Разработка автоматизированной системы контроля и управления вентиляцией и кондиционированием воздуха в зданиях

Актуальность исследования
Современные здания торговых центров, производств, жилых комплексов и административные объекты сложно представить без систем вентиляции, а сами вентиляционные системы без средств автоматики. Автоматизация инженерных процессов систем вентиляции позволяет решить следующие задачи:
создание оптимальных параметров воздуха в помещениях, согласно установленным нормам;
экономия затрат на энергоресурсы;
сокращение штата инженерного и обслуживающего персонала;
энергоэффективные решения по диспетчеризации и управлению параметрами системы.

Объект и предмет исследования
Объект исследования – система вентиляции и кондиционирования воздуха в офисных помещениях административного здания.
Предмет исследования – автоматизация процессов вентиляции и кондиционирования воздуха.
Цель исследования – разработка системы автоматического управления вентиляции и кондиционирования.

Содержание основных глав ВКР
ВВЕДЕНИЕ
СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
2. СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
3. АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Автоматизированная система управления технологическими процессами, в том числе и вентиляцией и кондиционированием представлена тремя иерархическими уровнями:
В состав первого (нижнего) уровня входят датчики сигналов и исполнительные устройства.
Второй (средний) уровень состоит из контроллеров. Контроллеры обеспечивают выполнение функций контроля, регулирования и управления инженерным оборудованием.
Третий (верхний) уровень включает в себя автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора на базе специализированного программного обеспечения.

Состав системы вентиляции и кондиционирования может видоизменяться в зависимости от технических условий. В качестве автоматизации данного процесса будет выбран комплекс, состоящий из:
устройств воздействия: заслонки, вентиляторы, рекуператор, смесительный узел, воздухонагреватель, охладитель и увлажнители;
исполнительных устройств: заслонки, электроприводы, циркуляционный насос;
регулирующих устройств: датчиков и регуляторов;
управляющих устройств: щитов автоматики и управления, контроллера.
Последующая задача автоматизации заключается в автоматическом поддержании заданного режима и возможности регулирования отдельных параметров, с учетом подобранных компонентов.

1. СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ
Системы вентиляции и кондиционирования (СВиК) – это совокупность оборудования, основной задачей которого является поддержание соответствующих параметров воздушной среды: температуры, относительной влажности, чистоты и подвижности воздуха во всех помещениях объекта.
При этом правильный состав воздуха поддерживается больше вентиляцией, чем кондиционированием. Приточная вентиляция отвечает за приток свежего воздуха, вытяжная – за вытяжку вредных примесей.

Существуют различные классификации систем вентиляции. Для использования в промышленных, административных, общественных и жилых помещениях эффективны приточно-вытяжные системы, состоящие из следующих исполнительных устройств:
вентиляторы;
воздушный фильтр;
смесительный узел;
шумоглушитель;
воздухонагреватель (калорифер) или охладитель;
рекуператор;
воздуховоды;
система управления вентиляцией (щит с автоматикой);
воздухораспределители (решетки, заслонки с электроприводом);
осушитель или увлажнитель;
другие компоненты.

Датчиков для получения информации о реальном состоянии регулируемых объектов по таким показаниям, как температура, скорость, давление, влажность:
температура;
скорость;
давление;
влажность.
И электроприводов для приведения в действие управляемых систем исполнительных устройств.

2. СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
Кондиционирование воздуха – это создание и поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров (температуры, влажности, скорости движения воздуха) на определенном уровне с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, с помощью следующих устройств:
Водяной охладитель предназначен для охлаждения воздуха в канальных системах вентиляции и кондиционирования.
Канальный увлажнитель предназначен для испарительного увлажнения и адиабатического охлаждения воздуха в системах кондиционирования.
VAV-система – энергоэффективная система с автоматическим поддержанием постоянного давления в воздушном канале

Таким образом в данной работе исследуется процесс автоматизации приточно-вытяжной системой вентиляции центрального кондиционирования, с пластинчатым рекуператором, водяным калорифером и VAV-системой.

Исходя из основных устройств системы подбирается щит управления (ЩУ) с расположенным в нём контроллером управления СВиК. В нашем случае это ЩУВВК – щит управления вентиляцией с водным калорифером
Контроллер
ЩУВВК

3. АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
C датчиков и исполнительных устройств системы вентиляции аналоговые и дискретные сигналы поступают на контроллер, проходят первичную обработку и далее по цифровому интерфейсу – протоколу Modbus – передаются на АРМ (автоматизированное рабочее место) оператора с целью их дальнейшей обработки, отображения и хранения.

Структурная схема автоматизированной системы управления вентиляций и кондиционированием

Контроллеры систем автоматики, выпускаются свободно программируемыми, но в последнее время выпускаются специализированные контроллеры с готовыми алгоритмами (требуется только настройка), модификация которых зависит от типа системы и её ключевых параметров. В нашем случае это контроллер для приточно-вытяжной вентиляции с водяным нагревом и рекуператором.
При подключении датчиков к контроллеру учитывают тип сигнала, передаваемого преобразователем – аналоговый, дискретный:
AI – аналоговый входной сигнал
АО – аналоговый выходной сигнал
DI – дискретный входной сигнал
DO – дискретный выходной сигнал

Подключение осуществляется исходя из соответствия параметр – тип сигнала

Вход в главное меню управления контроллером осуществляется через лицевую панель прибора.
После настройки контроллер выводит систему на заданные параметры и временной цикл работы, далее система может функционировать.

После сбора контроллером сигналов с датчиков и исполнительных механизмов, данные поступают в систему диспетчеризации, контроля и управления (СДКУ). Основное взаимодействие пользователя (диспетчера) с системой диспетчеризации осуществляется при помощи автоматизированного рабочего места: комплекс с человеко-машинным интерфейса – специализированного ПО, позволяющего человеку вводить и получать информацию о состоянии контролируемых объектов. Таким ПО является SCADA-система.
Основная цель создаваемой с помощью SCADA программы – дать оператору, управляющему технологическим процессом, полную информацию об этом процессе и необходимые средства для воздействия на него.

Пример интерфейса SCADA-системы на пульте АРМ

SCADA-система является верхним уровнем, на котором происходит:
сбор, обработка и хранение информации, полученной от контроллеров (со среднего уровня);
визуализация текущей и архивной информации в удобном оператору виде (мнемосхемы, графики, тренды, журналы сообщений);
ввод команд оператора;
формирование отчетности о результатах технологического процесса.
Обычно разработку и настройку индивидуальных систем контроля и управления инженерным оборудованием осуществляют специалисты АСУ ТП.