Автоматизация процессов инженерных систем теплоснабжения промышленных предприятий

Тип работы: Диссертация
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 58 страниц
В избранное:

НАО УНИАЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА горада СЕМЕЙ

Факультет Инженерно-технологический

Кафедра «Автоматизация, информационные технологии и градостроительство»

магистерская дисертация

по специальности 7М07104 - «Автоматизация и управление»

Автоматизация процессов инженерных систем теплоснабжения промышленных предприятий

Исполнитель Карсакбаев А. К.

(подпись, дата)

Научный руковадитель к. т. н. Золотов А. Д

(подпись, дата)

Допущен к защите:

(дата)

Заведущий кафедройКожахметова Д. О.

(подпись, дата)

Нормоконтроллер Демьяненко А. И.

(подпись, дата)

Семей - 2022 г.
РЕФЕРАТ

В магистерской диссертации на тему «Автоматизация процессов инженерных систем теплоснабжения промышленных предприятий» содержится: страниц - 67, таблиц - 1, рисунков - 38, использованных источников - 55.

Ключевые слова: АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, КАМЕРА ОРОШЕНИЯ, МИКРОКЛИМАТ

Публикации. По теме диссертации опубликована две печатные работы.

Целью диссертационной работы является разработка структуры построения систем автоматического адаптивного управления технологическими процессами инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования промышленных предприятий на основе теоретического исследования математических моделей наиболее важных элементов системы кондиционирования.

Так как наиболее сложным с точки зрения динамики объектом регулирования в установке кондиционирования воздуха является камера орошения, то одним из основных моментов построения системы кондиционирования является разработка математической модели именно данной камеры на основе уравнений математического баланса.

Выявлено, что динамика камеры орошения не может описываться одним дифференциальным уравнением, и при определении настроечных параметров регулятора необходимо учитывать особенности камеры орошения как объекта с изменяющейся структурой.

На основании полученных зависимостей разработаны структурные схемы связанного регулирования параметров микроклимата и рассчитаны системы автоматического регулирования воздуха и влажности для производственного помещения, определяющие комфортные условия работы.

РЕФЕРАТ

"Өнеркәсіптік кәсіпорындарды жылумен жабдықтаудың инженерлік жүйелері процестерін автоматтандыру" тақырыбындағы магистрлік диссертацияда: беттер - 67, кестелер - 1, суреттер - 38, пайдаланылған көздер - 55.

Түйінді сөздер: АВТОМАТТЫ БАСҚАРУ, МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛЬ, ЖЫЛУМЕН ЖАБДЫҚТАУ, СУАРУ КАМЕРАСЫ, МИКРОКЛИМАТ

Жариял анымдар. Диссертация тақырыбы бойынша екі баспа жұмысы жарық көрді.

Диссертациялық жұмыстың мақсаты-кондиционерлеу жүйесінің маңызды элементтерінің математикалық модельдерін теориялық зерттеу негізінде өнеркәсіптік кәсіпорындардың жылумен жабдықтау және кондиционерлеу инженерлік жүйелерінің технологиялық процестерін автоматты түрде бейімделетін басқару жүйелерін құру құрылымын жасау.

Ауа баптау қондырғысындағы динамика тұрғысынан ең күрделі реттеу объектісі суару камерасы болғандықтан, ауа баптау жүйесін құрудың негізгі сәттерінің бірі математикалық тепе-теңдік теңдеулеріне негізделген осы камераның математикалық моделін жасау болып табылады.

Суару камерасының динамикасын бір дифференциалдық теңдеумен сипаттауға болмайтындығы анықталды және реттегіштің баптау параметрлерін анықтау кезінде суару камерасының өзгеретін құрылымы бар объект ретіндегі ерекшеліктерін ескеру қажет.

Алынған тәуелділіктер негізінде микроклимат параметрлерін байланысты реттеудің құрылымдық схемалары жасалды және ыңғайлы жұмыс жағдайларын анықтайтын өндірістік бөлме үшін ауа мен ылғалдылықты автоматты реттеу жүйелері есептелді.

Report

The master's thesis on "Automation of processes of engineering systems of heat supply of industrial enterprises" contains: pages - 67, tables - 1, figures - 38, sources used - 55.

Keywords: AUTOMATIC CONTROL, MATHEMATICAL MODEL, HEAT SUPPLY, IRRIGATION CHAMBER, MICROCLIMATE

Publications. Two printed works have been published on the topic of the dissertation.

The purpose of the dissertation work is to develop a structure for constructing systems of automatic adaptive control of technological processes of engineering systems of heat supply and air conditioning of industrial enterprises on the basis of theoretical research of mathematical models of the most important elements of the air conditioning system.

Since the irrigation chamber is the most difficult object of regulation in terms of dynamics in an air conditioning installation, one of the main points of building an air conditioning system is the development of a mathematical model of this particular chamber based on mathematical balance equations.

It is revealed that the dynamics of the irrigation chamber cannot be described by a single differential equation, and when determining the adjustment parameters of the regulator, it is necessary to take into account the features of the irrigation chamber as an object with a changing structure.

Based on the obtained dependencies, structural schemes of the associated regulation of microclimate parameters have been developed and automatic air and humidity control systems for the production room have been calculated, determining comfortable working conditions

Содержание

ВВЕДЕНИЕ8

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ, КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ11

1. 1 Производственный микроклимат промышленных предприятий и его влияние на эффективность выполнения технологических процессов11

1. 2 Классификация систем кондиционирования15

1. 3 Обоснование методов автоматического регулирования параметров инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования промышленных предприятий32

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КАМЕРЫ ОРОШЕНИЯ38

3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ48

3. 2 Автоматические системы регулирования влажности воздуха53

3. 2 Выбор технических средств автоматизации62

ЗАКЛЮЧЕНИЕ65

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ66

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

При выполнении данной магистерской диссертации руководствовались требованиями и рекомендациями следующих документов:

Положение о магистерской диссертации II 042-08. 1. 00. 01- 2013
ГОСТ 2. 001-93 ЕСКД. Общие положения
ГОСТ 2. 004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов па печатающих и графических устройствах вывода
ГОСТ 2. 102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов
ГОСТ 2. 104-2006 ЕСКД. Основные надписи
ГОСТ 2. 105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
ГОСТ 2. 106-96 ЕСКД. Текстовые документы
ГОСТ 2. 109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам
ГОСТ 2. 111-68 ЕСКД. Нормоконтроль
ГОСТ 2. 114-95 ЕСКД. Технические условия
ГОСТ 2. 301-68 ЕСКД. Форматы
ГОСТ 2. 302-68 ЕСКД. Масштабы
ГОСТ 2. 303-68 ЕСКД. Линии
ГОСТ 2. 304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные
ГОСТ 2. 316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц
ГОСТ 2. 319-81 ЕСКД. Правила выполнения диаграмм
ГОСТ 2. 321-84 ЕСКД. Обозначения буквенные
ГОСТ 2. 417-91 ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей
ГОСТ 2. 702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем
ГОСТ 2. 710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах
ГОСТ 2. 721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
ГОСТ 2. 781-96 ЕСКД. Обозначения условные графические.
ГОСТ 7. 32 - 2001 Правила оформления текстовых документов
ГОСТ 7. 32-91 Оформление списка литературы.
ГОСТ 2. 316-68 Перечень допускаемых сокращений слов для основных надписей, технических требований, таблиц, чертежей и спецификаций
ГОСТ 2. 109-73 Оформление иллюстраций.
ГОСТ 7. 32-81 Правильность нумерации страниц, разделов, подразделов, иллюстраций, таблиц, приложений, формул

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ИС

Инженерные системы

ИС: ТС

Инженерные системы: Теплоснабжение

ИС: КВ

Инженерные системы: Кондиционирование воздуха

ИС: САР

Инженерные системы: Система автоматического регулирования

ИС: АСУТП

Инженерные системы: Автоматизированная система управления технологическим процессом

ИС: ТОУ

Инженерные системы: Технологический объект управления

ИС: ММ

Инженерные системы: Математическая модель

ИС: ОР

Инженерные системы: Объект регулирования

ИС: САО

Инженерные системы: Система автоматической оптимизации

ИС: ЦАП

Инженерные системы: Цифро-аналоговый преобразователь

ИС: АЦП

Инженерные системы: Аналого-цифровой преобразователь

ИС: СКВ

Инженерные системы: Система кондиционирования воздуха

ИС: САПР

Инженерные системы: Система автоматического проектирования

ВВЕДЕНИЕ

Оптимальное управление современными системами теплоснабжения городов и промышленных предприятий невозможно без широкого применения средств автоматики и вычислительной техники. При проектировании автоматизированной системы управления (АСУ) теплоснабжением следует исходить из общих требований к точности и скорости выполнения операций ввода с объекта управления измерительной информации, к структуре устройств связи управляющей машины с объектом управления, к параметрам аппаратуры нормализации, коммутации, передачи и преобразования сигналов, к методам борьбы с помехами, к алгоритмам и программам процедур передачи и преобразования информации. Разработка и реализация управления системой теплоснабжения представляет собой сложную задачу, которая должна решаться комплексно с системой кондиционирования.

Эксплуатационные режимы работы инженерных систем промышленных предприятий характеризуются нестабильностью поддержания заданных параметров воздушной среды, так как неуправляемый процесс не учитывает переходные характеристики, связанные с динамическими свойствами объекта, возникающие в процессе производства различных видов продукции и изделий [1] . Поэтому стабилизацию заданных параметров микроклимата в технологических цехах промышленных предприятий могут обеспечить только современные средства и системы автоматизации, разработка которых, вплоть до настоящего времени, сводится к выбору типовых технических средств без учета особенностей микроклимата производства [2]

Для управления тепловым режимом производственного здания наиболее целесообразной является структура управления, при которой факторы теплового режима регулируются соответствующими автоматическими устройствами, а управляющая вычислительная машина, обрабатывающая измерительную информацию, рассчитывает величину управляющих воздействий для них. Однако для реализации такого программного управления необходим поиск как более точных математических моделей объекта управления, так и более эффективных алгоритмов организации процесса управления, что позволит снизить требования к характеристикам ЭВМ, а следовательно - удешевить практическую реализацию системы. Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью совершенствования подходов к математическому описанию теплового состояния основных элементов ТС и КВ как объекта управления и алгоритмизации АСУ теплоснабжением и кондиционированием.

Актуальность работы определяется большим объемом затрат на обеспечение эффективности инженерных систем ТС и KB, которые составляют до 40% твердого топлива и до 10% вырабатываемой в стране электроэнергии.

Развитие технических инженерных систем способствует созданию в последние годы новых промышленных производств, технологический процесс которых невозможен без точного поддержания заданных параметров воздушной среды, что является необходимым, а часто решающим условием развития нанотехнологий. К ним, в первую очередь относятся производство микропроцессорной и микроэлектронной техники, телерадиосистем, продукции точного приборостроения и машиностроения, промышленное производство искусственных материалов.

Необходимость разработки новых современных систем автоматического управления параметрами ТС и КВ промышленных предприятий в настоящее время способствуют объективные причины:

развитие новых производств машиностроительной, электронной, химической и других отраслей промышленности, нуждающихся в поддержании определенных и постоянных параметров состояния воздушной среды;
возрастающие требования, к улучшению условий труда и повышению производительности в горячих и мокрых цехах, рудниках;
новые тенденции в архитектуре, затрудняющие борьбу с избыточным теплом и влагой обычными вентиляционными средствами.

Поэтому необходимо разработать мероприятия и провести научно- исследовательские работы по снижению удельных расходов энергетических ресурсов и созданию энергосберегающих технологий за счет автоматизированного управления режимами работы ИС.

Необходимость комплексной автоматизации ИС подтверждается- прежде всего тем, что она позволяет на 20 - 30% сократить расходы топливо энергетических ресурсов.

Цели и задачи исследования .

Целью диссертационной работы является разработка структуры построения систем автоматического адаптивного управления технологическими процессами инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования промышленных предприятий на основе теоретического и экспериментального исследования математических моделей наиболее важных элементов системы ТС и КВ.

Для достижения поставленной цели решались следующие задач:

-с целью выявления основных параметров улучшения качества регулирования произвести анализ существующих методов регулирования систем отопления и кондиционирования;

- разработать математическую модель объекта управления, учитывающую температурные режимы систем теплоснабжения и кондиционирования параметров воздушной среды;

- построить алгоритм автоматического расчета и контроля температурных характеристик;

- определить оптимальные параметры настройки регулятора при различных режимах работы инженерной системы;

- разработать локальную систему технологического кондиционирования воздуха.

Методы исследования . Использовались методы математического моделирования, математической статистики, математического программирования, математической физики, математического анализа.

Научная новизна .

При проектировании САР тепловлажностных параметров воздуха учитывали взаимосвязь температуры и относительной влажности воздуха в обслуживаемом помещении, как двух взаимосвязных параметров одного объекта управления;

Разработана математическая модель системы орошения СКВ;

На основании полученной модели определены оптимальные настройки САР.

Предложены структурные схемы управления.

Практическая значимость : Разработана математическая модель САР устройств ТС и KB и на ее основе построена структурная блок-схема автоматического регулирования параметров воздушной среды в производственном помещении.

Разработана схема автоматизации системы теплоснабжения.

Разработана автономная САР параметров воздуха в промышленном помещении по температуре наружного воздуха.

Разработанные алгоритмы и решения могут быть использованы как при исследовании и проектировании АСУ теплоснабжением, так и при практической реализации управления отоплением на основе программного регулирования.

ГЛАВА 1 СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ, КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 1. 1 Производственный микроклимат промышленных предприятий и его влияние на эффективность выполнения технологических процессов

Производственный климат промышленных предприятий определяется технологическими требованиями, определяемыми в зависимости от выполнения [3] .

Рисунок 1 - Классификация помещений производственных предприятий по функциональному назначению их использования

Для создания нормальных технологических условий в производственных помещениях различного функционального назначения (рисунок 1) необходимо обеспечить нормальные значения параметров микроклимата: температуры воздуха, его относительной влажности и скорости движения, а также интенсивности теплового излучения (рисунок 2) [4] .

Рисунок 2 - Классификация микроклимата промышленных помещений

Поэтому для обеспечения нормативных технологических параметров микроклимата необходима эффективная работа устройств автоматизации инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования.

Создавая необходимый микроклимат в производственном помещении для обеспечения заданных технологических режимов и для эффективного функционирования, необходимо разработать алгоритм управления режимами работы инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования воздуха, учитывающий заданные параметры регулирования [4] .

В соответствии с ГОСТ 12. 1. 005-85* «Общие санитарно-гигиенические нормы воздуха рабочей зоны» и СНиП 2. 04. 05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование» параметры воздуха в производственном помещении должны иметь приведенные значения, представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Оптимальные параметры воздуха производственных помещений

Помещения и здания

Категория работ

Температура, [°С]

Относительная влажность, [%]

Скорость, [м/с]

Помещения и здания:

Категория работ: Легкая I

Температура, [°С]:

20-23

22-25

Относительная влажность, [%]:

60-40

Скорость, [м/с]:

0, 2

Помещения и здания: Производственные

Категория работ: Средней тяжести II а

Температура, [°С]:

18-20

21-23

Относительная влажность, [%]:

60-40

Скорость, [м/с]:

0, 3

Помещения и здания:

Категория работ: Средней тяжести II б

Температура, [°С]:

17-19

20-22

Относительная влажность, [%]:

60-40

Скорость, [м/с]: 0, 3 0, 4

Помещения и здания:

Категория работ: Тяжелая III

Температура, [°С]:

16-18

18-21

Относительная влажность, [%]:

60-40

Скорость, [м/с]:

0, 3

0, 7

Самый заметный фактор микроклимата помещения - температура. Помимо очевидного влияния температуры воздуха помещения, существует влияние лучистого излучения. Оно исходит от предметов, находящихся в помещении, и от солнца (через оконные проемы) . Вторым по важности фактором является влажность воздуха . Влажность воздуха оказывает существенное влияние на большинство процессов, которые могут происходить в микроклимате помещения: размножение бактерий, вирусов и пылевых клещей, образование грибков, интенсификация эмиссии стройматериалов, отслоение пыли. На общее состояние микроклимата наибольшее влияние оказывает именно комплексное влияние температуры и влажности. Поэтому САР СКВ необходимо рассматривать как взаимосвязанную систему регулирования[4, 5] .

1. 2 Классификация систем кондиционирования

Общепринятой классификации СКВ до сих пор не существует, и связано это с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объекта применения (кондиционируемых помещений) . Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам [1] :

а) по основному назначению (объекту применения) :

- комфортные;

- технологические.

б) по принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению:

- центральные;

- местные.

в) по наличию собственного (входящего в состав кондиционера) источника тепла и холода:

- автономные;

- неавтономные.

г) по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон) :

- однозональные ;

- многозональные.

д) по принципу действия:

- приточные

- рециркуляционные;

- комбинированные.

е) по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха:

- с качественным (однотрубным ) ;

- с количественным (двухтрубным ) регулированием.

ж) по степени обеспечения метеорологических условий в обслуживаемом помещении - первого, второго и третьего классов

з) по давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров - низкого, среднего и высокого давления.

и) Кроме приведенных выше классификаций существуют разнообразные системы кондиционирования, обслуживающие специальные технологические процессы, включая системы с изменяющимися по времени (по определенной программе) метеорологическими параметрами.

Комфортные СКВ.

Комфортные системы кондиционирования воздуха предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям для жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений.

Технологические СКВ.

Технологические системы кондиционирования воздуха предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований к состоянию воздушной среды

Центральные СКВ.

Снабжаются извне холодом (доставляемым холодной водой или хладагентом), теплом (доставляемым горячей водой, паром или электричеством) и электрической энергией для привода электродвигателей вентиляторов, насосов и пр.

Центральные системы кондиционирования воздуха расположены вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое помещение, несколько зон такого помещения или много отдельных помещений. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (производственный цех, театральный зал, закрытый стадион или каток) .

Центральные СКВ оборудуются центральными неавтономными кондиционерами, которые изготавливаются по базовым (типовым) схемам компоновки оборудования и их модификациям.

Центральные системы кондиционирования воздуха обладают следующими преимуществами:

- Возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях.

- Сосредоточением оборудования, требующего систематического обслуживания и ремонта, как правило, в одном месте (подсобном помещении, техническом этаже и т. п. )

- Возможностями обеспечения эффективного шумо- и виброгашения. С помощью центральных СКВ при надлежащей акустической обработке воздуховодов, устройстве глушителей шума и гасителей вибрации можно достичь наиболее низких уровней шума в помещениях и обслуживать такие помещения, как радио- и телестудии и т. п.

Несмотря на ряд достоинств центральных СКВ, надо отметить, что крупные габариты и проведение сложных монтажно-строительных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов часто приводят к невозможности применения этих систем в существующих реконструируемых зданиях

Местные СКВ.

Местные системы кондиционирования воздуха разрабатывают на базе автономных и неавтономных кондиционеров, которые устанавливают непосредственно в обслуживаемых помещениях. Достоинством местных СКВ является простота установки и монтажа. Такая система может применяться в большом ряде случаев:

- В существующих жилых и административных зданиях для поддержания теплового микроклимата в отдельных офисных помещениях или в жилых комнатах

- Во вновь строящихся зданиях для отдельных комнат, режим потребления холода в которых резко отличается от такого режима в большинстве других помещений, например, в серверных и других насыщенных тепловыделяющей техникой комнатах административных зданий. Подача свежего воздуха и удаление вытяжного воздуха при этом выполняется, как правило, центральными системами приточно-вытяжной вентиляции

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.