Equipos y sistemas para el control automático del suministro de calor. Sistema analítico de gestión del suministro de calor industrial ACS “Teplo. El régimen de temperatura del edificio como objeto de regulación.

Arroz. 6. Línea de dos hilos con dos hilos de corona a diferentes distancias entre ellos

16 metros; 3 - pb = 8 m; 4 - b,

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SOY. Prokhorenkov

MÉTODOS PARA CONSTRUIR UN SISTEMA AUTOMATIZADO DE CONTROL DEL SUMINISTRO DE CALOR DISTRIBUIDO DE LA CIUDAD

Problemas de implementación tecnologías de ahorro de recursos en Rusia moderna prestado considerable atención. Estos problemas son especialmente agudos en las regiones del Extremo Norte. El fuel oil para salas de calderas urbanas es fuel oil, que se entrega por ferrocarril desde las regiones centrales de Rusia, lo que aumenta significativamente el costo de la energía térmica generada. Duración

la temporada de calefacción en las condiciones del Ártico es de 2 a 2,5 meses más en comparación con las regiones centrales del país, lo que está asociado con condiciones climáticas Extremo norte. Al mismo tiempo, las empresas de calor y energía deben generar la cantidad necesaria de calor en forma de vapor, agua caliente bajo ciertos parámetros (presión, temperatura) para garantizar la actividad vital de todas las infraestructuras urbanas.

Reducir el costo de generar calor suministrado a los consumidores solo es posible mediante la combustión económica de combustibles, el uso racional de la electricidad para las necesidades propias de las empresas, minimizando las pérdidas de calor en las áreas de transporte (redes de calor de la ciudad) y consumo (edificios, empresas de la ciudad ), así como reducir el número de empleados en las áreas de producción.

La solución de todos estos problemas solo es posible mediante la introducción de nuevas tecnologías, equipos, controles técnicos que permitan garantizar eficiencia económica trabajo de las empresas de energía térmica, así como para mejorar la calidad de la gestión y operación de los sistemas de energía térmica.

Formulación del problema

Uno de tareas importantes en el campo de la calefacción urbana: la creación de sistemas de suministro de calor con operación paralela de varias fuentes de calor. Sistemas modernos Los sistemas de calefacción urbana de las ciudades se han desarrollado como sistemas muy complejos, distribuidos espacialmente con circulación cerrada. Como regla general, los consumidores no tienen la propiedad de autorregulación, la distribución del refrigerante se realiza mediante la instalación preliminar de resistencias hidráulicas constantes especialmente diseñadas (para uno de los modos) [1]. En este sentido, la naturaleza aleatoria de la selección de energía térmica por parte de los consumidores de vapor y agua caliente conduce a procesos transitorios dinámicamente complejos en todos los elementos de un sistema térmico de potencia (TPP).

El control operativo del estado de las instalaciones remotas y el control de los equipos ubicados en puntos controlados (CP) es imposible sin el desarrollo de un sistema automatizado de control y gestión de despacho de puntos de calefacción central y estaciones de bombeo (ASDK y U TsTP y NS) de la ciudad. Por lo tanto, uno de problemas reales es la gestión de los flujos de energía térmica, teniendo en cuenta las características hidráulicas tanto de las propias redes de calefacción como de los consumidores de energía. Requiere resolver problemas relacionados con la creación de sistemas de suministro de calor, donde en paralelo

hay varias fuentes de calor (estaciones térmicas - TS)) para un total red de calefacción ciudad y en la curva general de carga de calor. Dichos sistemas permiten ahorrar combustible durante el calentamiento, aumentar el grado de carga del equipo principal y operar unidades de caldera en modos con valores de eficiencia óptimos.

Solución de problemas de control óptimo procesos tecnológicos sala de calderas de calefacción

Resolver los problemas de control óptimo de los procesos tecnológicos de la sala de calderas de calefacción "Severnaya" de la Empresa Regional de Energía y Calor del Estado (GOTEP) "TEKOS", en el marco de una subvención del Programa de Importación de Ahorro de Energía y Protección Ambiental Equipos y Materiales (PIEPOM) del Comité Ruso-Estadounidense, se suministró equipo (financiado por el gobierno de EE. UU.). Este equipo y diseñado para ello software hizo posible resolver una amplia gama de tareas de reconstrucción en la empresa base GOTEP "TEKOS", y los resultados obtenidos, para replicar a las empresas de calor y energía de la región.

La base para la reconstrucción de los sistemas de control de las unidades de calderas del TS fue el reemplazo de herramientas de automatización obsoletas para el panel de control central y los sistemas locales. regulación automática en un moderno sistema de control distribuido por microprocesador. El sistema de control distribuido implementado para unidades de caldera basado en el sistema de microprocesador (MPS) TDC 3000-S (Supper) de Honeywell proporcionó una única solución integrada para la implementación de todas las funciones del sistema para controlar los procesos tecnológicos del TS. El MPS operado tiene valiosas cualidades: simplicidad y visibilidad del diseño de las funciones de control y operación; flexibilidad en el cumplimiento de todos los requisitos del proceso, teniendo en cuenta los indicadores de confiabilidad (trabajando en el modo de espera "caliente" de la segunda computadora y OSU), disponibilidad y eficiencia; fácil acceso a todos los datos del sistema; facilidad de cambio y expansión de funciones de servicio sin retroalimentación sobre el sistema;

mejora de la calidad de presentación de la información en una forma conveniente para la toma de decisiones (interfaz de operador inteligente amigable), lo que ayuda a reducir los errores del personal operativo en la operación y control de los procesos de TS; creación de computadora documentación APCS; mayor disponibilidad operativa del objeto (el resultado del autodiagnóstico del sistema de control); sistema prometedor con un alto grado de innovación. En el sistema TDC 3000 - S (Fig. 1) es posible conectar controladores PLC externos de otros fabricantes (esta posibilidad se implementa si hay un módulo de puerta de enlace PLC). Se muestra la información de los controladores PLC

Se muestra en la tabla de contenido como una matriz de puntos disponibles para leer y escribir desde los programas del usuario. Esto hace posible el uso de estaciones de E/S distribuidas instaladas muy cerca de los objetos administrados para la recopilación de datos y la transferencia de datos a TOC a través de un cable de información utilizando uno de los protocolos estándar. Esta opción le permite integrar nuevos objetos de control, incluidos sistema automático control de despacho y gestión de puntos de calefacción central y estaciones de bombeo (ASDKiU TsTPiNS), al sistema de control de procesos automatizado existente de la empresa sin cambios externos para los usuarios.

red informática local

Estaciones universales

Histórico aplicado por computadora

módulo de módulo de puerta de enlace

la red local administración

Puerta de enlace troncal

Reservo (ARMM)

Módulo de mejora. Administrador de procesos avanzado (ARMM)

Red de control universal

Controladores de E/S

Rutas de cable 4-20 mA

Estación de E/S SIMATIC ET200M.

Controladores de E/S

Red de dispositivos PLC (PROFIBUS)

Rutas de cable 4-20 mA

Sensores de flujo

Sensores de temperatura

Sensores de presión

Analizadores

Reguladores

Estaciones de frecuencia

válvulas de compuerta

Sensores de flujo

Sensores de temperatura

Sensores de presión

Analizadores

Reguladores

Estaciones de frecuencia

válvulas de compuerta

Arroz. 1. Recopilación de información por estaciones de PLC distribuidas, transfiriéndola al TDC3000-S para su visualización y procesamiento, seguido de la emisión de señales de control.

Los estudios experimentales realizados han demostrado que los procesos que ocurren en la caldera de vapor en los modos de funcionamiento de su operación son de naturaleza aleatoria y no estacionarios, lo que se confirma con los resultados del procesamiento matemático y el análisis estadístico. Teniendo en cuenta la naturaleza aleatoria de los procesos que ocurren en la caldera de vapor, las estimaciones del desplazamiento de la expectativa matemática (MO) M(t) y la dispersión 5 (?) a lo largo de las principales coordenadas de control se toman como una medida de evaluación de la calidad del control:

Em, (t) 2 MZN (t) - MrN (t) ^ gMix (t) ^ min

donde Mzn(t), Mmn(t) son el MO ajustado y actual de los principales parámetros ajustables de la caldera de vapor: la cantidad de aire, la cantidad de combustible y la salida de vapor de la caldera.

s 2 (t) = 8|v (t) - q2N (t) ^ s^ (t) ^ min, (2)

donde 52Tn, 5zn2(t) son las variaciones actuales y establecidas de los principales parámetros controlados de la caldera de vapor.

Entonces el criterio de control de calidad tendrá la forma

Jn = I [avMy(t) + ßsö;, (t)] ^ min, (3)

donde n = 1,...,j; - ß - coeficientes de peso.

Según el modo de funcionamiento de la caldera (regulador o básico), un estrategia óptima administración.

Para el modo de control de operación de la caldera de vapor, la estrategia de control debe estar dirigida a mantener constante la presión en el colector de vapor, independientemente del consumo de vapor por parte de los consumidores de calor. Para este modo de operación, la estimación del desplazamiento de la presión de vapor en el cabezal de vapor principal en la forma

ep (/) = Pz(1) - Pm () ^B^ (4)

donde VD, Pt(0 - valores promedio establecidos y actuales de presión de vapor en el cabezal de vapor principal.

El desplazamiento de la presión del vapor en el colector principal de vapor por dispersión, teniendo en cuenta (4), tiene la forma

(0 = -4r(0 ^^ (5)

donde (UrzOO, art(0 - dispersiones de presión dadas y actuales.

Se utilizaron métodos de lógica difusa para ajustar los coeficientes de transferencia de los reguladores de los circuitos del sistema de control de calderas multiconectadas.

Durante la operación piloto de calderas de vapor automatizadas, se acumuló material estadístico que permitió obtener características comparativas (con la operación de unidades de calderas no automatizadas) de la eficiencia técnica y económica de introducir nuevos métodos y controles y continuar con los trabajos de reconstrucción. en otras calderas. Así, para el período de funcionamiento semestral de las calderas de vapor no automatizadas N° 9 y 10, así como de las calderas de vapor automatizadas N° 13 y 14, se obtuvieron los resultados, que se presentan en la Tabla 1.

Determinación de parámetros para la carga óptima de una planta térmica

Para determinar la carga óptima del vehículo es necesario conocer las características energéticas de sus generadores de vapor y de la sala de calderas en su conjunto, que son la relación entre la cantidad de combustible suministrado y el calor recibido.

El algoritmo para encontrar estas características incluye los siguientes pasos:

tabla 1

Indicadores de rendimiento de la caldera

Nombre del indicador Valor de los indicadores para calderas de ordeño

№9-10 № 13-14

Generación de calor, Gcal Consumo de combustible, t Tasa específica de consumo de combustible para la generación de 1 Gcal de energía térmica, kg de combustible de referencia cal 170.207 20.430 120,03 217.626 24.816 114,03

1. Determinación del rendimiento térmico de las calderas para varios modos de carga de su operación.

2. Determinación de las pérdidas de calor A () teniendo en cuenta la eficiencia de las calderas y su carga útil.

3. Determinación de las características de carga de las unidades de caldera en el rango de su cambio desde el mínimo permitido hasta el máximo.

4. Con base en el cambio en las pérdidas de calor totales en las calderas de vapor, la determinación de sus características energéticas, que reflejan el consumo por hora de combustible estándar, según la fórmula 5 = 0.0342 (0, + AC?).

5. Obtención de las características energéticas de las salas de calderas (TS) a partir de las características energéticas de las calderas.

6. Formar, teniendo en cuenta las características energéticas del TS, decisiones de control sobre la secuencia y el orden de su carga durante el período de calefacción, así como en la temporada de verano.

Otro tema importante de la organización del funcionamiento paralelo de las fuentes (HS) es la determinación de los factores que tienen un impacto significativo en la carga de las salas de calderas y las tareas del sistema de gestión del suministro de calor para proporcionar a los consumidores cantidad necesaria energía térmica al menor costo posible para su generación y transmisión.

La solución del primer problema se lleva a cabo vinculando los horarios de suministro con los horarios para el uso de calor a través de un sistema de intercambiadores de calor, la solución del segundo, estableciendo la correspondencia entre la carga de calor de los consumidores y su producción, es decir , planificando el cambio de carga y reduciendo las pérdidas en la transmisión de energía térmica. Asegurar la vinculación de los horarios para el suministro y uso de calor debe llevarse a cabo mediante el uso de automatización local en etapas intermedias desde las fuentes de energía térmica hasta sus consumidores.

Para resolver el segundo problema, se propone implementar las funciones de estimación de la carga planificada de los consumidores, teniendo en cuenta las posibilidades económicamente justificadas de las fuentes de energía (ES). Este enfoque es posible utilizando los métodos gestión situacional basado en la implementación de algoritmos de lógica difusa. El principal factor que tiene un impacto significativo en

la carga de calor de las salas de calderas es la parte que se utiliza para calentar edificios y para el suministro de agua caliente. El flujo de calor promedio (en vatios) utilizado para calentar edificios está determinado por la fórmula

donde /desde - la temperatura exterior promedio durante un período determinado; r( - la temperatura promedio del aire interior de la habitación calentada (la temperatura que debe mantenerse en un nivel dado); / 0 - la temperatura estimada del aire exterior para el diseño de calefacción;<70 - укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых и общественных зданий в Ваттах на 1 м площади здания при температуре /0; А - общая площадь здания; Кх - коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий (при отсутствии конкретных данных его можно считать равным 0,25).

Se puede ver en la fórmula (6) que la carga de calor en la calefacción de los edificios está determinada principalmente por la temperatura del aire exterior.

El flujo de calor promedio (en vatios) para el suministro de agua caliente de los edificios está determinado por la expresión

1.2w(a + ^)(55 - ^) p

Yt „. " _ desde"

donde m es el número de consumidores; a - la tasa de consumo de agua para el suministro de agua caliente a una temperatura de +55 ° C por persona por día en litros; b - la tasa de consumo de agua para el suministro de agua caliente consumida en edificios públicos a una temperatura de +55 ° C (se supone que es de 25 litros por día por persona); c es la capacidad calorífica del agua; /x - temperatura del agua fría (del grifo) durante el período de calefacción (se supone que es de +5 °C).

El análisis de la expresión (7) mostró que al calcular la carga de calor promedio en el suministro de agua caliente, resulta ser constante. La extracción real de energía térmica (en forma de agua caliente del grifo), en contraste con el valor calculado, es aleatoria, lo que se asocia con un aumento en el análisis de agua caliente por la mañana y por la noche, y una disminución en la selección durante el día y la noche. En la fig. 2, 3 muestra gráficos de cambio

Aceite 012 013 014 015 016 017 018 019 1 111 112 113 114 115 116 117 118 119 2 211 212 213 214 215 216 217 218 219 3 311 312 313 3 1

días del mes

Arroz. 2. Gráfico de cambios en la temperatura del agua en CHP N9 5 (7 - agua de caldera directa,

2 - trimestral directo, 3 - agua para suministro de agua caliente, 4 - trimestral inverso, 5 - agua de caldera de retorno) y temperatura del aire exterior (6) para el período del 1 de febrero al 4 de febrero de 2009

presión y temperatura del agua caliente para TsTP No. 5, que se obtuvieron del archivo de SDKi U TsTP y NS de Murmansk.

Con el inicio de los días cálidos, cuando la temperatura ambiente no desciende por debajo de +8 °C durante cinco días, la carga de calefacción de los consumidores se apaga y la red de calefacción funciona para las necesidades de suministro de agua caliente. El flujo de calor promedio al suministro de agua caliente durante el período sin calefacción se calcula mediante la fórmula

dónde está la temperatura del agua fría (del grifo) durante el período sin calefacción (se supone que es de +15 °С); p - coeficiente que tiene en cuenta el cambio en el consumo medio de agua para el suministro de agua caliente en el período sin calefacción en relación con el período de calefacción (0,8 - para el sector residencial y comunal, 1 - para empresas).

Teniendo en cuenta las fórmulas (7), (8), se calculan los gráficos de carga de calor de los consumidores de energía, que son la base para construir tareas para la regulación centralizada del suministro de energía térmica del TS.

Sistema automatizado de control de despacho y gestión de puntos de calefacción central y estaciones de bombeo de la ciudad

Una característica específica de la ciudad de Murmansk es que se encuentra en una zona montañosa. La elevación mínima es de 10 m, la máxima es de 150 m, en este sentido, las redes de calefacción tienen un gráfico piezométrico pesado. Debido al aumento de la presión del agua en los tramos iniciales, aumenta la siniestralidad (rotura de tuberías).

Para el control operativo del estado de objetos remotos y control de equipos ubicados en puntos controlados (CP),

Arroz. Fig. 3. Gráfico de cambio de presión de agua en la estación de calefacción central N° 5 para el período del 1 al 4 de febrero de 2009: 1 - suministro de agua caliente, 2 - agua de caldera directa, 3 - trimestral directa, 4 - trimestral inversa,

5 - agua fría, 6 - agua de caldera de retorno

fue desarrollado por ASDKiUCTPiNS de la ciudad de Murmansk. Los puntos controlados, donde se instalaron equipos de telemecánica durante los trabajos de reconstrucción, están ubicados a una distancia de hasta 20 km de la empresa matriz. La comunicación con los equipos de telemecánica del CP se realiza a través de una línea telefónica dedicada. Las salas de calderas centrales (CTP) y las estaciones de bombeo son edificios separados en los que se instalan equipos tecnológicos. Los datos del panel de control se envían a la sala de control (en el PCARM del despachador) ubicada en el territorio de Severnaya TS de la empresa TEKOS, y al servidor TS, después de lo cual quedan disponibles para los usuarios de la red de área local de la empresa. para resolver sus problemas de producción.

De acuerdo con las tareas resueltas con la ayuda de ASDKiUTSTPiNS, el complejo tiene una estructura de dos niveles (Fig. 4).

Nivel 1 (superior, grupo) - consola de despacho. En este nivel se implementan las siguientes funciones: control centralizado y control remoto de procesos tecnológicos; visualización de datos en la pantalla del panel de control; formación y emisión de

incluso documentación; formación de tareas en el sistema de control de procesos automatizado de la empresa para gestionar los modos de operación paralela de las estaciones térmicas de la ciudad para la red general de calor de la ciudad; acceso de los usuarios de la red local de la empresa a la base de datos del proceso tecnológico.

Nivel 2 (local, local) - Equipos de CP con sensores colocados en ellos (alarmas, medidas) y dispositivos de accionamiento final. En este nivel, se implementan las funciones de recopilación y procesamiento primario de información, emitiendo acciones de control sobre los actuadores.

Funciones realizadas por ASDKiUCTPiNS de la ciudad

Funciones de información: control de lecturas de sensores de presión, temperatura, caudal de agua y control del estado de actuadores (on/off, abrir/cerrar).

Funciones de control: control de bombas de red, bombas de agua caliente, otros equipos tecnológicos de la caja de cambios.

Funciones de visualización y registro: todos los parámetros de información y parámetros de señalización se muestran en las tendencias y diagramas mnemónicos de la estación del operador; toda la informacion

Estación de trabajo de PC del despachador

Adaptador SHV/K8-485

Líneas telefónicas dedicadas

Controladores KP

Arroz. 4. Diagrama de bloques del complejo

Los parámetros, los parámetros de señalización, los comandos de control se registran en la base de datos periódicamente, así como en los casos de cambio de estado.

Funciones de alarma: corte de energía en la caja de cambios; activación del sensor de inundación en el puesto de control y seguridad en el puesto de control; señalización desde sensores de presión límite (alta/baja) en tuberías y transmisores de cambios de emergencia en el estado de los actuadores (encendido/apagado, abierto/cerrado).

El concepto de un sistema de apoyo a la decisión.

Un moderno sistema de control de procesos automatizado (APCS) es un sistema de control hombre-máquina de varios niveles. El despachador en un sistema de control de procesos automatizado multinivel recibe información de un monitor de computadora y actúa sobre objetos ubicados a una distancia considerable de este, utilizando sistemas de telecomunicaciones, controladores y actuadores inteligentes. Así, el despachador se convierte en el protagonista principal de la gestión del proceso tecnológico de la empresa. Los procesos tecnológicos en la ingeniería de energía térmica son potencialmente peligrosos. Así, desde hace treinta años, el número de accidentes registrados se duplica aproximadamente cada diez años. Se sabe que en los modos de estado estacionario de sistemas energéticos complejos, los errores debido a la inexactitud de los datos iniciales son 82-84%, debido a la inexactitud del modelo - 14-15%, debido a la inexactitud del método - 2 -3%. Debido a la gran proporción de error en los datos iniciales, también existe un error en el cálculo de la función objetivo, lo que genera una importante área de incertidumbre a la hora de elegir el modo óptimo de funcionamiento del sistema. Estos problemas pueden eliminarse si consideramos la automatización no solo como una forma de reemplazar el trabajo manual directamente en la gestión de la producción, sino como un medio de análisis, previsión y control. La transición de despacho a un sistema de soporte de decisiones significa una transición a una nueva calidad: un sistema de información inteligente de una empresa. Cualquier accidente (excepto los desastres naturales) se basa en un error humano (operador). Una de las razones de esto es el enfoque antiguo y tradicional para construir sistemas de control complejos, centrados en el uso de la última tecnología.

logros científicos y tecnológicos al tiempo que subestima la necesidad de utilizar métodos de gestión situacional, métodos para integrar subsistemas de control, así como construir una interfaz hombre-máquina efectiva centrada en una persona (despachador). Al mismo tiempo, se prevé el traspaso de las funciones del despachador para el análisis de datos, previsión de situaciones y toma de decisiones adecuadas a los componentes de los sistemas inteligentes de apoyo a la toma y ejecución de decisiones (SSPIR). El concepto SPID incluye una serie de herramientas unidas por un objetivo común: promover la adopción e implementación de decisiones de gestión racionales y eficaces. SPPIR es un sistema automatizado interactivo que actúa como un intermediario inteligente que admite una interfaz de usuario de lenguaje natural con un sistema ZAOA y utiliza reglas de decisión que corresponden al modelo y la base. Junto a ello, el SPPIR realiza la función de seguimiento automático del despachador en las etapas de análisis de información, reconocimiento y previsión de situaciones. En la fig. La Figura 5 muestra la estructura del SPPIR, con la ayuda del cual el despachador TS administra el suministro de calor del microdistrito.

Con base en lo anterior, se pueden identificar varias variables lingüísticas difusas que afectan la carga del TS y, en consecuencia, la operación de las redes de calor. Estas variables se dan en la Tabla. 2.

Según la estación, la hora del día, el día de la semana, así como las características del entorno externo, la unidad de evaluación de la situación calcula la condición técnica y el rendimiento requerido de las fuentes de energía térmica. Este enfoque permite resolver los problemas de economía de combustible en calefacción urbana, aumentando el grado de carga de los equipos principales y operando calderas en modos con valores de eficiencia óptimos.

La construcción de un sistema automatizado para el control distribuido del suministro de calor de la ciudad es posible bajo las siguientes condiciones:

introducción de sistemas de control automatizados para unidades de calderas de salas de calderas de calefacción. (Implementación de sistemas de control de procesos automatizados en el TS "Severnaya"

Arroz. 5. La estructura del SPPIR de la sala de calderas de calefacción del microdistrito.

Tabla 2

Variables lingüísticas que determinan la carga de una sala de calderas de calefacción

Notación Nombre Rango de valores (conjunto universal) Términos

^mes Mes Enero a diciembre Ene, Feb, Mar, Abr, May, Jun, Jul, Ago, Sep, Oct, Nov , "dic"

T-week Día de la semana de trabajo o fin de semana "trabajando", "vacaciones"

TSug Hora del día de 00:00 a 24:00 "noche", "mañana", "día", "tarde"

t 1 n.v Temperatura del aire exterior de -32 a +32 ° С "inferior", "-32", "-28", "-24", "-20", "-16", "-12", "- 8", "^1", "0", "4", "8", "12", "16", "20", "24", "28", "32", "arriba"

1" en Velocidad del viento de 0 a 20 m/s "0", "5", "10", "15", "superior"

proporcionó una reducción en la tasa de consumo de combustible específico para las calderas No. 13.14 en comparación con las calderas No. 9.10 en un 5,2%. El ahorro de energía después de la instalación de convertidores vectoriales de frecuencia en los accionamientos de los ventiladores y extractores de humo de la caldera No. 13 ascendió al 36% (consumo específico antes de la reconstrucción - 3,91 kWh/Gcal, después de la reconstrucción - 2,94 kWh/Gcal, y

No. 14 - 47% (consumo eléctrico específico antes de la reconstrucción - 7,87 kWh/Gcal., después de la reconstrucción - 4,79 kWh/Gcal));

desarrollo e implementación de ASDKiUCTPiNS de la ciudad;

introducción de métodos de soporte de información para operadores de TS y ASDKiUCTPiNS de la ciudad utilizando el concepto de SPPIR.

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La introducción de sistemas de control automático (ACS) para calefacción, ventilación, suministro de agua caliente es el enfoque principal para ahorrar energía térmica. La instalación de sistemas de control automático en puntos de calor individuales, según el Instituto de Ingeniería Térmica de toda Rusia (Moscú), reduce el consumo de calor en el sector residencial en un 5-10% y en locales administrativos en un 40%. El mayor efecto se obtiene debido a la regulación óptima en el período primavera-otoño de la temporada de calefacción, cuando la automatización de los puntos de calefacción central prácticamente no cumple completamente su funcionalidad. En las condiciones del clima continental de los Urales del Sur, cuando durante el día la diferencia de temperatura exterior puede ser de 15-20 ° C, la introducción de sistemas de control automático para calefacción, ventilación y suministro de agua caliente se vuelve muy relevante.

Gestión térmica de edificios

La gestión del régimen térmico se reduce a mantenerlo en un determinado nivel o cambiarlo de acuerdo con una determinada ley.

En los puntos térmicos se regulan principalmente dos tipos de carga térmica: suministro de agua caliente y calefacción.

Para ambos tipos de carga de calor, el ACP debe mantener sin cambios los puntos de referencia para la temperatura del agua de suministro de agua caliente y el aire en las habitaciones calentadas.

Una característica distintiva de la regulación de la calefacción es su gran inercia térmica, mientras que la inercia del sistema de suministro de agua caliente es mucho menor. Por lo tanto, la tarea de estabilizar la temperatura del aire en una habitación con calefacción es mucho más difícil que la tarea de estabilizar la temperatura del agua caliente en un sistema de suministro de agua caliente.

Las principales influencias perturbadoras son las condiciones meteorológicas externas: temperatura exterior, viento, radiación solar.

Existen los siguientes esquemas de control fundamentalmente posibles:

• regulación de la desviación de la temperatura interna de las instalaciones del conjunto al influir en el flujo de agua que ingresa al sistema de calefacción;
• regulación en función de la perturbación de los parámetros externos, lo que lleva a una desviación de la temperatura interna de la establecida;
• regulación en función de los cambios de temperatura exterior e interior de la estancia (por perturbación y por desviación).

Arroz. 2.1 Diagrama estructural de la gestión térmica ambiente por desviación de temperatura ambiente

En la fig. 2.1 muestra un diagrama de bloques del control del régimen térmico de la habitación según la desviación de la temperatura interna del local, y en la fig. 2.2 muestra un diagrama de bloques del control del régimen térmico de la habitación por perturbación de parámetros externos.

Arroz. 2.2. Diagrama estructural del control del régimen térmico de la sala por perturbación de parámetros externos

Los efectos perturbadores internos sobre el régimen térmico del edificio son insignificantes.

Para el método de control de perturbaciones, las siguientes señales se pueden seleccionar como señales para monitorear la temperatura exterior:

• la temperatura del agua que ingresa al sistema de calefacción;
• la cantidad de calor que ingresa al sistema de calefacción:
• consumo de refrigerante

La ACP deberá tomar en cuenta los siguientes modos de operación del sistema de calefacción distrital, en los cuales:

• el control de la temperatura del agua en la fuente de calor no se basa en la temperatura exterior actual, que es el principal factor de perturbación de la temperatura interior. La temperatura del agua de la red en la fuente de calor está determinada por la temperatura del aire durante un largo período, teniendo en cuenta el pronóstico y la potencia calorífica disponible del equipo. El retraso en el transporte, medido por el reloj, también conduce a un desajuste entre la temperatura del agua de la red del suscriptor y la temperatura exterior actual;
• los regímenes hidráulicos de las redes de calefacción requieren limitar el consumo máximo y, en ocasiones, mínimo de agua de red para una subestación térmica;
• la carga del suministro de agua caliente tiene un impacto significativo en los modos de funcionamiento de los sistemas de calefacción, lo que lleva a temperaturas del agua variables durante el día en el sistema de calefacción o consumo de agua de red para el sistema de calefacción, según el tipo de sistema de suministro de calor, el esquema para conectar calentadores de agua caliente y el esquema de calefacción.

Sistema de control de perturbaciones

Para un sistema de control de perturbaciones, es característico que:

• hay un dispositivo que mide la magnitud de la perturbación;
• según los resultados de las mediciones, el controlador ejerce un efecto de control sobre el caudal del refrigerante;
• el controlador recibe información sobre la temperatura dentro de la habitación;
• la principal perturbación es la temperatura del aire exterior, que es controlada por el ACP, por lo que la perturbación se denominará controlada.

Variantes de esquemas de control de perturbaciones con las señales de seguimiento anteriores:

• regulación de la temperatura del agua que ingresa al sistema de calefacción de acuerdo con la temperatura exterior actual;
• regulación del caudal de calor suministrado al sistema de calefacción en función de la temperatura exterior actual;
• regulación del consumo de agua de red en función de la temperatura del aire exterior.

Como puede verse en las Figuras 2.1, 2.2, independientemente del método de regulación, el sistema de control automático del suministro de calor debe contener los siguientes elementos principales:

• dispositivos de medición primarios: sensores de temperatura, caudal, presión y presión diferencial;
• dispositivos de medición secundarios;
• mecanismos ejecutivos que contienen órganos reguladores y unidades;
• controladores de microprocesador;
• dispositivos de calefacción (calderas, calentadores, radiadores).

Sensores de suministro de calor ASR

Los principales parámetros del suministro de calor, que se mantienen de acuerdo con la tarea con la ayuda de sistemas de control automático, son ampliamente conocidos.

En los sistemas de calefacción, ventilación y agua caliente, generalmente se miden la temperatura, el flujo, la presión y la caída de presión. En algunos sistemas, se mide la carga de calor. Los métodos y métodos para medir los parámetros de los portadores de calor son tradicionales.

Arroz. 2.3

En la fig. 2.3 muestra los sensores de temperatura de la empresa sueca Tour and Anderson.

Reguladores automáticos

Un regulador automático es una herramienta de automatización que recibe, amplifica y convierte la señal de apagado de la variable controlada e influye deliberadamente en el objeto de regulación.

Actualmente se utilizan principalmente controladores digitales basados ​​en microprocesadores. En este caso, generalmente en un controlador de microprocesador, se implementan varios reguladores para sistemas de calefacción, ventilación y suministro de agua caliente.

La mayoría de los controladores nacionales y extranjeros para sistemas de suministro de calor tienen la misma funcionalidad:

1. dependiendo de la temperatura del aire exterior, el regulador proporciona la temperatura necesaria del portador de calor para calentar el edificio de acuerdo con el programa de calefacción, controlando la válvula de control con un accionamiento eléctrico instalado en la tubería de la red de calefacción;


2. el ajuste automático del programa de calefacción se realiza de acuerdo con las necesidades de un edificio en particular. Para la mayor eficiencia de ahorro de calor, el programa de suministro se ajusta constantemente teniendo en cuenta las condiciones reales del punto de calor, el clima y la pérdida de calor en la habitación;


3. el ahorro del portador de calor por la noche se logra debido al método de regulación temporal. Cambiar la tarea por una disminución parcial del refrigerante depende de la temperatura exterior para que, por un lado, reduzca el consumo de calor, por otro lado, no se congele y caliente la habitación a tiempo por la mañana. Al mismo tiempo, el momento de encender el modo de calefacción diurna, o calefacción intensiva, se calcula automáticamente para alcanzar la temperatura ambiente deseada en el momento adecuado;


4. los controladores permiten garantizar que la temperatura del agua de retorno sea lo más baja posible. Esto proporciona la protección del sistema contra la congelación;


5. se realiza la corrección automática configurada en el sistema de agua caliente. Cuando el consumo en el sistema de agua caliente sanitaria es bajo, son aceptables grandes desviaciones de temperatura (banda muerta aumentada). De esta forma, el vástago de la válvula no se cambiará con demasiada frecuencia y se prolongará su vida útil. Cuando aumenta la carga, la zona muerta disminuye automáticamente y aumenta la precisión del control;


6. la alarma se dispara cuando se exceden los puntos de ajuste. Normalmente se generan las siguientes alarmas:
   • alarma de temperatura, en caso de diferencia entre la temperatura real y la configurada;
   • una alarma de la bomba viene en caso de mal funcionamiento;
   • señal de alarma del sensor de presión en el tanque de expansión;
   • se dispara una alarma de vida útil si el equipo ha llegado al final de su vida útil;
   • alarma general - si el controlador ha registrado una o más alarmas;


7. los parámetros del objeto regulado se registran y transfieren a una computadora.

Arroz. 2.4

En la fig. Se muestran 2.4 controladores de microprocesador ECL-1000 de Danfoss.

Reguladores

El actuador es uno de los eslabones de los sistemas de control automático diseñados para influir directamente en el objeto de regulación. En el caso general, el dispositivo de accionamiento consta de un mecanismo de accionamiento y un cuerpo de regulación.

Arroz. 2.5

El actuador es la parte de accionamiento del cuerpo regulador (Fig. 2.5).

En los sistemas automáticos de control del suministro de calor, se utilizan principalmente motores eléctricos (electromagnéticos y eléctricos).

El cuerpo regulador está diseñado para cambiar el flujo de materia o energía en el objeto de regulación. Hay cuerpos reguladores de dosificación y aceleración. Los dispositivos de dosificación incluyen dispositivos que cambian el caudal de una sustancia al cambiar el rendimiento de las unidades (dosificadores, alimentadores, bombas).

Arroz. 2.6

Los reguladores de estrangulación (Fig. 2.6) son una resistencia hidráulica variable que cambia el caudal de la sustancia cambiando su área de flujo. Estos incluyen válvulas de control, elevadores, amortiguadores secundarios, grifos, etc.

Los reguladores se caracterizan por muchos parámetros, los principales son: caudal K v , presión nominal P y , caída de presión en el regulador D y y paso nominal D y .

Además de los parámetros anteriores del cuerpo regulador, que determinan principalmente su diseño y dimensiones, existen otras características que se tienen en cuenta a la hora de elegir un cuerpo regulador, dependiendo de las condiciones específicas de su uso.

La más importante es la característica de flujo, que establece la dependencia del flujo en relación con el movimiento de la válvula a una caída de presión constante.

Las válvulas de control del acelerador generalmente se perfilan con una característica de flujo lineal o de igual porcentaje.

Con una característica de ancho de banda lineal, el aumento en el ancho de banda es proporcional al incremento en el movimiento de la puerta.

Con una característica de ancho de banda de igual porcentaje, el incremento del ancho de banda (cuando cambia el movimiento del obturador) es proporcional al valor actual del ancho de banda.

Bajo condiciones de operación, el tipo de característica de flujo cambia dependiendo de la caída de presión a través de la válvula. Cuando está asistida, la válvula de control se caracteriza por una característica de flujo, que es la dependencia del caudal relativo del medio en el grado de apertura del cuerpo de regulación.

El valor más pequeño del caudal, en el que la característica de caudal permanece dentro de la tolerancia especificada, se evalúa como caudal mínimo.

En muchas aplicaciones de automatización de procesos industriales, el regulador debe tener un amplio rango de rendimiento, que es la relación entre el rendimiento nominal y el rendimiento mínimo.

Una condición necesaria para el funcionamiento fiable de un sistema de control automático es la elección correcta de la forma de la característica de flujo de la válvula de control.

Para un sistema específico, la característica de flujo está determinada por los valores de los parámetros del medio que fluye a través de la válvula y su característica de rendimiento. En general, la característica de flujo difiere de la característica de flujo, ya que los parámetros del medio (principalmente presión y caída de presión) generalmente dependen del caudal. Por lo tanto, la tarea de elegir las características de flujo preferidas de la válvula de control se divide en dos etapas:

1. selección de la forma de las características de flujo, asegurando la constancia del coeficiente de transmisión de la válvula de control en todo el rango de cargas;


2. selección de la forma de la característica de caudal, que proporciona la forma deseada de la característica de flujo para los parámetros dados del medio.

Al modernizar los sistemas de suministro de calefacción, ventilación y agua caliente, se especifican las dimensiones de una red típica, la presión disponible y la presión inicial del medio, el cuerpo regulador se elige de modo que, con un caudal mínimo a través de la válvula, la pérdida en corresponde al exceso de presión del medio desarrollado por la fuente, y la forma de la característica de flujo está casi dada. El método de cálculo hidráulico al elegir una válvula de control es bastante laborioso.

AUZhKH trust 42, en colaboración con SUSU, ha desarrollado un programa para calcular y seleccionar organismos reguladores para los sistemas de suministro de agua caliente y calefacción más comunes.

Bombas circulares

Independientemente del esquema para conectar la carga de calor, se instala una bomba de circulación en el circuito del sistema de calefacción (Fig. 2.7).

Arroz. 2.7. Bomba circular (Grundfog).

Se compone de un controlador de velocidad, un motor eléctrico y la propia bomba. La bomba de circulación moderna es una bomba de rotor húmedo con rotor húmedo que no requiere mantenimiento. El control del motor generalmente se realiza mediante un controlador de velocidad electrónico diseñado para optimizar el rendimiento de la bomba que opera en condiciones de mayores perturbaciones externas que afectan el sistema de calefacción.

La acción de la bomba de circulación se basa en la dependencia de la presión del rendimiento de la bomba y, por regla general, tiene un carácter cuadrático.

Parámetros de la bomba de circulación:

• rendimiento;
• presión máxima;
• velocidad;
• rango de velocidad.

AUZhKH trust 42 tiene la información necesaria sobre el cálculo y la selección de bombas de circulación y puede proporcionar el asesoramiento necesario.

Intercambiadores de calor

Los elementos más importantes del suministro de calor son los intercambiadores de calor. Hay dos tipos de intercambiadores de calor: tubulares y de placas. Simplificado, un intercambiador de calor tubular se puede representar como dos tubos (un tubo está dentro del otro rugoso). El intercambiador de calor de placas es un intercambiador de calor compacto ensamblado en un marco adecuado de placas corrugadas equipado con sellos. Los intercambiadores de calor tubulares y de placas se utilizan para el suministro de agua caliente, calefacción y ventilación. Los principales parámetros de cualquier intercambiador de calor son:

• energía;
• Coeficiente de transferencia de calor;
• pérdida de presión;
• temperatura máxima de funcionamiento;
• presión máxima de trabajo;
• caudal máximo.

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos tienen una baja eficiencia debido a las bajas tasas de flujo de agua en los tubos y el espacio anular. Esto conduce a valores bajos del coeficiente de transferencia de calor y, como resultado, a dimensiones excesivamente grandes. Durante el funcionamiento de los intercambiadores de calor, son posibles depósitos significativos en forma de incrustaciones y productos de corrosión. En los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, la eliminación de depósitos es muy difícil.

En comparación con los intercambiadores de calor tubulares, los intercambiadores de calor de placas se caracterizan por una mayor eficiencia debido a una mejor transferencia de calor entre las placas, en las que el refrigerante turbulento fluye a contracorriente. Además, la reparación del intercambiador de calor es bastante simple y económica.

Los intercambiadores de calor de placas resuelven con éxito los problemas de preparación de agua caliente en puntos de calefacción prácticamente sin pérdida de calor, por lo que se utilizan activamente en la actualidad.

El principio de funcionamiento de los intercambiadores de calor de placas es el siguiente. Los líquidos involucrados en el proceso de transferencia de calor se introducen a través de las boquillas en el intercambiador de calor (Fig. 2.8).

Arroz. 2.8

Juntas, instaladas de manera especial, aseguran la distribución de líquidos en los canales apropiados, eliminando la posibilidad de mezcla de flujos. El tipo de ondulaciones en las placas y la configuración del canal se seleccionan de acuerdo con el paso libre requerido entre las placas, asegurando así condiciones óptimas para el proceso de intercambio de calor.

Arroz. 2.9

El intercambiador de calor de placas (Fig. 2.9) consiste en un conjunto de placas de metal corrugado con orificios en las esquinas para el paso de dos fluidos. Cada placa está equipada con una junta que limita el espacio entre las placas y asegura el flujo de líquidos en este canal. El caudal de los refrigerantes, las propiedades físicas de los líquidos, las pérdidas de presión y las condiciones de temperatura determinan el número y el tamaño de las placas. Su superficie ondulada contribuye a un aumento del flujo turbulento. En contacto en direcciones de intersección, las ondulaciones soportan las placas, que se encuentran en condiciones de diferente presión de ambos refrigerantes. Para cambiar la capacidad (aumentar la carga de calor), se debe agregar una cierta cantidad de placas al paquete del intercambiador de calor.

Resumiendo lo anterior, observamos que las ventajas de los intercambiadores de calor de placas son:

• compacidad. Los intercambiadores de calor de placas son más de tres veces más compactos que los intercambiadores de calor de carcasa y tubos y más de seis veces más ligeros con la misma potencia;
• facilidad de instalación. Los intercambiadores de calor no requieren una base especial;
• bajos costos de mantenimiento. El flujo altamente turbulento da como resultado un bajo grado de contaminación. Los nuevos modelos de intercambiadores de calor están diseñados para extender el período de operación, que no requiere reparación, tanto como sea posible. La limpieza y revisión lleva poco tiempo, ya que en los intercambiadores de calor se saca cada lámina calefactora, que se puede limpiar individualmente;
• uso eficiente de la energía térmica. El intercambiador de calor de placas tiene un alto coeficiente de transferencia de calor, transfiere calor de la fuente al consumidor con bajas pérdidas;
• fiabilidad;
• la capacidad de aumentar significativamente la carga térmica agregando una cierta cantidad de placas.

El régimen de temperatura del edificio como objeto de regulación.

Cuando se describen procesos tecnológicos de suministro de calor, se utilizan esquemas de diseño de estática que describen estados estables y esquemas de diseño de dinámica que describen modos transitorios.

Los esquemas de diseño del sistema de suministro de calor determinan la relación entre los efectos de entrada y salida en el objeto de control bajo las principales perturbaciones internas y externas.

Un edificio moderno es un sistema complejo de calor y energía; por lo tanto, se introducen supuestos simplificadores para describir el régimen de temperatura de un edificio.

• Para edificios civiles de varias plantas, se localiza la parte del edificio para la que se realiza el cálculo. Dado que el régimen de temperatura en el edificio varía en función de la planta, la disposición horizontal del local, el régimen de temperatura se calcula para uno o varios de los locales más favorablemente ubicados.


• El cálculo de la transferencia de calor por convección en una habitación se deriva de la suposición de que la temperatura del aire en cada momento es la misma en todo el volumen de la habitación.


• Al determinar la transferencia de calor a través de recintos exteriores, se supone que el recinto o su parte característica tienen la misma temperatura en planos perpendiculares a la dirección del flujo de aire. Luego, el proceso de transferencia de calor a través de los recintos exteriores se describirá mediante una ecuación de conducción de calor unidimensional.


• El cálculo de la transferencia de calor radiante en una habitación también permite una serie de simplificaciones:

  a) consideramos que el aire de la habitación es un medio radiante;
  b) despreciamos los reflejos múltiples de los flujos radiantes de las superficies;
  c) las formas geométricas complejas se reemplazan por otras más simples.



• Parámetros de clima exterior:

  a) si el régimen de temperatura del local se calcula en valores extremos de los indicadores climáticos exteriores que son posibles en un área determinada, entonces la protección térmica de las cercas y la potencia del sistema de control del microclima garantizarán el cumplimiento estable de la condiciones especificadas;
  b) si aceptamos requisitos más suaves, entonces en la habitación en algunos momentos habrá desviaciones de las condiciones de diseño.

Por lo tanto, al asignar las características de diseño del clima exterior, es obligatorio tener en cuenta la seguridad de las condiciones internas.

Los especialistas de AUZhKH Trust 42, junto con los científicos de SUSU, han desarrollado un programa de computadora para calcular los modos de operación estáticos y dinámicos de los bujes de los suscriptores.

Arroz. 2.10

En la fig. 2.10 muestra los principales factores perturbadores que actúan sobre el objeto de regulación (habitación). La fuente de calor Q, proveniente de la fuente de calor, realiza las funciones de una acción de control para mantener la temperatura ambiente T pom a la salida del objeto. La temperatura exterior T nar, la velocidad del viento V viento, la radiación solar J rad, la pérdida de calor interna Q en el interior son influencias perturbadoras. Todos estos efectos son funciones del tiempo y son aleatorios. La tarea se complica por el hecho de que los procesos de transferencia de calor no son estacionarios y se describen mediante ecuaciones diferenciales en derivadas parciales.

A continuación, se muestra un esquema de diseño simplificado del sistema de calefacción, que describe con precisión las condiciones térmicas estáticas en el edificio y también le permite evaluar cualitativamente el impacto de las principales perturbaciones en la dinámica de la transferencia de calor, para implementar los principales métodos para regular el Procesos de calefacción de espacios.

En la actualidad, los estudios de sistemas no lineales complejos (que incluyen procesos de transferencia de calor en una habitación con calefacción) se llevan a cabo utilizando métodos de modelado matemático. El uso de tecnología informática para estudiar la dinámica del proceso de calentamiento de espacios y los posibles métodos de control es un método de ingeniería eficaz y conveniente. La efectividad del modelado radica en el hecho de que la dinámica de un sistema real complejo se puede estudiar utilizando programas de aplicación relativamente simples. El modelado matemático le permite explorar el sistema con sus parámetros en constante cambio, así como sus influencias perturbadoras. El uso de paquetes de software de modelado para estudiar el proceso de calentamiento es especialmente valioso, ya que el estudio por métodos analíticos resulta muy laborioso y completamente inadecuado.

Arroz. 2.11

En la fig. 2.11 muestra fragmentos del esquema de diseño del modo estático del sistema de calefacción.

La figura tiene los siguientes símbolos:

1. t 1 (T n) - la temperatura del agua de la red en la línea de suministro de la red eléctrica;
2. T n (t) - temperatura exterior;
3. U - relación de mezcla de la unidad de mezcla;
4. φ - consumo relativo de agua de red;
5. ΔT - diferencia de temperatura de diseño en el sistema de calefacción;
6. δt es la diferencia de temperatura calculada en la red de calefacción;
7. T in - temperatura interna de las habitaciones con calefacción;
8. G - consumo de agua de red en el punto de calefacción;
9. D p - caída de presión de agua en el sistema de calefacción;
10. t - tiempo.

Con la entrada del suscriptor con el equipo instalado para la carga de calefacción Q 0 calculada dada y la programación diaria de la carga de suministro de agua caliente Q r, el programa le permite resolver cualquiera de las siguientes tareas.

A una temperatura exterior arbitraria T n:

• determine la temperatura interna de las instalaciones calentadas T en, mientras que los especificados son el flujo de agua de la red o entrada G con y el gráfico de temperatura en la línea de suministro;
• determinar el consumo de agua de la red para la entrada G c, requerida para proporcionar una temperatura interna dada de las instalaciones calentadas T en un gráfico de temperatura conocido de la red de calefacción;
• determine la temperatura del agua requerida en la línea de suministro de la red de calefacción t 1 (gráfico de temperatura de la red) para garantizar la temperatura interna especificada de las habitaciones calentadas T en un caudal dado de agua de la red G s. Estas tareas se resuelven para cualquier esquema de conexión del sistema de calefacción (dependiente, independiente) y cualquier esquema de conexión del suministro de agua caliente (serie, paralelo, mixto).

Además de los parámetros anteriores, se determinan las tasas de flujo y las temperaturas del agua en todos los puntos característicos del esquema, las tasas de flujo de calor para el sistema de calefacción y las cargas térmicas de ambas etapas del calentador, y las pérdidas de presión de los portadores de calor en ellas. El programa le permite calcular los modos de entradas de abonados con cualquier tipo de intercambiadores de calor (carcasa y tubos o placas).

Arroz. 2.12

En la fig. 2.12 muestra fragmentos del esquema de diseño del modo dinámico del sistema de calefacción.

El programa de cálculo del régimen térmico dinámico del edificio permite la entrada del abonado con el equipo seleccionado para una determinada carga térmica de diseño Q 0 para resolver cualquiera de las siguientes tareas:

• cálculo del esquema de control para el régimen térmico de la habitación según la desviación de su temperatura interna;
• cálculo del esquema de control para el régimen térmico de la habitación según la perturbación de los parámetros externos;
• cálculo del régimen térmico del edificio con métodos de regulación cualitativos, cuantitativos y combinados;
• cálculo del controlador óptimo con características estáticas no lineales de elementos reales del sistema (sensores, válvulas de control, intercambiadores de calor, etc.);
• con una temperatura exterior arbitrariamente variable en el tiempo T n (t), es necesario:
• determine el cambio en el tiempo de la temperatura interna de las instalaciones calentadas T en;
• determine el cambio en el tiempo del flujo de agua de la red pa entrada G con requerido para proporcionar una temperatura interna dada de las instalaciones calentadas T en un gráfico de temperatura arbitrario de la red de calefacción;
• determine el cambio en el tiempo de la temperatura del agua en la línea de suministro de la red de calefacción t 1 (t).

Estas tareas se resuelven para cualquier esquema de conexión del sistema de calefacción (dependiente, independiente) y cualquier esquema de conexión del suministro de agua caliente (serie, paralelo, mixto).

Implementación de ASR para suministro de calor en edificios residenciales

Arroz. 2.13

En la fig. 2.13 muestra un diagrama esquemático de un sistema de control automático para calefacción y suministro de agua caliente en un punto de calefacción individual (ITP) con conexión dependiente del sistema de calefacción y un esquema de dos etapas de calentadores de agua. Fue montado por AUZhKH trust 42, pasó pruebas y controles operativos. Este sistema es aplicable a cualquier esquema de conexión para sistemas de calefacción y agua caliente de este tipo.

La tarea principal de este sistema es mantener una determinada dependencia del cambio en el consumo de agua de red para el sistema de suministro de calefacción y agua caliente de la temperatura del aire exterior.

La conexión del sistema de calefacción del edificio a las redes de calefacción se realiza de acuerdo con un esquema dependiente con mezcla de bombas. Para la preparación de agua caliente para las necesidades de suministro de agua caliente, se prevé instalar calentadores de placas conectados a la red de calefacción según un esquema mixto de dos etapas.

El sistema de calefacción del edificio es un sistema vertical de dos tubos con una distribución inferior de tuberías principales.

El sistema de control automático del suministro de calor del edificio incluye soluciones para:

• para el control automático del funcionamiento del circuito de suministro de calor externo;
• para el control automático del funcionamiento del circuito interno del sistema de calefacción del edificio;
• crear un modo de comodidad en el local;
• para el control automático del funcionamiento del intercambiador de calor ACS.

El sistema de calefacción está equipado con un controlador de temperatura del agua basado en microprocesador para el circuito de calefacción del edificio (circuito interno), completo con sensores de temperatura y una válvula de control motorizada. Dependiendo de la temperatura del aire exterior, el dispositivo de control asegura la temperatura requerida del refrigerante para calentar el edificio de acuerdo con el programa de calefacción, controlando la válvula de control con un accionamiento eléctrico instalado en una tubería directa desde la red de calefacción. Para limitar la temperatura máxima del agua de retorno devuelta a la red de calefacción, se envía al controlador del microprocesador una señal de un sensor de temperatura instalado en la tubería de agua de retorno a la red de calefacción. El controlador de microprocesador protege el sistema de calefacción de la congelación. Para mantener una presión diferencial constante, se proporciona un regulador de presión diferencial en la válvula de control de temperatura.

Para controlar automáticamente la temperatura del aire en las instalaciones del edificio, el proyecto prevé termostatos en los dispositivos de calefacción. Los termorreguladores aportan confort y ahorran energía térmica.

Para mantener una presión diferencial constante entre las tuberías directas y de retorno del sistema de calefacción, se instala un regulador de presión diferencial.

Para controlar automáticamente el funcionamiento del intercambiador de calor, se instala un controlador de temperatura automático en el agua de calefacción, que cambia el suministro de agua de calefacción según la temperatura del agua calentada que ingresa al sistema de ACS.

De acuerdo con los requisitos de las "Reglas para la contabilidad de energía térmica y refrigerante" de 1995, la contabilidad comercial de energía térmica se llevó a cabo en la entrada de la red de calefacción a la ITP por medio de un medidor de calor instalado en la tubería de suministro desde la red de calefacción y un medidor de volumen instalado en la tubería de retorno a la red de calefacción.

El medidor de calor incluye:

• medidor de corriente;
• UPC;
• dos sensores de temperatura.

El controlador de microprocesador proporciona indicación de parámetros:

• cantidad de calor;
• la cantidad de refrigerante;
• temperatura refrescante;
• diferencia de temperatura;
• tiempo de funcionamiento del medidor de calor.

Todos los elementos de los sistemas de control automático y el suministro de agua caliente se fabrican con equipos de Danfoss.

El controlador de microprocesador ECL 9600 está diseñado para controlar el régimen de temperatura del agua en sistemas de suministro de agua caliente y calefacción en dos circuitos independientes y se utiliza para la instalación en puntos de calefacción.

El regulador tiene salidas de relé para controlar válvulas de control y bombas de circulación.

Elementos que se conectarán al controlador ECL 9600:

• sensor de temperatura del aire exterior ESMT;
• sensor de temperatura en el suministro de refrigerante en el circuito de circulación 2, ESMA/C/U;
• accionamiento reversible de la válvula de control de la serie AMB o AMV (220 V).

Además, opcionalmente se pueden adjuntar los siguientes elementos:

• sensor de temperatura del agua de retorno del circuito de circulación, ESMA/C/U;
• Sensor de temperatura del aire interior ESMR.

El controlador de microprocesador ECL 9600 tiene temporizadores analógicos o digitales incorporados y una pantalla LCD para facilitar el mantenimiento.

El indicador incorporado sirve para la observación visual de los parámetros y el ajuste.

Cuando se conecta un sensor de temperatura del aire interior ESMR/F, la temperatura del medio de calefacción se corrige automáticamente en el suministro al sistema de calefacción.

El controlador puede limitar el valor de la temperatura del agua de retorno del circuito de circulación en modo seguimiento en función de la temperatura exterior (limitación proporcional) o establecer un valor constante para la limitación máxima o mínima de la temperatura del agua de retorno del circuito de circulación.

Funciones de confort y ahorro de calor:

• bajar la temperatura en el sistema de calefacción por la noche y en función de la temperatura exterior o según el valor de reducción establecido;
• la posibilidad de operar el sistema con mayor potencia después de cada período de disminución de la temperatura en el sistema de calefacción (calentamiento rápido de la habitación);
• la posibilidad de apagado automático del sistema de calefacción a una determinada temperatura exterior establecida (apagado de verano);
• la capacidad de trabajar con varios tipos de actuadores mecanizados de la válvula de control;
• control remoto del controlador mediante ESMF/ECA 9020.

Funciones de protección:

• limitar las temperaturas máximas y mínimas del agua suministrada al circuito de circulación;
• control de bombas, paseo periódico en verano;
• protección del sistema de calefacción contra la congelación;
• la posibilidad de conectar un termostato de seguridad.

Equipos modernos para sistemas automáticos de control de suministro de calor.

Las empresas nacionales y extranjeras ofrecen una amplia gama de equipos modernos para sistemas automáticos de control de suministro de calor con casi la misma funcionalidad:

1. Control de calefacción:
   • Amortiguación de la temperatura exterior.
   • Efecto Lunes.
   • Restricciones lineales.
   • Límites de temperatura de retorno.
   • Corrección de temperatura ambiente.
   • Horario de alimentación autocorregible.
   • Optimización del tiempo de arranque.
   • Modo económico por la noche.


2. Gestión ACS:
   • Función de carga baja.
   • Límite de temperatura del agua de retorno.
   • Temporizador separado.


3. Mando de bomba:
   • Protección contra congelamiento.
   • Apague la bomba.
   • Cambio de bomba.


4. Alarmas:
   • De la bomba.
   • Temperatura muy fría.
   • General.

Los conjuntos de equipos de suministro de calor de empresas conocidas, Danfoss (Dinamarca), Alfa Laval (Suecia), Tour y Anderson (Suecia), Raab Karcher (Alemania), Honeywell (EE. UU.) generalmente incluyen los siguientes instrumentos y dispositivos para control y contabilidad sistemas

1. Equipos para la automatización del punto de calefacción del edificio:
   


2. Equipos de medición de calor.
   


3. Equipo auxiliar.
   • Revisar válvulas.
   • Las válvulas de bola se instalan para el cierre hermético de los elevadores y para el drenaje del agua. Al mismo tiempo, en estado abierto, durante el funcionamiento del sistema, las válvulas de bola prácticamente no crean resistencia adicional. También se pueden instalar en todos los ramales a la entrada del edificio y en la subestación.
   • Drene las válvulas de bola.
   • Se instala una válvula de retención para evitar que entre agua en la línea de retorno desde la línea de suministro cuando la bomba está parada.
   • El filtro de malla, con una válvula de bola en el desagüe, en la entrada al sistema proporciona la purificación del agua a partir de suspensiones sólidas.
   • Las salidas de aire automáticas proporcionan una liberación de aire automática al llenar el sistema de calefacción, así como durante el funcionamiento del sistema de calefacción.
   • Radiadores.
   • Convectores.
   • Intercomunicadores ("Vika" AUZhKH trust 42).

El AUZhKH de trust 42 analizó la funcionalidad de los equipos de sistemas automáticos de control de suministro de calor de las empresas más famosas: Danfoss, Tour y Anderson, Honeywell. Los empleados del fideicomiso pueden brindar asesoramiento calificado sobre la implementación de los equipos de estas empresas.

V. G. Semenov, redactor jefe, Heat Supply News

El concepto de un sistema.

Todo el mundo está acostumbrado a las expresiones "sistema de suministro de calor", "sistema de control", "sistemas de control automatizados". Una de las definiciones más simples de cualquier sistema: un conjunto de elementos operativos relacionados. El académico P. K. Anokhin da una definición más compleja: "Un sistema solo puede llamarse un complejo de componentes involucrados selectivamente, en el que la interacción adquiere el carácter de asistencia mutua para obtener un resultado útil enfocado". Obtener tal resultado es el objetivo del sistema, y ​​el objetivo se forma sobre la base de la necesidad. En una economía de mercado, los sistemas técnicos, así como sus sistemas de gestión, se forman sobre la base de la demanda, es decir, una necesidad por la que alguien está dispuesto a pagar.

Los sistemas técnicos de suministro de calor consisten en elementos (CHP, salas de calderas, redes, servicios de emergencia, etc.) que tienen conexiones tecnológicas muy rígidas. El "ambiente externo" para el sistema de suministro de calor técnico son consumidores de diferentes tipos; redes de gas, electricidad, agua; tiempo; nuevos desarrolladores, etc. Intercambian energía, materia e información.

Cualquier sistema existe dentro de unos límites impuestos, por regla general, por los compradores o los organismos autorizados. Estos son los requisitos para la calidad del suministro de calor, ecología, seguridad laboral, restricciones de precios.

Hay sistemas activos que pueden soportar impactos ambientales negativos (actuaciones no cualificadas de administraciones de distintos niveles, competencia de otros proyectos...), y sistemas pasivos que no tienen esta propiedad.

Los sistemas de control técnico operativo para el suministro de calor son sistemas típicos hombre-máquina, no son muy complejos y son bastante fáciles de automatizar. De hecho, son subsistemas de un sistema de nivel superior: gestión del suministro de calor en un área limitada.

Sistemas de control

La gestión es el proceso de influencia intencional en el sistema, proporcionando un aumento en su organización, el logro de uno u otro efecto útil. Cualquier sistema de control se divide en control y subsistemas controlados. La conexión del subsistema de control al controlado se denomina conexión directa. Tal conexión siempre existe. La dirección opuesta de la comunicación se llama retroalimentación. El concepto de retroalimentación es fundamental en la tecnología, la naturaleza y la sociedad. Se cree que el control sin una fuerte retroalimentación no es efectivo, porque no tiene la capacidad de autodetectar errores, formular problemas, no permite el uso de las capacidades de autorregulación del sistema, así como la experiencia y conocimiento de especialistas. .

SA Optner incluso cree que el control es el objetivo de la retroalimentación. “La retroalimentación afecta al sistema. El impacto es un medio de cambiar el estado existente del sistema mediante la excitación de una fuerza que permite que esto se haga.

En un sistema debidamente organizado, la desviación de sus parámetros de la norma o la desviación de la dirección correcta de desarrollo se convierte en retroalimentación e inicia el proceso de gestión. “La misma desviación de la norma sirve como incentivo para volver a la norma” (P.K. Anokhin). También es muy importante que la finalidad propia del sistema de control no contradiga la finalidad del sistema controlado, es decir, la finalidad para la que fue creado. Generalmente se acepta que el requisito de una organización "superior" es incondicional para una organización "inferior" y se transforma automáticamente en una meta para ella. Esto a veces puede conducir a una sustitución del objetivo.

El objetivo correcto del sistema de control es el desarrollo de acciones de control basadas en el análisis de información sobre desviaciones, o en otras palabras, la resolución de problemas.

Un problema es una situación de discrepancia entre lo deseado y lo existente. El cerebro humano está organizado de tal manera que una persona comienza a pensar en alguna dirección solo cuando se revela un problema. Por lo tanto, la definición correcta del problema predetermina la decisión gerencial correcta. Hay dos categorías de problemas: estabilización y desarrollo.

Se denominan problemas de estabilización a aquellos cuya solución está dirigida a prevenir, eliminar o compensar las perturbaciones que interrumpen la actividad actual del sistema. A nivel de empresa, región o industria, la solución a estos problemas se denomina gestión de la producción.

Los problemas de desarrollo y mejora de los sistemas se denominan aquellos cuya solución tiene como objetivo mejorar la eficiencia del funcionamiento cambiando las características del objeto de control o sistema de control.

Desde una perspectiva de sistemas, un problema es la diferencia entre el sistema existente y el sistema deseado. El sistema que llena el espacio entre ellos es el objeto de construcción y se llama la solución al problema.

Análisis de los sistemas de gestión del suministro de calor existentes

Un enfoque sistemático es un enfoque para el estudio de un objeto (problema, proceso) como un sistema en el que se identifican los elementos, las conexiones internas y las conexiones con el entorno que afectan los resultados del funcionamiento y se determinan las metas de cada uno de los elementos. basado en el propósito general del sistema.

El propósito de crear cualquier sistema de suministro de calor centralizado es proporcionar un suministro de calor confiable y de alta calidad al precio más bajo. Este objetivo conviene a los consumidores, los ciudadanos, la administración y los políticos. El mismo objetivo debería ser para el sistema de gestión del calor.

hoy hay 2 tipos principales de sistemas de gestión del suministro de calor:

1) la administración de la formación municipal o región y los jefes de empresas estatales de suministro de calor subordinadas a ella;

2) órganos rectores de empresas de suministro de calor no municipales.

Arroz. 1. Esquema generalizado del sistema de gestión del suministro de calor existente.

Un diagrama generalizado del sistema de control del suministro de calor se muestra en la fig. 1. Presenta solo aquellas estructuras (entorno) que realmente pueden influir en los sistemas de control:

Aumentar o disminuir los ingresos;

Fuerza para ir a gastos adicionales;

Cambiar la gestión de las empresas.

Para un análisis real, debemos partir de la premisa de que solo se realiza lo que se paga o se puede despedir, y no lo que se declara. Estado

Prácticamente no existe legislación que regule las actividades de las empresas de suministro de calor. Ni siquiera se detallan los procedimientos para la regulación estatal de los monopolios naturales locales en el suministro de calor.

El suministro de calor es el principal problema en las reformas de vivienda y servicios comunales y RAO "UES de Rusia", no se puede resolver por separado en uno u otro, por lo que prácticamente no se considera, aunque estas reformas deben estar interconectadas precisamente a través del calor. suministro. Ni siquiera existe un concepto aprobado por el gobierno para el desarrollo del suministro de calor del país, y mucho menos un programa de acción real.

Las autoridades federales no regulan la calidad del suministro de calor de ninguna manera, ni siquiera existen documentos normativos que definan los criterios de calidad. La confiabilidad del suministro de calor está regulada solo por las autoridades técnicas de supervisión. Pero dado que la interacción entre ellos y las autoridades tarifarias no se detalla en ningún documento normativo, a menudo está ausente. Las empresas, por otro lado, tienen la oportunidad de no cumplir con ninguna instrucción, justificando esto con la falta de financiación.

La supervisión técnica según los documentos reglamentarios existentes se reduce al control de las unidades técnicas individuales, y de aquellas para las que existan más normas. No se considera el sistema en la interacción de todos sus elementos, no se identifican las medidas que dan el mayor efecto sistémico.

El costo del suministro de calor está regulado solo formalmente. La legislación tarifaria es tan general que casi todo queda a discreción de las comisiones de energía federales y, en mayor medida, regionales. Los estándares de consumo de calor están regulados solo para edificios nuevos. Prácticamente no existe un apartado sobre suministro de calor en los programas estatales de ahorro energético.

Como resultado, el papel del estado quedó relegado a la recaudación de impuestos y, a través de las autoridades de control, la información a las autoridades locales sobre las deficiencias en el suministro de calor.

Del trabajo de los monopolios naturales, del funcionamiento de las industrias que aseguran la posibilidad de la existencia de la nación, el poder ejecutivo responde ante el parlamento. El problema no es que los órganos federales estén funcionando de manera insatisfactoria, sino que en realidad no hay una estructura en la estructura de los órganos federales, desde

Artículo 18. Distribución de la carga térmica y gestión de los sistemas de suministro de calor

1. La distribución de la carga de calor de los consumidores de energía térmica en el sistema de suministro de calor entre los que suministran energía térmica en este sistema de suministro de calor la realiza el organismo autorizado de conformidad con esta Ley Federal para aprobar el esquema de suministro de calor haciendo anual Cambios en el esquema de suministro de calor.

2. Para distribuir la carga de calor de los consumidores de energía térmica, todas las organizaciones de suministro de calor que poseen fuentes de energía térmica en este sistema de suministro de calor deben presentar al organismo autorizado de conformidad con esta Ley Federal para aprobar el esquema de suministro de calor, un solicitud que contiene información:

1) sobre la cantidad de energía térmica que la organización de suministro de calor se compromete a suministrar a los consumidores y las organizaciones de suministro de calor en este sistema de suministro de calor;

2) sobre la cantidad de capacidad de las fuentes de energía térmica, que la organización de suministro de calor se compromete a respaldar;

3) sobre las tarifas actuales en el campo del suministro de calor y los costos variables específicos previstos para la producción de energía térmica, portador de calor y mantenimiento de energía.

3. En el esquema de suministro de calor, se deben determinar las condiciones bajo las cuales es posible suministrar energía térmica a los consumidores desde varias fuentes de energía térmica mientras se mantiene la confiabilidad del suministro de calor. En presencia de tales condiciones, la distribución de la carga de calor entre las fuentes de energía térmica se lleva a cabo sobre una base competitiva de acuerdo con el criterio de costos variables específicos mínimos para la producción de energía térmica por fuentes de energía térmica, determinados de la manera establecido por los principios de fijación de precios en el campo del suministro de calor, aprobado por el Gobierno de la Federación Rusa, sobre la base de las organizaciones de aplicaciones que poseen fuentes de energía térmica, y los estándares que se tienen en cuenta al regular las tarifas en el campo del suministro de calor para el período de regulación correspondiente.

4. Si la organización de suministro de calor no está de acuerdo con la distribución de la carga de calor realizada en el esquema de suministro de calor, tiene derecho a apelar contra la decisión sobre dicha distribución, tomada por el organismo autorizado de conformidad con esta Ley Federal para aprobar el esquema de suministro de calor, al órgano ejecutivo federal autorizado por el Gobierno de la Federación Rusa.

5. Las organizaciones de suministro de calor y las organizaciones de redes de calor que operan en el mismo sistema de suministro de calor, anualmente antes del inicio del período de calefacción, deben celebrar un acuerdo entre ellos sobre la gestión del sistema de suministro de calor de acuerdo con las reglas para organizar el calor. suministro, aprobado por el Gobierno de la Federación Rusa.

6. El objeto del acuerdo especificado en la parte 5 de este artículo es el procedimiento de acciones mutuas para garantizar el funcionamiento del sistema de suministro de calor de acuerdo con los requisitos de esta Ley Federal. Las condiciones obligatorias de este acuerdo son:

1) determinar la subordinación de los servicios de despacho de las organizaciones de suministro de calor y las organizaciones de redes de calor, el procedimiento para su interacción;

3) el procedimiento para garantizar el acceso de las partes del acuerdo o, por mutuo acuerdo de las partes del acuerdo, a otra organización a las redes de calor para el ajuste de las redes de calor y la regulación del funcionamiento del sistema de suministro de calor;

4) el procedimiento para la interacción entre las organizaciones de suministro de calor y las organizaciones de redes de calor en situaciones de emergencia y emergencias.

7. Si las organizaciones de suministro de calor y las organizaciones de redes de calor no han concluido el acuerdo especificado en este artículo, el procedimiento para administrar el sistema de suministro de calor está determinado por el acuerdo concluido para el período de calefacción anterior, y si dicho acuerdo no se ha concluido antes, el procedimiento especificado lo establece el organismo autorizado de acuerdo con esta ley federal para la aprobación del esquema de suministro de calor.

Modernización y Automatización del Sistema de Suministro de Calor Experiencia de Minsk

VIRGINIA. Sednín, Consultor Científico, Doctor en Ingeniería, Profesor,
AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Gutkovskiy, Ingeniero jefe, Universidad Técnica Nacional de Bielorrusia, Centro de Innovación e Investigación Científica de Sistemas de Control Automatizados en la industria de la energía térmica

palabras clave: sistema de suministro de calor, sistemas de control automatizado, mejora de la calidad y la fiabilidad, regulación del suministro de calor, archivo de datos

El suministro de calor de las grandes ciudades de Bielorrusia, como en Rusia, se realiza mediante sistemas de cogeneración y suministro de calor de distrito (en adelante, DHSS), donde las instalaciones se combinan en un solo sistema. Sin embargo, a menudo las decisiones que se toman sobre elementos individuales de sistemas complejos de suministro de calor no cumplen los criterios sistemáticos, la confiabilidad, la capacidad de control y los requisitos de protección ambiental. Por lo tanto, la modernización de los sistemas de suministro de calor y la creación de sistemas de control de procesos automatizados es la tarea más importante.

Descripción:

VA Sednin, A.A. Gutkovsky

El suministro de calor a las grandes ciudades de Bielorrusia, así como en Rusia, lo proporcionan los sistemas de calefacción y calefacción urbana (en lo sucesivo, DH), cuyas instalaciones están vinculadas en un solo esquema. Sin embargo, las decisiones tomadas sobre elementos individuales de sistemas complejos de suministro de calor a menudo no cumplen con los requisitos de criterios, confiabilidad, manejabilidad y respeto al medio ambiente del sistema. Por lo tanto, la modernización de los sistemas de suministro de calor y la creación de sistemas de control de procesos automatizados es la tarea más urgente.

V. A. Sednin, consultor científico, doctor en tecnología. ciencias, profesor

A. A. Gutkovski, ingeniero jefe, Universidad Técnica Nacional de Bielorrusia, Centro de Investigación e Innovación para Sistemas de Control Automatizados en Energía Térmica e Industria

El suministro de calor a las grandes ciudades de Bielorrusia, como en Rusia, lo proporciona la calefacción urbana y los sistemas de calefacción urbana (DH), cuyas instalaciones están vinculadas en un solo esquema. Sin embargo, las decisiones tomadas sobre elementos individuales de sistemas complejos de suministro de calor a menudo no cumplen con los requisitos de criterios, confiabilidad, manejabilidad y respeto al medio ambiente del sistema. Por lo tanto, la modernización de los sistemas de suministro de calor y la creación de sistemas de control de procesos automatizados es la tarea más urgente.

Características de los sistemas de calefacción urbana.

Teniendo en cuenta las características principales del SDT de Bielorrusia, se puede señalar que se caracterizan por:

• continuidad e inercia de su desarrollo;
• distribución territorial, jerarquía, variedad de medios técnicos utilizados;
• procesos productivos dinámicos y consumo energético estocástico;
• incompletitud y bajo grado de confiabilidad de la información sobre los parámetros y modos de su funcionamiento.

Es importante señalar que en la red de calefacción urbana, a diferencia de otros sistemas de tuberías, sirven para transportar no el producto, sino la energía del refrigerante, cuyos parámetros deben cumplir con los requisitos de varios sistemas de consumo.

Estas características enfatizan la necesidad esencial de la creación de sistemas de control de procesos automatizados (en adelante, APCS), cuya implementación permite aumentar la eficiencia energética y ambiental, la confiabilidad y la calidad de funcionamiento de los sistemas de suministro de calor. La introducción de sistemas de control de procesos automatizados en la actualidad no es un tributo a la moda, sino que se deriva de las leyes básicas del desarrollo de la tecnología y se justifica económicamente en la etapa actual de desarrollo de la tecnosfera.

REFERENCIA

El sistema de calefacción urbana de Minsk es un complejo estructuralmente complejo. En términos de producción y transporte de energía térmica, incluye las instalaciones de Minskenergo RUE (Minsk Heat Networks, complejos de calefacción de CHPP-3 y CHPP-4) y las instalaciones de Minskkommunteploset Unitary Enterprise: salas de calderas, redes de calor y puntos de calefacción central. . La creación de APCS UE "Minskkommunteploset" se inició en 1999 y ahora está funcionando, cubriendo casi todas las fuentes de calor (más de 20) y varios distritos de redes de calor. El desarrollo del proyecto APCS para Minsk Heat Networks se lanzó en 2010, la implementación del proyecto comenzó en 2012 y actualmente está en curso.

Desarrollo de un sistema de control de procesos automatizado para el sistema de suministro de calor en Minsk

En el ejemplo de Minsk, presentamos los principales enfoques que se han implementado en varias ciudades de Bielorrusia y Rusia en el diseño y desarrollo de sistemas de control de procesos para sistemas de suministro de calor.

Teniendo en cuenta la gran cantidad de problemas que cubren el tema del suministro de calor y la experiencia acumulada en el campo de la automatización de los sistemas de suministro de calor en la etapa previa al proyecto de creación de un sistema de control automatizado para las redes de calor de Minsk, se creó un concepto. desarrollado. El concepto define los fundamentos fundamentales de la organización de los sistemas de control de procesos automatizados para el suministro de calor en Minsk (ver referencia) como un proceso de creación de una red informática (sistema) centrado en la automatización de procesos tecnológicos de una empresa de calefacción urbana distribuida topológicamente.

Tareas de información tecnológica de los sistemas de control de procesos.

El sistema de control automatizado implementado prevé principalmente aumentar la confiabilidad y la calidad del control operativo de los modos de operación de los elementos individuales y el sistema de suministro de calor en su conjunto. Por lo tanto, este sistema de control de procesos está diseñado para resolver los siguientes problemas tecnológicos de información:

• suministro de control centralizado de grupos funcionales de regímenes hidráulicos de fuentes de calor, redes principales de calor y estaciones de bombeo, teniendo en cuenta los cambios diarios y estacionales en los costos de circulación con ajuste (retroalimentación) de acuerdo con los regímenes hidráulicos reales en las redes de distribución de calor de la ciudad;
• implementación del método de control central dinámico del suministro de calor con optimización de las temperaturas del portador de calor en las tuberías de suministro y retorno de la red de calefacción;
• garantizar la recopilación y el archivo de datos sobre los modos de funcionamiento térmico e hidráulico de las fuentes de calor, las redes principales de calefacción, una estación de bombeo y las redes de distribución de calefacción de la ciudad para el seguimiento, la gestión operativa y el análisis del funcionamiento de las redes de calefacción central de Minsk sistema de calefacción;
• creación de un sistema efectivo para proteger equipos de fuentes de calor y redes de calefacción en situaciones de emergencia;

creación de una base de información para resolver los problemas de optimización que surgen en el curso de la operación y modernización de los objetos del sistema de suministro de calor de Minsk.

REFERENCIA 1

La estructura de las redes térmicas de Minsk incluye 8 distritos de red (RTS), 1 central térmica, 9 salas de calderas con una capacidad de varios cientos a mil megavatios. Además, Minsk Heat Networks atiende 12 estaciones de bombeo reductoras y 209 estaciones de calefacción central. Estructura organizativa y de producción de las redes de calor de Minsk según el esquema "de abajo hacia arriba": el primer nivel (inferior) - objetos de redes térmicas, incluyendo calefacción central, ITP, cámaras térmicas y pabellones; el segundo nivel - talleres en regiones termales; tercer nivel: fuentes de calor, que incluyen salas de calderas de distrito (Kedyshko, Stepnyak, Shabany), salas de calderas máximas (Orlovskaya, Komsomolskaya Pravda, Kharkivskaya, Masyukovshchina, Kurasovshchina, Zapadnaya) y estaciones de bombeo; el cuarto nivel (superior) es el servicio de despacho de la empresa.

La estructura del sistema de control de procesos automatizado de las redes de calefacción de Minsk.

De acuerdo con la estructura de producción y organización de Minsk Heat Networks (ver referencia 1), se eligió una estructura de cuatro niveles del APCS de Minsk Heat Networks:

• el primer nivel (superior) es la sala de control central de la empresa;
• el segundo nivel - estaciones de operador de distritos de redes térmicas;
• tercer nivel: estaciones de operador de fuentes de calor (estaciones de operador de secciones de taller de redes de calefacción);
• cuarto nivel (inferior): estaciones para el control automático de instalaciones (unidades de caldera) y procesos de transporte y distribución de energía térmica (esquema tecnológico de una fuente de calor, puntos de calefacción, redes de calefacción, etc.).

El desarrollo (creación de un sistema de control de procesos automatizado para el suministro de calor de toda la ciudad de Minsk) implica la inclusión en el sistema en el segundo nivel estructural de estaciones de operador de complejos de calefacción de Minsk CHPP-2, CHPP-3, CHPP-4 y una estación de operador (sala de despacho central) de UE "Minskkommunteploset". Está previsto que todos los niveles de gestión se combinen en una única red informática.

La arquitectura del sistema de control de procesos para el sistema de suministro de calor de Minsk

El análisis del objeto de control en su conjunto y el estado de sus elementos individuales, así como las perspectivas para el desarrollo del sistema de control, permitieron proponer la arquitectura de un sistema de control de procesos automatizado distribuido para el sistema de suministro de calor de Minsk. dentro de las instalaciones de RUE "Minskenergo". La red corporativa integra los recursos informáticos de la oficina central y las subdivisiones estructurales remotas, incluidas las estaciones de control automático (ACS) de objetos en las áreas de la red. Todos los ACS (TsTP, ITP, PNS) y las estaciones de escaneo están conectados directamente a las estaciones del operador de las áreas de red respectivas, presumiblemente instaladas en los sitios maestros.

Las siguientes estaciones se instalan en una subdivisión estructural remota (por ejemplo, RTS-6) (Fig. 1): Estación de operador RTS-6 (RTS-6 OPS): es el centro de control del área de la red y está instalada en el Sitio maestro RTS-6. Para el personal operativo, RTS-6 brinda acceso a todos los recursos de información y control de ACS de todo tipo sin excepción, así como acceso a los recursos de información autorizados de la oficina central. OpS RTS-6 proporciona un escaneo regular de todas las estaciones de control esclavas.

La información operativa y comercial recopilada de todos los centros de calefacción central se envía para su almacenamiento a un servidor de base de datos dedicado (instalado en las inmediaciones del RTS-6 OpS).

Por lo tanto, teniendo en cuenta la escala y la topología del objeto de control y la estructura organizativa y de producción existente de la empresa, el APCS de Minsk Heat Networks se construye de acuerdo con un esquema de enlaces múltiples utilizando una estructura jerárquica de software y hardware y computadora. redes que resuelven diversas tareas de control en cada nivel.

Niveles del sistema de gestión

En el nivel inferior, el sistema de control realiza:

• procesamiento preliminar y transmisión de información;
• regulación de los principales parámetros tecnológicos, funciones de optimización de control, protección de equipos tecnológicos.

Se imponen mayores requisitos de confiabilidad al hardware de nivel inferior, incluida la posibilidad de funcionamiento autónomo en caso de pérdida de conexión con la red informática de nivel superior.

Los niveles posteriores del sistema de control se construyen de acuerdo con la jerarquía del sistema de suministro de calor y resuelven las tareas del nivel correspondiente, además de proporcionar una interfaz de operador.

Los dispositivos de control instalados en las instalaciones, además de sus funciones directas, también deben prever la posibilidad de agregarlos a sistemas de control distribuido. El dispositivo de control debe garantizar la operatividad y seguridad de la información contable primaria objetiva durante interrupciones prolongadas de la comunicación.

Los elementos principales de dicho esquema son las estaciones tecnológicas y de operador interconectadas por canales de comunicación. El núcleo de la estación tecnológica debe ser una computadora industrial equipada con medios de comunicación con el objeto de control y adaptadores de canal para organizar la comunicación entre procesadores. El objetivo principal de la estación tecnológica es la implementación de algoritmos de control digital directo. En casos técnicamente justificados, algunas funciones se pueden realizar en modo de supervisión: el procesador de la estación de proceso puede controlar controladores inteligentes remotos o módulos lógicos de software utilizando protocolos de interfaz de campo modernos.

Aspecto informativo de la construcción de un sistema de control de procesos automatizado para el suministro de calor

Se prestó especial atención durante el desarrollo al aspecto informativo de la construcción de un sistema de control de procesos automatizado para el suministro de calor. La descripción completa de la tecnología de producción y la perfección de los algoritmos de conversión de información son la parte más importante del soporte de información del APCS, construido sobre la tecnología de control digital directo. Las capacidades de información del sistema de control de procesos automatizado para el suministro de calor brindan la capacidad de resolver un conjunto de problemas de ingeniería que clasifican:

• por etapas de la tecnología principal (producción, transporte y consumo de energía térmica);
• por finalidad (identificación, previsión y diagnóstico, optimización y gestión).

Al crear un sistema de control de procesos automatizado para las redes de calor de Minsk, se planea formar un campo de información que le permita resolver rápidamente todo el complejo de las tareas anteriores de identificación, previsión, diagnóstico, optimización y gestión. Al mismo tiempo, la información brinda la posibilidad de resolver problemas del sistema del nivel superior de gestión con el mayor desarrollo y expansión del sistema de control de procesos automatizados ya que se incluyen los servicios técnicos relevantes para el proceso tecnológico principal.

En particular, esto se aplica a las tareas de optimización, es decir, optimización de la producción de energía térmica y eléctrica, modos de suministro de energía térmica, distribución de flujo en redes térmicas, modos de operación de los principales equipos tecnológicos de fuentes de calor, así como cálculo de la racionamiento de recursos de combustible y energía, contabilidad y operación de energía, planificación y previsión del desarrollo del sistema de suministro de calor. En la práctica, la solución de algunos problemas de este tipo se lleva a cabo en el marco del sistema de control automatizado empresarial. En cualquier caso, deben tener en cuenta la información obtenida en el curso de la resolución de los problemas de gestión directa del proceso, y la información creada por el sistema de control de procesos debe integrarse con otros sistemas de información de la empresa.

Metodología de programación de objetos de software

La construcción del software del sistema de control, que es un desarrollo original del equipo del centro, se basa en la metodología de programación programa-objeto: se crean objetos de software en la memoria de las estaciones de control y operador que muestran procesos reales, unidades y canales de medición. de un objeto tecnológico automatizado. La interacción de estos objetos de software (procesos, agregados y canales) entre sí, así como con el personal operativo y con equipos tecnológicos, de hecho, asegura el funcionamiento de los elementos de las redes de calor de acuerdo con reglas o algoritmos predefinidos. Así, la descripción de los algoritmos se reduce a la descripción de las propiedades más esenciales de estos objetos de programa y las formas de su interacción.

La síntesis de la estructura del sistema de control de objetos técnicos se basa en el análisis del esquema tecnológico del objeto de control y una descripción detallada de la tecnología de los principales procesos y funcionamiento inherentes a este objeto en su conjunto.

Una herramienta conveniente para compilar este tipo de descripción para las instalaciones de suministro de calor es la metodología de modelado matemático a nivel macro. En el curso de compilar una descripción de procesos tecnológicos, se compila un modelo matemático, se realiza un análisis paramétrico y se determina una lista de parámetros ajustables y controlados y organismos reguladores.

Se especifican los requisitos del régimen de los procesos tecnológicos, sobre la base de los cuales se determinan los límites de los rangos permisibles de cambio de parámetros regulados y controlados y los requisitos para la elección de actuadores y organismos reguladores. A partir de la información generalizada se realiza la síntesis de un sistema de control automatizado de objetos, el cual, al utilizar el método de control digital directo, se construye según un principio jerárquico de acuerdo con la jerarquía del objeto de control.

ACS de la sala de calderas de distrito

Entonces, para una sala de calderas de distrito (Fig. 2), se construye un sistema de control automatizado sobre la base de dos clases.

El nivel superior es la estación del operador "Caldera" (OPS "Caldera"): la estación principal que coordina y controla las estaciones subordinadas. Estación de bomberos "Reserva de calderas": una estación de espera en caliente, que está constantemente en el modo de escuchar y registrar el tráfico de la estación de bomberos principal y su ACS subordinado. Su base de datos contiene parámetros actualizados y datos históricos completos sobre el funcionamiento del sistema de control de trabajo. En cualquier momento, se puede asignar una estación de respaldo como estación principal con transferencia total de tráfico y el permiso de las funciones de control de supervisión.

El nivel inferior es un complejo de estaciones de control automático unidas junto con la estación del operador en una red informática:

• ACS "Unidad de caldera" proporciona el control de la unidad de caldera. Como regla general, no está reservado, ya que la reserva de la potencia térmica de la sala de calderas se realiza a nivel de las unidades de caldera.
• ACS "Grupo de red" es responsable del modo de funcionamiento termohidráulico de la sala de calderas (control de un grupo de bombas de red, línea de derivación a la salida de la sala de calderas, línea de derivación, válvulas de entrada y salida de calderas, caldera individual bombas de recirculación, etc.).
• SAU "Vodopodgotovka" proporciona el control de todos los equipos auxiliares de la sala de calderas, necesarios para alimentar la red.

Para objetos más simples del sistema de suministro de calor, por ejemplo, puntos de calor y salas de calderas de bloques, el sistema de control se construye como uno de un solo nivel basado en una estación de control automática (SAU TsTP, SAU BMK). De acuerdo con la estructura de las redes de calor, las estaciones de control de los puntos de calor se combinan en una red de área local del área de la red de calor y están conectadas a la estación del operador del área de la red de calor, que, a su vez, tiene una conexión de información con la estación del operador de un mayor nivel de integración.

Estaciones de operador

El software de la estación del operador proporciona una interfaz amigable para el personal operativo que controla la operación del complejo tecnológico automatizado. Las estaciones de operador tienen medios avanzados de control de despacho operativo, así como dispositivos de memoria masiva para organizar archivos a corto y largo plazo del estado de los parámetros del objeto de control tecnológico y las acciones del personal operativo.

En casos de grandes flujos de información que están cerrados al personal operativo, es recomendable organizar varias estaciones de operador con la asignación de un servidor de base de datos separado y, posiblemente, un servidor de comunicaciones.

La estación del operador, por regla general, no afecta directamente al objeto de control en sí: recibe información de las estaciones tecnológicas y también transmite instrucciones al personal operativo o tareas (configuraciones) de control de supervisión, generadas de forma automática o semiautomática. Forma el lugar de trabajo del operador de un objeto complejo, como una sala de calderas.

El sistema de control automatizado que se está creando prevé la construcción de una superestructura inteligente, que no solo debe rastrear las perturbaciones que ocurren en el sistema y responder a ellas, sino también predecir la ocurrencia de situaciones de emergencia y bloquear su ocurrencia. Al cambiar la topología de la red de suministro de calor y la dinámica de sus procesos, es posible cambiar adecuadamente la estructura del sistema de control distribuido agregando nuevas estaciones de control y (o) cambiando los objetos de software sin cambiar la configuración del equipo de las estaciones existentes.

Eficiencia de APCS del sistema de suministro de calor.

Un análisis de la experiencia operativa de los sistemas de control de procesos automatizados para empresas de suministro de calor 1 en varias ciudades de Bielorrusia y Rusia, realizado durante los últimos veinte años, ha demostrado su eficiencia económica y ha confirmado la viabilidad de las decisiones tomadas sobre arquitectura, software y ferretería.

En cuanto a sus propiedades y características, estos sistemas cumplen con los requisitos de la ideología de las redes inteligentes. Sin embargo, se trabaja constantemente para mejorar y desarrollar los sistemas de control automatizado desarrollados. La introducción de sistemas de control de procesos automatizados para el suministro de calor aumenta la confiabilidad y la eficiencia de la operación de DH. El principal ahorro de combustible y recursos energéticos está determinado por la optimización de los modos termohidráulicos de las redes de calefacción, los modos de funcionamiento de los equipos principales y auxiliares de las fuentes de calor, las estaciones de bombeo y los puntos de calefacción.

Literatura

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1 Creado por el equipo del Centro de Investigación e Innovación para Sistemas de Control Automatizado en Energía Térmica e Industria de la Universidad Técnica Nacional de Bielorrusia.