МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ і НАУКИ, МОЛОДІ та СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”
Методичні вказівки
до виконання лабораторних робіт
на стенді № 2 від компанії «РАУТ-автоматік»
"Система кондиціювання повітря"
з курсу "Автоматизація теплоенергетичних процесів та виробництв"
2012
Методичні
вказівки до виконання лабораторних
робіт на стенді № 2 "Система
кондиціювання повітря" для студентів
спеціальності "Автоматизоване
управління технологічними процесами"
та "Комп’ютерно-інтегровані
технологічні процеси і виробництва"
// Укладачі: Ковриго Ю.М., Олійник С.Ю.,
Баган Т.Г., Кобус Т.Ю. – Київ: НТУУ
"КПІ". – 2012 р. –
Укладачі Ковриго Юрій Михайлович
Олійник Сергій Юрійович
Баган Тарас Григорович
Кобус Тетяна Юріївна
Відповідальний
редактор Голінко Ігор Михайлович
Пропоновані методичні вказівки містять пояснення та рекомендації щодо виконання лабораторних робіт на стенді № 2 "Система кондиціювання повітря" з курсу "Автоматизації теплоенергетичних процесів та виробництв" для студентів спеціальностей "Автоматизоване управління технологічними процесами" та "Комп’ютерно-інтегровані технологічні процеси і виробництва", а також для всіх бажаючих ознайомитись та освоїти роботу автоматичних систем управління кондиціюванням та вентиляції на базі техніки РАУТ.
Київ НТУУ «КПІ» – 2012 рік
ЗМІСТ
стор.
2
ОПИС СТЕНДУ 4
МОЖЛИВОСТІ ІНТЕРФЕЙСУ СТЕНДА 13
ІНСТРУКЦІЇ ПО РОБОТІ ЗІ СТЕНДОМ 20
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1Б Дослідження процесу вентиляції та кондиціювання повітря в літній період як об’єкта автоматизації 27
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2 Регулювання температури припливного повітря в припливно-витяжній системі без рекуперації в зимовий період 30
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3 Регулювання температури припливного повітря в припливно-витяжній системі з рекуперацією в зимовий період 33
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 Регулювання температури і вологості припливного повітря в режимі "Зима" 35
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 Регулювання температури і вологості припливного повітря в режимі "Літо" 37
37
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6 Дослідження системи підтримки температури та вологості повітря в приміщенні в режимі "Зима" з рекуперацією тепла 39
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7 Регулювання температури і вологості повітря в приміщенні в режимі "Літо" 42
ДОДАТОК А РЕАЛІЗОВАНІ ФУНКЦІЇ АСУТП 46
ДОДАТОК Б ЗАГАЛЬНИЙ ОПИС КОНТРОЛЕРА 68
ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ 76
Опис стенду Процес кондиціонування повітря та його реалізація на стенді
В теперішній час автоматизація та диспетчеризація інженерних систем, зокрема офісних будівель, набуває все більшого розмаху, тому стає актуальною проблема навчання студентів роботі з сучасним обладнанням для автоматизації та системами диспетчеризації. З цією метою для дослідження процесів вентиляції та кондиціонування повітря в приміщеннях був створений стенд на базі техніки від компанії «РАУТ-Автоматик».
Даний стенд складається з контролеру, який керує процесами вентиляції, пристрою зв’язку з об’єктом, та персонального комп’ютера на якому встановлено модель об’єкта керування та SCADA система.
Схема технологічного процесу, реалізована у складі стенда, представлена на Мал. 1.
Мал. 1. Схема технологічного процесу кондиціювання повітря
Технологічний процес кондиціонування повітря призначений для забезпечення заданої температури та вологості повітря в приміщенні. Установка складається з наступних елементів:
• припливного повітроводу – 1;
• витяжного повітроводу – 2;
• водяного нагрівача повітря – 3;
• водяного охолоджувача повітря – 4;
• трисекційного електронагрівача (електрокалорифера) – 5;
• роторного рекуператора – 6;
• парозволожувача – 7;
• механічних фільтрів – 8;
• припливного вентилятора – 9;
• витяжного вентилятора – 10;
• циркуляційного насосу – 11.
В системі встановлені наступні засоби керування обладнанням:
• триходовий клапан теплоносія нагрівача повітря з можливістю встановлення значення відкриття від 0 до 100%;
• триходовий клапан холодоносія охолоджувача повітря з можливістю встановлення значення відкриття від 0 до 100%;
• пускачі секцій електрокалорифера;
• частотний перетворювач рекуператора - керування потужністю (частотою обертів);
• механізми відкриття/закриття припливної та витяжної повітряних заслінок;
• пускачі насосу та вентиляторів;
• пускач та система керування парозволожувачем від 0 до 100%.
В системі встановлені датчики наступних параметрів:
• температури повітря на вулиці, в припливному каналі за охолоджувачем, в припливному каналі за вентилятором, в приміщенні, в витяжному каналі за рекуператором та зворотного теплоносія;
• вологості припливного повітря та повітря в приміщенні;
• манометричні сигналізатори для контролю роботи вентиляторів та забруднення фільтрів;
• термостат для контролю температури повітря за підігрівачем повітря;
• термостат для контролю температури повітря на поверхні електронагрівача.
Структура стенда зображена на Мал. 2. Сама система вентиляції в приміщенні реалізована за допомогою моделі об‘єкту, яка знаходиться на персональному комп’ютері. Модель отримує по інтерфейсу RS-485 по протоколу ЮНИВЕРС сигнали з контролеру, що характеризують стан обладнання:
• продуктивність парозволожувача;
• потужність електронагрівача;
• стан вентилятора та циркуляційного насосу;
• ступінь відкриття клапану водяного повітронагрівача та клапану водяного охолоджувача;
• продуктивність роторного рекуператора.
Відповідно до отриманих даних модель робить обрахунки та видає в мережу значення:
• температури в приміщенні;
• температури припливного повітря;
• температури на виході охолоджувача;
• температури припливного повітря після припливного вентилятора;
• температури вихідного повітря після рекуператора;
• температури зворотного теплоносія;
• вологості в приміщенні;
• вологості припливного повітря
такі, якими б вони були якби це була справжня система, а не її імітація.
Температури та вологості по інтерфейсу RS-485 по протоколу ЮНИВЕРС приймає пристрій зв’язку з об’єктом, який в нашому випадку реалізований на базі вільно програмованого контролеру компанії «РАУТ-Автоматик» MaxyCon base. Даний контролер був запрограмований таким чином, що температури та вологості, які були обраховані моделлю, встановлюються на аналогових виходах 0-10 В. Для кожної температури є свій діапазон. Для температури зворотного теплоносія 0 В – 0ºС, 10 В – 100ºС, для температур припливного повітря, повітря в приміщенні, вихідного повітря 0 В – 0ºС, 10 В – 50ºС. Для вологості 0 В – 0%, 10 В – 100%. Аналогові виходи пристрою зв’язку з об’єктом підключені до аналогових входів керуючого контролеру, які також налаштовані на сигнал 0-10 В. Таким чином контролер «вважає», що до нього підключені справжні датчики температури та вологості і відповідно його робота наближена до реальних умов.
Мал. 2. Структура стенду
Відповідно до того, які температури та вологості виміряв контролер, він і діє відповідним чином. Так наприклад в режимі «зима», при температурі припливного повітря меншій за задане значення, він почне відкривати триходовий клапан для її підняття. Нові значення положення клапану знову ж передаються по мережі на модель, де вона обраховує нові значення температур на об‘єкті відповідно до нових даних, які далі передаються на ПЗО, встановлюються на виходах ПЗО, сприймаються контролером і цикл повторюється.
Паралельно з моделлю об‘єкту на персональному комп’ютері встановлено SCADA систему ESM від компанії «РАУТ-Автоматик». Хоча вона і встановлена на одному комп’ютері з моделлю об‘єкта, але між собою вони не взаємодіють. SCADA система підключена до контролеру та за її допомогою можна керувати процесами або просто спостерігати за поточними параметрами. Взаємодіють між собою контролер та SCADA система через інтерфейс RS-485 та протокол ЮНИВЕРС.
Протокол ЮНИВЕРС є протоколом, який підтримується усім обладнанням від компанії «РАУТ-Автоматик».
Інтерфейс RS-485 перетворюється через шлюз на USB, який вже безпосередньо підключається до комп‘ютера.
На стенді використаний вільно програмований контролер MaxyCon Flexy (Мал. 3) з модулем розширення MC ADAD.
Мал. 3. Контролер MaxyCon Flexy
Програмне забезпечення, що написане для данного контролеру MaxyCon Flexy, управляє припливно-витяжною установкою в складі:
• водяний повітронагрівач 1-го підігріву (клапан та насос);
• водяний повітроохолоджувач (клапан);
• електричний повітронагрівач 2-го підігріву (трисекційний)
• роторний рекуператор;
• припливний та витяжний вентилятори;
• парозволожувач.
Контролер MaxyCon Flexy виконує такі загальні функції:
1. Підтримання температури припливного повітря або каскадне підтримання температури повітря в приміщенні з обмеженням по температурі припливного повітря.
2. Підтримання вологості припливного повітря або каскадне підтримання вологості повітря в приміщенні з обмеженням по вологості припливного повітря.
3. Вибір окремих параметрів регулювання для режимів «зима» та «літо».
4. Автоматичне або ручне переключення режимів «зима»/«літо».
5. Включення/відключення вентиляторів зовнішніми кнопками або з вікна контролера.
6. Ручне управління виконавчими механізмами (ВМ) з меню контролера.
7. Автоматичний перезапуск вентиляторів після збою по електроживленню.
8. Відключення вентиляторів при виникненні аварії.
9. Вибір і налаштування уставок регульованих параметрів, захистів і блокувань.
10. Встановлення граничних значень параметрів, що регулюються.
11. Налаштування параметрів ВМ.
12. Налаштування економічних режимів роботи вентиляційної установки.
13. Технологічна та аварійна сигналізація.
14. Захист паролем налаштувань контролера.
При управлінні водяним повітронагрівачем контролер додатково здійснює:
• Підтримання температури зворотного теплоносія при вимкненому вентиляторі.
• Автоматичне або ручне ввімкнення/вимкнення циркуляційного насосу.
• Прогрів повітронагрівача перед пуском вентилятора в режимі «зима».
• Захист повітронагрівача від заморожування та холодного пуску.
• Можливість автоматичного пуску вентилятора після відключення по сигналу «загроза заморожування».
При управлінні електричним повітронагрівачем контролер додатково здійснює:
• Захист повітронагрівача від перегріву.
При роботі з роторним рекуператором контролер додатково здійснює:
• Захист рекуператора від обмерзання.
Алгоритми роботи контролера
Алгоритми роботи контролера в автоматичному або ручному режимах для реалізованого на стенді варіанту вентиляційної установки є наступними.