Система автоматического управления приточно-вытяжной вентиляции

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация является одним из важнейших факторов роста производительности труда в промышленном производстве. Непрерывным условием ускорения темпов роста автоматизации является развития технических средств автоматизации. К техническим средствам автоматизации относятся все устройства, входящие в систему управления и предназначенные для получения информации, ее передачи, хранения и преобразования, а также для осуществления управляющих и регулирующих воздействий на технологический объект управления.
Вопросы экономного снижения энергозатрат актуальны сегодня как никогда. С ростом экономики в крупных городах все чаще ощущается нехватка энергии в периоды пикового потребления. Эта проблема наиболее актуальна именно сейчас, так как цены на энергоносители неуклонно растут.
Один из путей снижения расходов - это внедрение автоматизированной системы управления вентиляцией. Данная система позволяет поддерживать оптимальные условия микроклимата в помещениях, обеспечивая заданные параметры температуры, влажности и т.д. Подобная система автоматизации может с успехом применяться как для жилого или офисного здания, так и на производстве, например, в цехах.
Экономический эффект от использования системы автоматизации определяется эффективным управлением конечными устройствами (вентилятор, ТЭН и т.п.) в зависимости от внешних воздействий. Это позволяет экономичнее использовать энергетические ресурсы (газ, электроэнергия), воду, а также обеспечивают более высокий уровень комфорта для пользователей.
Целью дипломного проекта является разработка автоматизированной системы управления приточно-вытяжной вентиляцией
Актуальность темы связана с тем, что при проектировании данной системы будут учтены требования к микроклимату в офисных помещениях, будут учтены требования к существующему оборудованию, а также использована современная элементная база.
Практическая значимость работы заключается в том, что проектируемую систему при желании можно модернизировать расширив ее функционал, что позволит при минимальных вложениях времени и средств управлять другими параметрами помещения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
 провести описание предметной области;
 провести обзор существующих решений;
 разработать структурную схему системы;
 выбрать элементную базу;
 разработать принципиальную схему системы;
 написать программу для микроконтроллера.


1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

Предварительным этапом разработки автоматизированной системы является анализ аналогичных устройств от сторонних производителей с целью определения основных технических характеристик и функциональных возможностей. Произведем обзор автоматизированных систем управления вентиляцией, которые представлены на рынке.

1.1 Типовые схемы вентиляции
Рассмотрим существующие типы систем управления вентиляцией и кондиционирования воздуха.
Главный принцип, которым следует руководствоваться при выборе технического решения в процессе проектирования систем управления вентиляцией – достижение желаемой цели в экономически целесообразных пределах. Это означает, что потребление теплоты, холода и электроэнергии, а также капитальные затраты на оборудование, строительную площадь, занимаемую оборудованием должны быть приближены к их минимально неизбежным значениям.
В процессе выбора технического решения СКВ необходимо учитывать преимущества и недостатки отдельных вариантов решений, применительно к особенностям конкретного здания.
Существует 3 способа поддержания комфортных параметров в помещениях:
• Центральная система кондиционирования.
Поддержание тепло-влажностных параметров осуществляется с помощью центральных кондиционеров, нашедших широкое применение в комфортном и технологическом кондиционировании. Они представляют собой неавтономные кондиционеры, снабжаемые извне холодом (подводом хладагента или хладоносителя), теплом (подвод горячей воды или пара) и электроэнергией для привода вентиляторов, насосов. Центральные кондиционеры предназначены для обслуживания нескольких помещений или одного большого помещения.
В центральных системах кондиционирования воздух обрабатывается в кондиционере, а затем по воздуховодам подается в обслуживаемые помещения.
Источником холода является: охладитель жидкости – так называемый чиллер, или компрессорно-конденсаторный блок с непосредственным кипением хладагента.
• Центрально-местная система кондиционирования.
Центральный кондиционер обрабатывает только наружный воздух, который по системе воздуховодов подается в помещение. В самих помещениях предусмотрены местные системы кондиционирования, обрабатывающие внутренний воздух и позволяющие гибко регулировать температуру в каждом отдельном помещении.
• Местная система кондиционирования (сплит-системы).
Они расположены непосредственно в обрабатываемом помещении. Достоинство: отсутствие воздуховодов, гибкое регулирование температуры в каждом отдельном помещении. Недостатком является отсутствие забора наружного воздуха.
В данном случае центрально-местная система кондиционирования обладает преимуществами перед другими СКВ и является примером экономического и экологического решения. Как показывает анализ, именно данная система наиболее часто используется в современных офисных зданиях.

1.2 Обзор аналогов
Автоматизированная система управления приточно-вытяжными установками IEVENT.
IEVENT - представляет собой программно-аппаратный комплекс для управления любыми приточно-вытяжными установками, в т.ч. и противопожарными (дымоудаление, подпор), производительностью до 150000 м3/час для общественных и производственных зданий, а также технологических процессов.
Основной функцией IEVENT является локальное полностью автоматическое (без участия обслуживающего персонала) управление работой приточно-вытяжной установкой.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3
1 Анализ состояния вопроса 5
1.1 Типовые схемы вентиляции 5
1.2 Обзор аналогов 6
1.3 Формирование требований к проектируемой системе 11
1.4 Особенности формирования микроклимата 13
2. Разработка структурной системы 16
2.1 Структурная схема системы управления 16
2.2 Расчет цифрового тракта 18
2.3 Расчет требований, выдвигаемых к АЦП 21
3. Выбор элементной базы 22
3.1Выбор микроконтроллера 23
3.2 Выбор АЦП 27
3.3 Интегральный стабилизатор напряжения 31
3.4 Микросхема FT232R 32
3.5 Выбор датчиков температуры 36
3.6 Проектирование принципиальной схемы устройства 40
3.7 Технологический раздел 46
4. Разработка Программного обеспечения системы управления вентеляцией 51
4.1 Разработка алгоритма работы 51
4.2 Интегрированная система разработки AVR Studio 55
4.3 Код программы микроконтроллера 59
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА 60
5.1 Моделирование работы системы 60
5.2 Визуализирование системы 61
5.3 Проведение моделирования 64
5.4 Анализ полученных результатов 65
6. ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 67
6.1 Анализ безопасности проектируемого (исследуемого) объекта 67
6.2 Техника безопасности 67
6.3 Безопасность устройства проектируемого объекта 68
6.4 Производственная санитария 74
6.5 Безопасность при разработке и внедрении 75
7. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 83
7.1. Расчет производственных затрат 83
7.1.1. Материальные издержки 83
7.1.2. Калькуляционные издержки 85
7.1.3. Издержки на оплату услуг сторонних организаций 86
7.2. Стоимость реализации проекта 87
7.3 Цена изделия 87
7.4 Инвестиции, необходимые для реализации проекта 87
7.5 Эксплуатационные расходы 88
7.6 Потоки денежных поступлений и выплат 89
7.7. Расчет показателей оценки эффективности инвестиций 93
7.7.1. Срок окупаемости инвестиций 93
7.7.2. Чистый дисконтированный доход 94
7.7.2. Индекс доходности 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках аналитического и проектного разделов было проведено знакомство с объектом разработки, систематизация сведений по рассматриваемой тематике.
Результатом дипломного проекта является разработка системы управления вентиляцией. Методологическую и теоретическую основу исследования составляют практические разработки и концепции авторов по разработке и проектированию различных методик управления параметрами микроклимата в помещении.
В части БЖД проекта описываются возможное влияние используемого оборудования, энергии, и условий работы на человека и окружающую среду; техника безопасности при работе с оборудованием.
В качестве производственного помещения рассматривается аудитория, в которой установлен персональный компьютер.
 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


1. И. В. Петров «Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования». Москва. СОЛОН-Пресс. 2004 г.
2. Э. Парр «Программируемые контроллеры. Руководство инженера» перевод с английского. Москва. БИНОМ. 2007 г.
3. Контроллеры температуры и влажности Sensatronics Режим доступа: http://www.actidata.ru/equipment/monitoring/sensatronics
4. Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил.
5. Датчик температуры и влажности. Режим доступа: http://www.actidata.ru/equipment/monitoring/sensatronics/sensors/datchiki-vlazhnosti-i-temperatury
6. В. Г. Синилов Системы охранной, пожарной и охранной-пожарной сигнализации. : Учебное пособие М. : Академия, 2010
7. Многоканальный измеритель температуры мит-12. режим доступа: http://www.omsketalon.ru/?action=mit_12
8. Датчики температуры. Режим доступа: http://www.sensor.ru/articles/299/element_1110.html
9. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.1.3.2630 – 10
10. Харт Х. Введение в измерительную технику. М.: Мир, 1999 г. с. 210.
11. Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование: Под ред. У. Кестера М.: Техносфера, 2007. 1016 с.; ил.
12. Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналогово-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 – М. ДОДЭКА, 1996 г., 384 с.
13. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.– М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с.
14. Компания Агросенсор. Режим доступа: http://www.agrosensor.ru/
15. LM317. 1.2V to 37V voltage regulator. datasheet.– stmicroelectronics, 1998.
16. Никитинский В.З. Маломощные силовые трансформаторы.–М.: «Энергия», 1968.–47 с.
17. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П. П. Мальцев и др. – М.: Радио и связь, 1994. –240 с.
18. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров/А.-Й. К Марцинкявичюс, Э.-А. К. Багданскис, Р.Л.Пошюнас и др.; Под. ред. А.-Й. К Марцинкявичюса, Э.-А. К. Багданскиса.– М.: Радио и связь, 1988.-224 с.; ил.
19. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.
20. Кирьянов Д.В. Самоучитель Mathcad 11. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 560 с.; ил.
21. Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации. – 2-е издание., доп. – М.: Экономика, 1991.– 44 с.
22. Мазель Б. Трансформаторы электропитания.– М.: Энергоиздат, 1982.– 78 с.
23. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.– 592 с.: ил.
24. Хемминг Р. В. Цифровые фильтры. –М.: Недра, 1987. – 221 с.
25. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. –М.: Мир, 1978. –847 с.
26. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.
27. Описание шины CAN// режим доступа: http://www.itt-ltd.com/reference/ref_can.html
28. Солодянкин С. RS–485 против Ethernet в системах СКУД: попробуем разобраться?// Алгоритм безопасности.–2008. № 4.– С. 32-35
29. Каталог «Блоки питания и трансформаторы Schneider-Electric» (Русская версия). Москва. 2009 г.
30. В.А. Лашин конспект лекций по дисциплине «МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ». РГРТУ. Рязань 2007
31. ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. : Учебное пособие М. : Издательство Стандартов, 1996
32. Бирюков, С.А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП / С.А. Бирюков. – М.: ДМК, 1996. – 240 с.: ил.
33. Гребнев, В.В. Однокристальные микроЭВМ семейства AT89 фирмы Atmel / В.В. Гребнев. – СПб.: FineStreet, 1998.
34. Гук, М. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия / М. Гук. – СПб.: Питер, 2002. – 528 с.: ил.
35. Измерения в электронике: справочник / В.А. Кузнецов [и др.]; под ред. В.А. Кузнецова. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 512 с.: ил.