Проектные решения автоматизации ИТП индивидуального теплового пункта

 По результатам проектирования разработана рабочая документация по автоматизации индивидуального теплового пункта в гостинице.

проектные решения автоматики ИТП

Решения автоматизации индивидуального теплового пункта

Проект автоматизации индивидуального теплового пункта

Основные решения по автоматизации

Для решения задач автоматизации и контроля в проекте использован комплекс технических средств фирмы Honeywell США. Комплекс включает в себя:

  • первичные преобразователи с унифицированным аналоговым выходным сигналом датчики избыточного давления, датчики температуры погружные;
  • шкафы автоматики ЩАТП со встроенными в них прцессорными модулями ХСL5010, модулями распределенных входов/выходов, монтажными модулями и коммутационными модулями LON-шины.
  • шкаф автоматики со встроенными в него модулями распределенных входов/ выходов, монтажными модулями и коммутационными модулями LON-шины.

В шкафу ЩАТП предусмотрены также модули для подключения сигналов АВУ в приямках (см. проект АВК). 2.2 Шкафы автоматики с контроллером EXCEL обеспечивают: 

  • управление рабочим и резервным электродвигателями насосов по временному графику (регулируемая выработка моторесурса) - через каждые 48 часов;
  • включение резервного АВР насоса при выходе из строя рабочего по сигналу от датчика дифференциального давления;

Регулирование и контроль температуры воды для систем отопления и вентиляции, величина которой задается в зависимости от температуры наружного воздуха по отопительному графику:

  • при повышении температуры наружного воздуха уставка датчика температуры воды снижается, регулирующий клапан на трубопроводе теплоносителя к к рабочему подогревателю прикрывается и наоборот. Закон регулирования пропорционально - интегральный (ПИ);
  • регулирование и контроль температуры воды для системы ГВС.:
  • при понижении температуры воды - регулирующий клапан, установленный на трубопроводе теплоносителя подогревателя ГВС приоткрывается, при повышении температуры - прикрывается.

проект системы автоматизации ИТП

Регулирование по ПИ - закону

Регулирование и контроль давления воды в системах подпитки отопления по датчику избыточного давления:

  • при понижении давления в обратном трубопроводе системы отпления II зоны полностью открывается клапан на подпитке и включается насос подпитки;
  • при увеличении давления - насос подпитки отключается и клапан полностью закрывается. При понижении давления в обратном трубопроводе системы отопления I зоны полностью открывается клапан на подпитке;
  • при увеличении давления - клапан закрывается.
Регулирование позиционное

Регулирование и контроль давления воды в системах подпитки вентиляции по датчику избыточного давления:

  • при понижении давления в обратном трубопроводе системы вентиляции II зоны полностью открывается клапан на подпитке и включается насос подпитки;
  • при увеличении давления - насос подпитки отключается и клапан полностью закрывается.
  • При понижении давления в обратном трубопроводе системы вентиляции I зоны полностью открывается клапан на подпитке;
  • при увеличении давления - клапан закрывается. измерение текущих технологических параметров;
  • контроль состояния оборудования (местное/автоматическое управление, включен, отключен, авария, нормальная работа);
  • передачу в диспетчерский пункт аварийно-предупредительной статистической информации о протекании технологического процесса.

Алгоритм работы нососов

Насосы ГВС и подпитки. Управление насосами горячего водоснабжения (ГВС) и подпитки должно предусматривать 2 режима:

  • местное управление (опробование) электродвигателей насосов со шкафа управления, установленного в помещении ИТП1 на отм;
  • автоматическое управление.

Автоматическое управление осуществляется по заданной программе с контроллера. Автоматический режим можно запустить по команде оператора (по месту установки шкафа автоматики). Оператор может задать режим работы насосов:

  • Старт и Стоп - включение/отключение вне зависимости от временного графика;
  • Авто - включение/отключение по заданной временной программе через летнем режиме насосы подпитки таймер времени (зимний режим/летний режим - в отключены).

Режим Авто является наилучшим, так как не требует вмешательства обслуживающего персонала. Чтобы включить и отключить насосы во время не предусмотренное программой, необходимо перепрогроммировать их запуск или перевести в режим Старт/Стоп. Режим местного управления применяется только при отладке электродвигателей насосов. Насосы ГВС работают круглый год, за исключением проведения регламентных работ.

Насосы вентиляции и отопления

Работа насосов осуществляется при помощи системы регулирования WILO-CR, которая осуществляет бесступенчатое регулирование мощности насосов на базе преобразователя частоты в соответствии с изменяющимся перепадом давления. Система регулирования WILO-CR обеспечивает:

  • поддержание постоянного перепада давления;
  • автоматическую посменную работу насосов в функции нагрузки и времени, а также при возникновении неисправностей;
  • плавное регулирование частоты оборотов электродвигателя насосов в зависимости от требуемого заданого значения перепада давления;
  • сигнализацию о рабочем и аварийном состоянии насосов посредством беспотенциальных контактов.

Организация контроля и управления

Шкаф автоматики со встроенными в него модулями контроллера размещается в помещении ИТП . Шкаф автоматики 2 со встроенными в него модулями контроллера размещается в помещении ИТП N2. Шкаф автоматики ШАТП3 со встроенными в него модулями входов и выходов размещается в помещении ИТП N3. Собранная на модули информация передается по LON-шине на контроллер, установленный в шкафу ЩАТП1. Для доступа к данным и их отображения на дисплее предусмотрен переносной пульт оператора типа XI582СY, заказанный по проекту марки АДС. Объем информации и управляющие функции диспетчеризации - смотри комплект чертежей АДС.

Контроль технологических параметров

Проектом предусмотрено измерение следующих технологических параметров:

  • температура наружного воздуха;
  • температура и давление сетевой воды (подающей и обратной);
  • температура и давление воды на ГВС, отопление и вентиляцию (подающей и обратной);
  • давление водопроводной воды.
Сигнализация работы систем

На шкафы автоматики теплового пункта и в диспетчерскую выводится следующая информация:

Состояние насосов:

  • включен/отключен - на основании состояния контакта магнитного пускателя насоса;
  • норма/авария - на основании состояния контакта реле тепловой защиты или сигнала от датчика дифференциального давления;
  • положение переключателей"Мест. О Авт.;
  • температура воды после подогревателей (выше нормы ниже нормы).
  • давление воды в обратном трубопроводе систем отопления и вентиляции (ниже нормы).

Условные изображения электрооборудования и проводок на планах выполнены по ГОСТ 21.614-88, кроме случаев, указанных в таблице условных обозначений. Над полкой линии-выноски даны номера позиций приборов и аппаратуры по схеме соединений внешних проводок; в прямоугольниках указаны номера кабелей, под полкой линии - выноски даны позиции монтажных материалов, изделий. Cхемы электрические соединений и подключений внешних проводок см. листы в проекте. Монтаж приборов и средств автоматизации выполнить согласно строительным нормам и правилам СН и П 3.06.07-85. 5. Патрубки и проемы в стенах после прокладки труб забить легковыбиваемым несгораемым материалом согласно правилам СН и П 3.05.06-85. 6. Кабельные трассы проложить после монтажа технологического оборудования и трубопроводов. Привязку и отметки кабельных трасс уточнить при монтаже. Заготовку труб,проводов и кабелей производить после контрольного промера длины трассы.  Цепи 24В проложить отдельно от цепей ~220В. При прокладке кабелей в трубах на поворотах и сложных участках трассы установить протяжные коробки У994У3.

Средства автоматизации и контроля.

Средства КИПиА обеспечивают работу теплового пункта (ИТП) в режиме авто, без постоянного обслуживающего персонала.

Проект автоматики ИТП предусматривает:

- регулирование температуры теплоносителя в сетях отопления в зависимости от температуры наружного воздуха;

- регулирование расхода теплоты в отоплении и ограничение максимального расхода сетевой воды у потребителя;

- поддержание заданной температуры воды в горячем водоснабжении;

- поддержание заданного давления в обратном трубопроводе или требуемого перепада давлений воды в подающем и обратном трубопроводах тепловых сетей;

- защита системы потребления теплоты от повышенного давления или температуры в случае возникновения опасности превышения допустимых предельных параметров;

- поддержание статического давления в системах потребления теплоты;

- защита отопления от опорожнения;

- включение резервного насоса при аварийном отключении рабочего;

- защита насосов от сухого хода;

- визуальное отображение рабочего или аварийного состояния.

В ИТП предусмотрен коммерческий учет тепла и теплоносителя в соответствии с «Правилами учета тепловой энергии и теплоносителя». УКУТЭТ предназначен для осуществления коммерческого учета потребления тепловой энергии теплоснабжением здания. Учет тепла на отопление, вентиляцию и ГВС по независимой схеме выполняется отдельно от учета на подпитку отопления.

Передача параметров и архивных данных от тепловычислителей производится в автоматизированную систему диспетчеризации. Щиты управления ИТП представляют собой заказные изделия ШУ-ИТП. Система автоматизации ИТП является локальной установкой способной работать как автономно, так и в составе комплексной системы. Заказ щитов управления производится по опросному листу, при заказе комплектация уточняется у завода-изготовителя и монтажной организации.

Схема шкафа автоматизации и управления ИТП в отопительный сезон обеспечивает:

- регулирование температуры теплоносителя в сети отопления по ПИД-закону, в зависимости от температуры наружного воздуха в соответствии с температурным отопительным графиком;

- защита контура отопления от превышения температуры обратной воды в соответствии с графиком температуры обратной воды;

- поддержание требуемой температуры горячей воды в ГВС, с регулированием по ПИД-закону;

- управление клапанами регуляторами;

- управление циркуляционными и подпиточными насосными группами в каждом контуре в режиме рабочий–резервный, с функцией автоматического чередования насосов через заданное время по наработке часов;

- взаимное резервирование насосов по аварийным сигналам от датчиков-реле перепада давлений на насосной группе;

- комплексную защиту электродвигателей насосов от короткого замыкания, перегрузки, сухого хода;

- поддержание заданного давления в отоплении и ГВС посредством частотно-регулируемых электроприводов.


Щит управления ИТП в летний сезон обеспечивает:

- переключение зимний/летний режим с ручным и дистанционным управлением;

- поддержание требуемой температуры горячей воды в ГВС, со ступенчатым регулированием электроводонагревателя по ПИД-закону;

- управление циркуляционными и подпиточными насосными группами в каждом контуре в режиме рабочий –резервный, с функцией авто чередования насосов через заданное время по наработке часов;

- взаимное резервирование насосов по аварийным сигналам от датчиков-реле перепада давлений на насосной группе;

- комплексную защиту электродвигателей насосов от короткого замыкания, перегрузки, сухого хода;

- поддержание заданного давления в ГВС посредством частотно-регулируемых электроприводов.

Щит управления ИТП в диспетчеризации формирует следующие сигналы:

- температура наружного воздуха;

- температура воды на подающем трубопроводе из теплосети;

- температура воды на обрате после теплообменника отопления;

- температура воды на обрате после теплообменника ГВС;

- температура воды за теплообменником отопления;

- температура воды за теплообменником ГВС;

- температура воды за водонагревателями летнего ГВС;

- давление в контуре отопления;

- давление в контуре ГВС;

- работа насосов;

- положение клапанов – регуляторов;

- аварийные сигналы.

Из диспетчеризации управления ИТП воспринимает следующие команды управления:

- пуск и останов работы ИТП;

- переключение режимов работы (Летний/Зимний).

Проектный алгоритм шкафа автоматизации ИТП:

Отопление (контур 1)

Основным датчиком работы ИТП является датчик наружного воздуха и датчик на подающем трубопроводе. Температура в подающем трубопроводе задается в соответствии с температурным графиком. Датчик температуры теплоносителя в подающем трубопроводе является наиболее важным датчиком. Заданная температура подачи рассчитывается контроллером-регулятором на основе температуры наружного воздуха. Чем ниже температура наружного воздуха, тем выше заданная температура подачи.

Температура подачи первичного контура используется для управления температурой внутри вторичного или для увеличения порога заданной температуры подачи. Регулирующий клапан с электроприводом постепенно открывается, если температура подаваемого теплоносителя оказывается ниже заданной температуры подачи и наоборот.

Температура обратного теплоносителя для централизованного отопления не должна быть слишком высокой. Если это так, то заданная температура подачи может быть изменена (обычно в сторону более низкого значения), что приведет к постепенному закрыванию клапана с электроприводом. Соответствующий циркуляционный насос включается при включении отопления или для защиты от заморозки. Два насоса циркуляции используется поочередно, с взаимным резервированием.

Циркуляционные насосы работают поочередно в соответствии с графиком. Один насос остается в резерве, а другой работает. В случае сбоя (отсутствует перепад давлений) в работе одного насоса, запускается другой. При этом подается аварийный сигнал для последующего осмотра и ремонта неисправного насоса. Отопление может отключаться, когда температура наружного воздуха поднимается выше заданного значения.

Статическое давление во вторичном контуре (на стороне потребителя) измеряется аналоговым сигналом 4-20mA (датчик давления). В случае слишком низкого давления функция подпитки обеспечивает подкачку теплоносителя. Два насоса подпитки используются поочередно, с взаимным резервированием. Подпиточные насосы работают поочередно в соответствии с временем наработки.

Один насос остается в резерве, а другой работает. В случае сбоя (отсутствует перепад давлений) в работе одного насоса, запускается другой. При этом подается аварийный сигнал для последующего осмотра и ремонта неисправного насоса

ГВС (контур 2):

По датчику наружного воздуха или по команде оператора происходит переключение на летний режим и на оборот, на зимний.

Зимний режим работы:

Нагрев воды ГВС во вторичном контуре осуществляется через теплообменники от теплоносителя из городской теплосети.

Если температура ГВС оказывается ниже требуемого значения, то постепенно открывается клапан с электроприводом и наоборот. Если заданная температура ГВС не может быть достигнута, контур отопления будет постепенно закрываться, передавая больше энергии на контур ГВС. Температура в обратном трубопроводе ограничиваться определенным значением.

Соответствующий циркуляционный насос включается при включении ГВС или для защиты от заморозки. Два насоса циркуляции используется поочередно, с взаимным резервированием. Статическое давление во вторичном контуре (на стороне потребителя) измеряется аналоговым сигналом 4-20mA (датчик давления). В случае слишком низкого давления функция подпитки обеспечивает подкачку воды ГВС. Два насоса подпитки используются поочередно, с взаимным резервированием.

Летний режим работы:

Нагрев воды ГВС осуществляется через накопительные водонагреватели. Регулировка температуры осуществляется ступенчато. Если температура ГВС оказывается ниже требуемого значения, то последовательно подключаются дополнительные тэны. Постепенно достигая максимальной мощности нагрева. И наоборот при перегреве.

Для защиты от аварийного перегрева водонагревателя установлены термостаты. В случае аварийного нагрева по сигналу термостата снимается питание с тэн. Соответствующий циркуляционный насос включается при включении ГВС.

Для защиты насосов от сухого хода, перед каждой насосной группой устанавливается реле давления контролирующие минимально допустимое значение давления воды. Все состояния работы и неисправности отображаются на экране контроллера или панели оператора. Также на передней панели щитка предусматривается световая сигнализация аварийных состояний.

Кабели связи диспетчеризации проектом приняты пониженной пожароопасности не распространяющие горение при групповой прокладке по категории А, с низкими показателями газо и дымовыделения, низкотоксичные (нг(А) -FRHF). От поста охраны до помещения ИТП прокладка кабелей предусматривается в металлическом сплошном лотке. По помещениям ИТП в металлическом сплошном лотке. Опуски и отводы кабеля к датчикам и исполнительным механизмам в гофрированной трубе пониженной пожароопасности не распространяющей горение при групповой прокладке по категории А, с низкими показателями газо и дымовыделения, низкотоксичные (нг(А) – FRHF HF).