Система вентиляции и климат-контроля производственного помещения с расчётом датчиков и исполнительных механизмов на предприятии АО Полиметиз

Содержание

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................... 2

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ3

1.1. Характеристика производственного помещения............................................... 3

1.2. Анализ существующих решений......................................................................... 4

1.3. Формулировка технических требований к АСУ............................................... 5

1.4. Обзор и анализ нормативно-технической документации................................. 6

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ И СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АСУ7

2.1. Функциональная схема......................................................................................... 8

2.2. Структурная схема................................................................................................. 8

2.3. Выбор архитектуры АСУ................................................................................... 10

2.4. Выбор и обоснование сетевых протоколов и топологии............................... 10

ГЛАВА 3. РАСЧЁТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ................................................... 11

3.1. Расчёт параметров микроклимата...................................................................... 11

3.2. Подбор датчиков.................................................................................................. 12

3.3. Расчёт исполнительных механизмов................................................................. 12

3.3.1. Приточные и вытяжные вентиляторы........................................................... 12

3.3.2. Регулирующие клапаны и электроприводы.................................................. 14

3.3.3. Калорифер (воздухонагреватель).................................................................... 17

3.3.4. Увлажнитель воздуха....................................................................................... 19

3.4. Обоснование выбора ПЛК и модулей ввода-вывода.......................................... 21

3.4.1. Выбор центрального процессора (CPU)........................................................ 21

3.4.2. Выбор модулей распределённой периферии (ET 200SP)............................. 24

3.4.3. Выбор модулей в центральном шкафу (безопасная зона)............................ 25

3.5. Выбор и расчёт кабельной продукции и устройств защиты.......................... 25

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ.................................... 26

4.1. Логика работы контуров регулирования.......................................................... 26

4.2. Алгоритмы защиты и диагностики................................................................... 27

4.3. Человеко-машинный интерфейс (HMI)............................................................ 28

ГЛАВА 5. ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЁТЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕ............................. 29

5.1. Электрические расчёты....................................................................................... 29

5.2. Моделирование динамики системы.................................................................. 29

5.3. Расчёт экономической эффективности............................................................. 30

ГЛАВА 6. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ............................................... 32

6.1. Требования промышленной безопасности....................................................... 32

6.2. Экологические аспекты...................................................................................... 32

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................................................................. 33

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................................... 35

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................................. 36

Б.2. Вентиляционное, аспирационное и климатическое оборудование.................. 38

Б.3. Электротехническое оборудование и материалы................................................ 39

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

На исследуемом предприятии АО Полиметиз, были выявлены следующие недостатки: повышенная температура (29℃) и пониженная влажность, недостаточная очистка воздуха от мелких фракций, энергетическая неэффективность ( определяется тремя взаимосвязанными вызовами, стоящими перед современным производством нетканых материалов из полимеров: энергосбережением, обеспечением жёстких требований к микроклимату и чистоте воздуха и гарантией безопасности труда. Технологические процессы кардочесания, термоскрепления и нарезки сопряжены с интенсивным выделением горючей полимерной пыли, избыточного тепла и генерацией статического электричества. Традиционные системы вентиляции, работающие в постоянном максимальном режиме, неэффективны, энергозатратны и не обеспечивают превентивного контроля за пылевой и пожарной обстановкой. Разработка интеллектуальной АСУ, адаптивно управляющей воздухообменом, очисткой и параметрами микроклимата, является критически важным шагом для снижения эксплуатационных расходов, минимизации риска аварий и создания стабильных условий для высокого качества продукции.

Цель работы: разработать проект АСУ вентиляцией, аспирацией и климат-контролем для цеха производства нетканых материалов, обеспечивающей автоматическое поддержание санитарно-гигиенических и противопожарных норм при минимальных энергозатратах.

Задачи проекта:

1. Провести комплексный анализ объекта автоматизации (цех №3 АО «Полиметиз»), выявить источники вредных выделений и сформулировать технические требования к системе.
2. Разработать функциональную и структурную схемы АСУ на основе анализа аналогов и существующих решений.
3. Выполнить расчёт теплового и воздушного баланса, произвести выбор, расчёт и обоснование основного технологического оборудования, датчиков и исполнительных механизмов.
4. Разработать и детально обосновать алгоритмы управления системой, включая логику контуров регулирования, защиты и диагностики.
5. Провести инженерные расчёты, моделирование динамики системы и оценку её экономической эффективности.
6. Проанализировать аспекты промышленной безопасности и экологичности проекта.

Объект исследования: производственное помещение цеха №3 (участок термоскрепления и нарезки) АО «Полиметиз». Предмет исследования: автоматизированная система управления вентиляцией, аспирацией и микроклиматом данного помещения.

Методы исследования: системный анализ; инженерно-расчётные методы (тепловой и воздушный баланс, гидравлический расчёт); сравнительный анализ оборудования; метод математического; методы технико-экономического обоснования (расчёт капитальных затрат, срока окупаемости).

Научная и практическая значимость работы. Научная новизна заключается в разработке подхода к проектированию АСУ для производств с доминирующей пылевой нагрузкой, интегрирующей задачи климат-контроля, аспирации и взрывопожарной безопасности в единый контур управления. Практическая значимость состоит в создании готового к реализации проекта, внедрение которого позволит предприятию: обеспечить соответствие требованиям СанПиН и ПБ, снизить риск пожаров и взрывов, повысить стабильность технологического процесса термоскрепления и добиться значительной экономии энергоресурсов.