4 Решения по техническому обеспечению сау

4.1 Функциональная схема автоматизации

Функциональная схема автоматизации ИТП как объекта управления, согласно предложенным в предыдущих разделах концепциям, приведена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Функциональная схема автоматизации

На рис. 4.1 видно, что для реализации САУ необходимы следующие элементы: датчик температуры TE, электротехнический исполнительный механизм, управляемая задвижка и ПЛК для обработки данных с датчиков и формирования управляющего воздействия.

Алгоритмы управления объектом технологической сети RS 485 находятся в ПЛК, который является устройством Master, когда управление через GSM осуществляется при помощи дополнительного модуля. Остальные устройства – технологические датчики, задвижка и электропривод – являются устройствами Slave.

4.2 Выбор технологических датчиков

При выборе технологических датчиков, использующихся в разрабатываемой системе автоматического управления, необходимо учитывать многие факторы, влияющие на их работу. Все требования сведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 – Требования к датчикам температуры

Характеристика	Параметры	Значение параметров
1	2	3
Характеристика измеряемой величины	Физическая величина	Температура
Параметры измеряемой среды	Тип измеряемой среды	Неагрессивные жидкости
	Диапазон измерения величины	-40 до +800 °С
	Другие параметры измеряемой величины	–
Тип исполнения	Общепромышленные	Для ЖКХ
	Дополнительные возможности	–
Метрологические параметры	Пределы основной относительной погрешности, %	0,75%
Тип выходного сигнала	Аналоговый	4…20 мА
Питание	Напряжение питания	Постоянное, 24В
Условия эксплуатации	Температура окружающей среды	-40 до +80 °С
	Влажность окружающей среды	0…80%

Продолжение табл.4.1

1	2	3
	Класс защиты корпуса	IP65
	Взрывозащита	–

Исходя из составленных требований, выбираем датчик температуры ДТПК015М-0110.60.И10 (рис.4.2). Применение термопар с унифицированным токовым выходом 4…20 мА позволяет сделать линию связи более надежной, так как электромагнитные помехи не оказывают серьезного влияния на токовые. Ещё одним достоинством является то, что для передачи токовых сигналов можно использовать более дешевые соединительные провода по сравнению, например, с компенсационными. Данный датчик может использовать любой диапазон измерения температуры в пределах диапазона измерения, соответствующего термозонда. Данная функция устанавливается через USB-интерфейс.

Рисунок 4.2 – Внешний вид датчика температуры

4.3 Выбор электропривода

Исходя из того, что в качестве регулирующего органа системы управления выступает шаровая задвижка, то для приведения её в движение необходимо использовать электродвигатель. Задвижка может вращаться на угол ±90^°, поэтому в качестве исполнительного механизма можно использовать одношаговый электродвигатель с требуемыми параметрами. Основные требования приведены в таблице 4.2

Таблица 4.2 – Требования к электроприводу

Характеристика	Параметры	Значение параметров
Тип исполнительного механизма	Электрический	МЭО
Параметры исполнительного механизма	Номинальный крутящий момент, Н	250
	Номинальное время полного хода, с	25
Тип исполнения	Общепромышленные.	Для ЖКХ
	Дополнительные возможности	Ручное управление
Тип сигнала управления	Цифровой	RS-485
Питание	Напряжение питания	Постоянное, 380В
Условия эксплуатации	Температура окружающей среды	-40 до +60 °С
	Влажность окружающей среды	0…100%
	Класс защиты корпуса	IP65
	Взрывозащита	+

Исходя из составленных требований, выбираем датчик температуры МЭО-250(380)/25-063Е2ХХХ-IIT4-08K (рис.4.3). Его номинальное время полного хода полностью соответствует требуемому, а условия эксплуатации подходят для использования в подвальных помещениях.

Рисунок 4.3 – Внешний вид электропривода

4.4 Выбор программируемого логического контроллера

В качестве ПЛК необходимо выбрать такой, который имеет высокую надежность и прост в обслуживания. В нём должно быть достаточно входов и выходов для обеспечения работы ИТП. Поскольку мы будем в дальнейшем модернизировать систему, количество входов и выходов нужно брать с учётом будущей модернизации.

В качестве управляющего устройства предлагается использовать ОВЕН ПЛК63-РРРРКК-L.

Контроллеры ОВЕН ПЛК63-РРРРКК-L (рис.4.4) оснащены широким набором функций, позволяющих в максимальной степени упростить процесс разработки программы, ее отладки и обслуживания контроллера.

Рисунок 4.4 – Промышленный линейный контролер ОВЕН ПЛК63-РРРРКК-L

Поскольку для управления удалённо нам нужен GSM, которого нет в стандартной сборке ПЛК, нужно установить GSM модем. Для этих целей нам подходит iRZ ATM2-485. Это устройство имеет широкое применение в системах управления технологическими процессами. Модем может рабо­тать как с обычным сервером, так и со специализированным серве­ром.

ATM2-485 автоматически (без ввода AT-команд) подключается к сети GPRS и устанавливает соединение с указанным в настройках сервером. Поддерживаются различные режимы работы с сервером: постоянное соединение, работа по расписанию, а также соединение по звонку или SMS-сообщению на модем. Ждущий режим модема обеспечивает экономию трафика и потребляемой электроэнергии. Для подключения коммуникационного кабеля модем имеет последовательный порт RS485/RS422, для управления внешними устройствами — три дополнительных вывода GPIO. Настройка, обнов­ление встроенного программного обеспечения и тестирование моде­ма (через USB) выпол­няется в программе с интуитивно понятным графическим интерфейсом.

Рисунок 4.5 – Внешний вид iRZ ATM2-485

4.5 Структурная схема комплекса технических средств

Для выполнения поставленной цели – разработки системы автоматического управления ИТП – предполагается получение информации о параметрах объекта.

Для простоты понимания построим структурную схему рис.4.6 комплекса применяемых технических средств в составе системы автоматизации.

Рисунок 4.6 – Структурная схема комплекса технических средств

В данной архитектуре есть три уровня иерархии: нулевой уровень, включающий в себя: ДТПК015М-0110.60.И10 – датчик температуры, МЭО-250(380)/25-063Е2ХХХ-IIT4-08K – исполнительный механизм, первый уровень, включающий в себя ОВЕН ПЛК63-PPPPKK-L; второй уровень, управляемый оператором.

4.6 Выводы

В данном разделе была разработана функциональная схема САУ индивидуального теплового пункта. Выбран необходимый комплекс технических средств для реализации сформулированных функций контроля и управления. Разработана структурная схема комплекса технических средств, которая позволяет выполнить все необходимые функции контроля и управления данным объектом.

ВЫВОДЫ

В качестве объекта управления рассмотрен индивидуальный тепловой пункт.

Анализ параметров, влияющих на рабочий режим индивидуального теплового пункта, позволил составить структурную схему объекта управления. Управляющим воздействиям был принят расход воды из теплосети. Выходным параметром выступает температура на выходе ИТП.

Были проанализированы существующие схемы автоматизации подобными объектами, выявлены их преимущества и недостатки в контексте решаемой задачи и по итогам исследования был сделан вывод, что для заданных условий будет выбрана концепция управления с применением обратной связи.

Была получена математическая модель объекта управления. С помощью встроенных средств подстройки пакета Matlab Simulink были рассчитаны коэффициенты И-регулятора. Качество переходного процесса с использованием такого регулятора полностью удовлетворяет пользователя ввиду отсутствия статической ошибки и перерегулирования.

Была разработана функциональная схема автоматизации, были поставлены требования к элементам САУ и в соответствии с ними был подобран комплекс технических средств.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гаврилов П.Д. Автоматизация производственных процессов. Учебник для вузов. / Гаврилов П.Д., Гимельштейн Л.Я., Медведев А.Е. – М.: Недра, 1985. - 215 с.

2. Тимошенко Г.М. Научные основы проектирования и эксплуатации насосных установок в переходных режимах. / Тимошенко Г.М. – Киев; Донецк: Вища шк. Головное изд-во, 1986.- 127 с.

3. Башарин А.В. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. / Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г.  Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1982. 392 с.

4. Денисенко В. В. ПИД-регуляторы вопросы реализации часть 2 / Денисенко В. В. – М.: СТА 2008. № 1. с 86-99

5. Густав Олсон, Джангуидо Пиани Цифровые системы автоматизации и управления. Санкт-Петербург, 2001.- 557 с.

6. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования. / Зайцев Г.Ф. – Киев: Вища школа, 1988 - 431 с.

7. Лукас В. А. Теория автоматического управления. / Лукас В. А. – М.: Недра, 1990. – 416 с.

8. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. / Р. Дорф, Р. Бишоп – М.: Лаборатория Базовых знаний.- 2002 - 832 с.

9. Сайт Оборудования для автоматизации компании «ОВЕН» http://www.owen.ru/

10. Перельмутер В.М. Пакеты расширения MATLAB. Control System Toolbox & Robust Control Toolbox / Перельмутер В.М. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008. – 224 с.

11. Кузьменко Н. В. Учебное пособие для студентов заочной формы обучения по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств» / Кузьменко Н. В. – Ангарск: АГТА, 2005. – 78 с.

12. Анашкин А.С. Техническое и программное обеспечение распределенных систем управления. – СПб.: Медный всадник, 2005.

13. Индивидуальные тепловые пункты (ИТП). Модульные автоматизированные тепловые пункты

http://www.ths.com.ua/offers/existingbuildings/individualnyiy_teplovoy_punkt.htm

14. Некоторые проблемы энергосбережения и автоматизации в системах теплоснабжения зданий / Панферов С.В., Телегин А.И., Панферов В.И // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. - №22 (198). – 2010. http://cyberleninka.ru/article/n/nekotorye-problemy-energosberezheniya-i-vtomatizatsii-v-sistemah-teplosnabzheniya-zdaniy

15. Автоматизация децентрализованного отопления комплекс зданий с основными схемами потребления / В.Г. Шухова, Белгород – 2014 год – 196 с.