Общий вид диплома (Разработка мехатронного устройства с системой управления класса Smart House), страница 3

- 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)

3. Конструкторский раздел

Разобравшись с основным принципом работы мехатроного устройства, основная задача которого является поддержание давления в замкнутой системе.

3.1. Основными критериями выбора установки является:

3.1.1. Исходные данные

Для подбора установки необходимы следующие исходные данные:

- объем воды в системе;

- максимальная рабочая температура в системе;

- статическое давление (высота от места расположения установки до высшей точки системы);

-тепловая нагрузка системы.

3.1.2. Определение объема расширения

Объем расширения Vрасш л, определяется, как произведение объема воды в системе Vсист., л на коэффициент расширения К, зависящий от максимальной температуры (см. табл. 1)

V р» = Ут • К

Объем воды в системе определяется как сумма объемов всех элементов этой системы.

Если объем воды в системе не известен, его можно приближенно определить на основании опытных данных по удельному объему следующим способом:

Vрасш=Q •Vуд.

- где: Vyд - удельный объем, л/кВт, Q - тепловая нагрузка системы, кВт.

В расчетах следует принимать:

- для крупных тепловых пунктов, ТЭЦ, магистральных теплосетей удельный объем равен Vyд= 17 л/кВт;

-для обычных систем отопления, состоящих из теплообменника котла и радиаторов Vуд=13 л/кВт;

- для проточных нагревателей и теплопанелей Vуд = 9 л/кВт.

Таблица 3.1. Зависимости коэффициента расши­рения от максимальной рабочей температуры

Найденное значение округляется в большую сторону

3.1.3. Определенно рабочего давления

Верхнее рабочее давление = статическое давление + давление парообразования (в случае, если максимальная рабочая температура выше 100 °С) + запас 5 м вод. ст. + дифференциал рабочего давления.

Рис3.1 график определения рабочего давления

3.1.4. Выбор диаметра трубопровода линии расширения

Линия расширения - это трубопровод, который связывает систему с установкой поддержания давления.

Исходными данными для определения диаметра трубопровода линии расширения являются:

- номинальная тепловая нагрузка;

- максимальная рабочая температура.

Рекомендуется принимать диаметр трубопровода линии расширения не менее DN 25.

Рис. 3.2 Диаграмма определения диаметра трубопровода линии расширения

3.2 .Пример выбора установки

3.2.1. Объем воды в системе неизвестен.

Тепловая нагрузка системы отопления 1700 кВт, система состоит из котла и радиаторов.

Максимальная рабочая температура 70 "С, статическое давление 25 м.

Объем воды определяется приближенно, по удельному объему Vуд., = 13 л/кВт.

Значение объема расширения можно определяем

Vрасш. = 1700 х13 х 0.0378 = 835 л.

Верхнее рабочее давление

Рверх.=25 + 5+ 5 = 35 м вод. ст. = 3,5 бар.

По диаграмме на рис, 1 можно определить внутренний диаметр линии расширения- не менее DN40.

3.2.2. Объем воды в системе 15800литров.

Тепловая нагрузка системы отопления 1000 кВт, максимальная рабочая температура 120 "С, статическое давление 15 м.

Объем воды известен, можно точно определить объем расширения

Vрасш. = 15800 х 0.0756 = 1194л.

Верхнее рабочее давление

Рверх. = 15+10+5+5=35 мвод.ст.=3.5бар

По диаграмме на рис. 1 можно определить внутренний диаметр линии расширения - не менее DN 40

3.3. Основная компоновка системы

Основными составными частями таких автоматических установок являются:

• Насос

• Мембранный бак (расширительный бак)

• Датчик давления в системе.

• Контроллер

• Соленойдные клапана открытия/закрытия патрубков к баку

• Обратный клапан

• Дереныжный калапан –удаления избытка управления.

• Предохранительный клапан — трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения сосудов и трубопроводов с избыточным давлением, путем автоматического выпуска избытка жидкой, паро - и газообразной среды из систем и сосудов с избыточным давлением при чрезмерном повышении давления.

Рис. 3.3 структурная схема мехатронного устройства

Мхеатронное устройство осуществляет регулировку давления в замкнутых системах отопления и кондиционирования, а также прием и хранение расширившегося объема воды.

Такая установка поддержания давления состоит из следующих частей:

• Мембранный расширительный бак

• Узел регулирования давления

• Гибкий соединительный шланг

Вода и воздушная среда в баке разделены заменяемой мембраной из высококачественной бутиловой резины, которая характеризуется очень низкой газовой проницаемостью.

Мехатронное устройство принимает излишки воды из системы, которые образуются в результате температурного расширения. Кроме того, она поддерживает заданное давление системы в узком диапазоне (независимо от уровня жидкости).

Во время нагрева системы, вода в ней расширяется, что приводит к росту давления. Датчик давления фиксирует это повышение и посылает калиброванный сигнал на блок управления. Блок управления, который постоянно фиксирует значения уровня жидкости, открывает соленоидный клапан, через который излишки воды перетекают из системы в мембранный расширительный бак (давление в котором равно атмосферному). После достижения давления в системе установленного уровня, соленоидный клапан закрывается иперекрывает поток жидкости из системы в расширительный бак.

При охлаждении воды в системе ее объем уменьшается, вызывая падение давления. Если давление падает ниже установленного уровня, то блок управления включает насос. Насос работает до тех пор,пока давление в системе не поднимается до установленного уровня.

Постоянное отслеживание уровня воды в баке защищает насос от «сухого» хода, а также предохраняетбак от переполнения.

Установка позволяет присоединить узел пополнения утечек.

3.4. Принцип комплектации мехатронного устройства.

3.4.1.Насос

Основной тип применяемых насосов это центробежные. Могут быть большим и мощным или маленьким и маломощным. Оба типа насосов могут развивать давление от трех до 16 атмосфер. Производительность измеряется в литрах в минуту. Чтобы мотор мог легко этого давления достигать, нам нужно искать насос с максимальным давлением 5-10 атмосфер (50-100 метров подъема водяного столба). Пользуясь этими данными, мы выбираем насос. Мощность его может зависимости от исполнения составлять 1100 или 15000 ватт.

Выбранные нами центробежные насосы серии ЗМ фирмы Ebara. Изготовлен из нержавеющей стали AISI 304. Предназначен для использования в системах отопления, холодного и горячего водоснабжения, кондиционирования, а также для других промышленных применений.

Данный тип насоса может, производен с различным типом мощностей как показано в таблице 2.

Таблица 3.2.Мощности электродвигателя, уровень шума.

Далее смотрим на его рабочие характеристики при которых нам необходимо применять данный насос. В курсовом проекте показано что давление в сети не будет превышать 10 бар, и максимальная температура в сети будет +70ْC. Следовательно с такими характеристиками нам прдходит насос как показано в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Основные характеристики насоса.

3.4.2.Обратный клапан

Обратный клапан — клапан, устанавливаемый на трубопроводе для исключения движения потока жидкости или газа в обратном заданному направлении, при отключении насоса, обрыва, или течи из трубопровода. Обратные клапаны широко применяются при монтаже различных трубопроводов, например в коммунальном хозяйстве.

3.4.3.Датчик давления

Небольшие габариты и прочная конструкция делают данный прибор универсальным средством измерения, подходящим для большинства применений. Все части прибора, находящиеся в контакте с измеряемой средой, изготовлены из нержавеющей стали и герметично заварены. Поэтому нет необходимости использовать дополнительные уплотнения, материалы которых могут реагировать со средой, в которой измеряется давление, Компактный корпус также изготовлен из нержавеющей стали и обеспечивает пылевлагозащищенность класса IР 65. Преобразователь может быть поставлен с различным диапазоном питающего напряжения. Может изготавливатся с различным диапазонами выходного сигнала 4(0)-20 мА, 0-10 В и тд.

3.4.4.фильтр

Ставим обычный фильтр, для задерживания крупных веществ в воде, таких как ржавчина. Для того чтобы они не повредили насос и соленоидный клапан.

3.4.5.Соленоидный клапан

Соленоидный клапан или электромагнитный клапан, предназначен для открытия или закрытия протекания воды в трубе по сигналу от управляющего устройства. Принцип работы заключается во взаимодействии двух электромагнитов которые при подачи напряжения на неподыижный соленоид к нему притягивается/отталкивается другой соленоид. В последствии движения последнего открывается/закрывается проходное сечение клапана через которое протекает среда.