplinom imaju istu funkcionalnost:
- ovisno o vanjskoj temperaturi zraka, regulator osigurava potrebnu temperaturu nosača topline za grijanje zgrade prema rasporedu grijanja, upravljajući regulacijskim ventilom s električnim pogonom instaliranim na cjevovodu mreže grijanja;
- automatska prilagodba rasporeda grijanja vrši se u skladu s potrebama pojedine zgrade. Za najveću učinkovitost uštede topline, raspored opskrbe se stalno prilagođava uzimajući u obzir stvarne uvjete toplinske točke, klimu i gubitke topline u prostoriji;
- ušteda nosača topline noću postiže se zbog privremene metode regulacije. Promjena zadatka za djelomično smanjenje rashladne tekućine ovisi o vanjskoj temperaturi, tako da, s jedne strane, smanjuje potrošnju topline, s druge strane, ne smrzava i ne zagrijava sobu na vrijeme ujutro. Istodobno se automatski izračunava trenutak uključivanja dnevnog načina grijanja, odnosno intenzivnog grijanja kako bi se u pravo vrijeme postigla željena temperatura prostorije;
- regulatori omogućuju što nižu temperaturu povratne vode. To osigurava zaštitu sustava od smrzavanja;
- vrši se automatska korekcija postavljena u sustavu tople vode. Kada je potrošnja u sustavu potrošne tople vode niska, prihvatljiva su velika odstupanja temperature (povećana mrtva zona). Tako se vreteno ventila neće prečesto mijenjati i produžit će mu se vijek trajanja. Kada se opterećenje poveća, mrtva zona se automatski smanjuje, a točnost upravljanja se povećava;
- alarm se aktivira kada su zadane vrijednosti prekoračene. Obično se generiraju sljedeći alarmi:
- temperaturni alarm, u slučaju razlike između stvarne i zadane temperature;
- alarm pumpe dolazi u slučaju kvara;
- alarmni signal iz senzora tlaka u ekspanzijskom spremniku;
- alarm za životni vijek se aktivira ako je oprema došla do kraja životnog vijeka;
- opći alarm - ako je kontrolor registrirao jedan ili više alarma;
- parametri reguliranog objekta se registriraju i prenose na računalo.
Riža. 2.4
Na sl. Prikazani su 2.4 mikroprocesorski kontroleri ECL-1000 tvrtke Danfoss.
Regulatori
Pogon je jedna od karika automatskih upravljačkih sustava dizajniranih da izravno utječu na objekt regulacije. U općem slučaju, uređaj za aktiviranje sastoji se od pokretačkog mehanizma i regulacijskog tijela.
Riža. 2.5
Pogon je pogonski dio regulacijskog tijela (slika 2.5).
U sustavima automatskog upravljanja toplinom uglavnom se koriste električni (elektromagnetski i elektromotor).
Regulatorno tijelo je dizajnirano da mijenja protok materije ili energije u objektu regulacije. Postoje tijela za regulaciju doziranja i gasa. Uređaji za doziranje uključuju takve uređaje koji mijenjaju brzinu protoka tvari promjenom performansi jedinica (dozatora, hranilica, pumpi).
Riža. 2.6
Regulatori gasa (slika 2.6) su promjenjivi hidraulički otpor koji mijenja brzinu protoka tvari mijenjajući njezinu površinu protoka. To uključuje regulacijske ventile, dizala, sekundarne zaklopke, slavine itd.
Regulatore karakteriziraju mnogi parametri, od kojih su glavni: propusnost K v , nazivni tlak P y , pad tlaka preko regulatora D y i nazivni prolaz D y .
Osim navedenih parametara regulatornog tijela, koji uglavnom određuju njihov dizajn i dimenzije, postoje i druge karakteristike koje se uzimaju u obzir pri odabiru regulatornog tijela, ovisno o specifičnim uvjetima njihove uporabe.
Najvažnija je karakteristika protoka koja uspostavlja ovisnost protoka u odnosu na kretanje ventila pri konstantnom padu tlaka.
Regulacijski ventili prigušne zaklopke obično su profilirani s linearnom ili jednako postotnom karakteristikom protoka.
Uz karakteristiku linearne širine pojasa, povećanje propusnosti proporcionalno je povećanju kretanja vrata.
S jednakom postotnom karakteristikom širine pojasa, povećanje propusnosti (kada se mijenja pomicanje zatvarača) proporcionalno je trenutnoj vrijednosti propusnosti.
U radnim uvjetima, tip karakteristike protoka mijenja se ovisno o padu tlaka na ventilu. Kada se pomaže, regulacijski ventil karakterizira karakteristika protoka, koja je ovisnost relativne brzine protoka medija o stupnju otvaranja regulacijskog tijela.
Najmanja vrijednost propusnosti, pri kojoj karakteristika propusnosti ostaje unutar navedene tolerancije, procjenjuje se kao minimalna propusnost.
U mnogim aplikacijama za automatizaciju industrijskih procesa, regulator mora imati širok raspon propusnosti, što je omjer nominalne propusnosti i minimalne propusnosti.
Neophodan uvjet za pouzdan rad automatskog regulacijskog sustava je ispravan izbor oblika protoka karakteristike regulacijskog ventila.
Za određeni sustav, karakteristika protoka određena je vrijednostima parametara medija koji teče kroz ventil i njegove karakteristike propusnosti. Općenito, karakteristika protoka se razlikuje od karakteristike protoka, budući da parametri medija (uglavnom tlak i pad tlaka) obično ovise o brzini protoka. Stoga je zadatak odabira željenih karakteristika protoka regulacijskog ventila podijeljen u dvije faze:
- odabir oblika karakteristika protoka, osiguravajući postojanost koeficijenta prijenosa regulacijskog ventila u cijelom rasponu opterećenja;
- izbor oblika propusne karakteristike, koji daje željeni oblik karakteristike protoka za zadane parametre medija.
Prilikom modernizacije sustava grijanja, ventilacije i opskrbe toplom vodom specificiraju se dimenzije tipične mreže, raspoloživi tlak i početni tlak medija, regulacijsko tijelo se bira tako da pri minimalnom protoku kroz ventil gubitke u odgovara viškom tlaka medija koji razvija izvor, a oblik karakteristike protoka je blizak zadanom. Metoda hidrauličkog proračuna pri odabiru regulacijskog ventila je prilično naporna.
AUZhKH trust 42, u suradnji sa SUSU, razvio je program za izračun i odabir regulatornih tijela za najčešće sustave grijanja i opskrbe toplom vodom.
Kružne pumpe
Bez obzira na shemu spajanja toplinskog opterećenja, u krug sustava grijanja ugrađena je cirkulacijska crpka (slika 2.7).
Riža. 2.7. Kružna pumpa (Grundfog).
Sastoji se od regulatora brzine, elektromotora i same pumpe. Moderna cirkulacijska pumpa je crpka s vlažnim rotorom s vlažnim rotorom koja ne zahtijeva održavanje. Upravljanje motorom obično se provodi elektroničkim regulatorom brzine dizajniranim za optimizaciju rada crpke koja radi u uvjetima povećanih vanjskih smetnji koje utječu na sustav grijanja.
Djelovanje cirkulacijske crpke temelji se na ovisnosti tlaka o radu crpke i u pravilu ima kvadratni karakter.
Parametri cirkulacijske pumpe:
- izvođenje;
- maksimalni pritisak;
- ubrzati;
- raspon brzine.
AUZhKH trust 42 ima potrebne informacije o izračunu i odabiru cirkulacijskih crpki i može dati potrebne savjete.
Izmjenjivači topline
Najvažniji elementi opskrbe toplinom su izmjenjivači topline. Postoje dvije vrste izmjenjivača topline: cjevasti i pločasti. Pojednostavljeno, cijevni izmjenjivač topline može se predstaviti kao dvije cijevi (jedna cijev je unutar druge grube). Pločasti izmjenjivač topline je kompaktan izmjenjivač topline sastavljen na odgovarajući okvir od valovitih ploča opremljenih brtvama. Cjevasti i pločasti izmjenjivači topline koriste se za opskrbu toplom vodom, grijanje i ventilaciju. Glavni parametri svakog izmjenjivača topline su:
- vlast;
- koeficijent prijenosa topline;
- gubitak tlaka;
- maksimalna radna temperatura;
- maksimalni radni pritisak;
- maksimalni protok.
Oklopni izmjenjivači topline imaju nisku učinkovitost zbog niskih brzina protoka vode u cijevima i prstenastom prostoru. To dovodi do niskih vrijednosti koeficijenta prijenosa topline i, kao rezultat, nerazumno velikih dimenzija. Tijekom rada izmjenjivača topline moguće su značajne naslage u obliku kamenca i produkata korozije. U školjkastim izmjenjivačima topline uklanjanje naslaga je vrlo teško.
U usporedbi s cijevnim izmjenjivačima topline, pločasti izmjenjivači topline karakteriziraju povećana učinkovitost zbog poboljšanog prijenosa topline između ploča, u kojima turbulentna rashladna tekućina struji protustrujno. Osim toga, popravak izmjenjivača topline prilično je jednostavan i jeftin.
Pločasti izmjenjivači topline uspješno rješavaju probleme pripreme tople vode u grijaćim mjestima gotovo bez gubitka topline, pa se danas aktivno koriste.
Princip rada pločastih izmjenjivača topline je sljedeći. Tekućine uključene u proces prijenosa topline uvode se kroz mlaznice u izmjenjivač topline (slika 2.8).
Riža. 2.8
Brtve, postavljene na poseban način, osiguravaju raspodjelu tekućine u odgovarajućim kanalima, eliminirajući mogućnost miješanja tokova. Vrsta nabora na pločama i konfiguracija kanala odabiru se u skladu s potrebnim slobodnim prolazom između ploča, čime se osiguravaju optimalni uvjeti za proces izmjene topline.
Riža. 2.9
Pločasti izmjenjivač topline (slika 2.9) sastoji se od skupa valovitih metalnih ploča s rupama u kutovima za prolaz dviju tekućina. Svaka ploča je opremljena brtvom koja ograničava prostor između ploča i osigurava protok tekućine u ovom kanalu. Brzina protoka rashladnih tekućina, fizička svojstva tekućina, gubici tlaka i temperaturni uvjeti određuju broj i veličinu ploča. Njihova valovita površina doprinosi povećanju turbulentnog strujanja. Kontaktirajući u presijecajućim smjerovima, nabori podupiru ploče koje se nalaze u uvjetima različitog pritiska oba rashladna sredstva. Za promjenu kapaciteta (povećanje toplinskog opterećenja), u paket izmjenjivača topline mora se dodati određeni broj ploča.
Sumirajući gore navedeno, napominjemo da su prednosti pločastih izmjenjivača topline:
- kompaktnost. Pločasti izmjenjivači topline su više od tri puta kompaktniji od izmjenjivača topline s školjkom i cijevi i više od šest puta lakši pri istoj snazi;
- jednostavnost ugradnje. Izmjenjivači topline ne zahtijevaju poseban temelj;
- niski troškovi održavanja. Vrlo turbulentno strujanje rezultira niskim stupnjem onečišćenja. Novi modeli izmjenjivača topline dizajnirani su na način da produže razdoblje rada, koji ne zahtijeva popravak, što je više moguće. Čišćenje i provjera traje malo vremena, jer se u izmjenjivačima topline izvlači svaki grijaći sloj, koji se može čistiti pojedinačno;
- učinkovito korištenje toplinske energije. Pločasti izmjenjivač topline ima visok koeficijent prijenosa topline, prenosi toplinu od izvora do potrošača s malim gubicima;
- pouzdanost;
- mogućnost značajnog povećanja toplinskog opterećenja dodavanjem određenog broja ploča.
Temperaturni režim zgrade kao objekta regulacije
Pri opisu tehnoloških procesa opskrbe toplinom koriste se projektne sheme statike koje opisuju stabilna stanja i projektne sheme dinamike koje opisuju prijelazne modove.
Projektne sheme sustava opskrbe toplinom određuju odnos između ulaznih i izlaznih učinaka na regulacijski objekt pod glavnim unutarnjim i vanjskim smetnjama.
Moderna zgrada je složen toplinski i energetski sustav, stoga se uvode pojednostavljene pretpostavke za opis temperaturnog režima zgrade.
- Za višekatne civilne zgrade lokaliziran je dio građevine za koji se vrši proračun. Budući da se temperaturni režim u zgradi razlikuje ovisno o podu, horizontalnom rasporedu prostorija, temperaturni režim se izračunava za jednu ili više najpovoljnijih prostorija.
- Proračun konvektivnog prijenosa topline u prostoriji izvodi se iz pretpostavke da je temperatura zraka u svakom trenutku jednaka u cijelom volumenu prostorije.
- Pri određivanju prijenosa topline kroz vanjske kućišta pretpostavlja se da kućište ili njegov karakteristični dio imaju istu temperaturu u ravninama okomitim na smjer strujanja zraka. Tada će se proces prijenosa topline kroz vanjska kućišta opisati jednodimenzionalnom jednadžbom provođenja topline.
- Izračun prijenosa topline zračenja u prostoriji također omogućuje niz pojednostavljenja:
a) zrak u prostoriji smatramo zračećim medijem;
b) zanemarujemo višestruke refleksije tokova zračenja od površina;
c) složeni geometrijski oblici zamjenjuju se jednostavnijim. - Parametri vanjske klime:
a) ako se temperaturni režim prostora izračuna na ekstremnim vrijednostima pokazatelja vanjske klime koji su mogući u određenom području, tada će toplinska zaštita ograda i snaga sustava kontrole mikroklime osigurati stabilnu usklađenost s specificirani uvjeti;
b) ako prihvatimo blaže zahtjeve, tada će u prostoriji u nekim vremenskim trenucima doći do odstupanja od projektnih uvjeta.
Stoga je pri dodjeli projektnih karakteristika vanjske klime obvezno voditi računa o sigurnosti unutarnjih uvjeta.
Stručnjaci AUZhKH Trust 42, zajedno sa znanstvenicima SUSU, razvili su računalni program za izračunavanje statičkih i dinamičkih načina rada pretplatničkih čahura.
Riža. 2.10
Na sl. 2.10 prikazani su glavni uznemirujući čimbenici koji djeluju na objekt regulacije (prostor). Izvor topline Q, koji dolazi iz izvora topline, obavlja funkcije kontrolnog djelovanja za održavanje sobne temperature T pom na izlazu iz objekta. Vanjska temperatura T nar, brzina vjetra V vjetar, sunčevo zračenje J rad, unutarnji gubitak topline Q iznutra su uznemirujući utjecaji. Svi ovi učinci su funkcije vremena i nasumični su. Zadatak je kompliciran činjenicom da su procesi prijenosa topline nestacionarni i opisani su diferencijalnim jednadžbama u parcijalnim derivatima.
Ispod je pojednostavljena shema dizajna sustava grijanja, koja točno opisuje statičke toplinske uvjete u zgradi, a također vam omogućuje kvalitativnu procjenu utjecaja glavnih poremećaja na dinamiku prijenosa topline, kako biste implementirali glavne metode za regulaciju topline. procesi grijanja prostora.
Trenutno se istraživanja složenih nelinearnih sustava (to uključuje procese prijenosa topline u grijanoj prostoriji) provode pomoću metoda matematičkog modeliranja. Korištenje računalne tehnologije za proučavanje dinamike procesa grijanja prostora i mogućih metoda upravljanja učinkovita je i prikladna inženjerska metoda. Učinkovitost modeliranja leži u činjenici da se dinamika složenog realnog sustava može proučavati pomoću relativno jednostavnih aplikacijskih programa. Matematičko modeliranje omogućuje istraživanje sustava uz kontinuirano mijenjanje njegovih parametara, kao i uznemirujućih utjecaja. Posebno je dragocjeno korištenje programskih paketa za modeliranje za proučavanje procesa grijanja, budući da se proučavanje analitičkim metodama pokazuje vrlo mukotrpnim i potpuno neprikladnim.
Riža. 2.11
Na sl. 2.11 prikazuje fragmente projektne sheme statičkog načina rada sustava grijanja.
Slika ima sljedeće simbole:
- t 1 (T n) - temperatura vode u mreži u opskrbnom vodu elektroenergetske mreže;
- T n (t) - vanjska temperatura;
- U - omjer miješanja jedinice za miješanje;
- φ - relativna potrošnja vode iz mreže;
- ΔT - razlika projektne temperature u sustavu grijanja;
- δt je izračunata temperaturna razlika u mreži grijanja;
- T in - unutarnja temperatura grijanih prostorija;
- G - potrošnja vode iz mreže na grijalištu;
- D p - pad tlaka vode u sustavu grijanja;
- t - vrijeme.
Uz pretplatnički unos s ugrađenom opremom za zadano proračunsko opterećenje grijanja Q 0 i dnevni raspored opterećenja opskrbe toplom vodom Q r, program omogućuje rješavanje bilo kojeg od sljedećih zadataka.
Pri proizvoljnoj vanjskoj temperaturi T n:
- odrediti unutarnju temperaturu grijanog prostora T in, dok su specificirani protok vode mreže ili ulaz G s i graf temperature u dovodnom vodu;
- odrediti potrošnju mrežne vode za ulaz G c, potrebnu za osiguranje zadane unutarnje temperature grijanog prostora T in s poznatim temperaturnim grafom toplinske mreže;
- odrediti potrebnu temperaturu vode u dovodnom vodu toplinske mreže t 1 (graf mrežne temperature) kako bi se osigurala navedena unutarnja temperatura grijanih prostorija T in pri zadanom protoku vode mreže G s. Ovi se zadaci rješavaju za bilo koju shemu priključka sustava grijanja (ovisna, neovisna) i bilo koju shemu priključka za toplu vodu (serijska, paralelna, mješovita).
Osim gore navedenih parametara, u svim karakterističnim točkama sheme određuju se brzine protoka i temperature vode, brzine protoka topline za sustav grijanja i toplinska opterećenja oba stupnja grijača, te gubici tlaka nosača topline u njima. Program vam omogućuje izračunavanje načina unosa pretplatnika s bilo kojom vrstom izmjenjivača topline (ljuska i cijev ili ploča).
Riža. 2.12
Na sl. 2.12 prikazuje fragmente projektne sheme dinamičkog načina rada sustava grijanja.
Program za proračun dinamičkog toplinskog režima zgrade omogućuje pretplatnički unos s odabranom opremom za zadano projektno opterećenje grijanja Q 0 za rješavanje bilo kojeg od sljedećih zadataka:
- izračun regulacijske sheme za toplinski režim prostorije prema odstupanju njegove unutarnje temperature;
- izračun upravljačke sheme za toplinski režim prostorije prema perturbaciji vanjskih parametara;
- proračun toplinskog režima zgrade s kvalitativnim, kvantitativnim i kombiniranim metodama regulacije;
- proračun optimalnog regulatora s nelinearnim statičkim karakteristikama stvarnih elemenata sustava (senzori, regulacijski ventili, izmjenjivači topline itd.);
- uz proizvoljno promjenjivu vanjsku temperaturu T n (t), potrebno je:
- odrediti promjenu u vremenu unutarnje temperature grijanih prostorija T in;
- odrediti promjenu u vremenu potrošnje mrežne vode pa ulaz G s potrebnim za osiguranje zadane unutarnje temperature grijanog prostora T in proizvoljnim temperaturnim grafom toplinske mreže;
- odrediti promjenu u vremenu temperature vode u dovodnom vodu toplinske mreže t 1 (t).
Ovi se zadaci rješavaju za bilo koju shemu priključka sustava grijanja (ovisna, neovisna) i bilo koju shemu priključka za toplu vodu (serijska, paralelna, mješovita).
Implementacija ASR za opskrbu toplinom u stambenim zgradama
Riža. 2.13
Na sl. 2.13 prikazuje shematski dijagram automatskog upravljačkog sustava za grijanje i opskrbu toplom vodom u pojedinačnom grijaćem mjestu (ITP) s ovisnim priključkom sustava grijanja i dvostupanjskim shemom grijača tople vode. Montirao ga je AUZhKH trust 42, prošao testove i operativne provjere. Ovaj je sustav primjenjiv na bilo koju shemu priključka za sustave grijanja i tople vode ovog tipa.
Glavni zadatak ovog sustava je održavanje zadane ovisnosti promjene potrošnje mrežne vode za sustav grijanja i opskrbe toplom vodom o temperaturi vanjskog zraka.
Spajanje sustava grijanja zgrade na mreže grijanja izvodi se prema ovisnoj shemi s miješanjem pumpe. Za pripremu tople vode za potrebe opskrbe toplom vodom planira se ugradnja pločastih grijača spojenih na toplinsku mrežu po mješovitoj dvostupanjskoj shemi.
Sustav grijanja zgrade je dvocijevni vertikalni sustav s nižim razvodom magistralnih cjevovoda.
Sustav automatske kontrole opskrbe toplinom zgrade uključuje rješenja za:
- za automatsku kontrolu rada vanjskog kruga opskrbe toplinom;
- za automatsku kontrolu rada unutarnjeg kruga sustava grijanja zgrade;
- stvoriti način udobnosti u prostorijama;
- za automatsku kontrolu rada izmjenjivača topline PTV-a.
Sustav grijanja je opremljen mikroprocesorskim regulatorom temperature vode za krug grijanja zgrade (unutarnji krug), zajedno s temperaturnim senzorima i motoriziranim regulacijskim ventilom. Ovisno o vanjskoj temperaturi zraka, upravljački uređaj osigurava potrebnu temperaturu nosača topline za grijanje zgrade prema rasporedu grijanja, upravljajući regulacijskim ventilom s električnim pogonom instaliranim na izravnom cjevovodu iz mreže grijanja. Kako bi se ograničila maksimalna temperatura povratne vode koja se vraća u mrežu grijanja, signal temperaturnog senzora koji je instaliran na cjevovodu povratne vode u mrežu grijanja ulazi u mikroprocesorski regulator. Mikroprocesorski kontroler štiti sustav grijanja od smrzavanja. Za održavanje konstantnog diferencijalnog tlaka, na ventilu za kontrolu temperature nalazi se regulator diferencijalnog tlaka.
Za automatsku kontrolu temperature zraka u prostorijama zgrade, projekt predviđa termostate na uređajima za grijanje. Termoregulatori pružaju udobnost i štede toplinsku energiju.
Za održavanje konstantnog diferencijalnog tlaka između izravnog i povratnog cjevovoda sustava grijanja, ugrađen je regulator diferencijalnog tlaka.
Za automatsko upravljanje radom izmjenjivača topline, na vodu za grijanje ugrađuje se automatski regulator temperature koji mijenja dovod vode za grijanje ovisno o temperaturi zagrijane vode koja ulazi u sustav PTV-a.
U skladu sa zahtjevima "Pravila za obračun toplinske energije i rashladne tekućine" iz 1995. godine, na ulazu toplinske mreže u ITP obavljao se komercijalni obračun toplinske energije pomoću mjerača toplinske energije ugrađenog na dovodnom cjevovodu od toplinsku mrežu i mjerač volumena ugrađen na povratnom cjevovodu u toplinsku mrežu.
Mjerilo toplinske energije uključuje:
- mjerač protoka;
- CPU;
- dva temperaturna senzora.
Mikroprocesorski kontroler daje indikaciju parametara:
- količina topline;
- količina rashladne tekućine;
- temperatura rashladne tekućine;
- temperaturna razlika;
- vrijeme rada mjerača topline.
Svi elementi automatskih upravljačkih sustava i opskrbe toplom vodom izrađeni su pomoću Danfoss opreme.
Mikroprocesorski regulator ECL 9600 dizajniran je za upravljanje temperaturnim režimom vode u sustavima grijanja i opskrbe toplom vodom u dva neovisna kruga i koristi se za ugradnju na grijaće točke.
Regulator ima relejne izlaze za upravljanje regulacijskim ventilima i cirkulacijskim crpkama.
Stavke koje treba spojiti na regulator ECL 9600:
- senzor vanjske temperature zraka ESMT;
- senzor temperature na dovodu rashladne tekućine u cirkulacijskom krugu 2, ESMA/C/U;
- reverzibilni pogon regulacijskog ventila serije AMB ili AMV (220 V).
Osim toga, po želji se mogu pričvrstiti sljedeći elementi:
- senzor temperature povratne vode iz cirkulacijskog kruga, ESMA/C/U;
- ESMR senzor temperature zraka u zatvorenom prostoru.
Mikroprocesorski kontroler ECL 9600 ima ugrađene analogne ili digitalne mjerače vremena i LCD zaslon za jednostavno održavanje.
Ugrađeni indikator služi za vizualno promatranje parametara i podešavanje.
Kada je spojen ESMR/F senzor temperature unutarnjeg zraka, temperatura medija za grijanje se automatski korigira na dovodu u sustav grijanja.
Regulator može ograničiti vrijednost temperature povratne vode iz cirkulacijskog kruga u načinu praćenja ovisno o vanjskoj temperaturi (proporcionalno ograničenje) ili postaviti konstantnu vrijednost za maksimalno ili minimalno ograničenje temperature povratne vode iz cirkulacijskog kruga.
Značajke udobnosti i uštede topline:
- snižavanje temperature u sustavu grijanja noću i ovisno o vanjskoj temperaturi ili prema zadanoj vrijednosti smanjenja;
- mogućnost rada sustava s povećanom snagom nakon svakog razdoblja pada temperature u sustavu grijanja (brzo zagrijavanje prostorije);
- mogućnost automatskog isključivanja sustava grijanja pri određenoj zadanoj vanjskoj temperaturi (ljetno isključenje);
- sposobnost rada s raznim vrstama mehaniziranih aktuatora regulacijskog ventila;
- daljinsko upravljanje kontrolerom pomoću ESMF/ECA 9020.
Zaštitna svojstva:
- ograničavanje maksimalne i minimalne temperature vode koja se dovodi u cirkulacijski krug;
- kontrola pumpe, periodična šetnica ljeti;
- zaštita sustava grijanja od smrzavanja;
- mogućnost spajanja sigurnosnog termostata.
Suvremena oprema za automatske sustave upravljanja opskrbom toplinom
Domaće i strane tvrtke nude širok raspon moderne opreme za automatske sustave upravljanja opskrbom toplinom s gotovo istom funkcionalnošću:
- Kontrola grijanja:
- Prigušivanje vanjske temperature.
- Učinak ponedjeljka.
- Linearna ograničenja.
- Granice povratne temperature.
- Korekcija sobne temperature.
- Samoispravljajući raspored hranjenja.
- Optimizacija vremena pokretanja.
- Ekonomični način rada noću.
- Upravljanje PTV-om:
- Značajka niskog opterećenja.
- Ograničenje temperature povratne vode.
- Odvojeni mjerač vremena.
- Upravljanje pumpom:
- Zaštita od smrzavanja.
- Isključite pumpu.
- Izmjena pumpi.
- Alarmi:
- Od pumpe.
- Temperatura smrzavanja.
- Općenito.
Setovi opreme za opskrbu toplinom poznatih tvrtki Danfoss (Danska), Alfa Laval (Švedska), Tour and Anderson (Švedska), Raab Karcher (Njemačka), Honeywell (SAD) općenito uključuju sljedeće instrumente i uređaje za kontrolu i računovodstvo sustava.
- Oprema za automatizaciju grijanja zgrade:
- Oprema za mjerenje topline.
- Pomoćna oprema.
- Kontrolni ventili.
- Kuglasti ventili se postavljaju za hermetičko zatvaranje uspona i za odvod vode. Istodobno, u otvorenom stanju, tijekom rada sustava, kuglasti ventili praktički ne stvaraju dodatni otpor. Mogu se ugraditi i na sve grane na ulazu u zgradu i na trafostanici.
- Odvodni kuglasti ventili.
- Ugrađen je nepovratni ventil koji sprječava ulazak vode u povratni vod iz dovodnog voda kada je crpka zaustavljena.
- Mrežasti filtar, s kuglastim ventilom na odvodu, na ulazu u sustav osigurava pročišćavanje vode od krutih suspenzija.
- Automatski otvori za zrak osiguravaju automatsko ispuštanje zraka prilikom punjenja sustava grijanja, kao i tijekom rada sustava grijanja.
- Radijatori.
- Konvektori.
- Interfoni ("Vika" AUZhKH povjerenje 42).
AUZhKH povjerenja 42 analizirao je funkcionalnost opreme sustava automatske kontrole opskrbe toplinom najpoznatijih tvrtki: Danfoss, Tour i Anderson, Honeywell. Zaposlenici trusta mogu pružiti kvalificirane savjete o implementaciji opreme ovih tvrtki.
Važna komunalna usluga u modernim gradovima je opskrba toplinom. Sustav opskrbe toplinom služi za zadovoljavanje potreba stanovništva u uslugama grijanja stambenih i javnih zgrada, opskrbe toplom vodom (grijanje vode) i ventilacije.
Suvremeni urbani sustav opskrbe toplinom uključuje sljedeće glavne elemente: izvor topline, mreže i uređaje za prijenos topline, kao i opremu i uređaje koji troše toplinu - sustave grijanja, ventilacije i opskrbe toplom vodom.
Sustavi gradskog grijanja razvrstavaju se prema sljedećim kriterijima:
- - stupanj centralizacije;
- - vrsta rashladne tekućine;
- - način proizvodnje toplinske energije;
- - način opskrbe vodom za opskrbu toplom vodom i grijanje;
- - broj cjevovoda toplinskih mreža;
- - način opskrbe potrošača toplinskom energijom itd.
Po stupanj centralizacije opskrba toplinom razlikovati dvije glavne vrste:
- 1) centralizirani sustavi opskrbe toplinom, koji su razvijeni u gradovima i okruzima s pretežno višekatnim zgradama. Među njima su: visoko organizirana centralizirana opskrba toplinom temeljena na kombiniranoj proizvodnji toplinske i električne energije u CHP - daljinsko grijanje i daljinsko grijanje iz daljinskog grijanja i kotlova za industrijsko grijanje;
- 2) decentralizirana opskrba toplinom iz malih susjednih kotlovnica (dograđenih, podrumskih, krovnih), individualnih uređaja za grijanje i sl.; ujedno nema toplinske mreže i povezanih gubitaka toplinske energije.
Po vrsta rashladne tekućine Razlikovati parne i vodene sustave grijanja. U sustavima parnog grijanja, pregrijana para djeluje kao nosač topline. Ovi sustavi se uglavnom koriste u tehnološke svrhe u industriji, elektroenergetici. Za potrebe komunalne toplinske opskrbe stanovništva zbog povećane opasnosti tijekom njihova rada praktički se ne koriste.
U sustavima grijanja vode, nosač topline je topla voda. Ovi sustavi se uglavnom koriste za opskrbu toplinskom energijom gradskih potrošača, za opskrbu toplom vodom i grijanje, au nekim slučajevima i za tehnološke procese. U našoj zemlji sustavi grijanja vode čine više od polovice svih mreža grijanja.
Po način proizvodnje toplinske energije razlikovati:
- - Kombinirana proizvodnja toplinske i električne energije u termoelektranama. U ovom slučaju toplina radne toplinske pare koristi se za proizvodnju električne energije kada se para širi u turbinama, a zatim se preostala toplina ispušne pare koristi za zagrijavanje vode u izmjenjivačima topline koji čine opremu za grijanje turbina. CHP. Topla voda se koristi za grijanje gradskih potrošača. Tako se u kogeneracijskoj elektrani visokopotencijalna toplina koristi za proizvodnju električne energije, a niskopotencijalna za opskrbu toplinom. To je energetski smisao kombinirane proizvodnje toplinske i električne energije, što osigurava značajno smanjenje specifične potrošnje goriva u proizvodnji toplinske i električne energije;
- - odvojena proizvodnja toplinske energije, kada je grijanje vode u kotlovnicama (termoelektranama) odvojeno od proizvodnje električne energije.
Po način opskrbe vodom za opskrbu toplom vodom, sustavi grijanja vode podijeljeni su na otvorene i zatvorene. U otvorenim sustavima grijanja vode, topla voda se dovodi u slavine lokalnog sustava opskrbe toplom vodom izravno iz toplinskih mreža. U zatvorenim sustavima grijanja vode voda iz toplinskih mreža koristi se samo kao ogrjevni medij za grijanje u bojlerima - izmjenjivačima topline (bojlera) vode iz slavine, koja zatim ulazi u lokalni sustav opskrbe toplom vodom.
Po broj cjevovoda Postoje jednocijevni, dvocijevni i višecijevni sustavi opskrbe toplinom.
Po način pružanja potrošačima s toplinskom energijom razlikuju se jednostupanjski i višestupanjski sustavi opskrbe toplinom - ovisno o shemama povezivanja pretplatnika (potrošača) na mreže grijanja. Čvorovi za spajanje potrošača topline na toplinske mreže nazivaju se pretplatnički ulazi. Na pretplatničkom ulazu svake zgrade postavljeni su grijači tople vode, dizala, pumpe, armatura, instrumentacija za regulaciju parametara i protoka rashladne tekućine prema lokalnim grijanjima i vodovodnim armaturama. Stoga se često pretplatnički ulaz naziva lokalno grijanje (MTP). Ako se izrađuje pretplatnički ulaz za poseban objekt, tada se naziva individualno grijanje (ITP).
Prilikom organiziranja jednostupanjskih sustava opskrbe toplinom, potrošači topline spojeni su izravno na toplinske mreže. Takvo izravno povezivanje uređaja za grijanje ograničava granice dopuštenog tlaka u mrežama grijanja, budući da je visoki tlak potreban za transport rashladne tekućine do krajnjih potrošača opasan za radijatore grijanja. Zbog toga se jednostupanjski sustavi koriste za opskrbu toplinom ograničenog broja potrošača iz kotlovnica s kratkom duljinom toplinskih mreža.
U višestupanjskim sustavima između izvora topline i potrošača postavljaju se centri centralnog grijanja (CHP) ili kontrolno-distribucijske točke (CDP) u kojima se na zahtjev lokalnih potrošača mogu mijenjati parametri rashladne tekućine. Centri za centralno grijanje i distribuciju opremljeni su crpnim jedinicama i jedinicama za grijanje vode, upravljačkim i sigurnosnim elementima, instrumentima koji su namijenjeni opskrbi toplinskom energijom potrebnih parametara skupini potrošača u četvrti ili četvrti. Uz pomoć crpnih ili instalacija za grijanje vode, magistralni cjevovodi (prvi stupanj) djelomično ili potpuno hidraulički izolirani od distribucijske mreže (drugi stupanj). Iz CHP ili KRP, nositelj topline s prihvatljivim ili utvrđenim parametrima se opskrbljuje zajedničkim ili zasebnim cjevovodima druge faze do MTP svake zgrade za lokalne potrošače. Istovremeno se u MTP-u provodi samo elevatorsko miješanje povratne vode iz instalacija lokalnog grijanja, lokalna regulacija potrošnje vode za opskrbu toplom vodom i obračun potrošnje toplinske energije.
Organizacija potpune hidrauličke izolacije toplinskih mreža prve i druge faze najvažnija je mjera za poboljšanje pouzdanosti opskrbe toplinom i povećanje raspona prijenosa topline. Višestupanjski sustavi opskrbe toplinom s centralnim grijanjem i distribucijskim centrima omogućuju smanjenje broja lokalnih grijača tople vode, cirkulacijskih crpki i regulatora temperature instaliranih u MTP s jednostupanjskim sustavom za desetke puta. U centru centralnog grijanja moguće je organizirati obradu lokalne vode iz slavine kako bi se spriječila korozija sustava tople vode. Konačno, tijekom izgradnje centara centralnog grijanja i distribucije značajno se smanjuju jedinični operativni troškovi i troškovi održavanja osoblja za servisiranje opreme u MTP-u.
Toplinska energija u obliku tople vode ili pare prenosi se od termoelektrane ili kotlovnice do potrošača (do stambenih zgrada, javnih zgrada i industrijskih poduzeća) posebnim cjevovodima - toplinskim mrežama. Trasa toplinskih mreža u gradovima i drugim naseljima treba biti predviđena tehničkim trakama namijenjenim za inženjerske mreže.
Suvremene mreže grijanja urbanih sustava složene su inženjerske strukture. Njihova duljina od izvora do potrošača je nekoliko desetaka kilometara, a promjer mreže doseže 1400 mm. Struktura toplinskih mreža uključuje toplinske cjevovode; kompenzatori koji percipiraju temperaturna produljenja; oprema za odvajanje, regulaciju i sigurnost instalirana u posebnim komorama ili paviljonima; crpne stanice; toplinske točke (RTP) i toplinske točke (TP).
Mreže grijanja dijele se na glavne, položene na glavnim pravcima naselja, distribucijske - unutar kvarta, mikropodručja - i odvojke do pojedinačnih zgrada i pretplatnika.
Sheme toplinskih mreža koriste se, u pravilu, greda. Kako bi se izbjegli prekidi u opskrbi toplinom potrošača, planira se međusobno spajanje pojedinih glavnih mreža, kao i ugradnja skakača između grana. U velikim gradovima, u prisutnosti nekoliko velikih izvora topline, složenije toplinske mreže grade se prema shemi prstena.
Da bi se osiguralo pouzdano funkcioniranje takvih sustava, neophodna je njihova hijerarhijska konstrukcija, u kojoj je cijeli sustav podijeljen na više razina, od kojih svaka ima svoju zadaću, smanjujući vrijednost od gornje razine prema donjoj. Gornju hijerarhijsku razinu čine izvori topline, sljedeću razinu su glavne toplinske mreže s RTP, donju distribucijske mreže s pretplatničkim ulazima potrošača. Izvori topline opskrbljuju toplinsku vodu zadane temperature i tlaka u toplinske mreže, osiguravaju cirkulaciju vode u sustavu i održavaju odgovarajući hidrodinamički i statički tlak u njemu. Imaju posebne uređaje za pročišćavanje vode, gdje se provodi kemijsko pročišćavanje i odzračivanje vode. Glavni tokovi nosača topline transportiraju se kroz glavne toplinske mreže do čvorova potrošnje topline. U RTP-u se rashladna tekućina raspoređuje po okruzima, au mrežama okruga održavaju se autonomni hidraulički i toplinski režimi. Organizacija hijerarhijske konstrukcije sustava opskrbe toplinom osigurava njihovu upravljivost tijekom rada.
Za upravljanje hidrauličkim i toplinskim načinima sustava opskrbe toplinom, on je automatiziran, a količina isporučene topline regulirana je u skladu sa standardima potrošnje i zahtjevima pretplatnika. Najveća količina topline troši se na grijanje zgrada. Opterećenje grijanja mijenja se s vanjskom temperaturom. Za održavanje usklađenosti opskrbe toplinom potrošača koristi se središnjom regulacijom o izvorima topline. Samo centralnom regulacijom nije moguće postići visoku kvalitetu opskrbe toplinom, stoga se na toplinskim mjestima i potrošačima koristi dodatna automatska regulacija. Potrošnja vode za opskrbu toplom vodom stalno se mijenja, a kako bi se održala stabilna opskrba toplinom, hidraulički način rada toplinskih mreža se automatski regulira, a temperatura tople vode održava se konstantnom i jednakom 65°C.
Glavni sustavni problemi koji kompliciraju organizaciju učinkovitog mehanizma za funkcioniranje opskrbe toplinom u modernim gradovima uključuju sljedeće:
- - značajno fizičko i moralno trošenje opreme sustava opskrbe toplinom;
- - visoka razina gubitaka u toplinskim mrežama;
- - veliki nedostatak mjerača toplinske energije i regulatora toplinske energije među stanovnicima;
- - precijenjena toplinska opterećenja potrošača;
- - nesavršenost normativno-pravne i zakonodavne osnove.
Oprema termoelektrana i toplinskih mreža ima visok stupanj istrošenosti u prosjeku u Rusiji, koji doseže 70%. U ukupnom broju kotlovnica za grijanje dominiraju male, neučinkovite, proces njihove rekonstrukcije i likvidacije teče vrlo sporo. Povećanje toplinskih kapaciteta godišnje zaostaje za povećanjem opterećenja 2 puta ili više. Zbog sustavnih prekida u opskrbi kotlovskim gorivom u mnogim gradovima, godišnje nastaju ozbiljne poteškoće u opskrbi toplinom stambenih naselja i kuća. Pokretanje sustava grijanja u jesen proteže se nekoliko mjeseci, "nedogrijani" stambeni prostori zimi postali su norma, a ne iznimka; stopa zamjene opreme opada, povećava se broj opreme u hitnom stanju. To je posljednjih godina predodredilo nagli porast stope nesreća u sustavima opskrbe toplinom.
Članak je posvećen korištenju Trace Mode SCADA sustava za operativno daljinsko upravljanje objektima daljinskog grijanja u gradu. Objekt u kojem je opisani projekt implementiran nalazi se na jugu Arhangelske regije (grad Velsk). Projektom je predviđeno operativno praćenje i upravljanje procesom pripreme i distribucije topline za grijanje i opskrbu toplom vodom vitalnih objekata grada.
CJSC SpetTeploStroy, Yaroslavl
Izjava o problemu i potrebnim funkcijama sustava
Cilj s kojim se naša tvrtka suočila bila je izgradnja magistralne mreže za grijanje velikog dijela grada, naprednim metodama gradnje, gdje su za izgradnju mreže korištene predizolirane cijevi. Za to je izgrađeno petnaestak kilometara magistralne toplinske mreže i sedam centralnih toplinskih točaka (CHP). Namjena centralne toplinske stanice - korištenjem pregrijane vode iz GT-CHP (prema rasporedu 130/70 °S), priprema nosač topline za unutarčetvrtne toplinske mreže (prema rasporedu 95/70 °S) i zagrijava vodu do 60 °S za potrebe opskrbe potrošnom toplom vodom (opskrba toplom vodom), TsTP radi na neovisnoj, zatvorenoj shemi.
Prilikom postavljanja zadatka uzeto je u obzir mnogo zahtjeva koji osiguravaju štedljivi princip rada CHP-a. Evo nekih od najvažnijih:
Za provođenje upravljanja sustavom grijanja ovisno o vremenskim prilikama;
Održavati parametre PTV-a na zadanoj razini (temperatura t, tlak P, protok G);
Održavati na zadanoj razini parametre rashladne tekućine za grijanje (temperatura t, tlak P, protok G);
Organizirati komercijalno računovodstvo toplinske energije i nosača topline u skladu s važećim regulatornim dokumentima (RD);
Osigurati ATS (automatski prijenos rezerve) crpke (mreža i opskrba toplom vodom) s izjednačavanjem resursa motora;
Izvršiti korekciju glavnih parametara prema kalendaru i satu stvarnog vremena;
Izvršiti periodični prijenos podataka u kontrolnu sobu;
Vršiti dijagnostiku mjernih instrumenata i pogonske opreme;
Nedostatak dežurnog osoblja na centralnoj toplinskoj stanici;
Nadzirati i pravovremeno izvještavati osoblje za održavanje o pojavljivanju izvanrednih situacija.
Kao rezultat ovih zahtjeva, određene su funkcije operativno-daljinskog sustava upravljanja koji se stvara. Odabrano je glavno i pomoćno sredstvo automatizacije i prijenosa podataka. Odabran je SCADA sustav kako bi se osigurala operativnost sustava u cjelini.
Potrebne i dovoljne funkcije sustava:
1_Informacijske funkcije:
Mjerenje i kontrola tehnoloških parametara;
Signalizacija i registracija odstupanja parametara od utvrđenih granica;
Formiranje i izdavanje operativnih podataka osoblju;
Arhiviranje i pregled povijesti parametara.
2_Upravljačke funkcije:
Automatska regulacija važnih parametara procesa;
Daljinsko upravljanje perifernim uređajima (pumpe);
Tehnološka zaštita i blokiranje.
3_Servisne funkcije:
Samodijagnostika softverskog i hardverskog kompleksa u stvarnom vremenu;
Prijenos podataka u kontrolnu sobu prema rasporedu, na zahtjev i u slučaju nužde;
Ispitivanje operativnosti i ispravnog rada računalnih uređaja i ulazno/izlaznih kanala.
Što je utjecalo na izbor alata za automatizaciju
i softver?
Izbor osnovnih alata za automatizaciju uglavnom se temeljio na tri čimbenika - to je cijena, pouzdanost i svestranost postavki i programiranja. Dakle, za samostalan rad u stanici centralnog grijanja i za prijenos podataka odabrani su slobodno programabilni regulatori serije PCD2-PCD3 tvrtke Saia-Burgess. Za izradu kontrolne sobe odabran je domaći SCADA sustav Trace Mode 6. Za prijenos podataka odlučeno je koristiti konvencionalnu mobilnu komunikaciju: korištenje konvencionalnog govornog kanala za prijenos podataka i SMS poruka za brzo obavještavanje osoblja o hitnim situacijama.
Koji je princip rada sustava
i značajke implementacije kontrole u Trace Mode?
Kao iu mnogim sličnim sustavima, upravljačke funkcije za izravan utjecaj na regulatorne mehanizme date su na nižu razinu, a već se upravljanje cijelim sustavom u cjelini prenosi na gornju. Namjerno izostavljam opis rada niže razine (kontrolera) i procesa prijenosa podataka i prijeći ću odmah na opis gornje.
Radi lakšeg korištenja, kontrolna soba je opremljena osobnim računalom (PC) s dva monitora. Podaci sa svih točaka se prikupljaju na dispečerskom kontroleru i prenose preko RS-232 sučelja na OPC poslužitelj koji radi na osobnom računalu. Projekt je implementiran u Trace Mode verziji 6 i dizajniran je za 2048 kanala. Ovo je prva faza implementacije opisanog sustava.
Značajka implementacije zadatka u načinu praćenja je pokušaj stvaranja sučelja s više prozora s mogućnošću praćenja procesa opskrbe toplinom u on-line načinu rada, kako na dijagramu grada, tako i na mnemodijagramima toplinskih točaka. Korištenje sučelja s više prozora omogućuje rješavanje problema prikazivanja velike količine informacija na dispečerovom displeju, koji bi trebao biti dovoljan i istovremeno neredundantan. Princip sučelja s više prozora omogućuje pristup svim parametrima procesa u skladu s hijerarhijskom strukturom prozora. Također pojednostavljuje implementaciju sustava u objektu, budući da je takvo sučelje izgledom vrlo slično raširenim proizvodima Microsoftove obitelji i ima sličnu opremu izbornika i alatne trake poznate svakom korisniku osobnog računala.
Na sl. 1 prikazuje glavni zaslon sustava. Shematski prikazuje glavnu toplinsku mrežu s naznakom izvora topline (CHP) i točaka centralnog grijanja (od prve do sedme). Na ekranu se prikazuju informacije o nastanku izvanrednih situacija na objektima, trenutnoj temperaturi vanjskog zraka, datumu i vremenu posljednjeg prijenosa podataka sa svake točke. Objekti za opskrbu toplinom opremljeni su skočnim nagovještajima. Kada se dogodi nenormalna situacija, objekt na dijagramu počinje “treperiti”, a u izvješću o alarmu pored datuma i vremena prijenosa podataka pojavljuje se zapis događaja i crveni indikator koji treperi. Moguće je vidjeti uvećane toplinske parametre za CHP i za cijelu toplinsku mrežu u cjelini. Da biste to učinili, onemogućite prikaz popisa izvješća o alarmima i upozorenjima (tipka "OTiP").
Riža. jedan. Glavni zaslon sustava. Shema lokacije objekata za opskrbu toplinom u gradu Velsku
Postoje dva načina za prijelaz na mnemonički dijagram toplinske točke - trebate kliknuti na ikonu na karti grada ili na gumb s natpisom toplinske točke.
Mnemonički dijagram trafostanice otvara se na drugom ekranu. To je učinjeno kako zbog praktičnosti praćenja specifične situacije u stanici centralnog grijanja, tako i radi praćenja općeg stanja sustava. Na tim se zaslonima vizualiziraju svi kontrolirani i podesivi parametri u stvarnom vremenu, uključujući parametre koji se očitavaju s mjerača topline. Sva tehnološka oprema i mjerni instrumenti opremljeni su pop-up savjetima u skladu s tehničkom dokumentacijom.
Slika opreme i sredstava automatizacije na mnemodijagramu je što je moguće bliža stvarnom prikazu.
Na sljedećoj razini sučelja s više prozora možete izravno kontrolirati proces prijenosa topline, mijenjati postavke, pregledavati karakteristike radne opreme i pratiti parametre u stvarnom vremenu s poviješću promjena.
Na sl. 2 prikazuje zaslonsko sučelje za pregled i upravljanje glavnim alatima za automatizaciju (kontrolor i mjerač topline). Na ekranu upravljanja kontrolerom moguće je mijenjati telefonske brojeve za slanje SMS poruka, zabraniti ili dopustiti prijenos hitnih i informativnih poruka, kontrolirati učestalost i količinu prijenosa podataka te postaviti parametre za samodijagnostiku mjernih instrumenata. Na zaslonu mjerača topline možete vidjeti sve postavke, promijeniti dostupne postavke i kontrolirati način razmjene podataka s regulatorom.
Riža. 2. Upravljački zasloni za Vzlet TSRV kalkulator topline i PCD253 kontroler
Na sl. 3 prikazuje skočne ploče za kontrolnu opremu (regulacijski ventil i grupe pumpi). Prikazuje trenutni status ove opreme, pojedinosti o greškama i neke parametre potrebne za samodijagnozu i provjeru. Dakle, za crpke su tlak rada na suho, MTBF i kašnjenje pokretanja vrlo važni parametri.
Riža. 3. Upravljačka ploča za grupe pumpi i kontrolni ventil
Na sl. 4 prikazuje zaslone za praćenje parametara i regulacijske petlje u grafičkom obliku s mogućnošću pregleda povijesti promjena. Svi kontrolirani parametri toplinske podstanice prikazani su na zaslonu parametara. Grupirani su prema svom fizičkom značenju (temperatura, tlak, protok, količina topline, toplinski učinak, osvjetljenje). Sve regulacijske petlje parametara prikazuju se na ekranu regulacijskih petlji i prikazuje se trenutna vrijednost parametra, s obzirom na mrtvu zonu, položaj ventila i odabrani zakon upravljanja. Svi ti podaci na ekranima podijeljeni su na stranice, slično općeprihvaćenom dizajnu u Windows aplikacijama.
Riža. 4. Zasloni za grafički prikaz parametara i upravljačkih petlji
Svi zasloni se mogu pomicati po prostoru dva monitora dok istovremeno obavljaju više zadataka. Svi potrebni parametri za nesmetan rad sustava distribucije topline dostupni su u stvarnom vremenu.
Koliko dugo je sustav u razvoju?koliko je bilo programera?
Osnovni dio dispečerskog i upravljačkog sustava u Trace Modeu autor je ovog članka razvio u roku od mjesec dana i pokrenuo ga u gradu Velsku. Na sl. prikazana je fotografija iz privremene kontrolne sobe, gdje je sustav instaliran i u probnom radu. U ovom trenutku naša organizacija pušta u rad još jedno grijanje i hitni izvor topline. Upravo se na tim objektima projektira posebna kontrolna soba. Nakon puštanja u pogon, svih osam toplinskih točaka bit će uključeno u sustav.
Riža. 5. Radno mjesto privremenog dispečera
Tijekom rada automatiziranog sustava upravljanja procesima javljaju se različiti komentari i želje dispečerske službe. Stoga je proces ažuriranja sustava stalno u tijeku kako bi se poboljšala operativna svojstva i praktičnost dispečera.
Kakav je učinak uvođenja takvog sustava upravljanja?
Prednosti i nedostatci
U ovom članku autor ne postavlja zadaću procjene ekonomskog učinka uvođenja sustava upravljanja u brojkama. Međutim, uštede su očite zbog smanjenja osoblja uključenog u održavanje sustava, značajnog smanjenja broja nesreća. Osim toga, utjecaj na okoliš je očit. Također treba napomenuti da vam uvođenje takvog sustava omogućuje brzo reagiranje i uklanjanje situacija koje mogu dovesti do nepredviđenih posljedica. Razdoblje povrata cjelokupnog kompleksa radova (izgradnja toplinske magistrale i toplinskih mjesta, montaža i puštanje u rad, automatizacija i otpremanje) za kupca će biti 5-6 godina.
Prednosti sustava upravljanja radom mogu se dati:
Vizualni prikaz informacija o grafičkoj slici objekta;
Što se tiče elemenata animacije, oni su u projekt dodani na poseban način kako bi se poboljšao vizualni efekt gledanja programa.
Izgledi za razvoj sustava
Osobitosti opskrbe toplinom su kruti međusobni utjecaj načina opskrbe toplinom i potrošnje topline, kao i višestrukost točaka opskrbe za nekoliko dobara (toplinska energija, struja, rashladna tekućina, topla voda). Svrha opskrbe toplinskom energijom nije osigurati proizvodnju i transport, već održati kvalitetu te robe za svakog potrošača.
Ovaj cilj je postignut relativno učinkovito uz stabilne brzine protoka rashladne tekućine u svim elementima sustava. Regulacija "kvalitete" koju koristimo, po svojoj prirodi, podrazumijeva promjenu samo temperature rashladne tekućine. Pojava zgrada kontroliranih potražnjom osigurala je nepredvidljivost hidrauličkih režima u mrežama uz održavanje konstantnosti troškova u samim zgradama. Pritužbe u susjednim kućama morale su se otkloniti prekomjernom cirkulacijom i pripadajućim masovnim preljevima.
Modeli hidrauličkog proračuna koji se danas koriste, unatoč njihovoj periodičnoj kalibraciji, ne mogu osigurati odstupanja u troškovima građevinskih inputa zbog promjena unutarnje proizvodnje topline i potrošnje tople vode, kao i utjecaja sunca, vjetra i kiše. Uz stvarnu kvalitativno-kvantitativnu regulaciju potrebno je “vidjeti” sustav u realnom vremenu i osigurati:
- kontrola maksimalnog broja točaka isporuke;
- usklađivanje tekućih bilanci ponude, gubitaka i potrošnje;
- kontrolno djelovanje u slučaju neprihvatljivog kršenja načina rada.
Upravljanje bi trebalo biti što automatizirano, inače ga je jednostavno nemoguće implementirati. Izazov je bio postići to bez nepotrebnih troškova postavljanja kontrolnih točaka.
Danas, kada u velikom broju zgrada postoje mjerni sustavi s mjeračima protoka, senzorima temperature i tlaka, nerazumno ih je koristiti samo za financijske izračune. ACS "Teplo" izgrađen je uglavnom na generalizaciji i analizi informacija "od potrošača".
Prilikom izrade automatiziranog upravljačkog sustava prevladani su tipični problemi zastarjelih sustava:
- ovisnost o ispravnosti proračuna mjernih uređaja i pouzdanosti podataka u neprovjerljivim arhivima;
- nemogućnost objedinjavanja operativnih bilanca zbog nedosljednosti u vremenu mjerenja;
- nemogućnost kontrole procesa koji se brzo mijenjaju;
- nepoštivanje novih zahtjeva za informacijsku sigurnost saveznog zakona "O sigurnosti kritične informacijske infrastrukture Ruske Federacije".
Učinci implementacije sustava:
Potrošačke usluge:
- utvrđivanje stvarnih stanja za sve vrste robe i komercijalnih gubitaka:
- utvrđivanje mogućih izvanbilančnih prihoda;
- kontrola stvarne potrošnje energije i njezina usklađenost s tehničkim specifikacijama za priključak;
- uvođenje ograničenja koja odgovaraju razini plaćanja;
- prijelaz na dvodijelnu tarifu;
- praćenje KPI-ja za sve usluge koje rade s potrošačima i ocjenjivanje kvalitete njihova rada.
eksploatacija:
- utvrđivanje tehnoloških gubitaka i salda u toplinskim mrežama;
- dispečiranje i nadzor u hitnim slučajevima prema stvarnim načinima rada;
- održavanje optimalnih temperaturnih rasporeda;
- praćenje stanja mreža;
- podešavanje načina opskrbe toplinom;
- kontrola isključenja i kršenja načina rada.
Razvoj i ulaganja:
- pouzdana procjena rezultata provedbe projekata poboljšanja;
- procjena učinaka troškova ulaganja;
- razvoj shema opskrbe toplinom u stvarnim elektroničkim modelima;
- optimizacija promjera i konfiguracije mreže;
- smanjenje troškova priključka, uzimajući u obzir stvarne rezerve propusnosti i uštede energije za potrošače;
- planiranje obnove
- organizacija zajedničkog rada CHP i kotlovnica.
V. G. Semenov, glavni urednik, Topline News
Koncept sustava
Svi su navikli na izraze "sustav opskrbe toplinom", "sustav upravljanja", "automatizirani upravljački sustavi". Jedna od najjednostavnijih definicija svakog sustava: skup povezanih operativnih elemenata. Složeniju definiciju daje akademik P. K. Anokhin: "Sustav se može nazvati samo takvim kompleksom selektivno uključenih komponenti, u kojima interakcija poprima karakter uzajamne pomoći kako bi se dobio usredotočen koristan rezultat." Postizanje takvog rezultata cilj je sustava, a cilj se formira na temelju potrebe. U tržišnoj ekonomiji tehnički se sustavi, kao i njihovi sustavi upravljanja, formiraju na temelju potražnje, odnosno potrebe koju je netko spreman platiti.
Tehnički sustavi opskrbe toplinom sastoje se od elemenata (CHP, kotlovnice, mreže, hitne službe itd.) koji imaju vrlo krute tehnološke veze. "Vanjski okoliš" za tehnički sustav opskrbe toplinom su potrošači različitih vrsta; plinske, električne, vodovodne mreže; vrijeme; novi programeri itd. Razmjenjuju energiju, materiju i informacije.
Svaki sustav postoji unutar nekih granica koje u pravilu nameću kupci ili ovlaštena tijela. To su zahtjevi za kvalitetu opskrbe toplinom, ekologiju, sigurnost rada, ograničenja cijena.
Postoje aktivni sustavi koji mogu izdržati negativne utjecaje na okoliš (nestručne radnje uprava različitih razina, konkurencija drugih projekata...), te pasivni sustavi koji to svojstvo nemaju.
Operativni tehnički upravljački sustavi za opskrbu toplinom tipični su sustavi čovjek-stroj, nisu jako složeni i prilično ih je lako automatizirati. Zapravo, oni su podsustavi sustava više razine - upravljanje opskrbom toplinom na ograničenom području.
Sustavi upravljanja
Upravljanje je proces svrhovitog utjecaja na sustav, osiguravajući povećanje njegove organizacije, postizanje jednog ili drugog korisnog učinka. Svaki upravljački sustav dijeli se na upravljački i kontrolirani podsustav. Veza iz upravljačkog podsustava na kontrolirani naziva se izravna veza. Takva veza uvijek postoji. Suprotan smjer komunikacije naziva se povratna informacija. Koncept povratne sprege je temeljan u tehnologiji, prirodi i društvu. Vjeruje se da kontrola bez jake povratne sprege nije učinkovita, jer nema sposobnost samootkrivanja pogrešaka, formuliranja problema, ne dopušta korištenje sposobnosti samoregulacije sustava, kao i iskustva i znanja stručnjaka. .
SA Optner čak vjeruje da je kontrola cilj povratnih informacija. “Povratne informacije utječu na sustav. Udar je način promjene postojećeg stanja sustava pobuđivanjem sile koja to omogućuje.
U pravilno organiziranom sustavu, odstupanje njegovih parametara od norme ili odstupanje od ispravnog smjera razvoja razvija se u povratnu informaciju i pokreće proces upravljanja. "Samo odstupanje od norme služi kao poticaj za povratak normi" (P.K. Anokhin). Također je vrlo važno da vlastita namjena sustava upravljanja ne proturječi namjeni kontroliranog sustava, odnosno svrsi za koju je stvoren. Općenito je prihvaćeno da je zahtjev za "višom" organizacijom bezuvjetan za "nižu" organizaciju i automatski joj se pretvara u cilj. To ponekad može dovesti do zamjene mete.
Ispravan cilj sustava upravljanja je razvoj kontrolnih radnji na temelju analize informacija o odstupanjima, odnosno rješavanje problema.
Problem je situacija nesklada između željenog i postojećeg. Ljudski mozak je uređen na način da čovjek počinje razmišljati u nekom smjeru tek kada se otkrije problem. Stoga ispravna definicija problema predodređuje ispravnu menadžersku odluku. Postoje dvije kategorije problema: stabilizacijski i razvojni.
Problemi stabilizacije nazivaju se oni, čije je rješenje usmjereno na sprječavanje, otklanjanje ili kompenzaciju poremećaja koji remete trenutnu aktivnost sustava. Na razini poduzeća, regije ili industrije, rješenje ovih problema naziva se upravljanjem proizvodnjom.
Problemi razvoja i poboljšanja sustava nazivaju se oni čije je rješavanje usmjereno na poboljšanje učinkovitosti funkcioniranja promjenom karakteristika upravljačkog objekta ili upravljačkog sustava.
Iz perspektive sustava, problem je razlika između postojećeg i željenog sustava. Sustav koji popunjava prazninu između njih je objekt izgradnje i naziva se rješenjem problema.
Analiza postojećih sustava upravljanja opskrbom toplinom
Sustavni pristup je pristup proučavanju objekta (problema, procesa) kao sustava u kojem se identificiraju elementi, unutarnje veze i veze s okolinom koji utječu na rezultate funkcioniranja, te određuju ciljevi svakog od elemenata. na temelju opće namjene sustava.
Svrha stvaranja bilo kojeg centraliziranog sustava opskrbe toplinom je osigurati kvalitetnu, pouzdanu opskrbu toplinom po najnižoj cijeni. Ovaj cilj odgovara potrošačima, građanima, administraciji i političarima. Isti cilj trebao bi biti i za sustav upravljanja toplinom.
Danas postoji 2 glavne vrste sustava upravljanja opskrbom toplinom:
1) uprava općinske formacije ili regije i čelnici njoj podređenih državnih poduzeća za opskrbu toplinom;
2) tijela upravljanja negradskim poduzećima za opskrbu toplinom.
Riža. 1. Generalizirana shema postojećeg sustava upravljanja opskrbom toplinom.
Generalizirani dijagram sustava upravljanja opskrbom toplinom prikazan je na sl. 1. Predstavlja samo one strukture (okoliš) koje stvarno mogu utjecati na sustave upravljanja:
Povećanje ili smanjenje prihoda;
Prisiliti ići na dodatne troškove;
Promijenite menadžment poduzeća.
Za pravu analizu moramo poći od premise da se obavlja samo ono što se plaća ili može otpustiti, a ne ono što je deklarirano. država
Praktično ne postoji zakonodavstvo koje regulira djelatnosti poduzeća za opskrbu toplinom. Čak ni postupci državne regulacije lokalnih prirodnih monopola u opskrbi toplinskom energijom nisu navedeni.
Opskrba toplinom glavni je problem u reformama stambeno-komunalnih usluga i RAO "UES Rusije", ne može se riješiti zasebno ni u jednom ni u drugom, stoga se praktički ne razmatra, iako bi te reforme trebale biti međusobno povezane upravo kroz toplinu Opskrba. Ne postoji ni vladino odobren koncept razvoja opskrbe toplinom u zemlji, a kamoli pravi program djelovanja.
Savezne vlasti ni na koji način ne reguliraju kvalitetu opskrbe toplinom, čak ne postoje ni regulatorni dokumenti koji definiraju kriterije kvalitete. Pouzdanost opskrbe toplinom regulirana je samo putem tehničkih nadzornih tijela. No budući da interakcija između njih i tarifnih tijela nije navedena ni u jednom regulatornom dokumentu, često izostaje. Poduzeća, s druge strane, imaju priliku ne poštivati nikakve upute, pravdajući to nedostatkom sredstava.
Tehnički nadzor prema postojećim regulatornim dokumentima svodi se na kontrolu pojedinih tehničkih jedinica, i to onih za koje postoji više pravila. Sustav u interakciji svih njegovih elemenata se ne razmatra, mjere koje daju najveći učinak na cijelom sustavu nisu identificirane.
Trošak opskrbe toplinom reguliran je samo formalno. Tarifno zakonodavstvo je toliko općenito da je gotovo sve prepušteno nahođenju federalnih i, u većoj mjeri, regionalnih energetskih povjerenstava. Standardi potrošnje topline regulirani su samo za nove zgrade. U državnim programima uštede energije praktički ne postoji odjeljak o opskrbi toplinom.
Kao rezultat toga, uloga države svedena je na naplatu poreza i, preko nadzornih tijela, informiranje lokalnih vlasti o nedostacima u opskrbi toplinskom energijom.
Za rad prirodnih monopola, za funkcioniranje industrija koje osiguravaju mogućnost postojanja nacije, izvršna vlast je odgovorna parlamentu. Problem nije u tome što federalna tijela nezadovoljavajuće funkcioniraju, već u tome što zapravo ne postoji struktura u sastavu federalnih tijela, od
