Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния вопроса и формулировка цели исследования 10
1.1. Анализ существующих направлений автоматизации процессов отопления зданий при централизованном теплоснабжении .., 10
1.2. Особенности технических решений систем автоматизации зданий при пофасадном регулировании 19
1.3. Существующие методы и математические модели систем теплоснабжения зданий 22
1.4. Анализ состояния существующих автоматизированных систем диспетчерского управления инженерным оборудованием зданий и сооружений 30
1.5. Выводы по проведенному обзору. Формулировка цели и задач исследования „ 34
Глава 2. Экспериментальные исследования и разработка математической модели управления процессом отопления зданий с применением теплообменников 38
2.1. Особенности управления процессом отопления здания системы централизованного теплоснабжения при независимом присоединении к тепловым сетям 38
2.2. Экспериментальные исследования динамических свойств системы централизованного теплоснабжения с применением теплообменников 44
2.3. Разработка математической модели объекта управления 48
2.3.1. Параметрическая идентификация объекта управления в виде апериодического звена 2-го порядка ...49
2.3.2. Параметрическая идентификация объекта управления в виде последовательного соединения звена запаздывания с апериодическим звеном 1-го порядка 52
2.4. Разработка математической модели управления процессом отопления здания с учетом теплообменника 55
Выводы по главе 66
Глава 3. Математическое моделирование, разработка структур и алгоритмов управления процессом отопления зданий для расширения функциональных возможностей фасадного регулирования 68
3.1. Особенности структуры и алгоритмов САР процессом отопления здания с учетом внешних возмущающих воздействий на фасады 68
3.2. Численное моделирование процесса отопления здания с применением теплообменников с учетом фасадного регулирования 74
3.2.1. Выбор рациональных параметров регулятора в САР процесса отопления зданий с применением теплообменников 74
3.2.2. Исследование фасадного регулирования с учетом инсоляционного поступления тепловой энергии 80
3.3. Разработка структур для расширения функциональных возможностей и алгоритмов автоматического контроля работоспособности САР отопления по фасадам здания с применением теплообменников 82
3.3.1. Система автоматической подпитки и контроля за утечками теплоносителя 82
3.3.2. Система автоматического контроля работоспособности и отключения теплообменников 87
3.4. Разработка структуры и алгоритмов управления САР отопления по двум фасадам здания на основе одного теплообменника с учетом особенностей подключения систем отопления 93
Выводы по главе , 99
Глава 4. Разработка систем автоматизированного мониторинга структур асду процессом отопления зданий с применением теплообменников и учетом фасадного регулирования и внедрение разработок для зданий образовательного назначения 101
4.1. Особенности автоматизированного мониторинга систем отопления в составе АСДУ с учетом фасадного регулирования 101
4.2. Структура АСДУ отопления зданий при независимом присоединении к тепловым сетям с учетом особенностей фасадного регулирования 106
4.3. Построение системы резервирования и удаленного управления ресурсами АСДУ посредством сотовых сетей GSM/GPRS 113
4.4. Разработка информационной подсистемы администрирования технологической сети АСДУ 118
4.5. Внедрение разработок и анализ эффективности АСДУ для зданий образовательного назначения 123
Выводы по главе 130
Общие выводы 132
Список литературы 134
Приложения 143
- Анализ существующих направлений автоматизации процессов отопления зданий при централизованном теплоснабжении
- Особенности управления процессом отопления здания системы централизованного теплоснабжения при независимом присоединении к тепловым сетям
- Особенности структуры и алгоритмов САР процессом отопления здания с учетом внешних возмущающих воздействий на фасады
- Особенности автоматизированного мониторинга систем отопления в составе АСДУ с учетом фасадного регулирования
Введение к работе
Актуальность работы. Важной структурой топливно-энергетического комплекса является теплоэнергетика, потребляющая порядка 40% топливных ресурсов страны. В большинстве крупных городов России централизованным теплоснабжением обеспечивается от 70 до 95% жилого фонда, а также общественных зданий и сооружений. Среди существующих статей коммунальных расходов превалирующими являются расходы на тепловую энергию, среди которых к самой затратной статье относятся расходы на отопление зданий, составляющие более 60%.
Учитывая столь высокую энергоемкость, актуальными являются задачи по повышению эффективности существующих систем автоматизации процесса отопления, включая задачи не только обеспечения энергосбережения, но и повышения надежности и срока эксплуатации систем, контроля работоспособности и повышения качества процесса отопления.
В настоящее время широкое распространение получают системы теплоснабжения зданий при независимом присоединении к тепловым сетям. Применение пластинчатых теплообменников улучшает работу всей системы теплоснабжения путем исключения смешивания сред теплоносителей, появляются возможности эффективной гидравлической наладки и сохранения циркуляции теплоносителя в течение времени, достаточного для устранения аварийного повреждения трубопроводов наружных тепловых сетей.
При независимой схеме присоединения системы отопления (СО) к тепловым сетям используются известные способы управления процессом отопления. Для повышения эффективности существующих систем актуальными являются задачи разработки математических моделей, позволяющие создавать и исследовать новые структуры и алгоритмы управления процессом отопления зданий с применением теплообменников.
Учитывая высокую стоимость решений по индивидуальному регулированию подачи теплоносителя в отопительные приборы путем установки терморегуляторов, актуальной является разработка структур и алгоритмов функционирования систем, расширяющих функции известных и апробированных способов управления процессом отопления, таких как местное и пофасадпое регулирование, затраты на внедрение которых на порядок меньше по сравнению с индивидуальным регулированием теплоносителя в отопительных приборах в расчете на 1 м обогреваемых помещений. Модернизация способов для регулирования тешгопотребления фасадов, т.е. фасадного регулирования, позволяет повысить их эффективность. Однако для этого необходимо обладать адекватными математическими моделями, позволяющими исследовать особенности управления процессом отопления зданий с теплообменниками с учетом фасадного регулирования.
Цель диссертационной работы — повышение эффективности управления процессом отопления зданий с применением теплообменников за счет развития и расширения функциональных возможностей фасадного регулирования.
Поставленная цель достигается при решении следующих основных задач:
Проведение экспериментальных исследований и разработка математической модели управления процессом отопления здания с применением теплообменников.
Проведение численного моделирования управления процессом отопления здания при независимом присоединении к тепловым сетям и учетом фасадного регулирования.
Разработка структур систем и алгоритмов управления процессом отопления здания с учетом фасадного регулирования и автоматического контроля работоспособности системы отопления здания.
Разработка и внедрение технических решений для систем отопления с учетом фасадного регулирования в составе автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) для зданий образовательного назначения.
Методы исследований. В работе применялись методы решения дифференциальных уравнений, методы математического моделирования, теории управления, теории идентификации, моделирование систем, численные методы анализа.
Научная новизна работы заключается в разработках: математической модели управления процессом отопления здания при независимом присоединении к тепловым сетям с учетом нелинейных процессов, протекающих в теплообменнике; имитационной модели управления процессом отопления здания при независимом присоединении к тепловым сетям, позволяющей исследовать особенности фасадного регулирования; структуры и алгоритмов функционирования системы автоматической подпитки и контроля за утечками теплоносителя для расширения функциональных возможностей фасадного регулирования; структуры системы и алгоритмов автоматического контроля работоспособности и отключения теплообменников с подключением энергоэффективной зависимой схемы теплоснабжения; структуры и алгоритмов управления системой автоматического регулирования (САР) отопления по двум фасадам здания на основе одного теплообменника с учетом особенностей подключения систем отопления.
Практическая значимость работы.
Результаты экспериментальных исследований процесса отопления зданий с применением теплообменников.
Полученные рациональные параметры регулятора для обеспечения заданных условий и вида переходных процессов в системе отопления.
Технические решения для расширения функциональных возможностей и контроля работоспособности САР процесса отопления по фасадам здания с применением теплообменников.
Автоматизированный мониторинг систем отопления в составе АСДУ с учетом особенностей фасадного регулирования.
Разработка системы резервирования и удаленного управления ресурсами АСДУ посредством сотовых сетей GSM/GPRS.
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований, связанные с внедрением АСДУ процессом отопления зданий, вошли в состав демонстрационной зоны по энергосбережению БГТУ им. В.Г. Шухова по ПИР программы «Энергосбережение Минобразования России» «Разработка и внедрение многоуровневой автоматизированной системы диспетчерского управления для распределенных энергосистем зданий третьей, четвертой и пятой очереди БелГТАСМ», 2002-2004 г., Минобразования и науки РФ. Кроме того, результаты
8 исследований вошли в состав демонстрационной зоны по энергосбережению Бел ГУ по хоздоговору №21/03 «Разработка опытного образца АСДУ распределенными энергоресурсами комплекса учебных корпусов Белгородского государственного университета в рамках создания демонстрационной зоны по энергосбережению», 2003-2004 гг., Белгородский государственный университет. Положения, разработки и научно-практические исследования использовались в Белгородском филиале ОАО «Вымпелком».
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях и форумах: Энерго- и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии, Екатеринбург (2001 г.); Международный студенческий форум, Белгород (2002 г.); Региональная конференция студентов и учащихся: Шаг в будущее, Воронеж (2002 г.); Международная научная конференция: Системный подход в науках о природе, человеке, технике, Таганрог (2003 г.); Труды XI Всероссийской научно-методич. конф. «Телематика* 2004», Санкт-Петербург (2004 г.); Информационные технологии в науке, образовании и производстве, Орел (2004 г.); Информационные технологии в управлении и моделировании, Белгород (2005 г.).
Связь с научно-техническими и другими программами. Проводимые работы выполнялись в рамках программы Министерства образования и науки РФ «Энергосбережение Минобразования России на 1998-2005 годы» и региональной программы «Энергосбережение», начиная с 2001 года. Кроме того, работа выполнялась по научной программе Минобразования РФ «Федерально-региональная политика в науке и образовании», в подпрограмме: 2. Научно-методическое обеспечение региональной научно-технической, инновационной и образовательной политики Минобразования России и в разделе: 2.2. Научно-методическое обеспечение энергосбережения и ведомственного кадастра подведомственных организаций по проекту на 2003 г., а также в разделе 2. «Научно-методическое обеспечение пожаробезопасное, энергосбережения и ведомственного кадастра подведомственных организаций» на 2004 г.
Основные положения диссертации, которые выносятся на защиту: результаты экспериментальных исследований процесса отопления здания с применением теплообменников;
9 математическая модель управления процессом отопления здания при независимом присоединении к тепловым сетям с учетом нелинейных процессов, протекающих в теплообменнике; структуры систем и алгоритмы автоматической подпитки и контроля за утечками теплоносителя, автоматического контроля работоспособности и отключения теплообменников с подключением энергоэффективной зависимой схемы теплоснабжения, автоматического регулирования отопления по двум фасадам здания на основе одного теплообменника с учетом особенностей подключения систем отопления; технические решения для расширения функциональных возможностей и контроля работоспособности САР отопления по фасадам здания с применением теплообменников.
Анализ существующих направлений автоматизации процессов отопления зданий при централизованном теплоснабжении
В процессе централизованного теплоснабжения можно выделить три последовательных стадии: подготовку теплоносителя; транспортировку теплоносителя; использование теплоносителя. В соответствии с этими стадиями системы теплоснабжения содержат элементы: источники теплоты, например, котельные или ТЭЦ; тепловые сети (паровые или водяные); потребители теплоты.
Основными потребителями теплоты в системах теплоснабжения являются устройства отопления и вентиляции помещений, устройства горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха. Эффективность систем отопления и вентиляции зданий определяется, прежде всего, надежностью (обеспеченностью) поддержания в обслуживаемом помещении требуемых параметров микроклимата и чистоты воздуха и эксплуатационными энергетическими затратами [103].
Регулирование теплопотребления может осуществляться в различных элементах теплоснабжающей системы. В соответствии с этим различают [50]: центральное регулирование - производится в источниках централизованного теплоснабжения; местное регулирование - осуществляется на центральных или индивидуальных тепловых пунктах (ЦТП или ИТП); индивидуальное регулирование - производится непосредственно на теплопотребляющих приборах [41].
Относительно хороших результатов качества теплоснабжения (т.е. несущественных отклонений от допустимых температур внутри каждого из отапливаемых помещений) при центральном регулировании можно достичь только при однородной тепловой нагрузке района, например, при чисто отопительной нагрузке. Однако это бывает редко. К тому же центральное регулирование не может учитывать влияния изменений солнечной радиации и направления ветра на теплоснабжение помещений, по-разному ориентированных относительно сторон света. Не учитывает оно и транспортного запаздывания, связанного с небольшой скоростью движения воды в тепловых сетях и различной удаленностью тепловых потребителей от источника теплоснабжения.
Лучших результатов регулирования можно добиться при сочетании трех ступеней регулирования: центрального, местного и индивидуального. Однако чаще всего ограничиваются только двумя ступенями: центральным и местным, главным образом в связи с ограниченным и дорогостоящим производством оборудования для индивидуального регулирования. Если нет индивидуального регулирования, то даже при хорошей начальной регулировке абонентской системы изменения потребления воды различными приборами приводят к нарушениям температурного режима в отдельных точках.
В принципе тепловую нагрузку абонентов можно регулировать за счет изменения следующих параметров: температуры горячего теплоносителя на входе в прибор; расхода греющего теплоносителя через прибор; величины включенной поверхности нагрева; коэффициента теплопередачи нагревательного прибора; длительности работы (регулирование "пропусками"); среднего температурного напора, например, путем переключения со схемы противотока на схему прямотока.
При центральном регулировании возможно использование только двух параметров: температуры и расхода греющего теплоносителя. На остальные параметры можно влиять обычно только при местном регулировании.
Наибольшее применение имеет центральное качественное регулирование (изменение температуры на входе в теплоприемные устройства), дополняемое на ЦТП или ИТП количественным регулированием (изменение расхода теплоносителя), при этом необходима автоматизация абонентских вводов [80].
При централизованном водяном теплоснабжении применяют три способа присоединения системы насосного водяного отопления к наружным тепловым сетям (рис. 1.1.1) [11, 86].
Независимая схема присоединения системы отопления (СО) (см. рис. 1.1.1, а) содержит теплообменник, систему заполняют деаэрированной водой (лишенной растворенного воздуха) из наружной тепловой сети, используя высокое давление в ней или специальный подпиточный насос. Независимую схему присоединения применяют, когда в системе не допускается повышение гидростатического давления до давления, под которым находится вода в наружном обратном теплопроводе. Преимуществом независимой схемы, кроме обеспечения теплогидравлического режима, является возможность сохранения циркуляции с использованием теплосодержания воды в течение некоторого времени, обычно достаточного для устранения аварийного повреждения наружных теплопроводов.
Особенности управления процессом отопления здания системы централизованного теплоснабжения при независимом присоединении к тепловым сетям
При рассмотрении особенностей систем теплоснабжения и отопления при независимом присоединении к тепловым сетям было выявлено [95]: сложность представления объекта управления и элементов системы в аналитической форме в связи со сложностью расчета нестационаріолх процессов тепло-и массообмена; несоответствие расчетных параметров реальным во время функционирования системы; наличие теплообменника (ТО) как одного из основных элементов системы, особенности которого необходимо учитывать при проектировании системы управления; значительная инерционность процессов в системе отопления, связанная с распределенным процессом теплообмена и протеканием теплоносителя по трубопроводам; большое количество возмущающих воздействий как внешних, так и внутренних, часть из которых не могут быть определены и учтены при разработке системы управления, например, теплопоступления во время занятий.
Основными регулируемыми параметрами в системах теплоснабжения и отопления являются температура воздуха в отапливаемых помещениях, температура теплоносителя в системе отопления. Температурный режим помещений определяется совокупным влиянием непрерывно изменяющихся возмущающих воздействий и направленных на их компенсацию воздействий управления.
Возмущающие воздействия делятся на внешние и внутренние [I]. К внешним воздействиям относится следующее:
Изменения температуры наружного воздуха (см. рис. 2.1.1). При этом меняется температурный напор, вызывающий перенос теплоты через ограждающие конструкции зданий. Этот перенос происходит путем кондуктивного теплообмена через толщу ограждений и лучистого и конвективного теплообмена на их поверхностях. За счет разности объемных масс теплого и холодного воздуха возникает перепад давлений внутри и снаружи здания, который обуславливает тепломассообмен путем инфильтрации воздуха через неплотности в ограждающих конструкциях. По своим динамическим свойствам тепловые потери зданий, вызванные изменением температуры наружного воздуха, делятся на быстрые (через нетеплоемкие ограждения) и медленные (через теплоемкие ограждения).
2. Воздействие ветра. Значительное влияние на тепловые потери отапливаемых зданий оказывают скорость и направление ветра [33]. Под действием ветра и температурного напора происходит проникновение наружного холодного воздуха через щели, оконные и дверные заполнения, а также горизонтальное перемещение потоков воздуха с наветренной стороны на подветренную. Вследствие ветрового и гравитационного давлений возникает вертикальное перемещение потоков воздуха внутри здания, сопровождающееся интенсивной инфильтрацией наружного воздуха в помещениях, постепенно уменьшающейся по высоте здания. Изменение тепловых потерь зданий при ветре происходит также за счет увеличения коэффициента теплоотдачи ограждающих конструкций. Степень воздействия ветра па тепловые потери зависит от ориентации здания по сторонам света, так как скоростной напор ветра по преобладающему направлению значительно больше, чем по остальным [3]. По своим динамическим характеристикам тепловые потери зданий, обусловленные влиянием ветра, делятся на быстрые и медленные. Быстрые тепловые потери обусловлены проникновением холодного воздуха путем инфильтрации через неплотности в оконных и дверных проемах, стыки наружных стеновых панелей, а также влиянием ветра на коэффициент теплоотдачи окон. При этом величина инфильтрации в большой степени зависит от качества оформления оконных проемов и ухода за ними. Медленные тепловые потери обусловлены главным образом влиянием ветра на коэффициент теплоотдачи наружных поверхностей стен.
3. Влияние солнечной радиации. Поступление теплоты за счет солнечной радиации занимает существенную долю в тепловом балансе отапливаемых помещений. Инфляционная теплота также проникает в отапливаемые помещения по каналам быстрых и медленных теплопоступлении. Быстрые теплопоступления обусловлены в основном непосредственным проникновением коротковолнового солнечного излучения через окна, медленные радиационным нагревом наружных поверхностей стен. Режим быстрых теплопоступлении можно рассматривать как прерывистую теплоподачу, число часов которой определяется временем облучения, а величина среднеинтегральной интенсивностью инсоляции через окна за время облучения. При определении влияния медленных теплопоступлении на температурный режим помещений следует учитывать, что суточные колебания температуры на наружной поверхности теплоемкого ограждения практически затухают в его толще. Поэтому оказывается возможным учитывать только усредненную за сутки величину этих теплопоступлении, а процесс рассматривать как стационарный [102]. Потоки солнечных лучей приходят на ограждающие поверхности зданий в виде прямой солнечной радиации, в виде лучей, рассеянных атмосферой и облаками, а также в виде потоков, отраженных от поверхностей расположенных рядом зданий, земли и различных предметов. Соответственно различают прямую, рассеянную и отраженную радиацию. Количество прямой солнечной радиации, поступающей на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам, зависит от широты местности, времени года, состояния атмосферы. Рассеянная радиация, как и отраженная, в основном для всех ограждений одинакова, независимо от ориентации.
4. Изменение температуры теплоносителя на входе в ИТП.
5. Горячее водоснабжение (ГВС) общественных зданий является крупным потребителем теплоты в системах централизованного теплоснабжения. Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение достигает 40 % от общего годового отпуска ТЭЦ или районной котельной. Режим потребления горячей воды отличается резко выраженной неравномерностью как в течение недели, так и в пределах суток. Работа установок ГВС приводит к определенным нарушениям параметров теплоносителя в системах отопления. В связи с этим при решении вопросов автоматического регулирования режимов отопления здании горячее водоснабжение следует рассматривать как возмущающее воздействие на регулирующую величину (расход и температуру теплоносителя).
Необходимо отметить, что высокая точность компенсации одновременного влияния таких возмущающих воздействий, как ветер и солнечная радиация на процесс отопления, может быть достигнута только при пофасадном или индивидуальном управлении [I, 95].
Внутренние тепловые воздействия включают выделение теплоты в зданиях -при работе различных электрических приборов, оборудования и людьми. В переходный период отопительного сезона величина тепловыделений приближается к величине тепловых потерь здания.
Особенности структуры и алгоритмов САР процессом отопления здания с учетом внешних возмущающих воздействий на фасады
Известны различные системы автоматического регулирования (САР) процессом отопления здания [59-72], а также САР процессом отопления здания при зависимом присоединении к тепловым сетям с пофасадным управлением, состоящая из двух независимых подсистем для регулирования температур в системе отопления (СО) каждого из двух фасадов [43, 44]. Однако недостатками этих систем являются: невозможность применения САР для протяженных в плане зданий типа "башня", в которых невозможно произвести разделение СО на фасадные, а также для непротяженных в плане зданий и других их типов с относительно сложной планировкой, например, в виде О-образного в плане здания, в котором имеется 4 фасада внешних и 4 фасада внутренних, из которых по два фасада приходятся на каждую сторону света, в том числе на северную и южную. Для зданий такого типа применение фасадного регулирования приведет к многократному увеличению затрат на приборы и оборудование, так как на каждый фасад здания необходимо устанавливать независимые подсистемы для регулирования температур в СО этого здания, т.е. 8 подсистем, причем каждая из которых включает контроллеры, датчики температуры, регулирующие клапаны с исполнительными механизмами, циркуляционные насосы и др.; для зданий непротяженных в плане относительно сторон света, например, имеющих в плане вид квадрата, система пофасадного регулирования не является эффективной, так как в этом случае не только помещения с южной стороны здания получают дополнительное тепло за счет их обогрева солнечным излучением, но и помещения С других фасадов здания (восточного и западного) при перемещениях солнца по небосводу; один из основных недостатков фасадного авторегу-лирования для зданий с относительно сложной планировкой заключается в невозможности учета климатических факторов, во-первых, воздействия ветра на любой из фасадов здания, приводящего к существенному изменению температуры в помещениях этого фасада, во-вторых, солнечного излучения по всем фасадам здания за исключением северного. Для СО зданий с зависимым теплоснабжением разработана САР [78, 55], позволяющая устранить указанные недостатки и осуществить регулирование по каждому фасаду здания за исключением северного. Особенности схемы САР с использованием математического моделирования рассмотрены в [78]. Па рис. 3.1.1 приведена блок-схема системы при зависимом присоединении системы отопления к тепловым сетям и с возможіюстью управления соотношением расходов теплоносителя по ветвям СО по всем фасадам здания за исключением северного.
Первое уравнение системы (3.1.1) описывает участок смешивания теплоносителя из подающего трубопровода теплосетей и обратного трубопровода
СО с учетом бесконечно большой скоростью протекания переходных процессов на участке смешивания. Второе уравнение учитывает расходы по ветвям, а третье -учитывает закон сохранения количества энергии в системе.
При изменении расхода теплоносителя Gy по соответствующей ветви изменяется вектор управляющих величин G=[Gi,...,Gx], что влечет изменение по каналу G0 в векторе выходных переменных объекта управления Т0-[Т01,„.,Ток}-Кроме того, происходят изменения в процессе смешивания теплоносителя из обратных трубопроводов ветвей, что вызывает изменение температуры обратного трубопровода Т0, Изменение температуры теплоносителя обратного трубопровода Т0 и подмес поступающего из теплосетей теплоносителя с температурой Г/ в свою очередь приводит к изменению Тсо.
На рис. 3.1.2 представлена модель процесса отопления здания с учетом управления соотношением расходов теплоносителя по ветвям СО с возможностью применения для исследования фасадов здания. В модели системы отопления возможно выделить различные векторы возмущающих переменных Fh воздействие которых приводит к изменению температурных режимов в помещениях определенных фасадов здания, а это в свою очередь приведет к изменению параметров соответствующих ветвей системы отопления.
Особенности автоматизированного мониторинга систем отопления в составе АСДУ с учетом фасадного регулирования
При фасадном регулировании возникает задача определения значения температуры внутреннего воздуха контрольных помещений каждого фасада. Установка датчика в одном помещении не отражает распределение температур по всему фасаду. Использование датчиков температуры внутреннего воздуха типа ESM-10 не пригодно из-за больших затрат на прокладку кабелей, приобретение преобразователей интерфейсов, наличие помех из-за большой длины технологической сети и сложности в обработке нескольких сигналов. Поэтому была разработана система автоматизированного мониторинга значений температур в помещениях фасада при использовании датчиков температур DS18B20 с цифровым выходом, использующих интерфейс 1-Wire. Преимущества использования этого подхода к построению системы автоматизированного мониторинга температуры внутреннего воздуха каждого фасада; цены датчиков типа DS18B20 на порядок ниже цен датчиков температуры внутреннего воздуха типа ESM-10; технологическая сеть MicroLAN, построенная на базе протокола і-Wire, состоит из 2-х (иногда 3-х, если добавляется питание) проводов, причем все устройства находятся на одной шине и однозначно адресуются с помощью уникального 56-битного кода, зашитого в прибор на заводе-изготовителе; протокол І-Wire, специально разработанный для передачи цифровых данных на большие расстояния (до 300 м без репитера), позволяет в рамках поставленной задачи организовать помехозащищенную технологическую сеть с произвольной топологией; простота интеграции интерфейса І-Wire в существующие технологические контроллеры, имеющие интерфейс RS-232 или любой один программируемый цифровой выход; наличие большого числа функциональных устройств І-Wire - датчики температуры, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), счетчики, таймеры, различные преобразователи и др. Па рис. 4.1.1 представлена схема системы автоматизированного мониторинга температуры внутреннего воздуха каждого фасада (СФ-северный, ЮФ-южный). Контроллер ТС2, находящийся в автоматизированном тепловом пункте (АТП), собирает данные со всех датчиков температуры 1 (DS18B20), анализирует информацию и предоставляет ее контроллеру ТС1, управляющему САР отоплением здания. Причем информация может представлять собой как и всю совокупность значений температур, так и усредненное по специальному алгоритму значение. Например, результат может представлять собой сложение значений температур с некоторыми весовыми коэффициентами, априорно определенные в зависимости от типа помещения, наличия людей, оборудования и других факторов.
При фасадном регулировании возникает также задача количественного определения кроме температуры наружного воздуха таких возмущающих факторов, действующих на фасады здания, как интенсивность солнечной радиации, скорость и направление ветра, влажность и атмосферное давление. Учет этих параметров мог бы существенно повысить качество регулирования при энергоэффективном управлении. Также желательно все эти разнородные по физической природе процессы привести к единому виду, удобному для передачи на достаточно длинные расстояния от фасадов здания до автоматизированных тепловых пунктов.
Для решения всех вышеперечисленных задач была разработана система автоматизированного мониторинга возмущающих факторов при фасадном управлении. Основой для передачи цифровых информативных данных является трехпроводная сеть, построенная по принципу І-Wire, в которой для передачи данных используется один провод. Сетью управляет одно устройство мастер, в данном случае контроллер ТС2. Каждое возмущающее воздействие измеряется с помощью адресуемого цифрового элемента (ADI) [104,107], состоящего из первичного преобразователя 1, элемента 2, который преобразует входной сигнал от первичного преобразователя в цифровой формат І-Wire, и нескольких дополнительных периферийных элементов и элементов защиты 3 (см. рис. 4.1.2). Особое преимущество ADI перед другими преобразователями, которые требуют для своего функционирования отдельных кабелей для передачи информации и питания, состоит в том, что, несмотря на физическую природу измеряемого процесса, эти элементы приводят к единому виду их измерение. Уникальный идентификационный номер каждого элемента 2 (рис. 4.1.2) позволяет адресовать каждый ADI без каких-либо конфликтов в сети І-Wire при том, что все элементы находятся на одной трехпроводной шине.
Похожие диссертации на Автоматизация процесса отопления зданий с применением теплообменников и учетом фасадного регулирования
