Автоматизована система керування тепловим пунктом

Abstract

Основна ідея проєкту полягає в модернізації теплового пункту шляхом переходу від неефективного ручного або напівавтоматичного керування до повністю автоматизованої комп'ютерно-інтегрованої системи. Головною інноваційною особливістю розробки є використання термоелектричних генераторів (ТЕГ), які працюють на основі ефекту Пельтьє. Вони перетворюють різницю температур теплоносія безпосередньо в електричну енергію, забезпечуючи повну автономність живлення контролерного обладнання без використання вразливих до вологості класичних джерел безперебійного живлення. Керуючий комплекс системи побудований на базі програмованого логічного контролера Siemens SIMATIC CPU 1217C, який збирає дані з первинних перетворювачів температури (ДТПS021) та витратомірів. Контур регулювання реалізує пропорційний закон, формуючи керуючий сигнал на частотний перетворювач Altivar 32, який, у свою чергу, гнучко змінює продуктивність асинхронного електродвигуна мережевого насоса відповідно до поточних потреб системи. Для реалізації проєкту були розроблені детальні схематичні рішення. Функціональна схема відображає архітектуру контурів теплоносія , структурна схема моделює динаміку проходження сигналів між елементами , а електрична принципова схема деталізує розподіл стабілізованої напруги 24 В постійного струму від ТЕГ до модулів ПЛК та панелі оператора, розмежовуючи слабкострумові кола від силової трифазної мережі 380 В. У роботі проведено ґрунтовний математичний апарат. Було розраховано передавальні функції для основних вузлів (як інерційних ланок першого порядку), побудовано перехідні та статичні характеристики. Аналіз характеристичного рівняння та перевірка за критерієм Гурвіца підтвердили абсолютну динамічну стійкість розробленої системи автоматичного регулювання. Метрологічний розрахунок каналу вимірювання температури довів високу точність системи: сумарна абсолютна похибка становить лише 0,27 °C. Верхній рівень управління реалізовано через розроблений графічний інтерфейс у SCADA-системі. Мнемосхеми забезпечують візуалізацію ключових технологічних параметрів у реальному часі, дозволяють оператору перемикатися між ручним та автоматичним режимами, а також ведуть автоматичний запис трендів та журнал аварійних подій для своєчасного реагування. Конструктивні та технологічні відмінності від аналогів: На відміну від традиційних теплових пунктів (елеваторних вузлів), які потребують стабільного зовнішнього електропостачання або ручного втручання, розроблена система є апаратно автономною в частині керуючої логіки завдяки ТЕГ. Технологічно, використання ПЛК у поєднанні з частотно-регульованим приводом забезпечує плавне "погодне регулювання", усуваючи інерційні стрибки тиску та зношування запірної арматури. Соціо-екологічні та економічні переваги: Економічно система окупається за 1–3 опалювальні сезони, оскільки дозволяє уникнути весняно-осінніх "перетопів", заощаджуючи 20–30% теплової та до 40% електричної енергії. У соціальному плані вона гарантує стабільний та комфортний мікроклімат для споживачів і виводить персонал із небезпечних умов праці до диспетчерських пультів. Екологічний ефект полягає у прямій декарбонізації: зниження споживання тепла кінцевим абонентом пропорційно зменшує спалювання викопного палива та викиди парникових газів на міських ТЕЦ.