Технологический процесс прямоточного водоснабжения. Разработка функциональной схемы его автоматизации. Подбор необходимых датчиков, исполнительных механизмов и мест их расположения. Выбор контроллера. Алгоритмов функционирования системы отопления.
Аннотация к работе
Подсистема автоматической системы управления технологическим процессом системы отопления и горячего водоснабженияХарактерной особенностью современного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революцию в вычислительной технике, на самое широкое использование микропроцессорных контроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибких производственных систем, интегрированных систем проектирования и управления, SCADA-систем. Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать следующие задачи: • вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов; На состав и схему системы водоснабжения большое влияние оказывают местные природные условия, источник водоснабжения и характер потребления воды. Например, в самотечных системах отсутствуют насосные станции, в системах водоснабжения от артезианских скважин нет очистных сооружений, при равномерном графике потребления не устанавливают водонапорные башни или резервуары и т.п. Описание технологического объекта, приведенное ранее, позволяет определить необходимые датчики: ? уровня воды в резервуаре (датчики устанавливаются в резервуары 1, 2);Результатом выполнения данного курсового проекта стала разработка АСУ ТП водоснабжения дома.
Введение
водоснабжение алгоритм автоматизация датчик
Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производства невозможны без применения средств автоматизации. Характерной особенностью современного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революцию в вычислительной технике, на самое широкое использование микропроцессорных контроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибких производственных систем, интегрированных систем проектирования и управления, SCADA-систем.
Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать следующие задачи: • вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов;
• управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т.п.;
• автоматически управлять процессами в условиях вредных или опасных для человека.
Решение поставленных задач предусматривает целый комплекс вопросов по проектированию и модернизации существующих и вновь разрабатываемых систем автоматизации технологических процессов и производств.
В данном курсовом проекте рассматривается автоматизация системы отопления и горячего водоснабжения.
1. Основные элементы системы водоснабжения
Система водоснабжения - это комплекс сооружений для обеспечения потребителей водой в требуемых количествах и требуемого качества.
В состав системы водоснабжения входят следующие сооружения: а) водоприемные сооружения (водозабор);
б) водоподъемные сооружения (насосные станции);
в) сооружения для очистки, обработки и охлаждения воды;
г) водоводы и водопроводные сети;
д) башни и резервуары. Это регулирующие и запасные емкости для сохранения и аккумулирования воды.
На состав и схему системы водоснабжения большое влияние оказывают местные природные условия, источник водоснабжения и характер потребления воды. Поэтому в некоторых случаях могут отсутствовать те или иные сооружения. Например, в самотечных системах отсутствуют насосные станции, в системах водоснабжения от артезианских скважин нет очистных сооружений, при равномерном графике потребления не устанавливают водонапорные башни или резервуары и т.п.
На предприятиях может быть несколько систем водоснабжения одновременно. Например, отдельно системы производственно-технического, хозяйственно-питьевого назначения.
Систему противопожарного водоснабжения обычно объединяют с какой-либо другой. Чаще всего с хозяйственно-питьевой в силу ее разветвленности. Но может быть создана и отдельная противопожарная система.
1.1 Описание технологического процесса прямоточного водоснабжения
Прямоточная система применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения. В некоторых случаях применяется и для производственно-технического водоснабжения.
На рис. 1 приведена схема взаимосвязи основных элементов в прямоточной системе водоснабжения. Именно по такой схеме осуществляется водоснабжение городов, поселков и других населенных пунктов.
Схема прямоточной системы водоснабжения: 1 - водозабор; 2.1 - насосная станция 1-го подъема; 3.1 - очистные сооружения природной воды; 3.2 - очистные устройства для загрязненных стоков; 4.1 - резервуар чистой воды; 5 - водоводы; 6 - водонапорная башня (резервуар); 7.1-7.6 - потребители воды (цеха, здания); 8 - водопроводная сеть; 9 - сеть трубопроводов для сбора отработавшей воды; 10 - водоохлаждающее устройство
При работе этой системы вода забирается из источника с помощью водозаборного устройства 1 и подается насосами насосной станции 1-го подъема (НС 1) на очистные сооружения 3.1. Здесь обычно вода идет самотеком. Очищенная до необходимого качества она собирается в резервуаре очищенной воды 4.1. Отсюда насосами насосной станции 2-го подъема (НС 2) вода по водоводам 5 подается на территорию предприятия. Из водоводов вода попадает в водопроводную сеть 8 и подается потребителям 7.1-7.6.
1.2 Разработка функциональной схемы автоматизации процесса
Структурная схема АСУ ТП водоснабжения
При разработке системы автоматизированного управления технологическим процессом водоснабжения необходимо реализовать автоматизированное рабочее место оператора с программным обеспечением, взаимодействующим с контроллером. Также необходимо определить необходимые датчики, которые будут предоставлять информацию о состоянии процесса и исполнительные механизмы, воздействующие на объект.
Структурная схема АСУ ТП производства сухого молока приведена на рисунке 2.
Структурная схема
1.3 Подбор необходимых датчиков, исполнительных механизмов и мест их расположения
Для того чтобы разработать функциональную схему, необходимо сначала определить какого рода информация будет отображаться на ОС, т.е. нужно определить места установки датчиков и их характеристики. Также нам необходима обратная связь с объектом управления, чтобы мы могли оказывать управляющее воздействие. Для этого необходимо подобрать соответствующие исполнительные механизмы. Т.к. разрабатываемая схема функциональная, то достаточно будет определить задачи, решение которых возлагается на тот или иной исполнительный механизм и место его установки.
Описание технологического объекта, приведенное ранее, позволяет определить необходимые датчики: ? уровня воды в резервуаре (датчики устанавливаются в резервуары 1, 2);
? показателя PH в воде (устанавливаются в резервуар 1);
Выбор датчиков и исполнительных механизмов: 1) Контролировать необходимое количество воды в емкостях необходимо датчиками уровня. Для этих целей нам подойдут бесконтактные сигнализаторы уровня БСУ, которые имеют один входной параметр (уровень), а также малую погрешность ?1,5 мм. Выходной сигнал с датчика - дискретный. На функциональной схеме датчики уровня, согласно ГОСТ 21.404-85 буквенные условные обозначения, будем обозначать буквами LE.
PH-018
Область применения: мониторинг и контроль PH в промышленных аквариумах, бассейнах, котлах, в промышленных системах подготовки воды и т.д.
Характеристики: ? Диапазон измерения PH: 0.00 - 14.00
? Встроенный сенсор для автоматической компенсации температуры (от 0 до 100°C)
? Рабочая среда 0-50°C, влажность не более 95%
? Цена деления 0.01PH
? Погрешность / - 0.02PH
? Токовый выход (для подключения к компьютеру): 4-20 МА
? Входное сопротивление 10*12 Ом
? Калибровка с помощью калибровочной отвертки (в комплекте)
Выбранные датчики, исполнительные механизмы и их месторасположение, а также структурная схема АСУ ТП производства сухого молока позволяют составить схему информационных потоков в АСУ технологическим объектом.
На схеме обозначены направления потоков, а также вид сигнала (аналоговый, цифровой, разрядность).
Схема информационных потоков приведена на рисунке.
Схема информационных потоков
Входные потоки: 1. Уровень воды в резервуаре 1 (1)
2. Уровень воды в резервуаре 1 (2)
Показатель PH воды в резервуаре 1
Уровень воды в резервуаре 2
Выходные потоки: 1. К насосу 1
2. К насосу 2
К насосу 3
2.1 Выбор контроллера для автоматизированной системы
Контроллеры систем отопления и ГВС ТРМ132М в комплексе с первичными преобразователями, модулем расширения МР1 и исполнительными механизмами предназначены для контроля и регулирования температуры в контурах отопления и ГВС, отображения измеренной температуры и режимов работы на встроенном индикаторе и формирования сигналов управления встроенными выходными элементами и выходными элементами модуля МР1.
Возможности контроллера ТРМ132М
Встроенные часы реального времени
Автоматическая настройка ПИД-регуляторов
Автоматический выбор режимов (нагрев / обратная / летний)
Возможность смены прошивки (при помощи комплекта для перепрошивки ТРМ133М)
2.2 Функциональные возможности ОВЕН ТРМ132М
Автоматическое регулирование температуры в контуре ГВС с соответствии с заданной уставкой
Автоматическое регулирование температуры в контуре отопления по графику от Т-наружного воздуха и Т-прямой воды
Отработка графика температуры обратной воды в зависимости от Т-наружного воздуха и Т-прямой воды (защита от завышения и занижения температуры обратной воды)
Управление основным и резервным насосом в обоих контурах
Защита от превышения температуры в контуре ГВС
Управление насосом подпитки в контуре отопления
Возможность использования третьего насоса в каждом контуре (аварийного)
Формирование сигналов управления внешними исполнительными механизмами и устройствами в контуре ГВС: запорно-регулирующим клапаном, основным и резервным насосами, клапаном слива (опционально); устройствами сигнализации
Формирование сигналов управления внешними исполнительными механизмами и устройствами в контуре отопления: запорно-регулирующим клапаном, основным и резервным насосами, насосом подпитки, устройствами сигнализации
Диагностика аварийных ситуаций (обрыв датчиков температуры и датчиков положения, неисправность насосов)
Задание значений программируемых рабочих параметров с помощью встроенной клавиатуры управления, а также от ПК по сети RS-485 и RS-232
Поддержка протоколов обмена: ОВЕН, Modbus-RTU и Modbus-ASCI
Функциональная схема прибора
3. Проектирование отопления с помощью ЭВМ
Существуют программы расчета с помощью ЭВМ других элементов систем отопления.
Разрабатывают общую систему автоматизированного проектирования (САПР) отопления, предназначенную не только для ускоренного выполнения расчетов, но для машинизации всего процесса проектирования отопления.
Изменение теплопотребности на нагревание поступающего наружного воздуха в однотипные, расположенные на разных этажах, помещения многоэтажного жилого здания в течение отопительного сезона
Теплопоступления от солнечной радиации Qcp, как правило, не учитывают в расчетах по определению мощности системы отопления. Однако солнечная радиация может существенно изменить температурную обстановку в помещениях, особенно в весенний период отопительного сезона. Изменение значения Qc.p оценивают по данным об интенсивности прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиации.
Как известно, начало и конец отопительного сезона относят к устойчиво установившейся среднесуточной температуре наружного воздуха тн=8°С. На рис. 17.2 показано изменение теплопотребности здания без учета и с учетом технологических и внутренних теплопоступлений и солнечной радиации. Видно, что учет Qтехнp может привести к значительной экономии тепловой энергии (заштрихованная область на графике).
Изменение теплопотребности зданий в течение отопительного сезона: 1 - без учета технологических и внутренних теплопоступлений и солнечной радиации; 2 - c учетом технологических и внутренних теплопоступлений и солнечной радиации
Текущая тепло - потребность Qt.п на отопление помещений в общем виде составляет где Qп - текущая теплоотдача элементов системы отопления в помещение.
Рассмотрим переменный тепловой режим элемента системы на примере участка системы водяного отопления. Теплоотдача участка системы сопровождается изменением температуры воды на выходе из элемента t0 при известных значениях температуры воды на входе tr и расхода воды G по известному выражению где с - удельная массовая теплоемкость воды.
Температура t0 может быть определена с использованием так называемой тепловой характеристики элемента Т [15]. Тепловая характеристика предложена при решении дифференциального уравнения теплопередачи при движении нагретой жидкости через элемент системы отопления где ?tcp = ((тг t0) / 2) - TB; tcp - средняя разность температуры,°С; G - расход воды, кг/с; m, n, p - показатели, входящие в формулу (4.15), После преобразований получим выражения для вычисления текущей средней разности температуры теплоносителя и окружающего элемент воздуха а также тепловой характеристики элемента Т, определяющей процесс теплопередачи элемента системы отопления, значение тепловой характеристики элемента Т уточняют по формуле где Т" - тепловая характеристика элемента, полученная при подстановке в формулу (17.8) расчетных температурных параметров.
3.1 Разработка алгоритмов функционирования
Алгоритм функционирования СУ технологического объекта
Общий алгоритм функционирования
Вывод
Результатом выполнения данного курсового проекта стала разработка АСУ ТП водоснабжения дома. Была разработана модель процесса, которая наглядно позволяет представить реальный технологический процесс. Также были разработаны функциональные схемы, подобраны измерительные устройства (датчики) и контроллер, который осуществляет управление технологическим процессом. Разработаны алгоритмы контроля и управления функционированием ТП.
Список литературы
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления». Составитель Куклин В.В. 2011 г.
Лекции по предмету «Технические средства автоматизации и управления» Куклина В.В.