Савченко Александр Вильямович

Факультет компьютерных информационных технологий и автоматики

Кафедра автоматики и телекоммуникации

Специальность «Системы управления и автоматизации»

Исследование и разработка системы автоматического управления отопления загородного дома

Научный руководитель: доц, к. т. н. Чернышев Николай Николаевич

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Система умный дом – это автоматизированная система управления, предназначенная для контроля и управления инженерными системами дома, к которым относятся электроснабжение, отопление, вентиляция и кондиционирование, освещение, системы безопасности и видеонаблюдения, мультимедиа и др.[2, 3]

Все устройства системы умный дом – панели оператора, пульты дистанционного управления, компьютеры, планшеты и мобильные телефоны – объединяются в информационную сеть для обмена данными между узлами системы. Принципиальным моментом является удаленный контроль и управление системой умный дом посредством Интернета.[4, 5, 6]

Всего несколько лет назад система умный дом считалась признаком состоятельности владельца жилого объекта ввиду высокой стоимости как самого оборудования, так и программного обеспечения. Все изменилось с развитием технологий автоматизации, каналов связи, а также мобильных устройств.

Системы умный дом с одной стороны с каждым годом становятся все более доступными и с другой – устанавливают новые критерии комфортной жизнедеятельности. Владельцы квартир и загородных домов теперь оценивают не только функциональность и удобство данных систем, но и их экономичность, практичность и надежность. Поэтому современные системы умный дом проектируются так, чтобы их в первую очередь отличала эргономичность, удобство и проста эксплуатации.[7]

1. Анализ объекта автоматизации

1.1. Функциональная схема объекта

Системы жизнеобеспечения (СЖО) в зданиях – это группа инженерно-технологических систем и сетей, которые позволяют любому человеку существовать в благоприятных условиях и решают задачи, нацеленные на поддержку приемлемого уровня жизнедеятельности. В обычных условиях повседневной деятельности человек находится в замкнутом пространстве почти круглосуточно. Поэтому в помещениях должна быть создана приемлемая среда для достижения нормального уровня существования жильцов и работы трудящихся. Данные условия целесообразно поддерживать на протяжении всего цикла пребывания людей внутри здания, предоставляя требуемые ресурсы, потребляемые человеком, и удаляя остатки и отходы жизнедеятельности.

СЖО в любом здании представлены набором из составляющих их инженерных систем и сетей. В зависимости от типа помещений определяются и средства жизнеобеспечения человека для них. Но для любых внутренних мест, которые посещаются людьми, могут быть выделены следующие классы СЖО:

• типовые (основные, классические);

Главное предназначение систем в составе СЖО – это обеспечение в здании сменных режимов, являющихся пригодными в жизнедеятельности жильцов, как правило, для отдыха и для работающих сотрудников, в основном для труда. Человеческий организм не может функционировать без таких ресурсов, как воздух, вода, свет, тепло, то необходимые инженерные подсистемы и сети должны обеспечивать соответствующие условия жизнедеятельности внутри помещений, которые требуется снабжать электроэнергией, осуществлять воздухообмен, контролировать наличие воды и выполнять другие задачи в круглосуточном режиме.[2, 3, 6, 7]

На рис. 1.1 представлена функциональная схема системы автоматического регулирования отопления.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема системы автоматического регулирования отопления.

1.2. Состав и принцип работы системы

В результате анализа технологий, на базе которых реализована система управления умный дом можно выделить:

Управление через Internet.

Для управления и настройки дома из офиса, машины и т.д. программа системы Умный Дом позволяет с помощью электронной почты передавать необходимые команды. Для этого основная программа разделяется на два независимых модуля, один из которых находится в доме и ждет команд. Другой же находится на рабочем компьютере пользователя.

Для удобства управления бытовыми устройствами в доме, был создан пульт дистанционного управления, позволяющий совмещать в себе управление телевизором, видеомагнитофоном, музыкальным центром, спутниковым ресивером. Он так же позволяет включать и отключать: осветительные приборы, управляемые электрические розетки, различные сценарии освещения. При помощи комбинаций нескольких кнопок – открыть ворота, поставить дом на охрану и совершить много других различных действий.

Управление с компьютера.

Дружественная для пользователя программа, работающая в среде операционной системы Windows, позволяет включать и выключать определённые режимы системы Умный Дом , а также производить настройки её работы, читать и выводить на печать протокол сообщений.

Важным элементом системы является центральный блок управления. Компьютер обеспечивает универсальность, гибкость, расширяемость, простоту в использовании. С помощью компьютера можно решать огромное количество совершенно различных задач в рамках одной системы.

Управление с планшета.

Большинство систем Умного Дома работают в автоматическом режиме и не требуют какого-либо вмешательства человека. Однако всегда присутствует информация, которую нужно сообщить пользователю или которая ему была бы в принципе полезна: температура на улице, прогноз погоды, изображение с камер наблюдения, отчеты о работе автоматических алгоритмов и так далее. Кроме того, в ряде случаев необходимо иметь возможность также дистанционно управлять некоторыми элементами, например, светом, бытовыми приборами, вносить изменения в работу климатических и охранных модулей.

Рисунок 1.2 – План управления с помощью планшета.

Таким образом, схематически Умный Дом состоит как бы из трех основных элементов: центральный процессор, управляемые им исполнительные механизмы и интерфейсные устройства, с помощью которых можно общаться с центральным процессором.

Центральный процессор – это сервер. В качестве сервера можно использовать все, что угодно, от суперкомпьютера с гелиевым охлаждением до роутера и микроконтроллера.

Управление с промышленного логического контроллера (ПЛК).

Как и любая автоматизированная система, система умный дом построена по трехуровневому принципу: нижний уровень (датчики температуры, силовые контакторы и реле), на среднем уровне используются программируемый логический контроллер, модули ввода-вывода, GSM-модем. Верхний уровень (HMI, SCADA) включает в себя панель оператора и серверный компьютер, на котором реализован web-интерфейс.

Важным этапом в разработке системы управления умный дом является анализ систем жизнеобеспечения здания как объекта управления, т.е. выявление всех существенных входных, выходных и возмущающих переменных.

2. Синтез системы автоматического управления

2.1. Выбор типа и разработка структурной схемы САУ

В разрабатываемой САУ будет использоваться принцип управления с обратной связью. Схема управления с обратной связью получила наибольшее распространение на практике. Система управления отслеживает наблюдаемые параметры (переменные) и на их основе создает алгоритм управления.[5]

Рисунок 2.1 – Структурная схема управления по отклонению.

Контроль и информация о действительных значениях показателей процесса отопления осуществляются с помощью обратных связей.

Отклонение регулируемой величины e (t) представляет собой разность между действительным измеряемым её значением и заданным значением. Под управляющим устройством понимается техническое устройство, с помощью которого осуществляется автоматическое управление объектом управления.

Регулируемая величина y (t) определяется задающим воздействием r (t) на входе системы, т.е. воздействием, вводимым в систему и определяющим необходимый закон изменения регулируемой величины. На вход системы в элемент сравнения кроме задающего воздействия подается по цепи обратной связи фактическое значение регулируемой величины. На выходе элемента сравнения, т.е. на входе управляющего устройства, появляется отклонение или управляющее воздействие которое обеспечивает изменение регулируемой величины по заданному закону.

В системах управления обратная связь можно определить как информационную связь, с помощью которой в управляющую часть поступает информация о следствиях управления объектом, то есть информация о новом состоянии объекта, который возник под влиянием управляющих действий.

На рис. 2.2 представлена структурная схема САУ тепловой модели дома.

Рисунок 2.2 – Структурная схема САУ тепловой модели дома.

Температура в комнате измеряется датчиком температурой, полученное значение сравнивается с установленным пользователем. Сигнал рассогласования поступает на регулятор температуры, который управляет к нагревательным элементов. Тепловой поток от нагревательного элемента подается в систему отопления дома, что приводит к повышению (уменьшению) температуры в комнатах дома.

2.2. Синтез и моделирование САУ

Поскольку система отопления построена таким образом, что нагревательный элемент может работать только в двух режимах:

• режим включен, т.е. максимальная мощность;

• режим выключен, т.е. минимальная (нулевая) мощность.

В качестве закона регулирования температуры воздуха в помещении выберем двухпозиционный регулятор. Он обеспечивает хорошее качество регулирования для инерционных объектов с малым запаздыванием, не требуют настройки и просты в эксплуатации.

Структурная схема двухпозиционной системы регулирования приведена на рис. 2.3

Рисунок 2.3 – Структурная схема двухпозиционной системы регулирования.

На рис. 2.4 введены обозначения: АР – двухпозиционный регулятор; ОУ – объект управления; SP – заданное значение регулируемой величины Е – рассогласование регулятора; PV=X – регулируемая величина; У – управляющее воздействие; Z – возмущающее воздействие.

Для предотвращения дребезга управляющего выходного устройства и нагревательного элемента вблизи задания SP (слишком частого включения нагревателя), предусматривается гистерезис Н.

Рисунок 2.4 – Статическая характеристика двухпозиционной системы регулирования.

Описание работы двухпозиционной системы регулирования температуры в помещении с помощью нагревателя, может быть представлено следующим образом:

• нагреватель включен, пока температура в помещении (X=PV) не достигнет значения заданной точки SP+Н, выход регулятора Y (нагреватель) отключается, если регулируемая величина (температура) выше заданной точки SP+Н;

• повторное включение нагревателя происходит после уменьшения температуры до значения SP-H, т.е. с учетом гистерезиса H переключательного элемента.

На основании полученных математических соотношений построим схему системы автоматического управления температурой в загородном доме в Matlab&Simulink.[1]

Рисунок 2.5 – Структурная схема системы автоматического управления в Matlab&Simulink.

Исследуем поведение системы при отработке сигнала задания и возмущения. Заданное значение температуры, которая должна поддерживаться в помещении – 25 градусов Цельсия по умолчанию.

Температуру окружающей среды моделируем как среднюю температуру воздуха на улице и суточные колебания температуры наружной среды.

После запуска процесса моделирования происходит их визуализации в блоке Графики .

На графике 2.7 и 2.8 показаны переходные процессы изменения температуры стен, окон и крыши дома, а так же тепловые потери через них в течении двух суток. Анализ графиков позволяет сделать вывод, что наибольшие тепловые потери в доме происходят через потолок и стены. Следовательно, чтобы уменьшить оплату за отопление нужно предпринять меры по утеплению этих конструктивных элементов дома.

На графике 2.9 представлено изменение температуры окружающей среды, влияющее на помещение.

Регулятор настроем таким образом, что если температура в помещении падает до 23 градусов, то включается нагреватель и повышает температуру до 27 градусов. После чего нагревательный элемент отключается.

Температура наружного изменяется по синусоидальному закону, в то время как температура в помещении поддерживается в пределах ±2 градуса по Цельсию относительно заданного значения. На графике 2.10 можно проследить, как изменяются энергетические затраты на отопление. Они увеличиваются, когда система отопления начинает нагревать помещение.

Анимация – Результаты моделирования САУ.(5 кадров, 120 килобайт)

Выводы

Выяснено, что к категории типовых подсистем в составе СЖО обычно относят инженерные системы, имеющиеся в каждом здании независимо от его классификации: вентиляция, электроснабжение, отопление, водоснабжение, освещение, газоснабжение, система видеонаблюдения и охранно-пожарная сигнализация.

Анализ существующих технологий построения систем типа умный дом показал, что перспективным является реализация систем управления жизнеобеспечением зданий не только на базе контроллером, но с дополнением их персональным компьютером или планшетом. Потому что умный дом может управлять не только коммуникацией, климатом и оборудованием, но и средой для обмена и трансформацией данных, медиа-сервером, контент-сервером и при наличии Web-интерфейса система на базе компьютера является перспективным и интересным решением.

Выделены основные переменные оказывающие влияние на поддержание параметров систем жизнеобеспечения здания.

В разделе разработана структурная схема САУ температурных режимов в помещении. Разработана математическая модель объекта управления и всей САУ. Имитационная модель системы собрана в приложении Simscape пакета Matlab&Simulink.

В качестве закона регулирования выбран релейный регулятор. Проанализировав полученные графики можно сделать вывод, что разработанная система является устойчивой и показатели качества переходных процессов удовлетворяют требованиям заказчика.

Автоматизация систем отопления и микроклимата

Отопление: Искусственное нагревание помещения в холодный период года для компенсации тепловых потерь и поддержания нормируемой температуры со средней необеспеченностью 50 ч/год. Под системами внутреннего теплоснабжения здания следует понимать системы теплоснабжения отопления, водонагревателей, системы горячего водоснабжения, воздухонагревателей приточных установок, кондиционеров, воздушно-отопительных агрегатов, воздушно-тепловых завес и др. (СП 60.13330.2012).

Основной задачей системы отопления является создание комфортных условий для посетителей здания. Целями автоматизации систем отопления является:

• Эффективное и экономичное использование источников тепла;
• Облегчение управления системой для службы эксплуатации здания или владельца частного дома;
• Прогнозирование технического обслуживания оборудования;
• Распределение и балансировка нагрузки на тепловую сеть здания;
• Предотвращение выхода из строя оборудования;
• Уменьшение влияния «человеческого фактора»;
• Снижение стоимости коммунальных услуг.

Совокупность систем автоматизация систем отопления вентиляции и кондиционирования формируют систему автоматического управления микроклиматом в здании.

Виды систем отопления

Системы отопления классифицируются по следующим признакам.

По виду теплообмена между обогревателем и окружающей средой:

Конвективное отопление. В этом случае передача тепловой энергии происходит вместе с перемещением объемов горячего и холодного воздуха: тёплый воздушный поток устремляется вверх, холодный – опускается вниз. Из механизма передачи тепла, конвективное отопление невозможно через любые непроницаемые преграды, в т.ч. прозрачные.

Лучистое отопление. Это вид отопления, при котором тепло передается излучением. От Солнца – к Земле или от нагретой поверхности к наблюдателю.

Конвективно-лучистое отопление. Смешанный механизм. Большинство отопительных приборов (радиаторы, конвекторы, теплые полы и стены) передают тепло именно этим способом, оптимальным считается вариант, когда имеет место примерно равное (50/50) соотношение конвективного и лучистого тепла.

По виду теплоносителя:

Водяное отопление. На сегодняшний день самый распространённый вид отопления, который бывает следующих видов:

• Радиаторное отопление, при котором могут использоваться следующие типы радиаторов: чугунные, стальные, алюминиевые, биметаллические, каменные, керамические, а также конвекторы.
• Тёплый водяной пол. В этом случае отопительные коммуникации проложены под покрытием пола.
• Плинтусное отопление. В этом случае каждая секция теплого плинтуса представляет собой небольшой конвектор с кожухом, а монтаж ведётся, как монтаж обычного радиатора.
  
• Водяное инфракрасное отопление («тёплый потолок»). При монтаже такой системы на потолке крепится большая инфракрасная панель, являющаяся источником тепла.
  
• Комбинированные системы: включают в себя элементы вышеприведенных систем отопления.

Воздушное отопление. К воздушным относят системы, в которых теплоносителем выступает нагретый воздух. В приточной вентиляции такие системы бывают локальными и распределёнными.

В локальных системах нагревание и подача воздуха производится непосредственно в отапливаемом помещении при помощи отопительных и отопительно-вентиляционных приборов.

В распределённых системах воздух нагревается в воздухонагревательной установке и по каналам подается в помещения.

Кроме того, бывает огневоздушное отопление, при котором тепло поступает от печей и каминов. При таком виде отопления теплоноситель либо практически отсутствует, либо им являются горячие дымовые газы.

Системы отопления без теплоносителя.

• Электрические системы отопления. В таких системах электрическая энергия, преобразовываясь в тепловую, нагревает помещение, а не теплоноситель, например, электро-камины, ИК-электрические панели, электрические радиаторы или полы.
• Газовые системы. В таких системах тепло вырабатывается при сгорании газо-воздушной смеси. В качестве примера можно привести газовые камины.
  картинка галового подогрева

Элементы систем отопления

Какие элементы могут быть использованы (и автоматизированы).

Котлы. Основной элемент любой системы, так как именно здесь происходит процесс сгорания топлива, после чего тепло, выделяющееся при этом, передается теплоносителю (воде или антифризу).

По типу энергоносителя котлы бывают:

• газовые;
• электрические;
• жидкотопливные;
• твёрдотопливные;
• комбинированные;
• альтернативные, например, солнечные коллекторы.

По количеству контуров циркуляции теплоносителя котлы бывают:

• Одноконтурные – предназначены только для отопления;
• Многоконтурные – используются так же для подогрева воды или включения системы теплых полов.

Горелки. Устанавливаются на газовых котлах и бывают вентиляторными (с нагнетателем) и атмосферными. Вентиляторные горелки более шумные, но могут работать при любом давлении поступающего газа.

Температурный график отопления. В многоквартирных домах, общественных и промышленных зданиях, котлы и горелки заменяет ТЭЦ или ТЭС. Со станции, по системам теплотрасс, нагретый пар поступает в ЦТП района, а от него, в свою очередь в ИТП здания. От нагретого, в соответствии с температурным графиком, теплоносителя, через теплообменники ИТП, в контуры отопления, вентиляции и ГВС передается тепло. На выходе их теплообменников, температура теплоносителя, возвращающегося в сеть, должна соответствовать температурному графику.

Температура наружного воздуха Тнв, о С	Температура сетевой воды в подающем трубопроводе Т1, о С			Температура воды в подающем трубопроводе системы отопления Т3, о С		Температура воды после системы отопления Т2, о С
	150	130	115	105	95
8	53,2	50,2	46,4	43,4	41,2	35,8
7	55,7	52,3	48,2	45,0	42,7	36,8
6	58,1	54,4	50,0	46,6	44,1	37,7
5	60,5	56,5	51,8	48,2	45,5	38,7
4	62,9	58,5	53,5	49,8	46,9	39,6
3	65,3	60,5	55,3	51,4	48,3	40,6
2	67,7	62,6	57,0	52,9	49,7	41,5
1	70,0	64,5	58,8	54,5	51,0	42,4
0	72,4	66,5	60,5	56,0	52,4	43,3
-1	74,7	68,5	62,2	57,5	53,7	44,2
-2	77,0	70,4	63,8	59,0	55,0	45,0
-3	79,3	72,4	65,5	60,5	56,3	45,9
-4	81,6	74,3	67,2	62,0	57,6	46,7
-5	83,9	76,2	68,8	63,5	58,9	47,6
-6	86,2	78,1	70,4	65,0	60,2	48,4
-7	88,5	80,0	72,1	66,4	61,5	49,2
-8	90,8	81,9	73,7	67,9	62,8	50,1
-9	93,0	83,8	75,3	69,3	64,0	50,9
-10	95,3	85,6	76,9	70,8	65,3	51,7
-11	97,6	87,5	78,5	72,2	66,6	52,5
-12	99,8	89,3	80,1	73,6	67,8	53,3
-13	102,0	91,2	81,7	75,0	69,0	54,0
-14	104,3	93,0	83,3	76,4	70,3	54,8
-15	106,5	94,8	84,8	77,9	71,5	55,6
-16	108,7	96,6	86,4	79,3	72,7	56,3
-17	110,9	98,4	87,9	80,7	73,9	57,1
-18	113,1	100,2	89,5	82,0	75,1	57,9
-19	115,3	102,0	91,0	83,4	76,3	58,6
-20	117,5	103,8	92,6	84,8	77,5	59,4
-21	119,7	105,6	94,1	86,2	78,7	60,1
-22	121,9	107,4	95,6	87,6	79,9	60,8
-23	124,1	109,2	97,1	88,9	81,1	61,6
-24	126,3	110,9	98,6	90,3	82,3	62,3
-25	128,5	112,7	100,2	91,6	83,5	63,0
-26	130,6	114,4	101,7	93,0	84,6	63,7
-27	132,8	116,2	103,2	94,3	85,8	64,4
-28	135,0	117,9	104,7	95,7	87,0	65,1
-29	137,1	119,7	106,1	97,0	88,1	65,8
-30	139,3	121,4	107,6	98,4	89,3	66,5
-31	141,4	123,1	109,1	99,7	90,4	67,2
-32	143,6	124,9	110,6	101,0	94,6	67,9
-33	145,7	126,6	112,1	102,4	92,7	68,6
-34	147,9	128,3	113,5	103,7	93,9	69,3
-35	150,0	130,0	115,0	105,0	95,0	70,0

Воздушные клапаны. Служат для выведения из системы воздуха. Такие клапаны есть в радиаторах отопления и в стояках. Многие знакомы с ручным клапаном маевского.

Расширительные бачки. При повышении температуры внутреннее гидравлическое давление в замкнутой системе, заполненной водой, увеличивается, и чтобы не произошло аварии, излишки воды поступают в расширительный бачок. Если в системе отсутствует котел, то не потребуется и расширительный бачок.

Циркуляционные насосы. Используются для движения теплоносителя в системе с принудительной циркуляцией.

Система трубопроводов. Используются для перемещения по ним теплоносителя, бывают стальные, медные и полимерные.

Радиаторы, теплые полы. Конечные нагревательные приборы. Используются для обогрева помещения, бывают стальные, чугунные, алюминиевые и биметаллические.

Датчики температуры и давления, измерители расхода, регуляторы частоты вращения и терморегуляторы. Все эти средства применяются для контроля параметров системы, исключения аварий, управления системой, ручного или автоматического.

Что и как автоматизировать? Основные принципы

В зависимости от типа системы нагревания теплоносителя, управление будут отличаться и управляемые системой автоматики параметры.

В общем случае, оператор задает желаемую температуру в помещении, через пульт управления или через ПК, через пульт в отдельном помещении и т.п.

Система автоматизации отопления система на основе данных о температуре воздуха в здании, температуры наружного воздуха, времени суток, наличия в помещении людей выбирает режим работы и передает управляющие сигналы на исполнительные устройства, которые могут отличаться:

А) Для управления электрической системой отопления применяются приборы, управляющие мощностью электрического тока: биметаллические термостаты, работающие по принципу «вкл/выкл», или тиристорные регуляторы напряжения, с помощью которых при уменьшении напряжения уменьшается и потребляемую мощность прибора. В качестве примера, можно вспомнить электрический конвектор, пользователь задает необходимую температуру, а терморегулятор поддерживает температуру включая и отключая подачу электроэнергии к прибору.

Б) Для управления системой отопления с контуром теплоносителя применяются приборы, регулирующие температуру и расход теплоносителя. При этом регулировка температуры теплоносителя возможна только в автономных системах с котлами и нагревателями, например, в частных домах, для систем централизованного отопления температура входящего и исходящего потоков теплоносителя заданы графиками:

• от крупных ТЭЦ: 150/70°С, 130/70°С или 105/70°С;
• от котельных и небольших ТЭЦ: 105/70°С или 95/70°С.

Основные узлы системы автоматизации отопления

• датчики температуры (для помещения, уличные, теплоносителя) и давления, с помощью которых обеспечивается постоянное поступление информации о состоянии отопительной системы;
• терморегуляторы (задатчики, термостаты), осуществляющие регулировку подачи теплоносителя;
• приводы исполнительные устройства (клапанов, насосов циркуляционных и подпитки, частотные регуляторы) выполняют функцию регулирующих и предохранительных механизмов, обеспечивающих надёжную и безаварийную работу системы.
• щиты автоматизации (контроллеры, модули расширения), осуществляющие управление отопительной системой

Датчики

Датчики предназначены для контроля давления и температуры в помещении, на улице и теплоносителя в трубопроводах системы отопления.

Датчики температуры бывают:

Погружными. Предназначены для снятия показаний о нагреве воды в трубах. Их монтаж выполняется на определенных участках системы. Данные датчики бывают биметаллическими и спиртовыми

Дистанционными. Данный тип датчиков устанавливается вне системы отопления. В последнее время популярностью пользуются беспроводные модели, которые передают информацию с помощью вспомогательной электроники, что даёт возможность установить их практически в любом месте – отдельном помещении или на улице.

Датчики давления бывают механическими — реле давления (механическое измерение перепада давлений и электрическое преобразование) и аналоговыми датчики давления (преобразование давления сразу в электрический сигнал, например, с помощью пьезо-элементов).

Терморегуляторы

Терморегуляторы являются элементом управления системы и бывают механическими и электронными.

Механические терморегуляторы состоят из термической головки (чувствительного элемента) и клапана. Рабочее тело чувствительно элемента – жидкость, газ или упругий элемент, изменяющий свою форму в зависимости от температуры. При изменении температуры воздуха в обогреваемом помещении происходит изменение объема рабочего тела. Чувствительный элемент реагирует на это и перемещает шток клапана регулятора. Таким образом изменяется проходное сечение в канале.

Электронные терморегуляторы (ЭТ) . Это автоматический прибор, состоящий из нескольких устройств, которые обеспечивают поддержание заданной температуры в тепловых установках. В системе отопления они автоматически управляют режимами работы оборудования и исполнительных механизмов (котлы, смесители, насосы, клапаны и др.), при результатом их работы будет создание в помещении температурного режима, заданного пользователем.

Цифровые терморегуляторы бывают с «открытой» и с «закрытой логикой». Закрытая логика подразумевает под собой жесткие алгоритмы управления и определенный набор внешний устройств, подключаемых к системе (датчиков, приводов). Изменять можно только ограниченные параметры, программировать алгоритмы управления пользователь не может.

В больших системах применяют терморегуляторы с открытой логикой – это свободно программируемые контроллеры, имеющие большой диапазон настроек и функций. Их можно включить в централизованную систему управления зданием. Монтируются в щиты автоматизации. Установки и настройка таких терморегуляторов требует определенной квалификации.

Приводы исполнительных устройства

Приводы клапанов бывают пороговые (двух-трех позиционными) и аналоговые, с возможностью плавного регулирования.

Самым известным и распространенным способом регулирования в насосной системе является регулирование заслонкой, когда двигатель работает на полных оборотах, а регулирование давления в системе осуществляется с помощью запорной арматуры (задвижек, вентилей, отводов, шаровых кранов и т.д.). Работа насоса обеспечивается постоянной подачей энергии на него от электродвигателя, а управление им – устройством регулирования давления.

Более экономичный способ управления расходом теплоносителя — применение частотных преобразователей для регулирования частоты вращения двигателей насосов системы отопления.

При этом способе регулирования достигается до 50% экономии потребления энергии, а если учесть, что в течение срока службы двигатель расходует электроэнергии на сумму, намного превосходящую его стоимость, то это показатель оказывается чрезвычайно актуальным. Например, работающий в течение года по 8 часов в день двигатель мощностью 11 кВт израсходует электроэнергии на сумму около 145 тыс. руб. (при тарифе 4.5 руб./кВтч).

Щиты автоматизации

Щиты автоматизации отопления служат для управления отопительной системой. С их помощью управляют циркуляционными насосами, регулирующими клапанами с импульсным либо аналоговым управлением, задвижками и соленоидными клапанами подпитки.

Щит автоматики могут комплектоваться датчиками температуры, давления и перепада давлений, либо производитель указывает перечень совместимого оборудования.

Реализуемые в щитах автоматизации функции:

• Регулирование температуры подающего и обратного теплоносителя для систем отопления;
• Поддержание заданного значения выбранного параметра, регулирование параметра по сетевому графику;
• Включение режимов энергосбережения, в ночное время, в праздничные и выходные дни, управление циркуляционными насосами, понижение температуры горячей воды в циркуляционном контуре;
• Защита от прикипания клапана (периодический прогон);
• Управление работой основного и резервного насосов с организацией их попеременной работы, АВР и защитой от «сухого хода»;
• Автоматический перезапуск насосов в случае сбоя по электропитанию;
• Другие функции.

При подключении датчиков к щиту автоматизации отопления учитывают тип сигнала, передаваемого преобразователем — аналоговый, дискретный или пороговый – открыт/закрыт. Модули расширения, управляющие приводами устройств, выбирают исходя из тех же принципов, учитываю тип управляющего сигнала и протокол управления.

Проектирование системы автоматизации отопления

Оборудование и алгоритмы проекта автоматизации систем отопления выполняется по технологии разработчиков системы отопления. Типовой состав проекта может быть следующим:

• Общие данные;
• Структурные схемы, при необходимости;
• Задание на программирование системы;
• Функциональные схемы автоматизации для каждой из подсистем – по ним будут собираться щиты автоматизации;
  
• Схемы связи контроллеров системы автоматизации;
• Схемы соединений со смежными системами автоматизации;
• Схемы внешних соединений для щитов автоматизации (фактически это таблица соединений);
• Принципиальные электрические схемы щитов автоматизации, двигателей насосов, управления клапанами;
• Принципиальные схемы питания щитов автоматизации;
• План расположения оборудования и проводок систем автоматизации;
• Кабельные журналы;
• Монтажные схемы;
• Спецификация оборудования и проводок.

Режимы работы системы. Работа в системе автоматизации и диспетчеризации здания

Системы управления отоплением могут работать в следующих режимах.

Ручной режим. В этом случае выставление режимов работы, переключение оборудования с основного на резервное и множество других функций осуществляется оператором вручную, при этом не важно, нажимает он кнопки на щите автоматизации или на ПК, это ручной режим.

Автоматический автономный режим. В этом случае включение и выключение системы осуществляет оператор, в дальнейшем система работает по заданному алгоритму и передает информацию о своём состоянии оператору или диспетчеру.

Автоматический в составе автоматизированной системы управления зданием. При таком режиме работа системы отопления синхронизирована с другими системами жизнеобеспечения здания, оператор или диспетчер не принимает участия в управлении.

Автоматизация отопления частного дома

Установки систем отопления для частных домов комплектуются системами автоматизации, как правило они закрытого типа и идут с набором всех необходимых датчиков и регуляторов.

Основными задачами, которые решает автоматизация отопления частного дома, являются:

• контроль работы нагревательного котла;
• обеспечение комфортных условий для проживания;
• экономия топлива и эксплуатация оборудования в оптимальном режиме.

Настройка системы автоматизации домашних систем отопления часто достаточно простая и производится либо владельцем здания, либо организацией, которая производила монтаж самой системы.

Системы управления электроэнергией. Контроль и автоматизированное управление работой системы. Подробнее »

В ближайшем будущем, появится возможность увеличения КПД солнечных панелей до 50%. Эффективность. Подробнее »

Руководство Филиала КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД» выражает благодарность коллективу ООО. Подробнее »

КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД» 1 сентября 2015

Уважаемый Ринат Шакирзянович! ООО «ФИНПРОЕКТ» выражает благодарность компании ООО. Подробнее »