Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт кадастра, экономики и инженерных систем в строительстве

Кафедра «Теплогазоснабжение и инженерные системы в строительстве»

Курсовая работа по дисциплине: «Автоматизация и диспетчеризация систем ТГСиВ»

Разработка схемы автоматизации объекта управления. Тепловой узел

Выполнил: студент гр. 137-007 Днепровский П.С.

Проверил: преподаватель Кривошеин Ю.О.

2021 год

Содержание

Введение

1. Описание объекта автоматизации

2. Перечень, описание основного подключаемого оборудования

3. Выбор средств автоматизации

Заключение

Библиографический список

Введение

Системы теплоснабжения являются крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов в стране. От нормального функционирования этих систем зависят условия теплового комфорта в отапливаемых зданиях самочувствие людей, производительность труда и т.д. Выпуск качественной продукции на ряде промышленных предприятии требует строгого соблюдения нормируемых параметров микроклимата. Эффективность предприятий агропромышленного комплекса (урожайность плодов и овощей, выращиваемых в теплицах, продуктивность животноводства) также в большой степени определяется температурно-влажностными режимами в сельскохозяйственных помещениях, обеспечиваемыми работой систем теплоснабжения. Таким образом, проблема повышения качества, надежности, экономичности теплоснабжения имеет государственное значение.

Режимы теплопотребления, а следовательно и производства тепловой энергии, зависят, как известно, от большого количества факторов; условий погоды, теплотехнических качеств отапливаемых зданий и сооружений, характеристик тепловой сети и источников энергии и др. При выборе этих режимов нельзя не учитывать функциональных взаимосвязей системы теплоснабжения с другими системами инженерного обеспечения: электро, газо и водоснабжения.

Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в практику теплофикации и централизованного теплоснабжения позволяет резко повысить технический уровень эксплуатации этих систем и обеспечить значительную экономию топлива. Кроме экономии топлива, автоматизация рассматриваемых систем позволяет улучшить качество отопления зданий, повысить уровень теплового комфорта и эффективность промышленного и сельскохозяйственного производства в отапливаемых зданиях и сооружениях, а также надежность теплоснабжения при уменьшении численности обслуживающего персонала.

Применение системы автоматического программного регулирования отопления позволяет осуществлять дальнейшее совершенствование режима отопления, например, снижать температуру воздуха в жилых зданиях в ночное время или снижать отпуск теплоты на отопление промышленных и административных зданий в нерабочее время, что обеспечивает дополнительную экономию теплоты и создание комфортных условий.

1. Описание объекта автоматизации

Тепловой узел представляет собой совокупность устройств и приборов, осуществляющих учет энергии, объема (массы) теплоносителя, а также регистрацию и контроль его параметров. Узел учета конструктивно представляет собой совокупность модулей (элементов), подключаемых к системе трубопроводов.

Тепловой узел выполняет следующие функции учета тепловой энергии для следующих целей:

· Контролирование рационального использования теплоносителя и тепловой энергии.

· Контролирование тепловых и гидравлических режимов систем теплопотребления и теплоснабжения.

· Документирование параметров теплоносителя: давления, температуры и объема (массы).

· Осуществление взаимного финансового расчета между потребителем и организацией, занимающейся поставкой тепловой энергией.

Автоматизированный узел управления (АУУ) предназначен для автоматического регулирования параметров теплоносителя (температура, давление), поступающего в систему отопления жилой части многоквартирных домов и других зданий.

Регулирование производится в соответствии с температурой наружного воздуха. При понижении температуры воздуха температура теплоносителя увеличивается, при увеличении температуры воздуха, температура теплоносителя, поступающего в систему отопления жилой части зданий уменьшается. Также с применением АУУ обеспечивается расчетный перепад давления между подающей и обратной магистралями систем отопления жилой части здания.

АУУ представляет собой блок заводской готовности, полностью собранный и готовый к установке на объекте.

В состав АСУ теплового узла входят следующие средства автоматизации:

- Запорную арматуру. Используется для принудительного отключения или приостановки теплоносителя на конкретном участке трубы или радиатора. Как правило, это различные задвижки и краны.

- Теплосчетчик. Является основным элементом, монтируется на границе балансовой принадлежности тепловых сетей (ввод тепла в дом) и предназначен для измерения фактически потребленной и переданной энергии. Состоит из расходометра. Датчиков температуры

- Грязевик. Используется для защиты элементов системы от грязи, поступающей вместе с теплоносителем, и вычислителя.

- Термопреобразователь. Измеряет температуру. Устанавливается либо в поток, либо в защитную гильзу с маслом. Рекомендуется располагать непосредственно рядом с узлом учета.

- Расходометр. Играет роль преобразователя расхода.

- Термодатчик. Устанавливается на обратном трубопроводе рядом с датчиками расхода и запорными элементами, что дает возможность измерять как температуру жидкости, так и объемы ее потребления.

На функциональной схеме автоматизации представлен тепловой узел.

Данный тепловой узел относится к типу одноступенчатой параллельной схеме теплоснабжения.

Когда нагрузка ГВС существенно превышает отопительную, подогреватели горячего водоснабжения устанавливают на тепловом пункте по так называемой одноступенчатой параллельной схеме, при которой подогреватель горячего водоснабжения присоединяется к тепловой сети параллельно системе отопления. Постоянство температуры водопроводной воды в системе горячего водоснабжения на уровне 55-60 єС поддерживается регулятором температуры РПД прямого действия, который воздействует на расход греющей сетевой воды через подогреватель.

2. Перечень, описание основного подключаемого оборудования

На схеме внешних проводок представлен щит автоматизации №1.

В данном проекте используются три группы датчиков: давления, температуры и расхода. Для регулирования процесса теплоснабжения используются исполнительные механизмы в комплекте электродвигателями.

Так же показаны подключение циркуляционных насосов фирмы Grundfos MANGA 50-120F, UPS 40-120F и UPS 25-80 и прессостат КР135.

На схеме показаны электрические между приборами, средствами автоматизации, программируемым логическим контроллером и ЭВМ верхнего уровня.

Данная схема содержит первичные внещитовые приборы - датчики температуры и прессостатов, давления, а также приборы, установленные на щите - ПЛК, расходомеры.

Выбор проводов и кабелей, а также способ выполнения электропроводки производятся в соответствии с указаниями руководящего материала РМ4 - 6 - 84 «Проектирование электрических и трубных проводок систем автоматизации. Часть I. Электрические проводки». Длины кабелей даны с учетом 6% надбавки на изгибы, повороты и отходы.

Сигналы от первичных преобразователей, установленных по месту, приходят на щит управления.

Для связи датчиков температуры с щитом автоматизации используются одножильный кабель, который разделяется на две жилы с сечением провода 1,0 серии КСВВнг(А) - LS - 1x2x1.0 для эксплуатации при переменном напряжении до 250 В, номинальной частоты 50 Гц, при температуре от - 50°С до +70°С (до +85°С для маслобензостойких проводов).

Для подключения регулирующих органов и прессостат используется кабель КСВВнг(А) - LS 4х1.0. Так же для подключения управляющей части двигателей циркуляционных и дренажных насосов используются типы кабелей описанных выше.

Для подключения силовой части используются кабеля марки ВВГнг(А)-LS 3x1.5.

Для связи между щитами автоматизации используется кабель типа КСВВнг(А) - LS - 1x2x1.0.

Элементы конструкции: токопроводящие жилы ? многопроволочные, из медных проволок; изоляция и оболочка ? поливинилхлоридный пластикат.

Для прокладки кабелей используются винипластовая гофра.

На щите автоматизации располагаются вторичные измерительные преобразователи температуры, расхода и ПЛК. Затем через модули ввода аналоговых и дискретных сигналов, находящегося в корпусе программируемого логического контроллера, сигналы с поступают непосредственно в сам ПЛК. После автоматического вычисления управляющего воздействия ПЛК формируется сигналы, которые через модули вывода поступают на исполнительные механизмы, пускатели циркуляционных и дренажных насосов.

3. Выбор средств автоматизации

На функциональной схеме автоматизации представлены датчики:

· Датчик температуры наружного воздуха (AGS54, PT1000);

· Датчики температуры накладной (AF25, PT1000);

· Прессостат (KP135);

· Тепловычислитель (ТВ-7-04.1);

· Расходомер (ПитерФлоу Ду=80мм);

· Преобразователь давления ПДВТВХ-1-02

· Комплект Термопреобразователей (КТС-Б).

Ниже представлены краткие характеристики данных технических средств автоматизации.

Датчик наружной температуры AGS54

Датчик AGS54 применяется для измерения температуры окружающей среды и устанавливается как снаружи, так и внутри таких помещений как склады, овощехранилища, теплицы, холодильные камеры. Датчик может быть укомплектован различными термосопротивлениями (Pt100, Pt1000, NTC10k и т.п.), что позволяет подключить его к широкому ассортименту контроллеров. Внутри датчика расположена клеммная колодка с винтовыми зажимами. Температурная зависимость может быть прямой или обратной - это зависит от типа термосопротивления.

Рисунок 1 - Датчик наружной температуры AGS54

Рисунок 2 - Датчик наружной температуры AGS54 (схема подключения)

Таблица 1 - Характеристика AGS54

Пассивный выход
Температура окружающей среды:	-35°C ...+90°C (корпус)
Клемма подключения:	Винтовые зажимы, сечение провода макс. 1,5 мм2
Корпус:	Материал PA6, цвет белый, Идентичен RAL9010, с быстроснимающейся крышкой
Кабельный сальник:	М16
Защита:	IP65

Накладной датчик температуры AF25 passive Thermokon.

Накладной датчик AF25 passive предназначен для измерения температуры тела, как правило, труб горячего водоснабжения, контура обратной воды в системах вентиляции и кондиционирования и других выгнутых поверхностях. Датчик представляет собой измерительный элемент в виде гильзы с изогнутой пластиной. Термосопротивление надёжно защищается от конденсата с помощью технологии SI-Protection.

Принцип измерения основан на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента датчика при изменении температуры поверхности тела.

Температурная зависимость может быть прямой или обратной - это зависит от типа термосопротивления.

Рисунок 3 - Датчик наружной температуры AGS54

Таблица 2 - Характеристика AGS54

Диапазон измерения:	-50..+135 °C (T135)
Выходной сигнал:	Винтовые зажимы, сечение провода макс. 1,5 мм2
Подключение:	по 2-х проводной схеме (также трёх- и четырёхпроводное подключение)
Пыле- и влагозащита:	IP65 в соответствии DIN EN 60529, SI-защита

Прессостат (KP135).

Прессостаты KPI35 предназначены для регулирования, текущего контроля и аварийной сигнализации в промышленности. Реле KPI35 применяется в системах подпитки совместно с соленоидными клапанами. Он устанавливается на трубопроводе системы теплоснабжения с жидкими и газообразными средами и замыкает или размыкает электрическую цепь при изменения давления в трубопроводе по сравнению с заданным.

Рисунок 4 - Датчик прессостат KPI35

Таблица 3 - Характеристика прессостат KPI35

Диапазон давлений:	-0,2...28 бар
Очень малое время срабатывания	+
Вариант с позолоченными контактами	+
Среда	газообразные среды и воздух
Класс защиты корпуса	IP44
Устойчивость к ударам и вибрации	+

Тепловычислитель (ТВ-7-04.1).

Тепловычислитель ТВ7М является одним из основных компонентов и предназначен для измерений и регистрации параметров потока теплоносителя (горячей и холодной воды) и количества тепловой энергии в закрытой и/или открытой водяных системах теплоснабжения. Тепловычислитель имеет 4 исполнения, рассчитанных на 1, 2 или 3 тепловых ввода.

Рисунок 5- Тепловычислитель (ТВ-7-04.1)

Таблица 4 - Характеристика тепловычислителя

Количество подключаемых датчиков	1...3
Ведение архива	+
Наличие слота под карту памяти	+
интерфейсы	RS 485, Ethernet
протокол передачи данных	Modbus RTU
питание	3,6 В

Расходомер (ПитерФлоу Ду=80мм).

Расходомеры предназначены для измерений объемного расхода и объема электропроводящих жидкостей, протекающих по трубопроводу.

Расходомеры могут применяться на объектах теплоэнергетического комплекса, на промышленных предприятиях и в жилищно-коммунальном хозяйстве. Расходомеры обеспечивают следующие функциональные возможности:

отображение результатов измерений посредством встроенного индикатора;

накопление значений объемов по результатам измерений;

представление результатов измерений и диагностической информации на внешние устройства посредством унифицированных выходных сигналов.

Расходомеры имеют следующие выходные сигналы:

два импульсных сигнала, формируемых дискретным изменением сопротивления выходной цепи;

цифровой сигнал LIN несущий информацию о результатах измерений и диагностики.

Расходомеры имеют исполнения, отличающиеся:

диаметром условного прохода (DN);

классом, определяющим диапазон преобразования расхода, в котором нормирована погрешность измерений;

конструктивным исполнением, определяющим способ подсоединения к трубопроводу (фланцевый или «сэндвич»);

диапазоном измерений расхода при одном и том же диаметре условного прохода (Qmax).

По отдельному заказу может устанавливаться блок архивации с часами реального времени.

Условное обозначение расходомера при заказе:

Рисунок 6 - Код заказа на расходомер Питер-Флоу

Таблица 5 - Характеристика расходомер Питер-Флоу

Удельная электропроводность	от 10-3 до 10 См/м;
Температура измеряемой среды	от 0 до 150 С;
Рабочее давление измеряемой среды, не более	1,6 МПа;
Температура окружающего воздуха	от минус 10 до плюс 50 С;
Относительная влажность воздуха при 35 С, не более	95 %;
Напряжение сети переменного тока	ном. 220 В (~150…240 B);
Мощность, потребляемая от сети, не более	5 ВА;
Гидравлическая прочность	2,5 МПА
Степень защиты корпуса	IP65 по ГОСТ 14254

Рисунок 7 - Подключение на расходомер ПитерФлоу

Преобразователь давления ПДВТВХ-1-02.

Преобразователь давления ПДТВХ-1 (датчик) предназначен для измерения избыточного давления неагрессивных сред и непрерывного преобразования значения измеряемого параметра в выходной унифицированный сигнал напряжения (0,4…2,0 В) или постоянного тока (4…20 мА), транслирующийся по электрической линии для дистанционной передачи.

Модельный ряд преобразователей давления ПДТВХ-1 включает в себя малогабаритные датчики давления эконом-класса (бюджетный вариант для ЖКХ (жилищно-коммунального хозяйства)).

Диапазон температур измеряемой среды от минус 45 до плюс 125 °С. В случае превышения температуры измеряемой жидкости значения 110 °С перед преобразователем рекомендуется устанавливать радиатор (охладитель). теплофикация автоматизированный расходомер

Датчики -- преобразователи давления ПДТВХ-1 могут иметь взрывозащиту Exia (искробезопасная электрическая цепь).

Датчик давления ПДТВХ-1-02: эта модель выпускается в малогабаритном исполнении, с корпусом из нержавеющей стали. В качестве сенсора применяется керамическая «таблетка», которая подсоединяется к электронному устройству посредством электрического шлейфа. Преобразователи ПДТВХ-1-02 комплектуются электронными устройствами Metallux (Германия), которые используются и для оснащения автомобилей BMW. Вывод унифицированного информационного сигнала и питание прибора выполняются с помощью электрического разъема DIN 43650.

Рисунок 8 - Преобразователь давления ПДВТВХ-1-02

Таблица 6 - Характеристика преобразователя давления ПДВТВХ-1-02

Параметр (характеристика) преобразователя давления ПДТВХ-1	Значение параметра (характеристики)
Измеряемая среда	газ, жидкость, пар -- неагрессивные среды
Верхние пределы измерений, МПа	0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0; 25,0; 40,0; 60,0; 100,0
Пределы допускаемой основной погрешности (класс точности), %	±0,2%; ±0,25%; ±0,4%; ±0,5%; ±1,0
Диапазон температур измеряемой среды, Тис, °С	от минус 45 до плюс 125 (при превышении этой температуры следует использовать радиатор)
Диапазон изменения выходного сигнала постоянного тока, мА постоянного напряжения, В	4..20; 0..20; 0…5 0..5; 0..10
Электрическое питание преобразователей, В постоянного тока	9…36
Присоединение к системе	М20х1,5
Температура окружающей среды, Тос °С	от -40 до +80
Степень пылеводозащиты	IP65, IP68
Взрывозащита	0ExiallCT5 (искробезопасная электрическая цепь)
Вес прибора, г, не более	200
Габаритные размеры диаметр, мм, не более длина, мм, не более	38 150
Подсоединение проводов	разъем по DIN 43650C, разъем PC4, специальный разъем для крепления металлорукава
Срок службы, лет, не менее	12
Наработка на отказ, ч, не менее	100000

Рисунок 9 - Подключение преобразователя давления ПДВТВХ-1-02

Комплект Термопреобразователей (КТС-Б).

Комплекты термопреобразователей сопротивления платиновых КТС-Б (далее КТС-Б) предназначены для измерения разности температур и значений температур в подающем и обратном трубопроводах системы теплоснабжения. КТС-Б подбираются из термопреобразователей сопротивления (далее ТС-Б), изготовленных согласно ТУ РБ 390184271.001-2003, с рабочим диапазоном измеряемых температур от 0 °C до +180 °C.

Рисунок 10 - Комплект термопреобразователей (КТС-Б)

Таблица 7 - Характеристика Комплект термопреобразователей (КТС-Б)

Параметр	Значения
Обозначение типа	КТС-Б
Номинальная статическая характеристика (НСХ)	50П Pt100, 100П Pt500 500П Pt1000
Класс допуска по ГОСТ 6651 (см. табл.выше по тексту)	АА; A; B
Схема электрических соединений* (см. табл. 4.4)	х2; х3; х4
Исполнение монтажной части*	П
Минимальная разность измеряемых температур ?tmin, °С	2; 3
Длина монтажной части, мм*	35; 40; 50; 60; 80; 100; 120; 160; 200; 250; 320; 400; 500
Диаметр монтажной части, мм*	4; 5; 6; 8; 10
Тип крепления*	подвижный штуцер ПШ; неподвижный штуцер НШ, подвижный штуцер латунный ПШл (при отсутствии не указывается)
Длина наружной части, мм*	50; 60; 80; 120; 200
Типоразмер крепления*	М8х1; М12х1,5; М16х1,5; М20х1,5; G1/4; 3/8; G1/2 (при отсутствии не указывается)
Исполнение клеммной головки*	Б; Д; Е; Ж; А
Длина кабеля, мм	500; 1000; 1500; 2000; 2500; 3000; 5000 (при отсутствии не указывается)

Ниже представлена схема подключения данного типа термопреобразователя

Рисунок 11 - Схема подключение комплекта термопреобразователей (КТС-Б)

Заключение

В данной курсовой работе были изучены основы проектирования и реконструкции схем автоматизации теплового узла. Курсовая работа содержала в себе теоретическую и практическую часть. В рамках теоретической части был рассмотрен вопрос используемых технических средств автоматизации для теплоснабжения. Теоретическая часть позволила ознакомиться с общей характеристикой программно-технического комплекса в целом и отдельными современными микропроцессорными устройствами автоматизации и устройств полевого уровня в целом. В ходе выполнения практической части курсового проекта были рассмотрены основы проектирования схем автоматизации теплового пункта, а именно:

· Основные принципы проектирования схем автоматизации;

· Технические условия для проектирования схем теплоснабжения;

· Нормы и правила проектирования;

· Основные технические решения проекта;

· Характеристики объектов управления;

· Принципы построения электрических схем автоматизации;

В соответствии полученных чертежей была разработана АСУ тепловым пунктом. Подобраны средства автоматизации для выполнения главной задачи.

Курсовая работа позволила изучить теоретический материал и закрепить полученные знания и навыки в области проектирования схем автоматизации систем теплоснабжения.

Библиографический список

1. ГОСТ 21.208-2013 Система проектной документации для строительства (СПДС). Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. - М.: Стандартинформ, 2015 - 27 с.

2. Иванов, А.А. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие / А.А. Иванов. -- М.: Форум, 2016. -- 224 c.

3. Хазаров В. Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами. - СПб.: Профессия, 2009. - 592 с. ил., табл., сх.

4. Калиниченко А. В. Справочник инженера по контрольно-измерительным приборам и автоматике: Учебно-практическое пособие / Под. ред. А. В. Калиничинко. - М.: Инфра-Инженерия, 2008. - 576 с.

5. Клюев, А.С. Автоматизация настройки систем управления / А.С. Клюев, В.Я. Ротач, В.Ф. Кузищин. -- М.: Альянс, 2015. -- 272 c.

6. Шишмарев В.Ю. Автоматизация технологических процессов: учеб, пособие. М.: Академия, 2005.

Размещено на Allbest.ru