ДП 2. Технологический раздел (Разработка мехатронного устройства с системой управления класса Smart House)

Лист

13

ДП 2068752-2204-ИC5-31-08

Изм. Лист № документа Подпись Дата

2.Технологический раздел

Для разработки системы управления и конструкции мехатронного устройства(МУ) необходимо описать само устройство, принцип работы данного устройства т.е. разработать технологическую модель устройства, принцип работы с этим устройством SCADA системы и определения основных входных и выходных параметров системы.

2.1. Описание мехатронного устройства.

2.1.1. Область применения МУ:

Мехатронное устройство используется для поддержания постоянного давления, компенсации температурных расширений, деаэрации и компенсации потерь теплоносителя в закрытых системах отопления или охлаждения.

2.1.2. Поддержание давления

МУ предназначена для нормализации давления в системе и нейтрализации повышения и понижения давления в пределах 1 бара. Система состоит из бака, который сообщается через мембрану с атмосферой, для удаления воздуха из перекачиваемой жидкости, насоса, электромагнитных клапанов, датчика давления и тензодатчика.

Датчик давления оценивает давление в системе, и по результатам показаний, запускает насос. Тензодатчик оценивает количество воды по ее массе в баке, и по результатам показаний открывает или закрывает электромагнитные клапаны.

2.1.3. Принцип действия

При нагреве теплоноситель в системе расширяется, что приводит к росту давления. Датчик давления фиксирует это повышение и посылает

калиброванный сигнал на блок управления. Блок управления, который с помощью датчика веса (наполнения) постоянно фиксирует значения уровня жидкости в баке, открывает соленоидный клапан на линии перепуска, через который излишки теплоносителя перетекают из системы в расширительный бак.

По достижению заданного значения давления в системе соленоидный клапан закрывается и перекрывает поток жидкости из системы в расширительный бак. При охлаждении теплоносителя в системе его объем уменьшается и давление падает. Если давление падает ниже установленного уровня, то блок управления включает насос. Насос работает до тех пор, пока давление в системе не поднимется до установленного уровня. Постоянный контроль уровня воды в баке защищает насос от «сухого» хода, а также предохраняет бак от переполнения.

Если давление в системе выходит за рамки максимального или минимального, то, соответственно, срабатывает насос или один из соленоидных клапанов.

Возможна компоновка системы из двух насосов. В случае если не хватает производительности 1 насоса в напорной линии, то будет задействован 2-ой насос. Так же благодаря системе из 2 насосов возможно, в случаи поломки одного из них задействовать второй насос. Чтобы выровнять время наработки насосов и соленоидов во время работы установки и увеличить время службы установки в целом, в двунасосных установках используется система переключения «рабочий-резервный» между насосами и соленоидными клапанами (ежедневно).

Сигналы об ошибках, касающиеся значения давления, уровня заполнения бака, работы насоса и соленоидного клапана отображаются на панели управления модуля.

2.1.4. Деаэрация

Деаэрация в МУ основывается на принципе понижения давления (дросселирования). Когда теплоноситель под давлением входит в расширительный бак установки (безнапорный или атмосферный), способность газов растворяться в воде уменьшается. Воздух выделяется из воды и выводится через воздухоотводчик, установленный в верхней части бака. Чтобы удалить из воды как можно больше воздуха, на входе теплоносителя в расширительный бак установлен специальный отсек с кольцами PALL: это повышает деаэрационную способность в 2-3 раза по сравнению с обычными установками.

2.1.5. Подпитка

Автоматическая подпитка компенсирует потери объема теплоносителя, происходящие из-за утечек и деаэрации.

Система контроля уровня автоматически активирует функцию подпитки, когда требуется, и теплоноситель в соответствии с программой поступает в бак.

Когда достигается минимальный уровень теплоносителя в баке (обычно = 6 %), соленоид на линии подпитки открывается.

Объем теплоносителя в баке будет увеличен до необходимого уровня (обычно = 12 %). Это предотвратит «сухую»работу насоса. При использовании стандартного расходомера количество воды может быть ограничено временем подпитки в программе. Когда это время превышено, необходимо предпринять действия к устранению проблемы. После этого, если время подпитки не изменялось, такой же объем воды может быть добавлен в систему.

В установках, где используются импульсные расходомеры, подпитка отключится при достижении запрограммированного объема воды. Если линия подпитки МУ будет подключаться непосредственно к системе питьевого водоснабжения, то необходимо установить фильтр и защиту от обратного потока.

1. Описание алгоритма работы мехатронного устройства

2.2.1. Алгоритм работы мехатронного устройства.

При включении системы, контроллер по тензодатчику оценивает наличие воды в баке. Если Воды в баке меньше 7% от полной загрузки, то включается клапан подпитки, который нагоняет воду в бак, далее идет отслеживание давления в системе. Если давление в системе упало, то включается перепускной клапан, который добавляет давления в систему, если давление в системе выросло, то включается насос, который перекачивая воду в бак, нормализует давление в системе. По сигналу тензодатчика, если воды в баке меньше 12% включается клапан подпитки. Если воды в баке больше 75%, то включается клапан сброса воды. Если в системе две линии (насос+клапан), то при выходе одного из компонентов линии в аварию, происходит переключение на другую линию. Аварии отслеживаются по времени.

2.2.2. Описание включения и выключения насоса.

Насос включается, когда давление в системе поднимается выше установленного уровня. По показаниям датчика, если давление в системе поднялось выше установленного, включается таймер. После отсчета таймером требуемого времени- замыкается контактор и включается насос. Как только давление пришло в норму – насос отключается без выдержки по времени.

В момент включения насоса включается таймер оценки работоспособности насоса. Если после отсчета времени таймера работоспособности давление в системе продолжает расти или не поменялось с момента включения насоса – то насос выводится в аварию.

Если в системе две линии, то после вывода насоса в аварию происходит переключение на резервную линию.

2.2.3. Описание включения клапана подпитки.

Клапан подпитки включается в следующих случаях: когда в баке не хватает воды до уровня сухого хода, когда не хватает воду до уровня нормальной работы. При получении сигнала тензодатчика на включение клапана, происходит замыкание выхода и включается таймер производительности клапана подпитки. Если по окончанию отсчета времени таймера, от тензодатчика не пришел сигнал нормальной работы, или не сбросился сигнал сухого хода, клапан помечается как аварийный и отключается. Если в системе нет резервного клапана, то система останавливается и загорается индикация авария системы. Отключение клапана производится по приходу сигнала нормальной работы.

2.2.4. Описание включения клапана сброса воды.

Клапан сброса воды из бака включается тогда, когда с тензодатчика приходит сигнал переполнения бака, 75% бака заполнено. При включении клапана, запускается таймер оценки производительности клапана. После окончания отсчета времени, оценивается количество воды в баке, если сигнал переполнения бака все еще активен, то клапан помечается как аварийный и отключается. Если резервного клапана в системе не предусмотрено, то загорается лампа авария системы и установка отключается. Выключение клапана производится по приходу сигнала нормальная работа или по снятию сигнала переполнения бака.

2.2.5. – Описание включения перепускного клапана.

Перепускной клапан включается тогда, когда в системе пониженное давление, в этом случае включается перепускной клапан и одновременно с ним запускается таймер оценки производительности перепускного клапана. Если по истечении времени таймера ситуация в системе не поменялась, давление в системе не выросло, то клапан помечается как аварийный и отключается. Если в системе не предусмотрено резервного перепускного клапана, то загорается лампа авария и установка отключается. Отключение перепускного клапана происходит по достижению заданного уровня давления.

2.2.6. Описание ручного режима.

В ручном режиме работы включение и выключение насоса и клапанов происходит с передней панели контроллера. Одновременная работа насоса и клапана, или двух и более клапанов невозможна. В ручном режиме, показания датчиков не влияют на разрешение запуска оборудования.

2.2.7. – Описание системы меню установки.

Меню состоит из двух уровней – базовый и сервисный. Вход в сервисное меню осуществляется по вводу пароля. В базовом уровне меню находятся настройки уровня требуемого давления, падение давления и повышения давления, количество линий в системе, наличие расходомера в системе и ввод пароля для доступа в сервисное меню.

В сервисном меню находятся настройки установок датчиков, установки таймеров, установки уровней расхода архив сообщений и возврат на заводские установки. Структура меню выглядит следующим образом:

Меню «Пользователь» доступно всегда. Содержит следующие параметры:

• Требуемое давление в системе

• Отклонение давления вниз (уровень включения насоса)

• Отклонение давления вверх (уровень выключения насоса).

• Тип системы (количество линий в системе, одна или две).

• Расходомер (есть в системе или нет).

• Ручной режим.

- Ввод пароля на доступ в режим «Сервис».

Меню «Ручной режим» содержит следующие параметры:

- Выбор линии

- Запуск клапана подпитки

- Запуск перепускного клапана

- Запуск клапана сброса воды

- Запуск насоса.

Меню «Сервис» доступно после ввода пароля. Содержит вложенные меню:

• Временные установки.

• Установки датчиков.

• Установки уровней расхода.

• Архив сообщений.

• Сброс настроек.

Меню «Установки датчиков» содержит следующие установки:

• Диапазон датчика давления. Установка в барах.

• Диапазон тензодатчика.

• Установка уровня «сухого хода»

• Установка уровня «Нормальный уровень»

• Установка уровня «Переполнение».

• Установка Расходомера. Диапазон.

Меню «Установки уровней расхода» содержит следующие настройки:

• Установка расходомера. Присутствует в системе или нет.

• Установка минимального расхода.

• Установка максимального расхода.

• Установка уровня «Уровень включения клапана подпитки». Установка в процентах.

• Установка уровня «Уровень выключения клапана подпитки». Установка в процентах.

• Установка уровня «Аварийный расход».

• Установка таймера задержки на выдачу сигнала «Аварийный расход». Включается только при работе без расходомера.

2.2.3. Описание системы управления

Контроллер должен содержать 11 цифровых входов, 2 аналоговых.

В систему входит 2-а аналоговых сигнала, 1-ый от датчика давления:

При падении давления в системе на 0,2 бара (можно установить свою величину, скорее всего такое небольшое отклонение показывает  наличие воздуха в системе), должна произойти задержка срабатывания и запуститься основной насос (определяемый дневным таймером), при достижении требуемого давления насосы отключаются.

При повышении давления в системе на 0,2 бара, происходит задержка срабатывания, и включается основной перепускной клапан который "стравливает" воду в бак При достижении требуемого давления в системе клапана отключаются.

2-ой аналоговый сигнал:

Тензодатчик или датчик веса, устанавливается под баком, по этому датчику определяется кол-во воды находящейся в баке:

При достижении мин. уровня (от 5 до 30 % от объема бака), включается клапан подпитки, причем требуется как минимум 6% от объема бака должно поступить в систему. В случае повышения давления в баке, можно предусмотреть включение электрического клапана на сброс воды в канализацию, 

Цифровые входы с 1-го по 8-ой это панель управления.

Цифровой вход 9- вход с контроля фаз, подается разрешение на работу всей системы.

Цифровые входы 10 и 11 сигнал с доп. контактов АУД или с термоконтактов двигателя.

Релейный выход 1-управление клапаном подпитки.

Релейный выход 2-управление насосом 1

Релейный выход 3-управление перепускным клапаном 1

Релейный выход 4-сигнал авария

Релейный выход 5 сигнал аварии насосов.

Релейный выход 6 сигнал аварии насосов (дистанционно)

Релейный выход 7 обратный клапан(сброс в канализацию)