Разработка автоматизированной системы управления параметрами микроклимата производственного помещения

Введение ………………………………………………………….……………. 15
1. Техническое задание ……………………………………………………… 16
1.1 Назначение и цели создания системы ……………………………….. 16
1.2 Требования к автоматике ……………………………………………… 16
1.3 Требования к техническому обеспечению …………………………… 17
1.4 Требования к информационному обеспечению ……………………… 17
1.5 Требования к программному обеспечению ………………………….. 18
1.6 Требования к метрологическому обеспечению ……………………… 18
2. Обзор литературы …………………………………………………………. 19
2.1 Восприятие микроклимата в помещениях и управления спросом в
Швеции ……………………………………………………………………. 19
2.2 Аналитика данных об окружающей среде для мониторинга
внутренней среды офисных зданий в жарком и влажном климате ……. 22
3. Проектирование автоматизированной системы ………………………… 26
3.1 Описание технологического процесса ………………………………. 26
3.2 Разработка структурной схемы ………………………………………. 27
3.3 Разработка функциональной схемы автоматизации ………………… 28
3.4 Выбор средств реализации АС …………………………….…………. 28
3.4.1 Выбор контроллерного оборудования …………………………. 29
3.4.2 Выбор датчиков ………………………………………………….. 30
3.4.2.1 Выбор датчика температуры и влажности ……………… 30
3.4.2.2 Выбор датчика концентрации твердых веществ ……….. 32
3.4.2.3 Выбор датчика расхода …………………………………… 33
3.4.2.4 Выбор датчика температуры воды ……………………… 34
3.4.2.5 Выбор датчика уровня воды …………………………….. 35
3.4.3 Выбор исполнительных механизмов …………………………… 36
3.4.3.1 Выбор радиатора …………………………………………. 36
3.4.3.2 Выбор вентиляции ……………………………………….. 38
3.4.3.3 Выбор теплообменника ………………………………….. 40
3.4.3.4 Выбор увлажнителя воздуха …………………………….. 41
3.4.3.5 Выбор осушителя воздуха ………………………………. 43
3.4.3.6 Выбор регулирующего клапана …………………………. 44
3.4.3.7 Выбор частотного преобразователя …………………….. 46
3.5 Схема производственного помещения ……………………………….. 47
3.6 Разработка схемы внешних проводок ………………………………… 48
3.7 Разработка алгоритмов управления ………………………………….. 49
3.7.1 Разработка алгоритма пуска …………………………………….. 49
3.7.2 Разработка алгоритма останова ………………………………… 50
3.7.3 Разработка алгоритма автоматического регулирования ……… 50
3.7.3.1 Математическая модель системы ………………………. 51
3.7.3.2 Настройка регулятора …………………………………… 65
3.7.3.3 Анализ поведения системы при внешнем воздействии .. 72
3.8 Разработка экранных форм …………………………………………… 73
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение ………………………………………………………… 74
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………… 74
4.2 Анализ конкурентных технических решений ……………………….. 75
4.3 SWOT-анализ ………………………………………………………….. 77
4.4 Планирование научно-исследовательских работ …………………… 78
4.4.1 Структура работ в рамках научного исследования ……………. 78
4.4.2 Разработка графика проведения научно-технического
исследования ………………………………………………………….. 79
4.5 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ………………… 82
4.5.1 Расчет материальных затрат НТИ ……………………………… 82
4.5.2 Расчет амортизационных отчислений ………………………….. 83
4.5.3 Расчет заработной платы и отчислений во внебюджетные
фонды ………………………………………………………………….. 83
4.5.4 Расчѐт общей себестоимости …………………………………… 86
4.6 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности
исследования ………………………………………………………………. 87
5. Социальная ответственность ……………………………………………… 91
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности .. 91
5.2 Производственная безопасность ……………………………………… 94
5.2.1 Освещенность на рабочем месте ……………………………….. 94
5.2.2 Микроклимат на рабочем месте ………………………………… 97
5.2.3 Уровень шума на рабочем месте ……………………………….. 98
5.2.4 Уровень электромагнитных излучений на рабочем месте ……. 99
5.2.5 Поражение электрическим током ………………………………. 100
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………. 101
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………… 102
Выводы по разделу «Социальная ответственность» …………………… 104
Заключение …………………………………………………………………….. 105
Список используемых источников …………………………………………… 106
Приложение А (обязательное) Функциональная схема автоматизации по
ГОСТ 21.208-2013 ……………………………………………………………. 114
Приложение Б (обязательное) Функциональная схема автоматизации
по ANSI/ISA-S5.1-2009 ……………………………………………………… 116
Приложение В (обязательное) Схема внешних проводок ………………….. 118
Приложение Г (обязательное) Блок схема алгоритмов пуска / останова ….. 120
Приложение Д (обязательное) Экранная форма …………………………….. 122
Приложение Е (справочное) Mathematical model of the system …………… 124

В результате выполнения работы была разработана система управления
параметрами микроклимата в производственном помещении. Были разработаны
техническое задание, структурная схема и функциональные схемы автоматизации,
позволяющие определить состав необходимого оборудования. Для автоматизации
системы поддержания микроклимата, были выбраны необходимые датчики с
цифровыми сигналами по интерфейсу RS-485 и аналоговыми выходными
сигналами (4 – 20) мА. В качестве промышленного логического контроллера был
выбран ОВЕН ПЛК 160. Исполнительные устройства: радиатор RifarAlp500x10,
приточно-вытяжная установка Electrolux EPVS-200, теплообменник WHC
150*150-2, увлажнитель воздуха Par-Tuman ГТ-1,6, осушитель воздуха Par-Tuman
РТ-60, клапан запорно-регулирующий КЗР 25ч945п и частотный преобразователь
ESQ-210-2S-0.4K.
В данной работе была разработана схема внешних проводок, которая
позволяет понять систему передачи сигналов от устройств нижнего уровня
(полевого) на щит контрольно-измерительных приборов и автоматики и АРМ
оператора. Для управления технологическим процессом были разработаны
алгоритмы пуска/останова технологического оборудования. Разработана
математическая модель системы и рассчитаны параметры настройки регулятора
по методу Циглера-Никольса и автоматической настройки в пакете Matlab с
последующей подстройкой параметров вручную. Провели анализ системы при
внешнем воздействии температуры. Система обрабатывает возмущение и
сохраняет значение температуры в помещении в пределах 5 % от уставки. Таким
образом, система может применяться для регулирования и стабилизации
параметров микроклимата в помещении. Использование трех узлов измерения в
различных областях помещения предоставляет наиболее полную картину о
параметрах микроклимата в помещении и тем самым повышает качество
измерения. За счет регистрации и управления расходом сырья теплоносителя
происходит его эффективное использование.