Автоматизация систем отопления и микроклимата

Пульт управления котлом

Современные котлы автоматизированы: на передней панели каждого котла есть пульт управления. На нем — несколько кнопок, в том числе главные — «включить» и «выключить». С помощью кнопок можно задать котлу режим работы — минимальный, экономный, усиленный. Например, зимой хозяева надолго уезжают из дома, но чтобы система отопления не промерзла, задают котлу минимальный (он же поддерживающий) режим. И котел обеспечивает в доме температуру +5 °С.

Усиленный режим используется тогда, когда дом надо срочно нагреть, скажем, до температуры 20 °С. Нажимаем соответствующую кнопку, устанавливаем терморегуляторы на батареях на 20 °С. Автоматика пускает котел на полную мощность. А когда температура в комнатах достигнет заданного значения, выносные термостаты, установленные в помещении, срабатывают и автоматически включается экономный режим, он же поддерживает нужную температуру. В зависимости от режима работы автоматика подает то больше, то меньше топлива. Кроме того, в систему можно подключить недельный программатор и запрограммировать температуру на любой день.

В автоматическом блоке есть датчики, реагирующие на сбои в работе котла. Они отключают систему в критической ситуации (например, если корпус котла перегрелся или топливо закончилось, или если возникла другая неисправность). Но у автоматики есть и минус: отключается электричество, отключается и автоматика, следом за ней — вся отопительная система. Зато некоторые отечественные котлы работают без электричества, например АОГВ (агрегат отопительный газовый водяной), КЧМ (котел чугунный модернизированный, работает на газе). Если электричество часто отключают, то эту проблему для автоматической системы отопления можно решить двумя способами.

1. Поставить аккумуляторы переменного тока, они способны недолгое время (от часа до суток) давать нужный ток.
2. Поставить аварийный генератор, он автоматически включается при отключении электричества в сети и дает ток до подачи электроэнергии.

1. Основные принципы автоматизации котельных

Надежная,
экономичная и безопасная работа котельной
с мини­мальным числом обслуживающего
персонала может осуществляться только
при наличии теплового контроля,
автоматического регулиро­вания и
управления технологическими процессами,
сигнализации и защиты оборудования
.

Основные
решения по автоматизации котельных
принимаются в процессе разработки схем
автоматизации (функциональных схем).
Схемы автоматизации разрабатываются
вслед за проектированием теплотехнических
схем и принятием решений по выбору
основного и вспомогательного оборудования
котельной, его механизации и
теп­лотехнических коммуникаций. К
основному оборудованию относится
котлоагрегат, дымососы и вентиляторы,
а к вспомогательному насосно-деаэраторная
установка, химводоочистка, теплофикационная
установка, станция перекачки конденсата,
ГРС, склад мазута (угля) и топливоподача.

Объем
автоматизации принимается в соответствии
с СНиП II-35-76 (раздел 15 – «Автоматизация»)
и требованиями заводов изготовителей
тепломеханического оборудования.

Уровень автоматизации
котельных зависит от следующих основ­ных
технических факторов:

—
типа котла (паровой, водогрейный,
комбинированный — пароводогрейный);

—
конструкции котла и его оборудования
(барабанный, прямоточ­ный, чугунный
секционный с наддувом и др.), вида тяги
и т.п.; вида топлива (твердое, жидкое,
газообразное, комбинированное —
га­зомазутное, пылевидное) и типа
топливосжигающего устройства (ТСУ);

—
характера тепловых нагрузок
(производственные, отопитель­ные,
индивидуальные и т.п.);

— числа котлов в
котельной.

При
составлении схемы автоматизации
предусматривают основ­ные подсистемы
автоматического регулирования,
технологической защиты, дистанционного
управления, теплотехнического контроля,
технологической блокировки и сигнализации.

Снижение затрат на оплату тепловой энергии

Автоматизация ИТП является одним из наиболее эффективных инструментов
для
снижения затрат на оплату тепловой энергии.

4.1.Автоматика ИТП обеспечивает
регулирование температуры воды,
поступающей в
систему отопления, в зависимости от температуры наружного воздуха. Это
позволяет уменьшить «перетоп» здания в
осенне-весенний период и снизить тем
самым «бесполезные» затраты тепловой энергии.
4.2. Дополнительным резервом экономии тепловой энергии является
корректировка
температуры подаваемого в систему отопления теплоносителя по
температуре
обратной воды с учетом реального режима работы теплоснабжающей
организации.
4.3. Поддержание температуры воды в обратном трубопроводе в
соответствии с
температурой теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети (см.
п.3.3)
позволяет избежать претензий и штрафных санкций теплоснабжающей
организации.
Например, ТЭЦ-5 в случае систематического превышения среднесуточной
температуры
«обратки» на величину более
3°С  начисляет дополнительную оплату за
«недоиспользованную тепловую энергию». Эта величина
определяется по формуле:

∆W_{недоис.}=
М2∙(Т2Ф-Т2ГР)/1000

∆W_{недоис.}–
Величина «недоиспользованной тепловой
энергии» за расчетный ежемесячный период, Гкал.

М2
  – количество теплоносителя на систему отопления;
вентиляции за
расчетный ежемесчяный период, Т;

Т2Ф 
– фактическая температура обратной воды, °С;

Т2ГР–
температура обратной воды,
соответствующая температуре в подающем трубопроводе сетевой воды,
°С;

1000
–коэффициент для перевода в Гкал.

Практика показывает, что
величина ∆Wнедоис. достигает 50% от
суммарного
теплопотребления за 1 месяц.

4.4.
Современные контролеры позволяют
использовать уставку (поправку) к задаваемой температуре воды,
поступающей в
систему отопления. Эта установка позволяет автоматически понижать
температуры в
производственных помещениях в ночное время суток и в выходные дни,
затем
превышать ее в рабочее время. В жилых домах используют автоматическое
снижение
температуры в ночное время.
Таким образом, автоматизация теплопотребления обеспечивает существенную
экономию тепловой энергии, которая достигает 50%.

Корректировкатемпературы подаваемой в систему отопления воды по температуревозвращаемоготеплоносителя

3.1.
Назначение корректировки
температуры в подающем трубопроводе отопления по температуре
возвращаемого
теплоносителя.

3.2. Классическая методика
корректировки
температуры отопления «обратки» и ее недостаток.

Для соблюдения графика
температуры возвращаемого теплоносителя
автоматика ИТП
начинает работать по другому алгоритму. Теперь контроллер рассчитывает
в
зависимости от температуры наружного воздуха требуемую температуру не
только
для подающего трубопровода отопления, но и для обратного трубопровода.
В случае
превышения температурой возвращаемого теплоносителя расчетного значения
–
задание для подающего трубопровода понижается на соответствующую
величину. Эта
функция присутствует на многих терморегуляторах как отечественного, так
и
импортного производства.
Задачу корректировки температур подаваемого в систему отопления
теплоносителя с
целью поддержания требуемой температуры обратной воды решают многие
контроллеры, например, ECL. Однако данная методика регулирования
приводит к
ошибкам по простой причине: теплоснабжающая организация не поддерживает
декларируемый температурный график. В тепловых сетях Санкт-Петербурга,
которые
должны функционировать по графику 150/70°С, температура воды в
подающем
трубопроводе, как правило, не превышает 95°С.
Теплоснабжающие организации требуют, чтобы температура возвращаемого
теплоносителя соответствовала температуре воды в подающем трубопроводе.
Рассмотрим пример:
— на улице -20°С, согласно отопительного графика 150/70 в
подающем трубопроводе
теплосети должна быть температура 133,3 °С. Однако фактически
теплосеть выдает
температуру в подающем трубопроводе 90,7°С, что соответствует
температуре
наружного воздуха -5°С. Исходя из температуры наружного воздуха
-20°С контроллер рассчитывает требуемую температуру
возвращаемого теплоносителя
64,6°С (см.рис. 1 – график 150/70 С).
Однако
теплоснабжающая организация требует, чтобы потребитель вернул
теплоноситель не
теплее 49°С, что соответствует температуре воды, поступающей из
теплосети. Если
температура в обратном трубопроводе превысит 49°С, контроллер
не будет
корректировать задание температуры отопления, пока температура в
обратном
трубопроводе не превысит 64,6°С, а это означает, что задача
поддержания
требуемой температуры обратной воды не решена и теплоснабжающая
организация
вправе предъявить абоненту претензию по поводу завышения температуры
обратной
воды (см. п.4).

3.3.
Новое Решение.

Автоматизация
ИТП выполняется на базе
свободно-программируемого контроллера МС-8 или МС-12 . На подающем
трубопроводе
теплосети устанавливают дополнительный датчик температуры. В алгоритм
работы
контроллера, помимо стандартных двух отопительных графиков для
подающего и
обратного трубопроводов отопления относительно температуры наружного
воздуха
(что обеспечивается многими современными контроллерами), включают два
дополнительных графика для подающего и обратного трубопроводов
отопления
относительно температуры в подающем трубопроводе теплосети. В
разработанном
алгоритме сравниваются два задаваемых значения температуры
возвращаемого
теплоносителя: относительно температуры наружного воздуха и
относительно
температура в подающем трубопроводе теплосети. Коррекция графика в
подающем
трубопроводе ведется относительно наименьшего из этих двух значений.
Таким
образом, потребитель тепловой энергии избегает штрафов за превышение
температуры возвращаемого теплоносителя при пониженных параметрах
тепловой
сети.
Дополнительным преимуществом вышеописанного алгоритма является
повышение
живучести системы. Например, в случае выхода из строя датчика
температура
наружного воздуха, при стандартных алгоритмах автоматика ИТП не
работает.
Разработанный новый алгоритм при данной аварии обеспечивает
функционирование
автоматического регулирования относительно температуры в подающем
трубопроводе
теплосети.

Автоматизация ИТПсовременные технические решения

Автоматика
ИТП дает возможность поддерживать требуемые параметры теплоснабжения,
снизить
потребление тепловой энергии за счет погодной компенсации, производить
диагностику работы оборудования и системы в целом, при обнаружении
нештатной
ситуации выдать сигнал аварии и принять меры по снижению ущерба от
данной
нештатной ситуации.

Автоматизация ИТП проектируется
с учетом сложности объекта, пожеланий
Заказчика. Выбор оборудования и схемных решений зависит также от того,
требуется ли диспетчеризация теплоснабжения (или диспетчеризация ИТП).

Система управления может
строиться как на жеско-запрогаммированных
микропроцессорных терморегуляторах (ECL –
«Danfoss”, ТРМ – «Овен», ВТР
–
«Вогез» и пр.), так и на базе
свободно-программируемых контроллеров. Проведение
пуско-наладочных работ последних требует высокой квалификации
наладчиков. Тем
не менее, в последние годы наиболее часто наши проекты выполняются на
базе
именно свободно-программируемых контроллеров. Их использование
обусловлено
следующими причинами:

a) Возможностью применения
нестандартных алгоритмов, учитывающих
технические
особенности конкретного объекта и изменяющиеся требования
теплоснабжающей
организации.

b)Возможностью минимизации
последствий
внештатной ситуации.

c)Снижением аппаратной
избыточности:
снимаемая с любого
датчика информация может быть использована для различных целей;
например, с
одного датчика давления может быть получена информация и сформированы
команды
по следующим ситуациям: аварийно-высокое давление, подпитка вторичного
контура
теплообменника, угроза завоздушивания системы, сухой ход насоса,
текущее
значение давления для диспетчеризации.

d)Возможностью использования
информации
с некоторых типов
вычислителей (тепла, газа, электроэнергии); например, можно не
дублировать
датчики узла учета тепловой энергии, а получать данные с этих датчиков
через
СПсеть.

e)Возможностью применения
периферийных устройств с любыми
стандартными и
даже нестандартными характеристиками, легкая замена приборов (датчиков,
приводов и пр.) с одними характеристиками на приборы с другими
характеристиками, что может быть важным для оперативной замены вышедших
из
строя элементов или при модернизации.

f)  
 Легкостью изменения алгоритма
управления (без перемонтажа
или с незначительными переделками схемы).

g)   Одно устройство
(контроллер) управляет всем оборудованием
теплового
пункта, что значительно упрощает электрическую принципиальную схему
шкафа
управления, это особенно важно, если автоматизация и диспетчеризация
решаются
на достаточно высоком уровне. Исключается применение дополнительных
элементов
автоматики, таких как промежуточные реле, таймеры, компараторы и пр.
Таким
образом, электрическая схема шкафа управления упрощается, что снижает
затраты,
это тем более важно, если проектируется сложная автоматика, например,
автоматика ИТП высотных зданий

h)  
 Контроллер производит подробную
диагностику практически
всего оборудования и режимов работы.

i)  
Многовариантностью доведения диагностических сообщений до
обслуживающего персонала (сигнальными лампами, подробная информация на
пульте
контроллера, местная диспетчеризация теплоснабжения через локальную
сеть
Ethernet, удаленная диспетчеризация теплоснабжения и других процессов
через
Internet, посылка SMS сообщений ответственному лицу).

j)  
 Многовариантностью доведения диагностических
сообщений до
обслуживающего персонала (сигнальными лампами, подробная информация на
пульте
контроллера, местная диспетчеризация через локальную сеть Ethernet,
удаленная
диспетчеризация через Internet, посылка SMS сообщений ответственному
лицу).

k) Невысокой ценой на
качественные отечественные
свободно-программируемые
контроллеры КОНТАР, выпускаемые ОАО «Московский завод
тепловой автоматики»,
которая стала сопоставима с ценой на жестко-запрограммированные
контроллеры
(погодные компенсаторы).

Тепловой контроль

Организация
теплового контроля и выбор приборов
осуществля­ется в соответствии со
следующими принципами:

– параметры,
наблюдение за которыми необходимо для
эксплуата­ции котельной, контролируются
показывающими приборами;

– параметры,
изменение которых может привести к
аварийному состоянию оборудования,
контролируются сигнализирующими
показы­вающими приборами;

– параметры,
учет которых необходим для анализа
работы обору­дования или хозяйственных
расчетов, контролируются регистрирую­щими
или суммирующими приборами.

Для
паровых котлов требования к контролю
теплотехнических параметров определяются
рабочим давлением пара и расчетной
паропроизводительностью. Например,
паровые газомазутные котлы ДЕ-25-14ГМ
(рис. 4.1 и 4.2) оборудованы показывающими
приборами для измерения:

– температуры
питательной воды до и после экономайзера
техни­ческими термометрами 1 типа П
или У;

– температуры
пара за пароперегревателем до главной
паровой задвижки техническим термометром
3 типа П или
У;

– температуры
уходящих газов милливольтметром Е4
типа Ш4540/1;

– температуры
мазута термометром 2 типа П
или У;

– давления
пара в барабане показывающим манометром
25 типа МП4-У
и показывающим самопишущим вторичным
прибором 20 типа КСУ1-003;

– давления
пара у мазутных форсунок манометром 15
типа МП-4У;

–давления
питательной воды на входе в экономайзер
после ре­гулирующего органа манометрами
25 типа МП-4У;
давления воздуха после дутьевого
вентилятора напоромером мемб­ранным
типа НМЛ-52
и тягонапоромером дифференциальным
жидкостным 26 типа ТДЖ16300;

– давления
мазута к котлу манометрами 16 типа МП-4У
и показы­вающим вторичным прибором
13 типа КСУ1-003;

– давления
газа к котлу напоромерами мембранными
показывающи­ми типа НМЛ-100
и показывающим самопишущим вторичным
прибором 12 типа КСУ1-003;

– давления
газа к запальнику манометром 34 типа
МП-4У;

– разрежения
в топке котла тягонапоромером мембранным
показы­вающим 14 типа ТНМП-52;

– разрежения
перед дымососом тягонапоромером
дифференциальным жидкостным 18 типа
ТДЖ24000;

– расхода
пара дифманометром 33 типа ДСС-711Ин—М1;

– расхода
газа дифманометром 31 типа ДСС-711Ин—М1;

– расхода
мазута счетчиком мазута 32 типа СМО-200;

– содержания
СО₂
в уходящих газах переносным газоанализато­ром
30 типа КГА-1-1;

– уровня
воды в барабане водомерным стеклом 28 и
показывающим самопишущим вторичным
прибором 29 типа КСУ1-003.

Уровень
воды в барабане котла, разрежение в
топке, давление газа к котлу, давление
мазута к котлу и давление воздуха после
дутьевого вентилятора контролируются
сигнализирующими приборами – дифманометром
Е35
типа ДСП-4С_Г—М1,
датчиком-реле напора и тяги Е22
типа ДНТ-1,
датчиком-реле напора Е19
типа ДН-40,
манометром электроконтактным показывающим
Е23
типа ЭКМ-IV,
датчиком-реле напора Е21
типа ДН-40
и сигнальными лампа­ми НLЗ
— НL7.

Тепловая автоматика определение, устройство, применение

Тепловая автоматика — комплекс устройств обеспечивающих тепловое потребление зданий и сооружений с наибольшей энергетической эффективностью. В систему автоматики входят следующие устройства:

• контролеры и датчики температурных показаний теплового носителя;
• датчики контроля температуры воздушных масс;
• механизмы исполнительного значения (электрические клапаны, температурные регуляторы, устройство регулирующие давление), а также насосное оборудование.

Назначение тепловой автоматики.

Основной задачей систем тепловой автоматизации зданий является максимальное снижение тепловых потерь от потребленной электрической энергии. Основные функции таких систем:

• Контроль и управление температурой теплового носителя в зависимости от внешних (уличных) температурных показателей.
• При необходимости понижает или повышает температуру в здании, когда выполняется работа оборудования по заведенному в программу графику. Часто применяют понижение температуры в ночной период времени, при этом снижение всего на 1 градус дает около 5% экономии от всего отопительного сезона.
• Контроль температурного режима в обратных трубопроводах, при необходимости принудительно утилизируется энергия тепла.
• Следит за температурным режимом подачи ГВС в здание, при необходимости проводит регулирование при помощи смесительных клапанов быстрого реагирования, а также используя накопительные бойлеры.
• Эффективно управляет работой тепловых насосов с учетом инерционных показателей в зависимости температурных режимов на улице и в помещении. Задействует в автоматическом режиме основную и резервную систему снабжения теплом зданий, для предотвращения возникновения коррозийных следов и прилипания подшипников в насосах.

В России хорошо зарекомендовала себя в работе продукция производства компании «Danfoss».

Лидер изготовления тепловой автоматики

В 1993 году был основан российский филиал датской компании Danfoss, с участием инвестиционного фонда Дании. С этого периода времени в России впервые выпускаются радиаторные температурные регуляторы. Концерн DANFOSS ─ лидер в изготовлении систем автоматики для разных инженерных систем (вентиляция и кондиционирование, теплоснабжение). Сегодня цеха этой компании предлагают:

• температурные регуляторы для отопительных приборов, автоматическую запорную арматуру;
• для систем водоснабжения (горячего и холодного) балансировочные клапана;
• автоматизацию вентиляционных процессов в теплопунктах;
• регулирующие устройства для температуры и давления;
• электрические устройства управлением теплового режима в загородном доме, коттедже;
• автоматизация напольного обогрева, устройства регулирования и контроля;
• компоненты автоматизации тепловых процессов в горелках.

Контроль качества производимой продукции в компании на высоком уровне на всех заводах

Компания Danfoss вопросам точности и надежной работы всех изделий завода уделяет особенное внимание, они все проходят жесткий контроль и тестирование перед отгрузкой потребителю.

Диспетчеризация теплоснабжения

5.1. Назначение диспетчеризации

 
    Другими словами,
диспетчеризация ИТП обеспечивает выдачу сигнала аварии звуком, а также
соответствующими надписями и изображениями на мониторе компьютера.

Автоматика
ИТП может быть связана с
компьютером диспетчера – оператора различными способами:

через
локальную компьютерную сеть, если оператор и автоматика ИТП недалеко
удалены друг от друга (находятся в одном или в соседних зданиях).
Организация
такой связи дешева, практически не требует средств на свое поддержание,
ее
работа не зависит от операторов связи. Идеально подходит для
организации
круглосуточной работы диспетчерского пункта на объекте;

— автоматизация,
диспетчеризация могут осуществляться с помощью связи по сети
Internet, в таком случае контроль за системой и вмешательство в её
работу может
проводиться практически из любой точки Земного шара. Для этого
необходимо
только обеспечить возможность подключения к Internet как в месте
расположения
контролируемого объекта, так и в месте нахождения оператора.
Специального
программного обеспечения оператору в этом случае не требуется
(достаточно
любого браузера для выхода в Internet). Теперь ответственный работник
может
быть в курсе дел на своем объекте, находясь от него на любом удалении,
достаточно лишь иметь доступ в Internet. Эта система прекрасно подходит
для
обслуживания удаленных объектов;

— модемная
связь позволяет периодически осуществлять связь с объектом по
каналам GSM или телефонной связи, например, можно организовать рассылку
соответствующих SMS-сообщений при возникновении
определенных ситуаций;

— можно
использовать комбинацию нескольких видов связи: например, выход в
Internet легко организовать через GPRS-модем.

Важным
требованием к трем
последним видам связи является обеспечение защиты от постороннего
вмешательства
в работу системы.

5.2.
Сетевые возможности контроллеров

Автоматизация, диспетчеризация
реализуются с помощью одного или
нескольких
контроллеров.
Совместно работающие контроллеры между собой связываются через
интерфейс RS485.
При этом каждый из связанных между собой контроллеров может работать
автономно.
При отказе сети контроллеры просто не смогут обмениваться информацией
между
собой. Если алгоритм построить так, что каждый контроллер выполняет
автономную
часть алгоритма, то по сети контроллеры будут обмениваться лишь
вспомогательной
информацией, поэтому при отказе сети существенного ущерба для
работоспособности
системы не произойдет.
К отдельным контроллерам или к группам контроллеров, связанных друг с
другом по
RS485, могут быть подключены следующие приборы учета: приборы НПФ
«Логика»,
поддерживающие СП СЕТЬ (СПГ761, СПТ961), электросчетчик СЭТ-4ТМ,
теплосчетчик
SA94, теплосчётчик ТЭМ106, теплосчетчик ВИС.Т, теплосчетчик ВКТ-7,
Электросчетчики Меркурий 320.
Контроллеры (или их группы), которые выполняют независимые друг от
друга
задачи, могут связываться с местным диспетчером по каналу Ethernet, или
с
удаленным – через Internet с использованием сервера, на
котором обеспечиваются
специальные меры по защите информации.
Возможна отправка SMS сообщений о случившихся нештатных ситуациях
ответственному лицу.
При необходимости, возможно подключение приборов, работающим по
протоколам:

•  
 MODBUS RTU;
•    BACNet;
•    LonWork (через шлюз);
•    и другие.

Автоматизация тепловых электрических станций

Современное развитие энергетики России невозможно без модернизации и реконструкции устаревшего оборудования электростанций, внедрения современных методов производства электрической и тепловой энергии, применения современных комплексных средств автоматизации технологических процессов.
Компания АББ Силовые и Автоматизированные Системы имеет большой опыт внедрения систем управления для автоматизации технологических процессов тепловых электрических станций.
При этом решаются следующие основные задачи:

Задачи	Решения
Надежная защита технологического оборудования	Автоматическое отслеживание выработки ресурса оборудования, паспортизация и автоматический контроль сроков плановых ремонтов Применение высоконадежных технических средств и решений, обеспечивающих реализацию защиты технологического оборудования с высоким классом точности и быстрым временем срабатывания
Анализ аварий	• Автоматическое ведение журнала аварийных событий, событийных журналов и журналов действий оперативного персонала
Безошибочность работы оперативного персонала	Надежная автоматическая система защит и блокировок оборудования Система автоматических подсказок оперативному персоналу при возникновении нештатных ситуаций
Повышение эффективности работы оперативного и обслуживающего персонала	Обслуживание микропроцессорной техники требует минимального количества обслуживающего персонала Возможность реализации видеокадров с большим количеством технологических параметров на одном экране АРМ Возможность управления всем технологическим процессом с одного АРМ
Экономичное использование энергоносителей, экономия электрической энергии, снижение вредных выбросов	Оптимизация процессов сжигания топлива за счет автоматического поддержания оптимального соотношения топливо-воздух во всем диапазоне нагрузок Использование частотно-регулируемого привода для дымососов и вентиляторов Автоматический выбор наиболее оптимального режима работы турбин, для поддержания наибольшего КПД цикла
Экономия и учет выработки электрической и тепловой энергии	Внедрение приборов учета Автоматический контроль выработки и отпуска тепловой и электрической энергии