2 АВТОМАТИЗАЦИЯ
2.1 Цели и задачи автоматизации системы отопления от тепловой насосной установки
Под автоматизацией подразумевается комплекс организационно-технических мероприятий, способствующих уменьшению или полному исключению участия человека.
Целью теплонасосной установки является повышение эффективности работы системы отопления путем стабилизации теплового режима.
К тепло насосной установке предъявляются высокие требования по автоматизации режима ее работы, при чем оборудование для автоматизации должно выполнять следующие функции:
автоматизацию и контроль внутренних процессов теплонасосной установки (ТНУ)(IV);
обеспечение повышение надежности ТНУ (IV), ее отключение при превышении допустимых параметров и безопасный режим эксплуатации;
постоянный контроль над установкой и сигнализацию о параметрах режима.
Контрольно-измерительные приборы теплового насоса (ТН) управляют всеми процессами при эксплуатации ТНУ.
К задачам регулирования ТНУ относятся поддержание в заданных пределах температуры в подающей линии циркуляционного контура горячей и холодной воды, а в случае применения отопительных установок, регулируемых по наружной температуре, установление заданных параметров как функций температуры наружного воздуха. Одновременно стремятся к оптимальному энергетическому режиму работы. При этом постоянно регулируется температура в подающих линиях горячей и холодной воды, а производительность компрессора непрерывно приводится в соответствие требуемой мощностью.
2.2 Описание технологии системы отопления
Для пояснения способа работы данной установки на рисунке 1 приведена система отопления, состоящая из трех участков (I), (II), (III).
Вода из геотермального источника (VI) с помощью дренажного насоса (V) подается в тепловой насос (VI), где происходит повышение температуры теплоносителя до нужных параметров, откуда теплоноситель подается в систему отопления на участок (I). После того как теплоноситель пройдет через систему отопления, он возвращается в геотермальный источник.
Для эксплуатации теплонасосной установки в автоматическом режиме необходимы специальные устройства, управляющие ТНУ. Они влияют на взаимодействие отдельных элементов установки в соответствии с различными условиями эксплуатации и нагрузкой.
Режим работы теплового насоса. Теплота, отнятая у геотермальной воды в испарителе, подводится к горячей воде в конденсаторе в соответствии с производительностью компрессора. Кроме приводной энергии, в схеме ТНУ не происходит теплообмен с окружающей средой и, следовательно, теплота не поступает от источников и не отдается теплоприемникам. Тепловой насос используется полностью, конденсатор и испаритель включены только в соответствующий контур полезной циркуляции или аккумулирования. Теплонасосная установка эксплуатируется с максимальной, оптимальной или ограниченной производительностью, причем последний случай можно рассматривать, например, как способ предотвращения пиковых нагрузок потребителей электроэнергии. Горячая и холодная вода регулируется в соответствии с заданными параметрами.
Технологическая схема системы отопления показана на листе 6.
2.3 Предложение по модернизации системы автоматики
В настоящее время система отопления плохо автоматизирована, так как объект находится в стадии проектирования поэтому, предлагаю автоматизировать следующее:
Автоматическая подача определенного количества теплоносителя в систему отопления, установить систему контроля над температурой и влажностью внутри помещений, систему контроля с сигнализацией за давлением перед тепловым насосом и давлением в системе отопления, для того чтобы следить за системой отопления, систему контроля над уровнем воды в резервуаре.
2.4 Описание функциональной схемы автоматизации, показанной на чертеже
Главной целью автоматического управления теплонасосной установки является поддержание заданных параметров.
С точки зрения техники автоматического регулирования установка (ТН) характеризуется объектом регулирования и описывается переходной характеристикой объекта. В этом проявляется зависимость между выходными и входными параметрами.
Система 1
Данная система автоматического регулирования температуры воздуха в помещениях. Нагретая вода от ТНУ по трубопроводу (участок I) поступает в ванную комнату, температура в комнате нагревается, в случае если температура будет превышать допустимое значение, то установленная задвижка перед радиатором закроет доступ воды в радиатор, а вода по трубопроводу пойдет в следующую комнату. На позиции 1а установлен первичный прибор воспринимающий истинное значение (температура), в случае превышения температуры, регулятор позиционного действия 1б подает воздействие на электродвигатель 1в и прикрывает или закрывает задвижку, нормализуя температуру в комнате. В данной системе объектом регулирования будет участок системы отопления (II), а параметром регулирования является температура воздуха.
Система 2
На позиции 2а установлен измерительный преобразователь ТЕ, на позиции 2б – вторичный прибор, который регулирует температуру в случае ее несоответствия норме, показывает температуру на шкале и сигнализирует о превышении температуры допустимого значения.
Структура систем 3,4,5,6,7,8 аналогична предыдущей системе 2.
Система 9
На позиции 9а установлен первичный прибор ТЕ, который воспринимает истинное значение (температуру) и после преобразования передает сигнал на вторичный прибор 9б. Вторичный прибор 9б показывает температуру на шкале, регистрирует ее и сигнализирует о превышении температуры допустимого значения.
Система 10
Система 10 контролирует, показывает и регистрирует давление на участке трубопровода (III) в угловой комнате. Первичный прибор РЕ на позиции 10а воспринимает истинное значение (давление) и после преобразования передает сигнал на вторичный прибор 10б. Вторичный прибор 10б показывает давление на шкале, регистрирует его.
Система 11
Система 11 контролирует расход теплоносителя, показывает и регистрирует отклонения уровня за допустимые пределы. Первичный прибор FE на позиции 11а воспринимает истинное значение уровня, преобразует и передает сигнал на вторичный прибор 11б. В данной системе объектом контроля является участок системы отопления (I), а параметром контроля является расход жидкости.
Система 12
Система 12 регулирует давление на участке трубопровода (I) и сигнализирует об отклонении давления от нормы в трубопроводе (I). Первичный прибор 12а воспринимает истинное значение (давление), в случае отклонения давления от нормы, регулятор позиционного действия 12б подает воздействие на электродвигатель 12е через переключатель «Руч-Авт» 12г и пусковую аппаратуру 12в и нормализует давление в трубопроводе. В данной системе объектом регулирования будет участок системы отопления (I), а параметром регулирования является давление.
Система 13
Система 13 контролирует, показывает и регистрирует давление на участке трубопровода (II) в ванной комнате. Первичный прибор РЕ на позиции 13а воспринимает истинное значение (давление) и после преобразования передает сигнал на вторичный прибор 13б. Вторичный прибор 13б показывает давление на шкале и регистрирует его.
Система 14
В системе автоматического контроля уровня на позиции 14а установлен измерительный преобразователь LE,воспринимающий истинное значение (уровень) в резервуаре с геотермальной водой, на позиции 14б – вторичный прибор, показывающий уровень (I) на шкале и сигнализирующий (А) об отклонении уровня от допустимого значения одновременно включающий звуковой сигнал (сирена), в случае превышения уровня. В данной системе объектом контроля является резервуар с геотермальной водой, а параметром контроля является уровень воды.
Система 15
Система 15 контролирует температуру подшипников теплового насоса. Первичный прибор 15а воспринимает истинное значение температуры подшипников теплового насоса, и после преобразования передает сигнал на вторичный прибор 15б. Вторичный прибор 15б показывает температуру на шкале, регистрирует ее и сигнализирует о превышении температуры допустимого значения.
Система 16
Система 16 контролирует влажность в ванной комнате. На позиции 16а установлен первичный прибор воспринимающий истинное значение (влажность). После преобразования первичный прибор 16а передает сигнал на вторичный прибор 16б. Вторичный прибор 16б показывает влажность на шкале и регистрирует ее. В данной системе объектом контроля является комната, а параметром контроля является влажность.
Структура систем 17,18,19 аналогична 16 системе.
Система 20
Система 20 контролирует, показывает и регистрирует давление на участке трубопровода (III) в угловой комнате. Первичный прибор РЕ на позиции 20а воспринимает истинное значение (давление) и после преобразования передает сигнал на вторичный прибор 20б. Вторичный прибор 20б показывает давление на шкале и регистрирует его.
Система 21
Оператор, наблюдая за температурой воздуха в помещениях, на (I) участке системы отопления воздействует на включатель 21а, который свою очередь включает коммутирующее устройство 21б. Коммутирующее устройство 20б включает исполнительный механизм 21в, тем самым, открывая или закрывая проходное сечение в регулирующем органе 21г, в зависимости от необходимости повышения или понижения температуры и подавая или прикрывая поток теплоносителя на (I) участке системы отопления, до тех пор, пока температура в помещениях не будет соответствовать норме. В данной системе объектом регулирования будет участок трубопровода (I) системы отопления, а параметром регулирования – температура воздуха в помещениях.
Пояснение структурных функциональных блоков и введенных обозначений:
первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 1а – номер позиции.
--- вторичный прибор, реле температуры показывающее измеряемую температуру: Т – параметр измерения; С – регулятор; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 1б – номер позиции.
первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 2а – номер позиции.
--- вторичный прибор, реле температуры показывающее измеряемую температуру: Т – параметр измерения; С – регулятор; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 2б – номер позиции.
первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 3а – номер позиции.
--- вторичный прибор, реле температуры показывающее измеряемую температуру: Т – параметр измерения; С – регулятор; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 3б – номер позиции.
первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 4а – номер позиции.
--- вторичный прибор, реле температуры показывающее измеряемую температуру: Т – параметр измерения; С – регулятор; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 4б – номер позиции.
первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 5а – номер позиции.
--- вторичный прибор, реле температуры показывающее измеряемую температуру: Т – параметр измерения; С – регулятор; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 5б – номер позиции.
первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 6а – номер позиции.
- вторичный прибор, реле температуры показывающее измеряемую температуру: Т – параметр измерения; С – регулятор; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 6б – номер позиции.
первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 7а – номер позиции.
--- вторичный прибор, реле температуры показывающее измеряемую температуру: Т – параметр измерения; С – регулятор; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 7б – номер позиции.
- первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 8а – номер позиции.
- вторичный прибор, реле температуры показывающее измеряемую температуру: Т – параметр измерения; С – регулятор; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 8б – номер позиции.
первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 9а – номер позиции.
--- вторичный прибор, реле температуры показывающее измеряемую температуру: Т – параметр измерения; С – регулятор; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 9б – номер позиции.
- первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения давления: Р – давление, Е – первичный прибор, 10а - номер позиции.
- прибор для измерения давления регистрирующий,
установленный на щите (например самопишущий манометр показывающий): Р – параметр измерения (давление), I – показание, R – регистрация, 10б – номер позиции.
- первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения расхода, установленный по месту: F – расход, Е – первичный прибор, 11а - номер позиции.
- прибор для измерения расхода регистрирующий,
установленный на щите (например самопишущий манометр показывающий): Р – параметр измерения (давление), I – показание, R – регистрация, 11б – номер позиции.
- первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения давления: Р – давление, Е – первичный прибор, 10а - номер позиции.
- прибор для регулирования давления (задвижка), установленный на щите: Р – параметр измерения (давление), С – регулятор, R – регистрация, 10б – номер позиции.
- переключатель (выбора управления ручное-автоматическое), установленный на щит, для переключения цепей управления: Н – ручное воздействие, S – включение, выключение.
- пусковая аппаратура (магнитный пускатель): N - получение воздействие не от руки; S - включение, выключение; 2в – номер позиции.
- исполнительный механизм, типа электродвигатель. 12е - номер позиции.
- первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения давления: Р – давление, Е – первичный прибор, 13а - номер позиции.
- прибор для измерения давления регистрирующий,
установленный на щите (например самопишущий манометр показывающий): Р – параметр измерения (давление), I – показание, R – регистрация, 13б – номер позиции.
- первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения уровня (например поплавок с реостатом): L – уровень, Е – первичный прибор, 14а - номер позиции.
- - прибор для измерения уровня показывающий, с контактным устройством, установленный на щите (например: манометр с сигнальным устройством): L – параметр измерения (уровень), I – показание, А –сигнализация, 14б - номер позиции.
первичный измерительный преобразователь (датчик) для измерения температуры, оптического типа, установленный по месту: Т - концентрация, Е - первичный прибор, 1а – номер позиции.
- вторичный прибор, показывающий измеряемую температуру и регистрирующий: Т – параметр измерения; R – регистрация; I – показание результатов на отсчетном устройстве; А – сигнализация, 15б – номер позиции.
- первичный прибор (датчик) для измерения влажности: М – влажность; Е – первичный прибор; 16а - номер позиции.
- вторичный прибор, показывающий и регистрирующий измеряемую температуру: М – параметр измерения; I – показание; R – регистрация; 16б – номер позиции.
- первичный прибор (датчик) для измерения влажности: М – влажность; Е – первичный прибор; 17а - номер позиции.
- вторичный прибор, показывающий и регистрирующий измеряемую температуру: М – параметр измерения; I – показание; R – регистрация; 17б – номер позиции.
- первичный прибор (датчик) для измерения влажности: М – влажность; Е – первичный прибор; 18а - номер позиции.
- вторичный прибор, показывающий и регистрирующий измеряемую температуру: М – параметр измерения; I – показание; R – регистрация; 18б – номер позиции.
- первичный прибор (датчик) для измерения влажности: М – влажность; Е – первичный прибор; 19а - номер позиции.
- вторичный прибор, показывающий и регистрирующий измеряемую температуру: М – параметр измерения; I – показание; R – регистрация; 19б – номер позиции.
- первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения давления: Р – давление, Е – первичный прибор, 20а - номер позиции.
- прибор для измерения давления регистрирующий,
установленный на щите (например самопишущий манометр показывающий): Р – параметр измерения (давление), I – показание, R – регистрация, 20б – номер позиции.
- исполнительный механизм, типа электродвигатель. 21в - номер позиции.
NS - пусковая аппаратура для ручного управления: Н – ручное воздействие, S – включение, выключение, 21б - номер позиции.
Функциональная схема системы отопления показана на листе чертежей 6.
2.5 Выводы об улучшении технико-экономических показателей за счет принятых решений по автоматизации
Экономическая эффективность автоматизации будет достигнута за счет сокращения эксплуатационного персонала путем замены дежурного и подсобного персонала автоматическими устройствами. Значительная часть операций, выполняемых вручную персоналом, обслуживающим сооружение, при внедрении автоматики выполняется без участия человека.
Применение устройств автоматики повысит производительность оборудования и его надежность, уменьшение количества неполадок, исключит постоянное нахождение обслуживающего персонала в неблагоприятных санитарных условиях. Снизятся эксплуатационные расходы и потребление электроэнергии. Благодаря лучшей защите агрегатов снизятся затраты на текущий ремонт при внедрении автоматики, сократится износ оборудования и увеличится срок его службы, сократится число аварий оборудования и размер аварийных убытков. Соответственно, от внедрения автоматизации вырастет экономическая целесообразность проводимых мероприятий на ТНУ.
