Проект системы автоматического управления приточно-вытяжной вентиляционной установкой

В ходе работы была разработана система управления приточно-вытяжной вентиляционной установкой офисного помещения. Система обеспечивает поддержание заданной температуры в помещениях, а так же осуществляет защиту оборудования от повреждения.
В первой главе была произведена классификация систем автоматического управления. Были выделены методы автоматического управления, их достоинства и недостатки.
Во второй главе была проведена разработка системы управления приточно-вытяжной установкой. Были сформулированы требования к проектируемой системе:
 обеспечение безопасности функционирования объекта;
 обеспечение заданных значений параметров технологического процесса;
 достижение оптимальной загрузки (использования) оборудования;
 оптимизация режимов работы технологического оборудования.
Так ...

ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. Классификация и анализ систем автоматического управления 6
1.1 Анализ современных методов автоматического управления. 9
1.1.1 Коэффициент передачи 9
1.1.2 Постоянство параметров и условий 11
1.1.3 Переменные коэффициенты передачи 12
1.1.4 Упреждающее управление 14
1.1.5 Уравнения упреждающего управления. 17
Глава 2. Разработка системы управления приточно-вытяжной установкой 19
2.1 Требования к проектируемой системе 19
2.2 Описание алгоритмов 22
2.2.1. Последовательность запуска системы и поддержание температуры воздуха. 22
2.2.2. Поддержание заданных значений температуры приточного воздуха 24
2.2.3. Аварийное отключение системы вентиляции 25
2.3 Обоснование и выбор программного обеспечения 26
2.3.1. CitectSCADA 26
2.3.2. InTouch 26
2.3.3. TraceMode 27
2.4 Обоснование ивыбор информационного обеспечения 34
2.5 Обоснование и выбор технического обеспечения 36
2.6 Руководство пользователя 37
2.6.1. Включение и выключение вентиляционных установок в автоматическом режиме. 37
2.6.2. Описание режимов параметров системы. 39
2.6.3. Описание управления работой вентиляторов. 41
2.6.4. Описание управления регулирующего клапана 45
Глава 3. Экономическое обоснование проекта и анализ опасных факторов. 51
3.1 Расчет себестоимости разработки программного продукта 51
3.1.1 Расчет трудоемкости разработки программного продукта 52
3.1.2 Расчет основной и дополнительной заработных плат разработчика 54
3.1.3 страховые взносы в пенсионный фонд 55
3.1.4 Прочие прямые затраты 55
3.1.5 Накладные расходы 56
3.1.6 Общая смета затрат 57
3.2 Расчет экономической эффективности внедрения программного продукта 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 73

В ходе работы будет разработан проект системы автоматического управления приточно-вытяжной вентиляционной установкой офисного помещения. Система будет обеспечивать заданную температуру воздуха в помещении, защиту оборудования системы отопления от замерзания. Используя выбранное ПО, будет создана SCADA система и инструкция для оператора.
Целью работы является разработка системы управления приточно-вытяжной вентиляционной установкой офисного помещения. В настоящее время система работает в ручном режиме. Регулировка температуры в помещениях производится дежурным оператором, путем регулирования кранов на входе конвекторов приточной вентиляции. Главным недостатком такой системы является высокая нагрузка на дежурного оператора, а так же, отсутствие защиты от замерзания. В зимнее время поток холо дного воздуха с улицы может вызвать обледенение и повреждение теплообменников, установленных в каналах приточной вентиляции.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Рассмотреть современные методы автоматического управления.
2. Разработать технические требования на проектируемую систему. Рассмотреть алгоритмы работы.
3. Провести выбор оборудования и ПО.
4. Реализовать SCADA систему диспетчеризации, инструкцию оператора.
5. Рассмотреть экономическую эффективность проекта и провести анализ опасных факторов.
При выполнении работы использовались труды следующих авторов:
1. Кангин В.В. Аппаратные и программные средства систем управления. Промышленные сети и контроллеры.
2. Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП.
3. Пантелеев, В.Н. Основы автоматизации производства.

Глубина тренда ограничивается только объемом накопленного архива встроенной промышленной СУБД SIAD/SQL™ 6 по данному параметру. Удобная система навигации позволяет просматривать состояние технологического процесса за произвольный временной интервал, увеличивать выделенный участок тренда, добавлять в процессе работы со SCADA новые перья. На одном тренде с общей полосой прокрутки времени может отображаться неограниченное количество дискретных и аналоговых параметров АСУТП. Для каждого параметра настраивается не только цвет линии, но и ее стиль. Интервалы недостоверности значения параметра, возникающие, например, в случае потери связи SCADA с датчиком, могут отображаться особым цветом и стилем. Точное значение контролируемых параметров в определенный момент времени можно узнать с помощью визира одним нажатием мыши. Внешний вид и набор доступных элементов навигации настраивается индивидуально для каждого тренда. [3]В SCADA системе TRACE MODE 6 стал возможен принципиально новый подход к созданию мнемосхем – поддержка всплывающих (Pop-Up) окон. Всплывающие окна SCADA TRACE MODE 6 располагаются поверх окна основной мнемосхемы и служат вспомогательными элементами. Одновременно может быть открыто несколько всплывающих окон, причем с ними можно работать, как с обычными окнами Windows: перемещать, изменять размер, закрывать, переводить на передний план или перекрывать другим Pop-Up окном. SCADA TRACE MODE обладает собственным генератором отчетов, позволяющим в реальном времени быстро создавать ясные и полнофункциональные HTML-отчеты. Генератор отчетов встроен в некоторые исполнительные модули (ДокМРВ+), а также существует в качестве выделенного сервера (Сервер документирования). Шаблоны отчетов создаются в Редакторе шаблонов Интегрированной среды разработки SCADA TRACE MODE. Редактор шаблонов - это WYSIWYG инструмент, обладающий широкими возможностями иллюстрирования отчетов, и глубоко интегрированный с системой программирования SCADA TRACE MODE. [3]SCADA TRACE MODE 6 обладает собственной высокопроизводительной промышленной СУБД реального времени SIAD/SQL™ 6 оптимизированной на быстрое сохранение данных. Архивные данные SIAD/SQL™ 6 не только быстро сохраняются, но и подвергаются статистической обработке в реальном времени, а также могут отображаться на мнемосхемах SCADA и использоваться в программах наравне с данными реального времени. [3]В шестой версии SCADA TRACE MODE технологии горячего резервирования поднялись на новую высоту. Теперь в проекте SCADA можно автоматически создавать не только дублированные (Double Force), но и троированные (Tri Force) узлы. Особое внимание в SCADA TRACE MODE 6 уделено возможностям интеграции с базами данных и другими приложениями. Поэтому в эту SCADA встроена поддержка наиболее популярных программных интерфейсов: ODBC, OPC, DDE. Для облегчения настройки взаимодействия с внешними базами данных в интегрированную среду разработки TRACE MODE встроен редактор SQL-запросов. Кроме того, существует возможность подключения компонентов ActiveX, что свидетельствует о высокой степени открытости SCADA-системы TRACE MODE 6.Сведем основные параметры SCADA систем в таблицу 2.1.Таблица 2.1 – Сравнение основных параметров SCADA-системПараметрCitect InTouchTRACE MODEКомпонентыСреда разработки + лицензируемые модулиInTouch Development, InTouch Runtime, InTouch Read-OnlyCистема программирования контроллеров; система разработки распределенной АСУТП; среда разработки TM6.ОтчетыПериодически или по запросу. CitectSCADA Reports.ЕстьЕстьТревогиДа, со звуковым сопровождением и анимациейОтображение распределенных алармов (сигналов тревог и событий)Система управления тревогами МРВ, приоритеты тревогИнтерфейсыOPC DA, OPC HDA, OPC AE, DDEOPC, DDEOPCМасштабируемостьНеограниченное количество точекДо миллиона точекдо 64000 точекЯзыкМногоязыковая поддержкаМногоязыковая поддержкаМногоязыковая поддержкаСредства создания мнемосхемЛинии, фигуры, изображения, 3D трубы, технологическое оборудованиеУлучшенная графическая библиотека Symbol Factory и новая библиотека графических символов SmartSymbolsСвыше 1000 графических изображений; свыше 600 анимационных объектов;СкриптыЯзык программирования CiCode (более 1000 функций). Также есть CitectVBA.Сценарии QuickScriptsАлгоритмы управления на языках стандарта IEC 61131-3ТрендыТренды с несколькими переменными, масштаб от 10мс до несколько часов.ЕстьТренды реального времени и исторические неограниченной глубиныПоддержка WebВеб-клиентЕстьЕстьПоддерживаемые базы данныхMSSQL, ODBCMS SQL Server 2000/2005 или MSDE 2000ODBCЦена за 500 точек3 400 Euro2000$31744 рубРезервированиеВстроенное резервирование, сетевые соединения и связиРезервированные АСУТП и системы телемеханикиИз таблицы 2.1 ясно следует преимущество SCADA системы TraceMode. При минимальной цене TraceMode обладает значительными функциональными преимуществами для реализации проектов с небольшим числом точек (не более 500). 2.4 Обоснование и выбор информационного обеспечения Комплекс программ TRACE MODE 6 можно разделить на 3 части. Интегрированная среда разработки проекта (ИС) – единая программная оболочка, содержащая все необходимые средства для разработки проекта.Под проектом в TRACE MODE 6 понимается вся совокупность данных и алгоритмов функционирования распределенной АСУТП.Итогом разработки проекта в ИС является создание файлов, содержащих необходимую информацию об алгоритмах работы АСУ. Эти файлы затем размещаются на аппаратных средствах и выполняются под управлением исполнительных модулей TRACE MODE. [3]Исполнительный модуль – программные модули различного назначения, под управлением которых в реальном времени выполняются составные части проекта.Драйверы обмена – драйверы, используемые мониторами TRACE MODE для взаимодействия с устройствами, протоколы обмена с которыми не встроены в мониторы.Монитор реального времени (МРВ) - это мощный сервер реального времени - основной элемент распределенной АСУ TRACE MODE. Предназначен для сбора данных с УСО через встроенные и пользовательские драйверы, OPC и DDE клиенты, математической обработки, осуществления непосредственного цифрового и супервизорного управления, генерирования алармов, ведения отчета тревог, визуализации техпроцесса на мнемосхемах, осуществления сетевого обмена с другими узлами проекта, поддержки обмена с клиентскими модулями TRACE MODE через DCOM, обмена данными с независимыми приложениями через OPC и DDE серверы, а также для осуществления информационного обмена с внешними базами данных.Минимальное время реакции монитора реального времени составляет 0,001 с. Архитектура TRACE MODE обеспечивает высочайшую производительность в реальном времени. МРВ способен принимать данные через 32 последовательных порта. На его базе возможно создавать системы, работающие в режиме горячего резервирования. Для МРВ существуют драйверы к более чем 300 контроллерам и УСО наиболее используемых в АСУТП России. Драйверы к наиболее популярным контроллерам встроены в МРВ. [3]Документация о ходе технологического процесса может создаваться тремя основными способами: 1. С использованием MS Office или любой другой внешней программы, поддерживающей интерфейсы DDE, OPC и ODBC; 2. При помощи Локального сервера документирования TRACE MODE; 3.При помощи Глобального сервера документирования TRACE MODE.Локальный сервер документирования работает на одном ПК с МРВ и NetLink МРВ. Сервер принимает данные от МРВ, обрабатывает их в соответствии с пользовательскими сценариями и генерирует на их основе отчеты произвольной формы. Отчеты могут включать данные как реального времени, так и исторические. Информация может быть представлена в текстовом, табличном виде, а также в виде трендов. Готовые отчеты можно выводить на принтер по команде оператора, по событию или по временному условию.Таким образом для реализации проекта потребуется:1. Монитор реального времени (МРВ) 6.09 для Windows на 511 каналов. Исполнительный модуль. Русская версия. Профессиональная линия. Включает сервер реального времени, графическую консоль и сервер тревог. Драйверы контроллеров и УСО. OPC и DDE клиенты. DDE сервер. SQL/ODBC-драйвер. Продукт лицензируется на 1 ПК. Код RTM-6-512-P-RU-WIN.2. Глобальный сервер документирования 6.09 для Windows на неограниченное число шаблонов. Исполнительный модуль. Русская версия. Профессиональная линия. Включает мощную систему подготовки иллюстрированных документов в реальном времени, поддержку протокола I-NET для связи с серверами TRACE MODE 6 и T-Factory 6, SQL/ODBC-клиент для связи с любой реляционной СУБД (MS SQL Server®, Access®, Oracle®, Sybase®, SAP® и т.д.), OPC/DDE клиент для связи со SCADA-системами других производителей. Продукт лицензируется на 1 ПК. Код DOC-G-6-UT-P-RU-WIN-U.3. Пакет драйверов для связи с контроллером.4. Пакет Microsoft Office 2013для работы с документами отчетов.5. Операционная система Windows 8. 2.5 Обоснование и выбор технического обеспеченияДля работы программного обеспечения выбранного в предыдущем разделе подойдет компьютер средней производительности на базе процессора Intel Core i5. Объем ОЗУ не менее 4 Гб. Для установки TraceMode в выбранной конфигурации потребуется 120 Гбайт на жестком диске, включая СУБД. Видеоадаптер должен обеспечивать разрешение 1920х1200 с поддержкой Open GL 1.1+.Учитываю тяжелые условия эксплуатации АРМ выберем промышленный компьютер HP ProDesk 600 G1 MT. Технические характеристики:Процессор Intel Core i5 4570, частота 3.2 ГГц (3.6 ГГц, в режиме Turbo), четырехъядерный;Чипсет материнской платы Intel Q85;Оперативная память DIMM, DDR3 8192 Мб 1600 МГц;Графический адаптер интегрированный, Intel HD Graphics 4600;Жесткий диск 1000 Гб, 7200 об/мин;Оптический привод DVD-RW;Gigabit Ethernet;Операционная система Windows 7 Prof. 2.6 Руководство пользователя 2.6.1. Включение и выключение вентиляционных установок в автоматическом режиме.Включение приточных вентиляционных установок следует производить за 10-15 мин до прихода в помещение персонала, поскольку системе потребуется время для установления в помещении заданных климатических условий.[1]Для каждого помещения в отдельности задаются климатические параметры. После ввода параметров система будет поддерживать их. Для каждого помещения есть возможность контроля следующих параметров на соответствующей экранной форме:Температура в помещении;Температура подачи теплоносителя;Температура теплоносителя в обратном контуре;Объем подачи приточного воздуха.Сигналы, значение которых приводит к срабатыванию аварийной защиты технологического оборудования (сигналы защиты) или к автоматическому включению или отключению технологического оборудования (сигналы управления), поступают от датчиков в контроллер. [1]Сигнал может быть дискретным, то есть имеющим только 2 значения – ЕСТЬ или НЕТ или может быть аналоговым, то есть иметь возможность плавного изменения от 0 до максимального значения сигнала. Поступившие в контроллер сигналы обрабатываются программой контроллера и, в зависимости от режима параметра, могут вызвать срабатывание аварийной защиты или управления. Также в зависимости от режима параметра оператор получает предупредительную или аварийную сигнализацию на экране компьютера. Данный алгоритм описывает способы обработки поступающих в контроллер сигналов и результаты их обработки программой контроллера. У параметров могут быть режимы:норма;испытательный;недостоверность.Режимы могут задаваться только по команде оператора. У аналоговых параметров также может присутствовать сигнализация:минимальная;минимальная аварийная;максимальная;максимальная аварийная.У дискретных и аналоговых параметров также присутствует сигнализация неисправность.Обработка параметра защиты или управления зависит от заданного оператором режима и от значения параметра. Для аналоговых параметров значение полученного сигнала сравнивается с уставками, заданными для этого сигнала. Уставки – это значения соответствующего параметра, которые задаются инженером-технологом и определяют технологический процесс. [1]Если значение сигнала меньше уставки (для сигнализации минимальная и минимальная аварийная), или значение сигнала больше уставки (для сигнализации максимальная и максимальная аварийная), то у параметра внутри алгоритма возникает соответствующая сигнализация.Далее, если у параметра задан режим норма, то эта сигнализация передается оператору на экран компьютера и используется в алгоритме для дальнейшей обработки. Если у параметра задан режим испытательный, то эта сигнализация передается только оператору на экран компьютера, в алгоритм сигнализация не передается. В режиме параметра недостоверность сигнализация не передается ни оператору, ни в алгоритм. Сигнализация неисправность появляется у сигнала (дискретного или аналогового), если алгоритм устанавливает, что сигнал не верен (отсутствует связь с модулем или аналоговый сигнал выходит за пределы 4...20 мА), при этом данная сигнализация всегда передается оператору на экран компьютера и запрещает передачу всех других сигнализаций (минимальная и т.д.) по этому параметру оператору и в алгоритм независимо от режима параметра. [1]2.6.2. Описание режимов параметров системы.Режим норма является основным (рабочим) режимом.В режиме испытательный возникает необходимость, когда оператору требуется проверить правильность выдачи алгоритмом сигнализации о срабатывании уставок по данному параметру, однако, останов технологического оборудования на время проверки не требуется (например, при проверке защит). В этом режиме сигнализации минимальная, максимальная, минимальная аварийная, максимальная аварийная передаются только оператору на экран компьютера в виде желтого (красного) цвета изображения параметра (или других изображений) и звукового сигнала, однако, сигналы аварийной защиты или управления технологическим оборудованием при этом не выдаются. Режим недостоверность предназначен для исключения данного параметра из работы программы. В этом режиме сигнализации минимальная, максимальная, минимальная аварийная, максимальная аварийная не передается ни оператору на экран компьютера, ни в алгоритм.Режим параметра может быть изменен только по команде оператора в любой момент времени.Для аналогового параметра заданы уставки, описание которых приведено в следующей таблице 2.2.Таблица 2.2 – Уставки аналогового параметра.НаименованиеОписаниеМинимальнаяТехнологическая или предупредительная минимальная уставкаМаксимальнаяТехнологическая или предупредительная максимальная уставкаМинимальная аварийнаяАварийная минимальная уставкаМаксимальная аварийнаяАварийная максимальная уставкаМинимальная аварийная времяВремя, в течение которого значение контролируемого сигнала должно быть ниже уставки минимальная аварийная, чтобы начал выполняться алгоритм защиты или управления по данному параметру.Максимальная аварийная времяВремя, в течение которого значение контролируемого сигнала должно быть выше уставки максимальная аварийная, чтобы начал выполняться алгоритм защиты или управления по данному параметру.Для каждого аналогового параметра существует свой набор уставок, определяемый особенностями технологического процесса. Для дискретного параметра присутствуют все режимы, однако, из уставок могут присутствовать только временные уставки.Для аналогового параметра определены сигнализации, описание которых приведено в таблице 2.3.Таблица 2.3 – Сигнализация аналогового параметра.НаименованиеУсловие возникновенияНеисправностьДатчик неисправен или отсутствует связь с модулем ввода или отсутствует связь с корзиной ввода-выводаМинимальнаяЗначение параметра меньше уставки минимальнаяМаксимальнаяЗначение параметра больше уставки максимальнаяМинимальная аварийнаяЗначение параметра меньше уставки минимальная аварийнаяМаксимальная аварийнаяЗначение параметра больше уставки максимальная аварийнаяИнформация о возникновении вышеперечисленных сигнализаций передается оператору на экран компьютера в виде изменения цвета и звуковой сигнализации, при этом алгоритмом производится удержание активного состояния на время не менее 3 секунд для гарантированной фиксации сигнализации в сводке событий.2.6.3. Описание управления работой вентиляторов.Отображение работы вентилятора на экране компьютера заключается в изменении цвета его изображения в зависимости от текущего состояния. Алгоритм различает следующие состояния вентилятора:- отключен;- включен.Алгоритм, кроме основного признака состояния вентилятора, различает еще дополнительное состояние (статус), которое помогает уточнить работу вентилятора. Статус бывает:- пуск;- стоп;- авария.Управление вентилятором осуществляется командами "Пуск", "Стоп", "Деблокировка", подаваемыми оператором или из алгоритма. Особенности выполнения команд, а также изменение состояния и статуса вентилятора зависят от режима вентилятора. Различаются следующие режимы:- автоматический;- дистанционный;- по месту.Режимы могут изменяться только по команде оператора.В дистанционном режиме управление вентилятором осуществляется по командам оператора из SCADA. При выдаче команды "Пуск" алгоритм сигнализирует статусом пуск на 2 секунды. При выдаче команды "Стоп" алгоритм также сигнализирует статусом стоп на 2 секунды. Проверка состояния вентилятора при этом не происходит. Самопроизвольное изменение состояние вентилятора, которое может возникнуть, в том числе и при местном управлении, не фиксируется как ошибка. Статус авария в дистанционном режиме управления вентилятором никогда не появляется.В автоматическом режиме управление осуществляется из алгоритма и оператором. Оператор может выдать команды на пуск, стоп вентилятора. Из алгоритма вентилятор может остановиться по защите (авария). Пуск или стоп вентилятора оператором или из алгоритма приводит к возникновению статуса пуск или стоп. Отсутствие подтверждающего сигнала об изменившемся состоянии вентилятора (при пуске или при стопе) в течение 2-х секунд приводит к статусу вентилятора авария. Самопроизвольное изменение состояния вентилятора (включение или отключение) или выход параметров защиты за уставки при состоянии вентилятора включен также фиксируется как авария. При фиксации статуса авария на "стоповое" реле подается сигнал, который приводит к невозможности включения вентилятора. Управление вентилятором из алгоритма и с местных органов управления невозможно. Сигнал стоп с реле снимается после исчезновения условий, вызвавших аварию (аварийные защиты), и подтверждения оператором аварии – команда "Деблокировка".При переводе вентилятора в режим дистанционный происходит снятие статуса авария и сигнала со "стопового" реле.В режиме по месту команды на вентилятор выдаются только при помощи местных органов управления.Состояние включен у вентилятора соответствует наличию сигнализации включен, состояние отключен у вентилятора соответствует отсутствию сигнализации включен. Состояние вентилятора не зависит от команд и прочих условий и всегда соответствует реальному значению сигнализации.Статус пуск у вентилятора возникает при выдаче команды "Пуск" оператором или из алгоритма. Статус пуск сигнализирует о выполнение команды "Пуск". Статус пуск исчезает автоматически через 2 секунды при пуске в дистанционном режиме. В автоматическом режиме включение вентилятора фиксируется после изменения состояния вентилятора на включен и достижения параметрами, по которым предусмотрено время выхода на рабочий режим, значений норма. Если у вентилятора в автоматическом режиме за 2 секунды состояние не изменилось на включен или за время, равное уставке, соответствующие параметры не приняли нормальные значения, статус пуск изменяется на статус авария.Статус стоп у вентилятора возникает при выдаче команды "Стоп" оператором или из алгоритма. Статус стоп сигнализирует о выполнение команды "Стоп". Статус стоп аналогично статусу пуск в режиме дистанционный исчезает через 2 секунды, а в автоматическом режиме - если в течение 2-х секунд вентилятор не изменил свое состояние на отключен, статус "Стоп" изменяется на статус "авария". Давление на выкиде при этом не контролируется.Статус авария возникает в автоматическом режиме при неудачном выполнении команды "Пуск" или "Стоп" (см.