В статье рассматриваются вопросы необходимости проведения автоматизации освещения, классификация существующих систем и этапы реализации типового проекта модернизации.

Трудно найти такую отрасль промышленности или народного хозяйства, где бы отсутствовала потребность в производственных площадей и рабочих мест. К его организации предъявляются достаточно серьезные требования, особенно со стороны контролирующих органов в сфере охраны труда. Но в то же время не следует забывать, что все элементы таких систем (в простейшем варианте – комплекс осветительных приборов) потребляют электричество, за которое приходится платить и довольно много. Желание сэкономить в такой ситуации выглядит более чем естественным, но чтобы решить проблему, как говорится, «в духе времени» одной замены старых лампочек накаливания на светодиодные будет недостаточно. Оптимальным вариантом, несмотря на требуемые капиталовложения, является автоматизация систем освещения, которая позволит сэкономить куда больше за счет эффективного управления имеющимся ресурсом без потери в комфорте.

Зачем нужно автоматизировать освещение?

Не секрет, что комплексное решение подобной задачи невозможно без разработки комплексного проекта, подбора подходящего по характеристикам оборудования и последующего его монтажа на объекте. Чтобы от подобных действий был реальный положительный эффект, их реализацию лучше доверить какой-нибудь профильной организации. , разработка проектной документации, закупка оборудования, монтажные и пуско-наладочные работы и т. д. – это серьезная нагрузка на бюджет и очевидно, может потребовать поиска и привлечения инвестиций.

Для большинства небольших предприятий такой груз уже на старте может стать серьезным поводом отказаться от модернизации. Но давайте взглянем на вопрос со стороны какого-нибудь среднестатистического жителя нашей страны, у которого в очередной раз на кухне сгорела обычная 60-ватная лампочка. Вариантов действий у него несколько:

1. Купить такой же 60-Вт аналог . Решение, как говориться, бюджетное, поскольку стоит такая лампочка раз в 5-10 меньше чем самая дешевая светодиодная. Об экономии в таком случае можно и не мечтать, особенно при коротком световом дне. Так, если предположить, что такая лампочка в среднем работает до 8 часов в сутки (зимой это более чем реально), то за месяц на одном приборе можно получить до 14 кВт×час на счетчике и до 13 грн в квитанции. Если будет работать 5 лампочек, соотношение вырастет до 70 кВт×час и 65 грн, при 10 приборах – до 140 кВт×час и 160 грн соответственно. Тенденция не очень утешительная, если учесть, что в доме электричество потребляют и другие бытовые приборы;
2. Купить светодиодную лампочку . Аналогом по светоотдаче для 60-ватной лампы накаливания является LED-источник мощностью порядка 4 Вт. Он потребляет в 15 раз меньше энергии, а значит, сумма в платежке уменьшится пропорционально. Естественно, дороже, но и работает не в сравнение дольше;
3. Использовать интеллектуальные системы . Экономии в предыдущем случае большинству может оказаться достаточно, но есть реальная возможность снизить потребление еще больше. Например, взять те же LED-лампочки, но в добавок использовать элементы системы автоматизации управления освещением (АСУО), скажем, простейшие датчики движения, освещенности и т. п. В этом случае, каждый прибор будет включаться по необходимости, например, когда человек приближается к нему.

Конечно, в последнем случае придется вложиться в оборудование, но в перспективе такой подход окупится более чем реальной экономией электроэнергии. А теперь представим себе на минутку, какой эффект от подобной модернизации будет иметь более-менее с несколькими сотнями рабочих, посменным графиком, большим количеством оборудования и производственных площадей.

Какими бывают СУО?

В зависимости от поставленных целей и задач модернизации освещения, для ее реализации может потребоваться достаточно большой перечень оборудования. Это и непосредственно осветительные приборы, комплекты датчиков, выключатели, и т. д. Именно масштабы предстоящей модернизации влияют на классификацию подобных систем и позволяют выделить два их основных вида:

• Локальная СУО . Наиболее простой вариант системы, при котором контроль осуществляется одним или несколькими осветительными приборами. В таком случае требуется минимальный набор вспомогательных средств – иногда блоки управления являются встроенными в сам светильник;
• Централизованная СУО . Это система более высокого уровня, в которой может быть реализована полноценная автоматизация управления освещением. Может состоять из большого количества контуров, в том числе, различных инженерных сетей объекта модернизации. Наиболее яркий пример – любой современный крупный торгово-развлекательный центр. Для реализации на практике требует применения большого количества оборудования, связанного сложной иерархией построения, специальных программных комплексов и обеспечения. Как правило, в этом случае имеет место центральный пункт управления всей сетью, а также, при ее значительных объемах, локальные узлы контроля.

Кроме того, возможна классификация по количеству и качеству (техническим возможностям) используемого оборудования: начального, среднего и топового уровня. Базовые комплектации включают сами осветительные приборы, простейшие датчики и автоматику, а топовые – целые комплексы вспомогательных систем с расширенным функционалом, программные системы управления, в том числе, с использованием беспроводных технологий.

Как происходит установка и автоматизация систем освещения?

Реализовать на практике такой проект даже с не самой сложной постановкой задач не так то просто. Во-первых, тот специалист или их группа, которые будут заниматься этим вопросом, должны быть в полной мере компетентны. Это значит, не только наличие профильных знаний и навыков, но и большой практический опыт.

Процесс внедрения автоматизированных систем управления для освещения объекта должен проходить в несколько этапов:

• Аудит . Прежде чем приступить к разработке проекта, необходимо оценить состояние объекта, его размеры, производственное предназначение, наличие существующих систем освещения и питания;
• Разработка и согласование . На этом этапе проводятся необходимые расчеты, целью которых является выбор оптимальной схемы освещения и соответствующего по характеристикам оборудования;
• Коммерческое предложение . После согласования проекта с заказчиком последнему предоставляется его финансовое обоснование, включая расчет срока окупаемости (необходимое условие при использовании внешних капиталовложений);
• Поставка оборудования . После решения всех финансовых вопросов происходит изготовление или закупка необходимого для реализации проекта оборудования и расходных материалов;
• Монтаж . Завершающим этапом модернизации является непосредственная установка всех элементов системы освещения.

На этом можно было бы ставить точку, но еще одним неотъемлемым этапом работ является пуско-наладка. Это и неудивительно, ведь кроме приходится использовать комплекс датчиков и прочих приборов контроля/управления, которые предстоит протестировать и настроить в соответствии с поставленными задачами. Без этого даже самая внешне не сложная система не будет работать согласованно.

Подробнее

Экспортные истории: как Украина «несет свет» в Европу

Подробнее

Модернизация системы электроосвещения на ДТЭК Добропольская ЦОФ

Подробнее

Что такое теплоотвод в светодиодном светильнике?

Подробнее

Сколько в год можно сэкономить на электроэнергии с использованием светодиодного освещения?

Подробнее

20 Сен

Энергоэффективное освещение, как конкурентное преимущество

Подробнее

Особенности эксплуатации светодиодного освещения

Подробнее

Окупаемость инвестиций в модернизацию системы освещения

Подробнее

Оптическая система LED светильника: линзы, отражатели

И энергосбережение, а так же про экологическое строительство, целью которого является увеличение экономии, долговечности, комфорта, качества и конечно же сокращение влияния здания на окружающую среду, все это достигается с помощью различных систем управления, одна из которых — это система управления освещением.

Экономический эффект от применения системы управления

Управляя освещением в автоматическом или полуавтоматическом режиме, в зависимости от присутствия, освещенности и времени, мы можем значительно ограничить потребление электроэнергии. Например, регулируя светильники, поддерживать постоянную освещенность над рабочим местом или выключать освещение, когда освещенности в помещении стало достаточно. Это значит, что при том же уровне комфорта, мы тратим гораздо меньше электроэнергии. Не зря системы управления освещением обязательно присутствуют в так называемых “умных домах”, но как правило их функционал (групповое управление, включение в разное время суток, и т.д) заключается в удобстве использования, интеграции освещения в общую систему автоматизации (для различных сценариев) и не нацелен на экономию.

Где используются системы управления освещением

Как сказано выше, системы управления освещением или значительно экономят электроэнергию или же используются для комфорта в умных домах. Для значительной экономии электроэнергии, профессиональные системы управления освещением применяют на самых разных объектах:

• офисные и административные здания;
• гостиницы;
• парковки и охраняемые территории;
• многоквартирные жилые дома;
• промышленные предприятия;
• торговые комплексы;
• учебные учреждения;

Очень важно грамотно спроектировать систему управления освещением еще на этапе планирования здания, но возможно её применение и в эксплуатирующемся здании. Применить в проекте подходящее и надежное , продумать управление группами освещения, спланировать алгоритм работы системы, все это необходимо для стабильной работы системы. Естественно, что для каждого типа объекта система управления будет индивидуальна, но и типовые решения для помещений также имеются.

Задачи, которые решает система управления освещением

1. Экономия электроэнергии. Мы уже не раз писали, что позволяет в разы экономить потребляемую электроэнергию освещения, в зависимости от того, где применяется система. Энергоэффективность в каждом случае .
2. Поддержание постоянного уровня освещенности при наличии присутствия в помещениях.
3. Группы освещения в помещениях и на прилегающей территории объединены в единую систему. В случае использования масштабируемых решений это обеспечит взаимодействие и контроль всех процессов системы управления.
4. Автоматическое или полуавтоматическое управление освещением, интеграция с общей системой автоматизации и диспетчеризации здания.
5. Автоматическое управление по заранее запрограммированным параметрам.
6. Система позволяет контролировать присутствие, измерять текущую освещенность, управлять временем, и многое другое.

Существуют локальные системы управления, с применением только датчиков движения, присутствия и освещенности. Датчики в свою очередь уже имеют все необходимые устройства в одном корпусе для автоматического управления освещением по вышеуказанным факторам.
В этих решениях датчики могут управлять не только освещением, но и другими нагрузками, такими как кондиционеры, вентиляторы, и другими. Их включение и выключение не должны зависеть от текущей освещенности. Например, когда человек заходит в кабинет, освещенности достаточно и свет не включается, но кондиционер должен включиться. Локальные системы, не могут в полном объеме интегрироваться в общую систему диспетчеризации здания, поэтому существуют шинные системы управления освещением которые работают на разных протоколах, и с помощью специальных шлюзов свободно интегрируются в различные системы верхнего уровня.

Оборудование для шинных систем управления освещением

Для каждой задачи набор устройств будет отличаться. Попробуем перечислить самые необходимые:

1. Блоки логики, контроллеры, шлюзы, актуаторы – управляющие устройства
2. Датчики присутствия, движения, освещенности – регистраторы событий
3. Различные выключатели – ручное управление
4. Светильники или иные нагрузки – управляемые устройства
5. Пульты, смартфоны, планшеты, панели управления – дистанционное управление

Принципы работы различных систем управления

Принципы работы локальной системы управления освещением

Например, возьмем управление освещением в кабинетах или офисах, в них применяются разные технологии в зависимости от потребностей заказчика. Возможно реализовать два типа управления:

• обычное включение/выключение по текущей освещенности и присутствию сотрудника
• диммирование светильников с поддержанием постоянной освещенности на рабочих местах, а также ориентирующим освещением без присутствия.

В эти решения возможно интегрировать простой кнопочный выключатель для ручного управления освещением.

Принцип работы системы управления с простым включением/выключением

Датчики присутствия работают по следующему сценарию: когда сотрудник с утра приходит на свое рабочее место или заходит в кабинет, датчик его фиксирует и измеряет освещенность (далее датчик измеряет освещенность при регистрации каждого движения). Как правило утром в зимний период естественного света недостаточно и датчик включает искусственное освещение. В течение дня увеличивается количество естественного света, например до 500 Lux, датчик отключает светильники. В вечернее время естественного освещения не достаточно, и датчик снова включает освещение. Когда заканчивается рабочий день или когда сотрудник выходит из кабинета датчик перестает его фиксировать и после временной задержки выключает искусственное освещение. Летом, при достаточном количестве естественного света, искусственный свет может не включаться в течении рабочего дня, тем самым значительно экономить электроэнергию.

Принцип работы системы управления с диммированием по DALI (broadcast)

Датчики присутствия работают по следующему сценарию: когда сотрудник с утра приходит на свое рабочее место или заходит в кабинет, датчик его регистрирует и измеряет освещенность. В случае отсутствия естественного света, например с утра в зимний период, светильники разгораются на 100%. В течение дня увеличивается количество естественного света в помещении, датчик измеряет текущую освещенность и регулирует светильники таким образом, чтобы в сумме естественного и искусственного освещения постоянно было 500Lux. При достижении естественным светом порога свыше 500Lux датчик отключает светильники на то время, пока суммарное освещение не опустится ниже заданного порога. С помощью данного решения можно построить полноценную локальную систему управления освещением по присутствию и параметрам освещенности, без дополнительных устройств, т.к. датчик – это блок питания для светильников DALI и контроллер. Достаточно одного датчика, чтобы управлять светильниками DALI по заданной освещенности и присутствию сотрудников.

Принципы работы шинной системы управления освещением

С помощью шинных систем, можно значительно расширить возможности работы системы управления освещения и диспетчеризировать все процессы в единую систему автоматизации здания (BMS). С помощью устройств шинной системы управления освещением можно написать любой логический сценарий:

• создать календарь событий (когда человек пришел, ушел, какая освещенность была, стала и т.д)
• вывести статусы и срок эксплуатации светильников (актуально для эксплуатирующих компаний)
• сделать дистанционное управление на планшетах, смартфонах
• вывести контроль и управление далеко за пределы здания
• и многое другое.

С развитием технологий появилось много различных протоколов управления освещением. Начиналось все с простейших аналоговых систем 0-10V, которые имеют множество ограничений, но и сейчас применяются в различных решениях. На смену аналоговым системам со временем пришли цифровые технологии.

Наиболее популярные протоколы управления освещением сейчас:

• DIM(0-10V)
• Слаботочные и IP системы

Подробнее о каждом из них мы напишем в одном из следующих обзоров. на нашу рассылку и узнавайте первыми о новых статьях.

Инфраструктура любого жилого, промышленного или административного объекта предполагает наличие наружного освещения. Система должна работать безопасно и бесперебойно. На выполнение этой задачи нацелено управление наружным освещением.

Функции уличного освещения

Вне зависимости от масштаба объекта - будь это придомовая территория или автомагистраль - его нужно освещать в темное время суток. Свет нужен для безопасного передвижения жильцов дома, обеспечения движения автотранспорта, декоративной подсветки зданий или их отдельных элементов, освещения рекламы на билбордах и т. д.

Что касается частного жилья, помимо освещения подъезда к дому, подсветка выполняет следующие функции:

• общее освещение территории (важно с точки зрения безопасности);
• освещение ступенек в дом;
• подсветка пешеходных дорожек;
• освещение локальных участков (например, возле беседки);
• декоративная подсветка архитектурных и ландшафтных особенностей участка.

Особенно стоит отметить защитную роль уличного освещения. Благодаря хорошей видимости появляется возможность визуального контроля за территорией (в том числе техническими средствами). Яркий свет отпугивает людей с плохими намерениями. В освещенном дворе любой объект заметен: не каждый злоумышленник решится на несанкционированное проникновение.

Методы управления уличным освещением

На практике используется три способа управления светом: ручное, дистанционное и автоматическое.

Ручное управление

Включение и выключение уличных светильников осуществляется в ручном режиме. Каждый источник света или их группа управляется оператором непосредственно на месте.

Этот способ самый древний. Издавна фонарщики подходили к каждому фонарю (газовому или масляному) и зажигали столб, а позднее - гасили. Даже сегодня во дворах частных домов используется ручное управление наружным светом. Однако в коммунальных службах управлять светом в ручном режиме невозможно из-за масштабов работы, поэтому такой способ используется только в экстренных случаях (например, при выполнении ремонта).

Удаленный контроль

С течением времени технологии развивались - вместо фонарщиков управлять освещением стали служащие энергораспределительных сетей. Делали работники служб это дистанционно, включая или выключая рубильник. В результате действий напряжение подается в сеть или, наоборот, прекращается.

Автоматическое управление

Управление с помощью автоматики - наиболее продвинутый способ управления светом. Включение и выключение света осуществляется за счет использования датчиков, действующих по определенному алгоритму. В результате система освещения работает без непосредственного участия человека.

Переход на автоматическое управление вызван изменением технологического процесса. Напряжение к потребителям поступает при участии локально расположенных трансформаторных станций. На этих объектах происходит преобразование высоковольтного напряжения в напряжение нужной величины.

Существует два обстоятельства, диктующих переход на автоматическое управление:

1. Чаще всего строить отдельные подстанции для уличного освещения экономические невыгодно. Нынешние трансформаторы преобразуют напряжение для всех потребителей электричества на заданной территории.
2. Для централизованного контроля за включением и отключением светильников понадобилось бы подтягивать к каждой подстанции отдельный кабель, что только повысит и без того большие расходы.

В связи с этим начался массовый переход на автоматические системы. В самом начале развития технологии принцип управления был прост: на подстанциях монтировались приборы, контактирующие с датчиками освещенности.

Со временем стали видны изъяны такого подхода:

• некорректное срабатывание при неверной калибровке;
• фонари часто гасли в темное время из-за света фар от проезжающих машин или даже от лунного света;
• если датчик покрывался снегом, грязью или льдом, происходило ложное срабатывание светильника;
• датчики нередко выходили из строя.

Еще один недостаток датчиков освещенности - линейность технологии. Свет не обязательно нужен даже в темное время суток, если на территории отсутствуют движущиеся объекты.

Чтобы как-то оптимизировать технологию, датчики стали объединять с временными реле. В результате таймер включал и выключал светильники в определенное время. Например, освещение работало с 10 часов вечера до четырех часов утра.

Позднее появились астрономические реле. В таких устройствах программа по определенному алгоритму рассчитывает время заката и рассвета. На основании расчета происходит управление освещением.

Датчики освещенности по-прежнему используются. Приборы актуальны для управления светом при неожиданном снижении естественной освещенности (например, туман).

На сегодняшний день наиболее популярны автоматические системы на основе цифровых технологий, где сочетаются автоматика и ручное управление.

Устройство автоматической системы

Аппаратная часть оборудования состоит из таких уровней:

1. Верхний уровень представляет собой панель диспетчерского пункта. Управляется диспетчером. На панель приходит информация с нижестоящих систем. На верхнем уровне производится коррекция параметров программы или предпринимаются иные управленческие действия.
2. К нижнему уровню относится электрощит, расположенный на участке освещения. Щиты предназначены для коммутации работы светильников и контролируют их функционирование без участия человека.

Процесс управления осуществляется с участием зонального контроллера или серверного оборудования. Контроллер служит для образования сигнала на подключение группы уличных светильников.

Существует несколько способов коммутации между верхними и нижними уровнями:

1. Модемный канал. Связь выполняется по телефонной линии. Это самый финансово доступный способ коммутации. Прокладка выделенной линии - достаточно затратное мероприятие.
2. GSM-канал. Уличным освещением можно управлять при помощи системы глобального позиционирования или устройства, позволяющего точно определять время восхода и заката. Контроллер включается за 20 минут до заката и отключается за 15 минут до рассвета. Оборудование стоит недорого, однако сама связь будет стоить немалых денег.
3. LAN-канал. Способ связи, где блок управления и диспетчерский пункт контактируют через витую пару. Связь бесплатна, однако придется прокладывать кабель к каждому шкафу. Технология актуальна только при близком расположении оборудования разных уровней.
4. Радиоканал. Оборудование стоит дорого, связь бесплатна. Недостаток - неустойчивость к помехам.

Возможности автоматики

Автоматизированная система управления наружным светом позволяет решать целый ряд задач. Условно их можно разделить на две группы - управленческие функции и контрольные.

Функции управления:

1. Включение и выключение светильников.
2. Программирование работы приборов по времени или реакции датчиков.
3. Фазовые переключения на электролиниях.
4. Принудительная перезагрузка микропроцессоров в шкафе управления.

Функции контроля:

1. Проверка состояния линий подключения.
2. Контроль линий ввода.
3. Контроль работы контакторов и выходных автоматов-выключателей.
4. Наблюдение за приборами учета расхода электричества.
5. Мониторинг несанкционированного доступа в шкаф.
6. Проверка состояния линии.
7. Изучение неисправностей системы.
8. Слежение за наличием возгораний.

Системы управления уличным светом оснащаются встроенными источниками электропитания. Если отключается напряжение, система может работать еще не меньше часа. Во многих системах предусмотрена не только передача данных об изменениях параметров, но и дублированное сохранение информации.

Шкаф управления

Шкаф управления наружным освещением (ШУНО) - центральное звено системы, где сосредоточены все схемы, распределяющие нагрузки и контролирующие процесс освещения. Через шкаф осуществляется защита фотореле от замыкания и перепадов напряжения.

На схеме показана работа ящика управления, где 1 - электросчетчик, 2 - замок, 3 - защитный барьер, 4 - шкаф.

Главная задача шкафа - контроль за срабатыванием реле исходя из времени суток, управление с помощью пульта и регулировка яркости свечения после подключения реле.

Шкафы функционируют в таких управленческих режимах:

1. Местное управление (обычный таймер, астротаймер или иное определяющее устройство).
2. Каскадная система управления напряжением 220 В/50 Гц. Управление осуществляется по особому сигнальному проводнику от другого шкафа или пульта.
3. Местное управление.

Подбор режимов производится при участии имеющихся органов управления. В шкафах есть раздельный контроль ночного освещения (три однофазных линии) и дополнительное ночное освещение (три однофазных линии в электрощитах на 100 А и шесть в щитах на 250 А). Шкафы оснащаются внутренней подсветкой при помощи лампочки накаливания на 40 – 60 Вт.

Если позволяют финансовые возможности проложить кабель к каждому уличному светильнику с реле, один из шкафов размещают внутри здания, а второй - на въезде в участок. Однако щиты будут работать одновременно, в результате чего каждый блок станет потреблять электроэнергию как полноценный кабельный канал.

Рекомендуется такая схема: первый шкаф размещают у ворот, подключив к его контроллеру светильники с датчиками движения и фотореле. Второй шкаф устанавливается внутри дома. С него будет осуществляться дистанционный контроль (с помощью пульта).

Оптимальной будет следующая система: первый шкаф устанавливают у ворот, и подключают на его контроллер фонари с датчиками движения с фотореле, стоящие вдоль дорожки. Второй шкаф ставится непосредственно внутри помещения - отсюда будет вестись дистанционное управление. Схема простая: к каналу, который идет в блок контроля, подключены определенные светильники, а с пульта подается сигнал. Щит позволяет передавать команды для автоматического отключения тока по периметру участка.

Системы управления

Светильники с газоразрядными лампочками управляются традиционным образом. Для этого применяются балласт и балластное сопротивление. Технология основана на установлении предела мощности светотехнического оборудования. Ограничение - номинал.

Магнитный или индукционный балласт

Магнитные балласты (индукционные) работают по следующему принципу: ток выступает в качестве разжигающего элемента для газоразрядной лампочки. Индукционный балласт необходим для ограничения мощности источника света за счет сопротивления индуктивности.

Минус магнитных балластов: смещение фазы между напряжением и электрическим током, из-за чего меняется световой поток.

Для запуска реакции иногда используется так называемое импульсное зажигающее устройство. На картинке внизу показана схема с использованием ИЗУ.

Электронный балласт

Низкочастотные или высокочастотные электронные балласты квалифицируются как традиционный тип управления. В них отсутствует стартер. Благодаря электронному балласту улучшается эффективность светильника, так как уменьшается вес прибора и снижается расход электричества. Такие устройства отличаются низкой шумностью. Минус электронных балластов - искаженность гармоник, что ухудшает качество радиоволн. На рисунке внизу показана схема подключения электромагнитного ПРА.

За счет использования электронных балластов удается достичь качественного розжига лампочки и поддержания заданного уровня напряжения. Устройство обычно оснащается средствами дистанционного управления.

Недостаток электронных балластов в том, что лампы и фотоэлементы подвержены загрязнению, из-за чего отзывчивость устройства снижается. Возможны сложности с калибровкой датчика.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Требуемый микроклимат в помещении создается следующими системами инженерного оборудования зданий: отопления, освещения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Системы отопления служат для создания и поддержания в помещениях в холодный период года необходимых температур воздуха, регламентируемых соответствующими нормами. Таким образом, они позволяют разрешить лишь одну из задач по созданию и обеспечению микроклимата в помещении - необходимого теплового режима.

В тесной связи с тепловым режимом помещений находится воздушный режим, под которым понимают процесс обмена воздухом между помещениями и наружным воздухом. Системы вентиляции предназначены для удаления из помещений загрязненного воздуха.

Системы кондиционирования воздуха являются более совершенными средствами создания и обеспечения в помещениях улучшенного микроклимата.

Автоматизация освещения - очень важный элемент на производстве. Автоматизация освещения имеет два приемущества, первое - это экономия электроэнергии, то есть выключение освещения во время достаточного естественного освещения. Второе приемущество - это оптимальное освещение в производственном помещений. Недостаток освещения приводит к упадку сил, а так же к сонливости. В результате продутивность работы снижается.

1. Выбор и обоснование конфигурации обордувания

1.1 Формулировка задания

В данной работе рассматривается система автоматического управления отоплением, вентиляцией и освещением произвоственного помещения.

Управление поделено на три сегмента, которые будут в дальнейшем времени показаны на панели HMI. Управление осуществляется в автоматичиском или в ручном режиме. Система включается при нажатий кнопки START. Далее происходит выбор режима. Если нажата кнопка STOP, то все выходные элементы будут выключены.

Первый сегмент это отопление. Отопительная система должна работать так, чтобы в помещениях всегда было комфортно. Отопление помещения происходит методом конвекции, то есть нагретый воздух поднимается вверх. Воздух нагревается посредством радиаторов, в которых нагретая вода поступает по трубам из котла отопления.

Имеется датчик аналоговый температуры ТТ, установленный внутри помещения. Система отопления работает по двум режимам ZIMA и LETO, зависящий от времени года. После выбора режима включается KTL (котел). В холодное время года (ZIMA) нагревание включается если температура ниже 19 градусов, при достижений температуры 21 градусов нагревание отключается. При превышений температуры в 26 градусов включается CON (кондиционер). Оно выключается при температуре ниже или равной 24 градусов.

В теплое время года (LETO) работает так же. Но нагревание воды начинается если температура внутри помещения ниже 16 градусов, при достижений температуры 18 градусов нагревание отключается. При превышений температуры в 25 градусов включается CON (кондиционер). Оно выключается при температуре ниже или равной 23 градусов.

Так же можно управлять отоплением в ручную. Есть кнопка включения EN_H и выключения DIS_H нагревания воды. Кондиционирование так же можно включить EN_CON либо выключить DIS_CON.

Второй сегмент это освещение. На улице расположен аналоговый датчик освещенности DL. Освещение зависит от показания этого датчика. В помещение падает большое количество света с улицы. В комнате имеется два источника света вспомогательное освещение S_LED и основоное освещение M_LED. Если освещение на улице в диапазоне от 900 до 1200 люксов, то оба источника света будут выключены. При недостатке освещения, то есть если освещение ниже 500 люксов, после задержки в 30 секунд включается основное освещение. Если вспомогательное было включено, то оно выключится. Если освещение в диапазоне от 500 до 900, после задержки в 30 секунд включится вспомгательное освещение и выключится основное освещение если оно было включено. Так же его можно включить S_LED_ON и выключить S_LED_OFF в ручную. После наступления ночи, сделав задержку в 30 секунд включается основное освещение, если вспомогательное освещение было включено, то оно отключается. Оновное освещение так же можно включить M_LED_ON либо выключить M_LED_OFF в любое время в ручном режиме. Третий сегмент это вентиляция. Вентиляция происходит вытяжной системой. Которое включается периодический каждые пол часа. В помещений находится датчик углекислого газа DCO2. При величине до 400 ppm вытяжение не будет работать. При увелечений концентраций углекислого газа, если оно будет лежать в диапазоне от 400 ppm до 600 ppm и если таймер отсчитал свои 30 минут, то включается вытяжка воздуха на 5 минут. Если показания будут в диапазоне от 600 ppm до 1000 ppm и если таймер отсчитал свои 30 минут, то включается вытяжка воздуха на 10 минут. Есле же концентрация будет выше 1000 ppm и если таймер отсчитал свои 30 минут, то включается вытяжка воздуха на 15 минут. Вытяжение включается EXH_ON либо отключается EXH_OFF в ручном режиме кнопками.

1.2 Составление структурной схемы системы автоматизаций

Рисунок 1 - Структурная схема система автоматизаций

1.3 Выбор и обоснование выбора оборудования

Поскольку у нас 15 входных сигналов и 6 выходных сигналов, в качестве программируемого логического контроллера (PLC) было выбрано Siemens Simatic S7 314C-2PN/DP CPU (6ES7314-6EH04-0AB0). Потому что он компактный и со встройными модулями. А так же еще один резервный ПЛК. Резервный ПЛК нужен для того, чтобы работать в случае поломки первого процессора. На рисунке 2 изображена аппаратная часть ПЛК.

Характеристика:

Рабочая память 192 Кб.

Загружаемая память (MMC) - 8 МБ.

Время выполнения логических операций - 0.06 мкс:

Количество флагов/таймеров/счетчиков -2048/256/256.

Кол-во каналов ввода-вывода, дискретных/ аналоговых, не более - 16048/1006.

Встроенные интерфейсы - MPI / DP и ETHERNET PROFINET.

Встроенных дискретных входов/выходов - 24/16.

Встроенных аналоговых входов/выходов -4 AI (I/U) +1 AI (Pt100)/2 AO.

4 быстрых счётчика (60 кГц).

Блок питания PS 307; 5 A отличается следующими свойствами:

Выходной ток 5 A.

Выходное напряжение 24 в пост. тока; регулируемое, устойчивое при коротком замыкании и холостом ходе.

Подключение к однофазной системе переменного тока (номинальное входное напряжение 120/230 В перем. тока, 50/60 Гц).

Надежная гальваническая развязка в соответствии с EN 60 950.

Может быть использован как источник питания нагрузки.

В проекте будет использовано SIMATIC HMI Comfort Panel. SIMATIC HMI Comfort Panel -- это новая серия панелей оператора для решения широкого круга задач человеко-машинного интерфейса. Отсутствие вращающихся частей, небольшая монтажная глубина, высокая стойкость к вибрационным и ударным, а также электромагнитным воздействиям, степень защиты фронтальной части корпуса IP65 позволяют использовать панели этой серии в жестких промышленных условиях, успешно решать задачи оперативного управления и мониторинга на уровне производственных машин и установок.

Все панели этой серии оснащены:

Встроенным интерфейсом RS 422/RS 485 с поддержкой протокола PROFIBUS DP.

Встроенным интерфейсом PROFINET. В панелях операторов с диагональю экрана от 7” и выше этот интерфейс оснащен встроенным 2-канальным коммутатором Ethernet.

Двумя USB-Host портами и одним USB портом ведомого прибора.

Двумя отсеками для установки SIMATIC HMI SD карт.

Аудио входом и аудио выходом.

2-полюсным съемным терминальным блоком подключения цепи питания =24 В.

Они могут работать с программируемыми контроллерами:

S7-300/ S7-400/ WinAC с подключением через PROFIBUS DP или PROFINET;

В данном проекте будет использовано TP1200 Comfort, диагональ 12 дюймов.

Датчик освещенности DL.

Техническое описание.

Датчик освещенности имеет следующие характеристики:

Датчики для встраиваемых применений D15х40мм (LP01) / D30х6мм (LP02).

Встроенный кабель длиной от 2 до 15м (стандартная длина 2м).

Спектральная характеристика в области видимого света: 400…700нм.

Стандартные диапазоны измерения: 100, 1000, 10000 Люкс.

Выходной сигнал: 4-20мА с 2-х проводной схемой подключения.

Отличительной особенностью датчиков серии LP01 и LP02 является наличие встроенной платы преобразования сигналов фотоэлемента в ток 4-20мА, что позволяет передавать выходной сигнал без искажений на расстояние до 500м.

Датчик температуры TT.

Датчик температуры комнатный SIEMENS QAA2071 используется в системах вентиляции и кондиционирования воздуха для измерения и регулирования комнатной температуры. Датчик температуры QAA2071 выполнен на базе чувствительного элемента NTC и работает в диапазоне температур 0...50 °C

Таблица 1 - Техническое описание

Датчик DCO2.

Датчик DCO2 предназначен для измерения содержания CO2 воздуха в помещении. Датчики (кроме реле) комбинируют в современном корпусе измерение содержания СО2, относительной влажности (RH) и температуры (Т). Измерение содержания СО2 основывается на инфракрасном принципе.

Таблица 2 - Техническое описание

Напряжение питания	15…35 В пост. тока
Тип выхода	перекидное реле 0-10 В 4-20 мА
Диапазоны измерения CO2	0…2000 ррм 0…5000 ррм
Погрешность измерения CO2 (25°С)	<± (50ррм+2% от изм. знач.) <± (50ррм+3% от изм. знач.)
Диапазоны измерения влажности
Погрешность измерения влажности
Погрешность измерения темп.
Рабочая температура	20 … +60 °С
Температура хранения	20 … +60 °С
Относительная влажность

Твердотелое реле

Технические параметры:

Управление: пост.ток.

Управляющее напряжение, В 3…32.

Коммутируемое переменное напряжение, В 40…440.

Максимальный ток нагрузки, А 100.

Физические кнопки управления.

Характеристика:

Рабочее напряжение, В 24.

Ток нагрузки, А 10.

Температура работы, С -55...65.

Рисунок 2 - Конфигурация оборудования

1.4 Составление электрической схемы автоматизации

Рисунок 3 - Электрическая схема аналогового входа

Рисунок 4 - Электрическая схема дискретного входа\выхода

2. Составление блок схемы алгоритма и програмного обеспечения нижнего уровня на языке Step7 LAD, STL

2.1 Составление блок-схемы алгоритма программы

В первой части на рисунке 5 происходит опрос кнопок (физические кнопки или управление через HMI). Сначала происходит опрос кнопки STOP, если есть сигнал то все механизмы отключаются независимо от режима работы. Если сигнала нет, то происходит опрос кнопки START. При отрицательном состояний (она не нажата) цикл уходит в конец. Если есть сигнал о нажатий START, то выполняется вторая часть.

Во второй части на рисунке 6 происходит выбор режима работы (автоматический или ручной режим). Если есть сигнал AUTO, то выбирается режим автоматического управления и работа переходит в третью часть. Если сигнала нет то ПЛК делает опрос MANUAL. При положительном сигнале, управление осуществляется в ручном режиме и работа переходит в четвертую часть.

В третьей части на рисунке 6 происходит выбор режима работы отопления и кондиционирования, зависящий от времени года. После этого прооисходит опрос датчика температуры TT, далее управление зависит от значения этого датчика.

В четвертой части (рисунок 6) осуществляется опрос кнопок управления (физические кнопки или управление через HMI) в ручном режиме работы. В этой части исходя из сигнала кнопок происходит выключение либо включение исполнительных механизмов.

В пятой части (рисунок 6) ПЛК делает опрос датчика освещения DL, а затем исходя из его значений выполняется автоматическое управление освещением. После этого происходит опрос значений датчика углекислого газа DCO2, управление вытяжкой зависит от его значений.

Для удобства программирования алгоритма, он был поделен на отдельные функций. Порядок вызова функций организоционным блоком изображен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Структура прикладной программы

Рисунок 6 - Блок-схема алгоритма программы

Рисунок 7 - Блок-схема алгоритма программы

2.2 Составление таблицы символов

Для удобной работы тэги были разделены на несколько таблиц символов. На рисунке 7 изображен список этих таблиц. BIN_IN содержит 42 тэга которые используются для обработки дискретных входных сигналов. ANA_IN содержит тэги аналоговых входных сигналов. BIN_OUT содержит тэги дискретных сигналов. В Useful_tags находятся прочие тэги которые являются неотъемлемой частью алгоритма программы.

На рисунке 8, 9, 10, 11, 12 изображены непосредственно тэги применяемые на уровне программирования алогоритма автоматизаций.

Рисунок 8 - Группы тэгов

Рисунок 9 - Тэги BIN_IN

Рисунок 10 - Тэги BIN_IN

Рисунок 11 - Тэги ANA_IN

Рисунок 12 - Тэги BIN_OUT

Рисунок 13 - Тэги useful_tags

2.3 Составление программы на языке Step7 (STL)

Алгоритм работы программы в TIA Portal для автоматизаций отопления, кондиционирования, освещения и вентиляций приведен на языке STL:

Рисунок 14 - Функциянальные блоки программы

Рисунок 15 - Кнопка остановки системы

Рисунок 16 - Старт системы и выбор автоматического режима

Рисунок 17 - Масштабирование аналогового сигнала датчика температуры

Рисунок 18 - Масштабирование аналогового сигнала датчика освещенности

Рисунок 19 - Масштабирование аналогового сигнала датчика углекислого газа

Рисунок 20 - Выбор режима работы отоплени

Рисунок 21 - Включение нагревания воды (температура ниже 18)

Рисунок 22 - Выключение нагревания воды (температура больше 18)

Рисунок 23 - Включение кондиционера (температура больше 25)

Рисунок 24 - Выключение кондиционера (температура ниже 23)

Рисунок 25 - После обработки блока отопления, следующем вызывается блок автоматизация освещения

Рисунок 26 - Включение основного освещения (освещение ниже 500 лк)

Рисунок 27 - Включение вспомогательного освещения (освещение в диапазоне от 500 до 900 лк)

Рисунок 28 - Выключение всего освещения (освещение в диапазоне от 900 до 1200 лк)

Рисунок 29 - После обработки функций освещения следующем вызывается функция вентиляции

Рисунок 30 - Включение таймера ожидания проверки

Рисунок 31 - Включение вытяжения на 15 сек.(концентрация газа в диапазоне от 400 до 600 ppm)

Рисунок 32 - Включение вытяжения на 20 сек.(концентрация газа в диапазоне от 600 до 1000 ppm)

Рисунок 33 - Включение вытяжения на 25 сек.(концентрация газа больше 1000 ppm)

Если в начале выбора режима отопления был выбран режим ZIMA, то вызывается функция ZIMA и обрабатывается так же как и функция LETO. Отличия только в диапазонах температуры.

Рисунок 34 - Вызов функций ZIMA

Ручное управление выполняется в одной функций MANUAL. Вызывается в организоционном блоке если была нажата кнопка ручного управления. Ниже представленных рисунках изображены включения выходных элементов. Алгоритм выключения выполняется при таком же порядке, но результат RLO инвертируется.

Рисунок 35 - Вызов функций MANUAL

Рисунок 36 - Включение котела отопления

Рисунок 37 - Выключение котела отопления

Рисунок 38 - Включение обогревания

Рисунок 39 - Включение кондиционера

Рисунок 40 - Включение основного освещения

Рисунок 41 - Включение основного освещения

Рисунок 42 - Включение вытяжения

3. Создание диспетчерского пункта и реализация полной SCADA системы

3.1 Составление перечня тегов (HMI Tags) связи программы контроллера с объектами диспетчерского пункта

программный контроллер логический аналоговый

В разделе HMI Tags (рисунок 43) был создан список тегов для визуализации и управления технологическим объектом.

Рисунок 43 - Данные HMI Tags

3.2 Составление окон диспетчерского пункта (Screens) для HMI панели.

Окна диспетчерского пункта для HMI состоит из семи окон (рисунок 44). Root Screen (рисунок 45) - это окно которое открывается при включений HMI. В этом окне находятся три кнопки являющиеся ссылками на окна AUTOMATION, MANUAL, TRENDS.

Окно AUTOMATION (рисунок 46) состоит из панели управления в режиме автоматического управления. MANUAL (рисунок 47) - окно содержащее панель управления в режиме ручного управления.

TRENDS (рисунок 48) содержит графическое представление значений аналоговых входных сигналов.

Рисунок 44 - Окна диспетчерского пункта

Рисунок 45 - Окна диспетчерского пункта

Рисунок 46 - Окно автоматического управления

Рисунок 47 - Окно в режиме ручного управления

Рисунок 48 - Окно TRENDS

Рисунок 49 - Trend датчика температуры TT

Рисунок 50 - Trend датчика освещения DL

Рисунок 51 - Trend датчика углекислого газа DCO2

Заключение

Во время выполнения курсовой работы закрепил знания по курсу «Средства автоматизации технологического процесса ТЭК», развил навыки проектирования автоматизированных систем управления технологическими объектами, освоил основные свойства микропроцессорных систем, изучил структурное и програмное построение микропроцессорных систем и промышленных контроллеров, закрепил навыки программирования промышленных контроллеров.

В ходе выполнения данной работы произвел выбор конфигурации оборудования с учетом особенностей технологического объекта. Составил блок-схему алгоритма функционирования автоматизированной системы управлением микроклимата и написал програмное обеспечение нижнего уровня на языке STL. Реализовал полную SCADA систему для выбранного технлогического объекта.

Литература

1. А.А. Копесбаева, Е.С Ким. Средства автоматизации технологического процесса ТЭК. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 5B071600 - Приборостроение.- Алматы: АУЭС, 2016, - 23с.

2. Siemens AG. S7 300 Modul Data. Руководство.

3. Siemens AG. HMI Comfort Panel. Data sheet. Руководство.

4. Siemens AG. Датчик температуры комнатный. Руководство к экпслуатации. Landis & Staefa Division, 1996.

5. Датчики освещенности LP01 / LP02. Техническое описание.

6. Жаров С.А. Основы сетевой безопасности: Криптографические алгоритмы и протоколы. - ВРс.: Винтерфэл, 2012.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Разработка и обоснование функциональной схемы системы автоматического управления технологическим процессом. Расчет мощности электродвигателей. Выбор и компоновка шкафа электроавтоматики. Моделирование программного обеспечения в Logo Soft Comfort v6.0.

курсовая работа , добавлен 02.04.2013


Разработка алгоритма автоматизации технологического участка производственного предприятия машиностроительного профиля. Составление программы для реализации релейно-контактной схемы управления объектом на основе программируемого логического контроллера.

контрольная работа , добавлен 30.04.2012


Техническое обеспечение, расчет информационно-измерительного канала системы автоматического управления. Методическое обеспечение: описание модели АЦП, спектральный анализ на основе преобразования Фурье. Разработка прикладного программного обеспечения.

курсовая работа , добавлен 21.05.2010


Разработка автоматизированной системы управления технологическими процессами очистки, компримирования и осушки нефтяного газа на базе программируемого логического контроллера SLC-500 фирмы Allen Bradley. Расчёт системы автоматического регулирования.

дипломная работа , добавлен 06.05.2015


Разработка алгоритмов и блок-схем, описывающих процесс визуализации и модификации поведения нестандартных управляющих элементов. Описание принципов композиции и организации элементов управления, а также описание выбранного стиля и цветовой гаммы.

курсовая работа , добавлен 22.05.2012


Особенности работы с последовательным портом в среде Visual Studio. Тестирование работы протокола Modbus RTU в режиме Slave. Описание и технические характеристики программируемого логического контроллера Овен 100. Построение диаграммы передачи фреймов.

отчет по практике , добавлен 19.07.2015


Основные методы и уровни дистанционного управления манипуляционными роботами. Разработка программного обеспечения системы терминального управления техническим объектом. Численное моделирование и анализ исполнительной системы робота манипулятора.

дипломная работа , добавлен 09.06.2009


Функционально-модульная структура программного обеспечения контроллера домофона. Электронная схема электронного замка, модуля микрофона и динамика. Выбор комбинированного источника питания. Разработка программного модуля. Программа управления домофоном.

курсовая работа , добавлен 29.03.2017


Идентификация объекта управления на основе экспериментальных данных. Синтез информационно-управляющей системы и анализ ее характеристик: аналогового регулятора Смита и его цифровое перепроектирование, адаптация. Выбор микропроцессорного контроллера.

курсовая работа , добавлен 16.10.2013


Структура микропроцессорной системы, алгоритм ее управления и передачи сигналов. Карта распределения адресов. Разработка электрической принципиальной схемы и выбор элементной базы. Расчет потребляемого тока, блока питания, программного обеспечения.

Системы управления освещением представляют собой контроль над режимом работы, уровнем освещенности и другими параметрами электрического освещения. Разные способы изменения параметров света сегодня реализованы в «умных домах».

Виды

Системы управления освещением представлены в следующих видах:

• Местном. Этот способ используется в небольших помещениях и домах, реализован ручными переключателями и выключателями. расположено обычно возле входной двери в комнату дома на высоте около 1,5 м. В некоторых комнатах (санузел, кладовая) ручные выключатели целесообразнее устанавливать в соседних комнатах. Чаще всего там встречаются однополюсные выключатели с силой тока от 6 до 10 А.
• Централизованном. Представлено автоматами, которые устанавливаются в офисных или промышленных помещениях.

Системы управления освещением дома

• таким способом сегодня часто используется в домах. Он реализован благодаря щитку станций управления, который включен в цепи осветительной сети. Эта разновидность системы управления освещением дает возможность использовать пульт ДУ. В контрольном пункте иногда предусмотрена сигнализация.
• Автоматическом. Автономная разновидность системы управления освещением в помещениях предусматривает отсутствие участия человека. Может проводиться по графику или в зависимости от данных датчиков движения или освещенности.

Схемы управления светом из нескольких мест

Нередко при установке осветительной системы в зданиях может возникнуть необходимость во включении света в проходной комнате при входе в нее и выключении при выходе, расположенном с противоположной стороны.

Чтобы владелец дома не возвращался в начало коридора, существует технический вариант выхода из ситуации - управление освещением с 2 мест.

Существует целый список устройств, которые позволяют реализовать это в условиях дома:

• проходной выключатель. Представлен переключателем, где содержится 3-контактная группа (2 контакта подвижны, 3-й - нет). Во время нажатия на клавишу выключателя подвижный провод присоединяется к одному из неподвижных. Таким образом, обеспечивается возможность независимого контроля за одной лампой при помощи 2 выключателей. Особенность проходного выключателя - положение второго выключателя из схемы, а не самой кнопки устройства. Существует такая разновидность проходного выключателя, как сдвоенный - он позволяет включать и выключать свет из 2 мест не одним, а сразу двумя приборами. Внешне он представляет собой парное устройство в общем корпусе;

• крестовой (четырехконтактный) переключатель. Он используется, если контроля над одним или 2 источниками света с разных мест дома недостаточно. Монтаж 4 контактов устройства таков: первый и последний выключатель в цепи - проходные, а второй и третий - крестовые;
• бистабильное (двустабильное) реле. Дает возможность управлять светом из 2 и больше мест дома. Приспособление представлено электронной схемой, имеющей 2 состояния. Триггер контролируется поданным к входу импульсом. Используя такое реле, можно в качестве выключателей использовать кнопки, а схема ручного контроля над светом в здании позволяет подключить кнопки параллельно.

Контроль освещения с пульта

Беспроводное управление светом с пульта может быть реализовано своими руками. Можно использовать обычный инфракрасный пульт от телевизора. Схема контроля над светом в здании предполагает:

• использование микроконтроллера PIC16F628. Чтобы управлять осветительными приборами, в схеме есть аппаратный ШИМ. Его сигнал изолируется при помощи оптопары от силовых компонентов схемы;
• силовые компоненты схемы предполагают регулировку лампы (в этом случае - галогенной) посредством подачи постоянного тока. Несмотря на существующие недостатки такого подключения, оно будет менее шумным, чем симистор;

Управление светом с пульта

• модуль, принимающий ИК-лучи, работает с частотой 40 кГц. При установке в качестве приемника излучения RPM7140 дальность пульта будет составлять 40 м;
• для запитки схемы контроля над освещением в здании можно использовать старую зарядку от мобильного телефона. А управляющими кнопками тут могут стать неиспользуемые на телевизионном пульте кнопки телетекста.