ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ 14
1.1 Анализ нагревателей и приборов отопления 14
1.2 Анализ систем отопления частного домовладения 25
1.3 Выбор схемы отопления и оборудования 32
ГЛАВА 2 РАССЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРА ОТОПЛЕНИЯ 35
2.1 Описание объекта управления 35
2.2 Математическая модель объекта управления 37
2.3 Дискретная модель объекта управления 41
2.4 Синтез регулятора 42
2.5 Реализация управления на ПЛК 51
2.6 Визуализация процесса в SCADA Trace Mode 60
ГЛАВА 3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 65
3.1 Расходы на разработку 66
3.2 Оценка экономической эффективности проекта 69
ГЛАВА 4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 79
ПРИЛОЖЕНИЕ 80

Купить

Многие люди предпочитают частные дома вместо многоквартирных. Для одних, собственный дом - это мечта, главная цель жизни, а для других - вечные хлопоты. Кто-то самостоятельно выбирает земельный участок и планирует строительство своего дома, а кто-то предпочитает купить уже готовое решение. В обоих случаях, для комфортного проживания в доме, необходимы коммуникации.
К базовым коммуникациям относятся вода, газ, электричество, отопление и канализация. Совокупностью коммуникаций является система жизнеобеспечения частного домовладения, как например, изображено на рисунке 1. В случае отсутствия одной из коммуникации, имеются альтернативные варианты для её замены. В настоящее время существует множество инженерных решений и систем жизнеобеспечения. Современные системы могут работать в автоматическом режиме с минимальным участием человека, при этом создавая высокий уровень комфорта в доме.
В данной выпускной квалификационной работе будет рассматриваться система жизнеобеспечения частного домовладения, а именно - система отопления.
Так как в большей части нашей страны преобладает холодный климат, при проектировании жилого дома необходимо учесть, как он будет обогреваться.
Существуют два вида систем отопления:
• центральное;
• локальное.
Центральной системой отопления называется система, в которой теплоноситель перемещается по трубопроводу от общего нагревателя к множеству зданий. Нагревателем в такой системе, чаще всего, является ТЭС или котельная, которая использует для выработки тепла газ или уголь. Такие системы распространены в городах. В основном к ним подключены многоквартирные дома, но также могут быть и частные. Теплопередача в домах может производится при помощи радиаторов, тепловых панелей, труб или конвекторов. К его преимуществам можно отнести отсутствие необходимости в самостоятельном обслуживании.
Локальные системы отопления рассчитаны на обогрев определенного здания, внутри которого установлена данная система. Обычно они применяются, когда нет возможности подключиться к центральной системе. Она является индивидуальной и нуждается в самостоятельном выборе и расчете необходимых элементов, в том числе и нагревательного оборудования. Такие системы чаще всего используются для обогрева частных домовладений, различных помещений (гараж, баня), магазинов, складов и т.п. Также, локальное отопление можно встретить в многоквартирных домах. К его преимуществам можно отнести регулирование температуры по желанию и оплата не по тарифу.
В современном мире существует большой выбор самых различных систем отопления частного домовладения. При выборе системы стоит прибегнуть к помощи специалиста. Так как каждый дом, по-своему, уникален, хороший специалист должен учесть доступные ресурсы, правильно рассчитать объем и теплопотери здания, после чего создать оптимальную систему, соблюдая санитарно-технические нормы. После этого можно приступать к покупке и монтажу оборудования. Ведь если неправильно спроектировать систему отопления, то она не сможет поддерживать определенную температуру в доме, или приведет к большим счетам за коммунальные услуги.
Управлять температурой в комнате можно как вручную, так и автоматически. Ручное управление подразумевает открытие или закрытие батарейного клапана, в зависимости от того жарко вам или нет. Автоматическое управление способно управлять клапаном в зависимости от того, какая температура в комнате вам комфортна. Его можно разделить на последовательное и систему с обратной связью. Последовательное управление бывает трех видов:
• временное,
• пошаговое,
• параметрическое.
Временно управление осуществляется по циклам времени. Каждая команда выполняется строго по интервалам времени, после чего переходит к следующей, и так он тачала процесса до конца. Оно применяется в простых технологических процессах, не имеющих цели управления и имеет низкую стоимость, так как можно обойтись всего лишь таймером.
Пошаговое управление представляет собой алгоритм определенных, последовательных действий, которые следуют друг за другом. Осуществляется с помощью релейных схем либо контроллера.
В системах с параметрическим управлением применяются датчики. При выполнении какого-либо действия, при срабатывании датчика, процесс переключается на другую задачу.
В современных системах автоматического управления часто применяются все три вида регулирования, так как это позволяет достигнуть высокой эффективности, безопасности и уменьшить вероятность ошибок.
Системы управления с обратной связью применяются там, где необходимо поддерживать определенное значение с высокой точностью. Они измеряют текущее значение и сравнивают его с желаемым, после чего идет сигнал на регулятор, который корректирует сигнал управления. Подобные системы имеют высокую устойчивость к параметрическим возмущениям, однако им необходим регулятор. Чаще всего, применяется пропорциональный-интегральный-дифференциальный регулятор, который благодаря правильной установке коэффициентов регулирования, способен быстро реагировать на отклонения и сохранять низкую ошибку регулирования. Регулятор может быть, как аналоговым устройством, так и цифровой реализацией в контроллере.
Для управления любыми процессами необходима автоматическая система управления или АСУ. АСУ представляет собой комплекс устройств и аппаратов, управляемых с помощью программных средств, в рамках определенного процесса. Системы управления делятся на два вида:
• аналоговые;
• цифровые.
Аналоговые системы управления применяются в простых и долгосрочных процессах, имеют низкую стоимость и обслуживание, так как построены на элементарных радиоэлементах. Такие системы могут занимать больше места, и создаются в основном, используя пайку. Имеют высокое быстродействие за счет отсутствия преобразователей сигналов, устойчивы к радиопомехам, а также не требуют операционной системы и программы управления.
Цифровые системы - современный подход к созданию АСУ. Развитие технологий и экономики позволили удешевить производство эффективных контроллеров, которые используются для управления процессами. Такие системы славятся своей гибкостью, возможностью изменения коэффициентов и параметров системы, а также точностью управления. Кроме того, цифровые системы АСУ можно объединять с помощью SCADA-систем.
Контроллер - это устройство, имеющее внутри цифровые и аналоговые преобразователи, процессор и устройство памяти, для осуществления управления устройствами с помощью сигналов различного уровня. Как правило, программирование ПЛК достаточно простое, так как оно основано на релейной логике и преобразовании сигналов одного уровня в другой. Кроме того, любой контроллер способен обрабатывать и проводить вычисления, которые могут быть использованы для реализации управления, а информацию, получаемую с контроллера можно записывать в базу данных.
Современные контроллеры активно применяются при автоматизации систем управления на производстве. Для них доступно множество различных элементов и оборудования, от датчиков до специальных экранов, для мониторинга и управления системой, а также расширители каналов, способные увеличить производительность ПЛК. Одно небольшое устройство может бесперебойно следить и управлять как небольшим участком производства, так и различными подсистемами, соблюдая при этом высокий уровень эффективности и надежности, однако для контроллера необходима программа, содержащая алгоритм управления. Написанием программ для контролеров занимаются специалисты области систем автоматического управления.
Целью данной работы является выбор и проектирование системы управления теплоснабжением частного домовладения.
Для достижения заданной цели необходимо выполнить ряд различных задач:
• осуществить анализ современных систем отопления;
• построить математическую модель тепловых процессов на основе выбранной системы отопления;
• построить дискретную модель для численного решения дифференциальных уравнений теплопроводности в частных производных;
• на основе дискретной модели провести компьютерное моделирование системы отопления;
• провести экспериментальное исследование для получения переходных параметров регулятора;
• по полученным результатам, разработать автоматическую систему
управления теплоснабжением, осуществить синтез для
регулятора;
• написать программу управления на выбранном контроллере;
• создать средство мониторинга и управления, а также визуализацию процесса отопления с помощью SCADA Trace Mode.

Купить