Реферат: Разработка системы теплоснабжения
Измерение температуры:
(Для измерения разности температур необходимо использовать подобранные пары датчиков)
– количество измерительных каналов - 4;
– тип температурных датчиков - термометры сопротивления, градуировочные характеристики Pt100 или Pt500;
– диапазон измерения температуры - +1…+150 °С;
– абсолютная погрешность измерения, не более ± (0,2 +0,04t) °С;
– абсолютная погрешность измерения разности температур - не более ± 0.1 °С;
– схема включения датчика - 3-х проводная;
– длина линии связи до датчика, - не более 100м.
Измерение расхода (массы) теплоносителя:
– количество измерительных каналов - 4;
– типы водосчетчиков (расходомеров) (выходной сигнал - импульсный) - ОСВИ Ду 25..40, ВМХ, ВМГ Ду 40…300, ВЭПС-ТИ Ду 20…200, ДНЕПР-7 Ду до 1600 и им аналогичные;
– диапазон измерения расхода (массы) - определяется типом водосчетчика;
– абсолютная погрешность измерения - ± 1 импульс;
– длина линии связи до датчика, не более - 100м.
Измерение давления теплоносителя в трубопроводах:
– количество измерительных каналов - 1;
– типы манометров (выходной сигнал 0-5мА, 0-20мА или 4-20мА) - САПФИР- 22М, САПФИР-100, СТАРТ-400 и им аналогичные;
– диапазон измерения - 0 - 1,6 МПА;
– относительная приведенная погрешность измерения выходного сигнала, не более - ±0,5%;
– длина линии связи до датчика, не более - 100м;
– относительная приведенная погрешность, не более - ±0,01%.
Вычисление тепловой энергии производится при разности температур не менее 0,1°С.
Измерение параметров и их архивация производится с дискретностью по времени 1час.
Время работы тепловычислителя в автономном режиме не менее 1 года.
Тепловычислитель имеет климатическое исполнение УХЛ 4 по ГОСТ 15150. По устойчивости к климатическим воздействиям - группа исполнения В4 по ГОСТ12997 и рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от +1 до +50 °С и относительной влажности не более 95%.
Тепловычислитель имеет степень защиты IP65 по ГОСТ 14254.
По устойчивости к механическим воздействиям тепловычислитель относится к виброустойчивому и вибропрочному исполнению группы 1 по ГОСТ12997.
Тепловычислитель устойчив к воздействию внешнего магнитного поля напряженностью до 400А/м, изменяющегося синусоидально с частотой 50 Гц [4].
1.2. Задачи, которые должны решать периферийные устройства системы
На данный момент реализации ТМС выполняет функции телеизмерения и телесигнализации. Проектируемая система является комплексом из трех основных частей:
– аппаратных средств (датчики, радиостанции, преобразователи);
– программного обеспечения для компьютера;
– математического обеспечения, содержащего правила и формулы преобразования информации.
Аппаратно-программный комплекс предназначен для передачи значений контролируемых параметров на значительное расстояние от объектов контроля. Основная задача, которая решается при создании телеизмерительной аппаратуры, заключается в том, чтобы обеспечить возможность измерения как электрических, так и неэлектрических параметров с высокой степенью точности. С этой целью любая измеряемая величина преобразуется в другую, вспомогательную величину, удобную для передачи по каналу связи, которая не искажалась бы каналом связи, не зависела от действия помех и могла передаваться с минимальной затратой энергии.
Система телесигнализации позволяет на расстоянии следить за работой оборудования тепловой насосной станции (состояние насосов) или пунктом учета, а также система должна оповещать диспетчера об аварийных ситуациях, возникающих в том или ином месте, так как обслуживающий персонал отсутствует.
Устройства телесигнализации состоят из передающей и приемной аппаратуры и линии связи. Сигналы в этих устройствах передаются в виде отдельных кодов и классифицируются по назначению. В настоящей телемеханической системе телеизмерения применяется для передачи сигналов служебного назначения, вызова датчиков, воздействия на настройку автоматических регуляторов.
1.3. Возможные пути решения задач периферийными устройствами системы
В связи с наложенными жесткими ограничениями на качество и оперативность передачи измеренных параметров, возможным путем решения вышеперечисленных задач будет являться применение в качестве основного передающего узла однокристальной ЭВМ.
При получении сигнала с диспетчерского пункта на считывание информации с тепловычислителя, микроЭВМ производит считывание требуемых параметров в свою память и после этого транслирует их с помощью модема и радиостанции на диспетчерский пункт.
В такой схеме будет достигнута максимальная защищенность данных от искажений при передаче внутри контроллера, который в основном состоит из однокристальной ЭВМ, которая, как видно из ее названия, выполнена на одном кристалле, и, следовательно, имеет очень высокую надежность.
2.1. Разработка функциональной структуры
Функции системы определяются, исходя из необходимости операций получения, сбора, передачи, обработки , хранения регистрации и представления информации. Поясним некоторые функциональные преобразования телемеханической информации.
Насосная станция представляет собой контролируемый пункт, на котором осуществляется получение информации следующего вида: предупредительной и аварийной, о работе оборудования, о значениях температуры теплоносителя. Полученная информация должна быть преобразована в электрические сигналы, с последующим преобразованием этих сигналов. Далее сигналы преобразуются для передачи их по каналу связи. От каждой насосной станции по своему каналу связи сигналы передаются на диспетчерский пункт, где происходит расшифровка сигналов, производится предварительная обработка и преобразование информации, которая поступает в компьютер. Результаты обработки выдаются на дисплей компьютера или принтер.
На пункте учета тепловой энергии информация от датчиков телеизмерения и телесигнализации поступает в преобразователи информации, в которых эта информация преобразуется в нормализованные электрические сигналы. Эти сигналы по проводным линиям связи передаются на тепловычислитель.
Тепловычислитель производя математические операции по заранее известным формулам для расчета количества теплоты, объема (массы) теплоносителя, по разнице давлений, температур и расходу теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах определяет необходимые параметры.
С тепловычислителя информация байт за байтом поступает на контроллер. Тепловычислитель способен хранить и передавать архив накопленной информации за 40 дней. В архиве хранятся среднесуточные значения параметров. Существует режим передачи мгновенных параметров системы контроля. Вместе с мгновенными параметрами передаются среднечасовые значения.
К контроллеру также подключены датчик защиты от взлома пункта учета тепловой энергии (охранный), пожарной безопасности и датчик затопления. При обнаружении сигнала от одного из этих датчиков контроллер связывается с диспетчерским пунктом и передает сигнал тревоги, по которому операторы должны принять соответствующие меры.
Далее контроллер передает данные на модем, который в свою очередь кодирует сигналы и передает их на радиостанцию, которая, соответственно отправляет эти сигналы в эфир.
На диспетчерском пункте установлена радиостанция для обмена сигналами с пунктом учета тепловой энергии. Большую часть времени радиостанция на диспетчерском пункте находится в режиме “прием”. При этом постоянно анализируется информация, получаемая из эфира. Информация передается сплошным непрерывным потоком байтов, причем в начале каждого цикла измерений восемь байт - идентификатор контроллера, и восемь зарезервированных байт - “пароль”.
Компьютер диспетчерского пункта организует поочередный пунктов учета тепловой энергии, подключенных к телемеханической системе. В течение нескольких секунд компьютер осуществляет обмен информацией только с одной (выбранной им) станцией. В виду того, что диспетчерский пункт объединен с контролируемым пунктом, устанавливается еще устройство ввода информации в компьютер, так как здесь телемеханическая информация не будет передаваться по линии связи. Компьютер обрабатывает принятую и выдает полученную информацию на экран монитора. Кроме того, в памяти компьютера содержится вся информация о работе подключенных к системе, насосных станций в течение 24 часов.
2.2. Разработка технической структуры периферийного устройства
Система для телемеханизации тепловых насосных станций представляет собой комплекс, состоящий из трех частей: аппаратных средств (датчики, радиостанции, преобразователи и т. д.), программного обеспечения для компьютера и контроллеров, математического обеспечения, содержащего правила и формулы преобразования информации. Рассмотрим подробнее на аппаратных средствах.
Датчики - это устройства, предназначенные для непрерывного преобразования измеряемых параметров в электрические сигналы, которые могут быть использованы в системе для дальнейшего преобразования и передачи на расстояние. Кроме того, под датчиками будем понимать элементы приборов и технологического оборудования, с помощью которых может быть сформирован электрический сигнал, содержащий информацию о предаварийном или аварийном значении контролируемого параметра или какую-либо другую информацию. При выборе датчиков учитываются следующие факторы:
– допустимую для данной системы погрешность, определяющую класс точности датчика;
– инерционность датчика, характеризуемая его постоянной времени;
– пределы измерения, перекрывающие диапазон возможных значений измеряемого или контролируемого параметра;
– влияние физических параметров контролируемой и окружающей среды на нормальную работу датчика;
– расстояние, на которое может быть передана информация, вырабатываемая датчиком.
На пунктах учета тепловой энергии датчики располагаются в зависимости от особенностей технологического оборудования того или иного пункта. Датчики можно сгруппировать по виду измеряемых параметров.
2.2.1.1. Датчики измерения температуры
Температура - наиболее важный показатель тепловой насосной станции. В соответствии с техническим заданием система должна обеспечивать измерение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе, а также в обратном трубопроводе. Кроме того, контроль перегрева подшипников насосов и электродвигателей также целесообразно осуществлять путем измерения температуры.
Наиболее распространены термопары, термопреобразователи сопротивления, полупроводниковые терморезисторы, кремниевые (в том числе и интегральные) термодатчики. Для измерения температуры теплоносителя целесообразно применить термопреобразователи сопротивления медные типа ТСМ-6097. Также может быть применен малогабаритный, малоинерционный терморезистор СТЗ-25, СТ-28, ТП-5, ПТР. Так как предполагается, что в насосной станции не будет обслуживающего персонала, то в целях повышения надежности аппаратно-программного комплекса целесообразен постоянный контроль температуры воздуха в насосной. Для этого может быть выбран термометр сопротивления медный типа ТСМ-8006.
Терморезистор сопротивления обладает следующими преимуществами: обеспечивает приемлемую линейность, точность измерения до 0.1° С, диапазон измерений от - 200° С до + 600° С, коэффициент преобразования Кпр=0.1...10 мс. Однако термометры сопротивления требуют многих элементов сопряжения, высококачественную линию связи. Кроме того, они имеют значительные габариты, массу, инерционность. При применении любого термодатчика необходимо в комплекте с ним применять промежуточный преобразователь, предназначенный для преобразования сигнала термодатчика в унифицированный сигнал постоянного тока 0-5 мА или напряжение 10В. Принцип действия преобразователя основан на статической автокомпенсации. Сигнал от термометра поступает на измерительный мост и далее на входной усилитель, выполненный по схеме модулятор-демодулятор. Демодулированный сигнал усиливается выходным усилителем постоянного тока, выходной сигнал которого поступает на нагрузку и устройство обратной связи. Входные и выходные цепи не имеют гальванической связи с цепями питания и между собой.
Все типы преобразователей являются одноканальными, то есть для каждого термометра должен использоваться свой преобразователь. Лучшие характеристики имеет преобразователь типа Ш705: основная погрешность - 0.5-1.12%, сопротивление линий связи с термопреобразователем - 10 Ом, потребляемая мощность - 11В, быстродействие -0.5 с, габаритные размеры - 60*160*350, масса - 3.5 кг. Следовательно, его применение в телемеханической системе наиболее эффективно.
2.2.1.2. Датчики для измерения давления
Давление - параметр, который характеризует протекание процессов на ТНС. При выборе датчиков давления руководствуются требованием преобразования величины давления в унифицированный выходной сигнал. Существует несколько различных типов датчиков:
– датчики давления с мембранами (прогибы мембраны преобразуются в изменения сопротивления резистора или в изменение индуктивности обмоток выходного преобразователя);
– датчики давления с мембранами и пьезоэлементами (возникновение электрических зарядов на рабочих гранях пьезоэлемента при приложении к нему давления);
– датчики давления с мембранами и тензометрическими преобразователями (давление, приложенное к мембране, преобразуется в изменение сопротивления тензоэлемента);
– емкостные датчики давления (давление, приложенное к мембране, преобразуется в изменение сопротивления тензоэлемента);
– датчики давления с манометрическими трубчатыми пружинами. Сравнительный анализ датчиков давления с различными принципами действия показал, что наиболее целесообразно в телемеханической системе применить датчики давления типа Сапфир-22ДИ, принцип действия которого основан на прогибе металлической мембраны (чувствительный элемент), который сначала преобразуется в изменение сопротивления потенциометра, а затем последнее - в ток на выходе датчика.
2.2.1.3. Датчик пожарной сигнализации
В настоящее время используются системы автоматического обнаружения пожара по трем факторам: теплу, дыму, пламени. Наиболее распространены тепловые пожарные извещатели следующих типов:
– максимального действия, срабатывающие при превышении температурой расчетной величины;
– максимально-дифференциальные, объединяющие свойства извещателей максимального и дифференциального типов;
– дифференциальные, реагирующие на быстрое повышение температуры.
Все существующие тепловые извещатели обнаруживают пожар, когда он достигает значительных размеров. Время обнаружения пожара позволяет снизить использование пожарных извещателей, формирующих сигнал пожарной тревоги при появлении пульсации температуры конвективного потока над очагом пожара. Такой извещатель отвечает следующим требованиям: реагирует на переменную составляющую колебаний температуры в определенном частотном диапазоне, не выдает сигналов тревоги при воздействии мешающих факторов, создаваемых работой оборудования. Для повышения надежности системы пожарной сигнализации в телемеханической системе установлены дополнительные датчики дыма.
2.2.1.4. Датчики охранной сигнализации
Должны обеспечивать неприкосновенность пункта учета тепловой энергии. Возможно применение следующих систем охраны: шлейфового типа, на базе инфракрасных световых передатчиков и приемников, на базе радиоволн, на базе ультразвука. Наиболее простая и дешевая система шлейфового типа. В ней используются замыкающие или размыкающиеся электрические контакты, то есть электрическая цепь замыкается или размыкается механическим способом. Шлейф образуется из полосок свинцовой фольги, наклеиваемой по периметру замкнутого пространства, в котором находится пункт учета тепловой энергии. Шлейф соединяется с преобразователем охранной сигнализации. При обрыве шлейфа на выходе преобразователя охранной сигнализации появляется сигнал тревоги, поступающий в передающую аппаратуру ТМС для передачи сигнала на диспетчерский пункт. В состав системы охранной сигнализации введен выключатель входа-выхода, приводящий к задержке на несколько секунд в действии системы и позволяющий входить и выходить из охраняемого объекта, не вызывая сигнала тревоги. Сигнал тревоги, поступивший на диспетчерский пункт с охраняемого объекта, может отменить только прибывший на тепловую насосную станцию обслуживающий персонал.
