Автоматизация систем вентиляции

Вентиляционные системы по своему назначению классифицируются на приточные и вытяжные.

Приточные системы предназначены для подачи в помещение свежего воздуха, компенсации тепло- и влаговыделений и обеспечения необходимой кратности обмена воздуха.

Вытяжные системы служат для удаления из помещений загрязненного воздуха и создания необходимого воздушного баланса.

Функциональная схема автоматизации вентиляционной установки

(рис.116, с. 18)

Установка состоит из одной приточной и одной вытяжной системы.

Работа приточной системы. Приточный воздух подается с помощью электродвигателя (М1) вентилятора (В). С электродвигателем (М1) сблокирован исполнительный механизм (ИМ) с клапаном (SA1), который открывается одновременно с пуском вентилятора (В) и закрывается при его остановке.

Дистанционное управление электродвигателем (М1) осуществляется с помощью ключа управления (SA2), установленного в диспетчерской, а местное управление - с помощью магнитного пускателя (КМ1) и кнопкой (SB1), которые находятся на щите местного управления рядом с электродвигателем (М1). Переключатель (SA3) переводит управление вентилятором с дистанционного на ручное.

Приточный воздух очищается фильтром (Ф).

Приточный воздух нагревается с помощью калорифера (К) с помощью горячей воды, проходящей через этот калорифер.

Температура приточного воздуха поддерживается постоянной. Для контроля этой температуры установлен чувствительный элемент (термосопротивление) (BK1), установленный в воздуховоде перед вентилятором (В). Сигнал от чувствительного элемента (BK1) поступает на усилитель с измерительным прибором (PS1), который усиливает этот сигнал и подает его на регулятор (А1) и далее на электродвигатель (М2). Электродвигателем (М2) воздействует на регулирующий клапан (АК). Клапан (АК) изменяет количество горячей воды, проходящей через калорифер. Переключатель (SA4) служит для перевода управления клапаном (АК) с автоматического на ручное.

Для защиты калорифера от замораживания, чувствительный элемент (BK2) помещается в трубопровод горячей воды калорифера (К) и с помощью измерительного прибора температуры (PS2) воздействует на регулятор (А2) и через него на электродвигатель (М2) и клапан (АК). При снижении температуры обратной воды после калорифера ниже заданного значения, подается сигнал на клапан (АК) для увеличения количества горячей воды. Если, несмотря на это, температура обратной воды не поднимается до заданного значения (приточный воздух очень холодный), то с выдержкой времени автоматически подается команда на отключение вентилятора (В).

Прибор (PS3) с чувствительным элементом (ВК3) предназначены для отключения цепи (PS2) системы защиты калорифера от замораживания при температуре наружного воздуха +5⁰С.

Вытяжка загрязненного воздуха выполняется за счет «выдавливания», т.е. путем большего или меньшего открытия клапана (SA5) в вытяжной шахте (ВШ). Управление клапаном (SA5) осуществляется со щита местного управления, в котором находится реле потока воздуха (PS4).

Контроль за работой вытяжной системой осуществляется с помощью сигнальных ламп: вытяжка (HL1) и приток (HL2), а также звонка HA.

Схема тепловой воздушной завесы (рис.115, с. 18)

В промышленных и общественных зданиях часто организуется воздушное отопление, действующее в зоне входных дверей.

Эта система работает в режиме рециркуляции, т.к. с забором воздуха из помещения. При понижении температуры воздуха в тамбуре или вестибюле датчик (ВК) подает сигнал на магнитный пускатель (КМ) для включения электродвигателя (М) вентилятора (В) и на открывание вентиля с электромагнитным приводом (РВ) на линии горячей воды к калориферу.

Управление электроприводом вентилятора может осуществляться и вручную с помощью кнопки (SB). Перевод управления с ручного на автоматический осуществляется с помощью переключателя (FU).

Рабочий и аварийный режимы системы сигнализируются с помощью сигнальных ламп, соответственно с зеленой (HL1) и красной (HL2) линзами.

Автоматическая система кондиционирования воздуха

Система кондиционирования воздуха обеспечивает заданный по технологическим и гигиеническим требованиям состав воздушной среды. Автоматизация кондиционирования позволяет поддерживать с большой точностью состав воздушной среды, ее программное изменение, контроль, защиту, сигнализацию, а, при необходимости, и устранение аварийных ситуаций.

Систему кондиционирования воздуха можно представить как систему автоматического регулирования с последовательным включением отдельных звеньев. Каждое звено есть отдельный аппарат для обработки воздуха, включаемый последовательно по мере прохождения воздуха, включаемый последовательно по мере прохождения воздуха через установку кондиционирования.

Создание системы кондиционирования воздуха обычно начинают с выделения различных зон в помещении, влияющих на микроклимат. Этот план преобразуют в зонный график, на который наносят необходимые параметры воздушной среды. Далее идет этап разработки технологии приготовления воздуха по заданным параметрам. Приготовление воздуха включает в себя:

- доведение воздуха до установленной температуры точки росы;

- фильтрация;

- увлажнение;

- подогрев до требуемых параметров;

- охлаждение.

1. Доведение воздуха до установленной температуры точки росы (рис. 117, с. 18). Точкой росы называют температуру, при которой из воздуха, при его охлаждении, выпадает влага в виде тумана и капелек росы. Каждому состоянию (влагосодержание, давление, теплосодержание) соответствует своя температура точки росы (ТТР). Датчик температуры (4), чувствительный элемент (3) которого помещен после оросительной системы, воздействует через ступенчатый импульсный прерыватель (5) на исполнительный механизм (1) трехходового смесительного клапана (2), к которому подведена с одной стороны холодная вода, а с другой – вода из поддона оросительной камеры. Путем смешивания в определенной пропорции можно получить воду, а, следовательно, воздух заданной температуры.

2. Фильтрация приточного воздуха осуществляется с помощью самоочищающегося фильтра. Фильтр представляет собой непрерывно движущуюся сетку, проходящую через ванну с маслом. Пыль, находящаяся в воздухе, прилипает к масляной пленке, покрывающей ячейки сетки. При новом прохождении через ванну, пыль смывается и оседает на дно масляной ванны.

3. Особым условием кондиционирования является охлаждение воздуха в заданных пределах. Существует два способа охлаждения воздуха: сухой и мокрый. При сухом способе охлаждения воздуха холодная вода пропускается через калорифер, охлаждая воздух. В этом случае влагосодержание воздуха не изменяется. При мокром способе охлаждения воздух пропускается через оросительную камеру. В связи с тем, что в оросительной камере воздух увлажняется, необходима его дальнейшая обработка. Для того чтобы при подаче в помещение влажность воздуха не превышала установленных пределов (30 – 60%), воздух подсушивают или его смешивают с сухим воздухом, проходящим через байпас (обвод) камеры орошения (рис.118, с. 18). Специальный датчик влажности (3) воздействует исполнительный механизм (2) клапана (1), перераспределяющего воздух.

Схема автоматического повторного включения систем электроснабжения

Значительная часть коротких замыканий, вызванных схлестыванием проводов на воздушных линиях, неправильными действиями персонала, ложными срабатываниями элементов схемы и т.п., при достаточно быстром отключении повреждений схемами релейной защиты, самоустраняется. При этом электрическая дуга, возникшая в месте короткого замыкания, гаснет, не успевая вызвать существенные разрушения. Такие самоустраняющиеся повреждения называют неустойчивыми. Поскольку отыскание места повреждения на линиях электропередач путем их обхода требует значительного времени, персонал производит повторную подачу напряжения для того, чтобы выяснить устойчиво или неустойчиво возникшее короткое замыкание. Эту операцию называют повторным включением. Линия, на которой произошло неустойчивое повреждение, остается в работе. Поэтому, повторное включение схемы при неустойчивых повреждениях называют успешным.

Иногда на воздушной линии возникают обрывы проводов, гирлянд изоляторов, падение опор и т.п. Такие повреждения не могут самоустраниться и называются устойчивыми. При повторном включении в схеме вновь возникает короткое замыкание, и воздушная линия вновь отключается. Поэтому, повторное включение при устойчивых повреждениях называют неуспешными.

Для ускорения выполнения повторного включения и уменьшения времени перерыва электроснабжения потребителей широко используются специальные схемы автоматического повторного включения (АПВ), время действия которых от 0,5с. до нескольких секунд.

Классификация устройств АПВ электроснабжения.

По виду оборудования, на которое действием устройств АПВ повторно подается напряжение, различают схемы:

- АПВ линий;

- АПВ шин;

- АПВ трансформаторов.

По числу циклов (кратности действия) различают АПВ:

- однократного действия;

- многократного действия.

Основные требования, предъявляемые к схемам АПВ:

- схемы АПВ должны приходить в действие при аварийном отключении выключателя (или выключателей), находящегося в работе;

- схемы АПВ не должны приходить в действие при оперативном выключении выключателя персоналом;

- схемы АПВ должны обеспечивать определенное количество повторных включений (однократное, двукратное, трехкратное);

- время действия схемы АПВ должно быть минимально возможным. Наименьшая выдержка времени, с которой производится АПВ, должна быть в пределах 0,3 … 0,5с.;

- схемы АПВ должны обеспечивать автоматический возврат в исходное положение готовности к новому действию после включения в работу выключателя, на которой действует АПВ.

Схема двукратного АПВ для выключателя с пружинным приводом

(рис. 114, с. 18)

Схема АПВ служит для повторного включения высоковольтного выключателя при отключении контролируемой схемы электроснабжения в результате короткого замыкания, произошедшего в ней. Рассматриваемая схема АПВ создана для воздействия на высоковольтный выключатель с пружинным приводом. В пружинных приводах, энергия, необходимая для операции включения, запасается в предварительно натянутых пружинах. Натяжение пружин производится вручную или с помощью автоматического электродвигательного редуктора (АВМ), если замкнут SQM. После завершения процесса натяжения пружин вспомогательный контакт SQM размыкается и отключает АВМ и замыкает SQY1 и SQY2.

Данная схема АПВ обеспечивает включение выключателя:

- в первом цикле – без выдержки времени;

- во втором цикле – с выдержкой времени.

Выключатель, установленный в контролируемой схеме, вручную включается электромагнитом YAC, а отключается электромагнитом YAT. Если YAC не возбужден, то выключатель отключается.

При включенном выключателе (сеть работает нормально) замкнуты контакты выключателя, специальный вспомогательный контакт SQA1 и контакт готовности SQY2. Двухпозиционное реле KL срабатывает под действием обмотки 1 и замыкает контакты KL1 и KL3. Электромагнит включения выключателя YAC возбужден.

При отключении выключателя при коротком замыкании в контролируемой схеме, схема релейной защиты замкнет вспомогательный контакт SQA2. Цепь «а –SQA2 – SQA – KL3 – KH1 – SQY1 – YAC» замкнется, и выключатель включится заново.

Если первый цикл АПВ будет успешным, т.е. короткого замыкания в схеме нет и релейная защита вновь не сработает, отключается SQA2 и замыкается SQA1. Привод выключателя начинает вновь взводиться.

В случае неуспешного АПВ и вторичного отключения выключателя, контакт SQA2 замкнется. Но т.к. привод выключателя еще не готов к его включению, начнет срабатывать реле КТ, и через выдержку времени контакт реле КТ2 замыкает цепь обмотки KL2 и размыкает KL3. Если привод будет готов, и его контакт SQY1 замкнут, выключатель включается вновь.

В случае если второй цикл АПВ будет неуспешным, то работа схемы прекратится и схема останется заблокированной т.к. KL1 и KL3 разомкнуты, а обмотка реле времени обесточена.

В случае успешного включения выключателя во втором цикле схема будет подготовлена к новому действию сразу же после натяжения пружин привода и замыкания контактов SQY1 и SQY2.

После устранения повреждения в контролируемой схеме можно включить выключатель и все контакты схемы АПВ вернуться в исходное положение.

Схемы автоматического включения резерва (АВР)

Устройства автоматического включения резерва (АВР) предназначены для введения в действие резервного источника питания в случае отключения основного. Время перерыва питания потребителей определяется временем включения выключателя резервного питания, и составляют 0,3 … 0,8 с.

Схемы АВР могут иметь одностороннее и двухстороннее действие.

В односторонней АВР одна из линий является рабочей, а другая – резервной.

В двухсторонней АВР любая линия может быть как рабочей, так и резервной.

Схема АВР трансформатора одностороннего действия (рис. 112. с. 17). Трансформатор Т1 установлен на рабочей линии питания, а трансформатор Т2 – на резервной.

При отключении выключателя Q1 по любой причине элементы схемы поведут себя следующим образом:

- замыкается контакт SQ1 и возбуждается катушка промежуточного реле KL1;

- замыкается контакт SQ1.2;

- замыкается контакт KL1.1, но через 0.4 …0.6с. размыкается;

- возбуждается катушка промежуточного реле KL2;

- замыкается контакт реле KL2.1;

- замыкается контакт реле KL2.2;

- срабатывают электромагниты YAC3 и YAC4;

- включаются выключатели Q3 и Q4.

При отключении выключателя Q2 элементы схемы поведут себя следующим образом:

- размыкается SQ2.1;

- обесточивается YAT1;

- отключается Q1;

- повторяется пункт 1 при отключении выключателя Q1.

Для контроля и переключения с рабочей линии на резервную при исчезновении напряжения на шинах высокого напряжения трансформатора Т1 создана схема минимального напряжения на реле KVA1 и KVA2. Элементы схемы переключаются следующим образом:

- при U=0 катушки реле KVA1 и KVA2 возбуждаются;

- контакты KVA1 и KVA2 замыкаются;

- катушка реле времени KT1 возбуждается;

- с выдержкой времени замыкается контакт KT1;

- катушка промежуточного реле KL3 возбуждается;

- контакты KL3.1 и KL3.2 замыкаются;

- электромагнит YAT1 отключает выключатель Q1;

- повторяется пункт 1 при отключении выключателя Q1.

Реле KVA3 служит для предотвращения действия АВР в случае отсутствия напряжения на шинах высокого напряжения трансформатора Т2 (оно не должно влиять на работу выключателей Q1 и Q2.)

Накладка SX1 служит для ручного вывода из действия схемы АВР.

Автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ)

Альтернативы принципу «все надо учитывать и за все надо платить» нет

Экономические условия «вчерашнего дня» порождали примерность, неточность и условность энергоучета, которые очень грубо отражали реальные процессы энергопотребления. Это проявлялось, в частности, в применении примитивных тарифов по основному энергоресурсу – электрической энергии.

В начале 70–х ХХ века годов с развитием мирового энергокризиса, удорожанием и лимитированием энергоресурсов возникла необходимость усложнения тарифов с целью более точного отслеживания графика нагрузки на отдельных предприятиях и энергосистемах в целом.

Это привело к появлению для крупных потребителей с присоединенной нагрузкой более 750 кВА двухставочного тарифа.

В целом для приборного учета «вчерашнего дня» характерны:

- грубое усреднение реального процесса потребления, выражающаяся в фиксации только итоговых накопленных результатов измерения за расчетный период;

- учет только на границе раздела с поставщиком энергоресурсов;

- низкая точность и достоверность учета, обусловленная как устаревшими методиками и средствами измерения, так и человеческим фактором визуального съема показаний прибора;

- анахронизм учета, вызванный неодновременным характером съема показаний множества территориально разнесенных приборов учета;

- малая информационность и трудоемкость энергоучета в силу ручного характера сбора и обработки измеренных данных.

Такой энергоучет не устраивает сегодня промышленные предприятия. Потребители осознали, что в их интересах рассчитываться с поставщиком на основе современного и высокоточного приборного учета.

Современная цивилизованная торговля энергоресурсами основана на использовании автоматизированного приборного учета, сводящего к минимуму участие человека на этапе измерения, сбора и обработки данных и обеспечивающего достоверный, точный, оперативный и гибкий учет, адаптированный к различным тарифным системам, как со стороны поставщика, так и со стороны потребителя энергоресурсов.

С этой целью, как поставщики, так и потребители создают на своих объектах автоматизированные систему контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ). Такая система позволяет предприятию контролировать свой процесс энергопотребления, использовать многотарифную систему оплаты, уменьшить свои энергозатраты. АСКУЭ дает возможность гармонизировать противоречивые интересы поставщика и потребителя.

Автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов в общем случае содержит три уровня (рис. 119, с. 19):

- нижний уровень – состоит из первичных преобразователей (ПИП) с телеметрическим выходом, осуществляющие непрерывно или с минимальным интервалом усреднения, измерение параметров энергоучета (расход, мощность, давление, температуру) по точкам учета (трубам фидерам);

- средний уровень – контроллеры (специализированные измерительные системы или многофункциональные программируемые преобразователи) со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие круглосуточный сбор измерительных данных с ПИП, накопление, обработку и передачу этих данных на верхний уровень;

- верхний уровень – программируемые контроллеры со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющие сбор информации с группы контроллеров, итоговую обработку этой информации, как по точкам учета, так и по их группам, отображение и документирование данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений (управления) персоналом.

Нижний уровень со средним уровнем связаны каналом связи (цепочкой) от питающего фидера (кабеля), проходящего через измерительные трансформаторы, электрические счетчики с телеметрическим выходом и двухпроводной линией связи до контроллера.

Средний уровень с верхним уровнем связаны каналом связи, в качестве которого могут быть использованы физические проводные линии связи, телефонные каналы, радиоканалы и оборудование, обслуживающее эти линии. Передача данных по этому каналу связи осуществляется по стандартным интерфейсам (интерфейс + оборудование + программа) и стандартным или оригинальным протоколом обмена (правила и порядок передачи данных – последовательность, уступки и т.п.).

Если контроллеры встроить в ПИП (интеллектуальные ПИП), автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов трансформируется в двухуровневую систему (ПИП – ПК). В этом случае все интеллектуальные счетчики подключаются к программируемым контроллерам (ПК) через телефонную сеть. Однако, такие счетчики дороги, кроме того, требуется большое количество каналов связи (на каждый ПИП по одному каналу), что очень дорого (рис. 120, вариант 1, с. 19).

В другом варианте (рисунок 120, вариант 2, с.19) решили оставить простые счетчики, а контроллер перенести в программируемые контроллеры (ПК). Такая система имеет следующие недостатки: программируемые контроллеры (ПК) используются только для задач учета; уменьшается надежность (отказ ПК ведет к разрушению всей системы и потере информации); большое количество каналов связи.

В настоящее время используют упрощенные контроллеры (устройства сбора данных – УСД), которые собирают данные с группы ПИП и передают их на следующий уровень по одно- и двухпроводным линиям, но с временным разделением каналов.

По назначению АСКУЭ промышленных предприятий делятся на системы коммерческого учета и системы коммерческого учета.

Коммерческим или расчетным называется учет выработанной или отпущенной потребителю (предприятию) энергии для денежного расчета за нее (приборы тоже называются коммерческими или расчетными).

Техническим или контрольным учетом называют учет для контроля энергопотребления отдельными подразделениями предприятия.

По принципу реализации и доступа к информации АСКУЭ любого вида учета делятся на централизованные и децентрализованные.

Структура централизованной системы совпадает с трехуровневой: сбор информации с удаленных и рассредоточенных ПИП поступает на многоканальный контроллер, а с него на программируемый контроллер (ПК). Такая система гарантирует получение в реальном времени полной и точной информации по энергопотреблению всех подразделений для уровня главного энергетика, но ограничивает оперативный доступ к информации со стороны энергетиков подразделений. Для обратной связи требуется использование дистанционно управляемых табло, подключенных к ПК, или компьютеризация всех подразделений. То и другое дорого.

Децентрализованная АСКУЭ строится на базе недорогих многоканальных контроллеров учета со встроенными табло и клавиатурой, которые устанавливаются на контролируемых объектах и через каналы связи подключаются к программируемому контроллеру (ПК) главного энергетика предприятия. Такая автоматизированная система контроля и учета энергоресурсовобеспечивает в реальном времени доступ к информации учета всем заинтересованным лицам. Кроме того, такая АСКУЭ объединяет коммерческий и технический учет: одна или несколько многоканальных систем выделяются для коммерческого учета и пломбируется, остальные – для технического учета.

Кроме того, для предприятий с высокой технологической дисциплиной такая система позволяет реализовать автоматическое управление нагрузкой непосредственно на местах.

Величина экономического эффекта от использования АСКУЭ по предприятиям примерно 15 – 30% от годового энергопотребления, окупаемость 2-3 квартала.