猪舍供暖自动控制系统设计方案

供暖自动供暖自动供暖自动供暖自动监控系统监控系统监控系统监控系统设设设设计计计计方方方方案案案案2014201420142014年年年年6666月月月月18181818日日日日目录目录目录目录1、、、、供暖系统设计概述供暖系统设计概述供暖系统设计概述供暖系统设计概述...........................................................................................................................................12、、、、供暖系统设计原则供暖系统设计原则供暖系统设计原则供暖系统设计原则...........................................................................................................................................13、、、、供暖系统设计依据供暖系统设计依据供暖系统设计依据供暖系统设计依据...........................................................................................................................................14、、、、供暖系统设计阐述供暖系统设计阐述供暖系统设计阐述供暖系统设计阐述...........................................................................................................................................24.1系统结构说明系统结构说明系统结构说明系统结构说明..............................................................................................................................................24.2自动控制说明自动控制说明自动控制说明自动控制说明..............................................................................................................................................34.3相关设备说明相关设备说明相关设备说明相关设备说明..............................................................................................................................................64.4配置清单及报价配置清单及报价配置清单及报价配置清单及报价..........................................................................................................................................7供暖自动监控系统设计方案第1页共13页1、、、、供暖供暖供暖供暖系统设计概述系统设计概述系统设计概述系统设计概述进入冬季,由于气温下降,猪的生长性能降低、料重比升高,猪受凉易感冒、拉稀、咳嗽等,严重影响猪场的经济效益,因此在冬季必须做好猪舍的采暖和保温工作。赤峰、长岭猪舍地处我国东北北寒之地，冬季漫长寒冷，最低气温可以到－20℃。用户是通过热水管至散热器或地暖管的流动，以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式。我司自动供暖系统是通过混水泵将回水管的回水加到供水管，利用回水水温与供水水温的温差，经过混合后，调节供水温度达到猪舍单元内目标值恒定。2、、、、供暖供暖供暖供暖系统设计原则系统设计原则系统设计原则系统设计原则根据现行国家规范和业主对系统技术要求，我们对赤峰供暖自动控制系统的设计遵循以下的原则：先进性先进性先进性先进性：：：：由于计算机控制技术迅猛发展，供货商所提供的系统硬件和系统软件，在交货时应是目前最先进的产品，当更新到更先进的产品出现时，应和目前的产品保持兼容。可靠性可靠性可靠性可靠性：：：：在恶劣环境下能长期稳定运行，并具有抗各种干扰的能力，满足电磁兼容性和安全性的要求。系统的平均故障间隔时间≥10万小时。扩展性扩展性扩展性扩展性：：：：系统具有控制系统应具备一定的扩展能力，以便将来扩展网络服务范围的需要，系统可在日后任何地方加插现场控制器及操作员终端而不影响本系统操作；开放性开放性开放性开放性：：：：系统采用开放式结构，除了具有良好的网络通讯能力外，还应具有与其它控制系统通讯的功能和标准的对外通讯接口；易维护性易维护性易维护性易维护性：：：：控制系统易于维护，接线方便可靠；实用性实用性实用性实用性：：：：系统根据需求定制，可容纳不同控制管理的需要，不同类型的系统。3、、、、供暖供暖供暖供暖系统设计依据系统设计依据系统设计依据系统设计依据本系统设计是以业主需求为基础，并参照以下规范标准来进行设计的：《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）《过程仪表与控制-调节器与控制系统》(APIRP550)《工业控制系统机械标准》（NEMAIC56）供暖自动监控系统设计方案第2页共13页《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》（GB50168－92）《电气装置安装工程接地地装置施工及验收规范》（GB50169－92）4、、、、供暖供暖供暖供暖系统设计阐述系统设计阐述系统设计阐述系统设计阐述本着以上的设计依据和原则，结合国内设计成功的猪舍供暖方案和我司对猪舍环控系统集成的经验。根据赤峰设计图纸和业主需求，针对赤峰猪舍供暖布局规划，结合PLC控制特点，我司采用“分散控制分散控制分散控制分散控制，，，，集中管理集中管理集中管理集中管理”的原则。自动供暖系统以每栋猪舍为一个单元来控制，一套自动供暖系统最多能独立监控8组供回水网路。为了便于用户了解我司控制系统性能及控制特点，我司将以保育舍供暖自动控制系统为例来阐述。4.1系统结构系统结构系统结构系统结构说明说明说明说明根据业主猪场的设计图纸布局，将在保育室构建一套现场控制站，如图所示，该保育舍有4个单元的房间，每个房间有一组供回水网路。1#～4#每个单位所搭配的仪表是：每组供回水网路上安装两只温度传感器实时监测供回水温度。每组供回水网路上配两台高温电磁阀，做供回水流量压差调节，一个电子混水泵，调节供水温度。每栋猪舍配一只温度传感器监测实时室外温度。保育舍现场控制站的仪表统计如下：名名名名称称称称供供供供回水网路回水网路回水网路回水网路温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器高温电磁阀高温电磁阀高温电磁阀高温电磁阀混水泵混水泵混水泵混水泵保育舍44x2+1＝94x2=84x1=4供暖自动监控系统设计方案第3页共13页采用现场总线的方式，与保育舍4个单元房间内的环境控制器实时通讯，获得各房间温度。控制系统结构图如下：1ModBus2344.2自动控制说明自动控制说明自动控制说明自动控制说明我司采用混水压差控制法来实现，高效节能自动供暖其保育舍1单元房间供回水网路的控制流程图如下：供暖自动监控系统设计方案第4页共13页旁通管上安装SCT103混水泵，前段为一次供回水，其管路上安装两台FC101、FC102高温电磁阀，旁通管后端为二次供回水，其管路上安装TE102、TE103两只温度传感器。下面简单叙述下自动供暖系统怎么调节供回水温度来保证猪舍单元内保持30℃左右的。假定热水供暖系统在稳定状态下连续运行，则系统的供热量在不包括管网沿途热损失的情况下，等于房间散热器的散热量，同时也应等于供暖热用户的耗热量。基于这一热平衡的基本原理，供暖系统采用的散热设备主要是对流散热器，系统在稳定连续运行的情况下，则有如下的热平衡方程式：其Q1供暖热负荷、Q2室外温度tW下散热器散热量、Q3室外温度tW下热水供热量、q房间室内温差1℃下1m3的耗热量、V房间体积、tW室外温度、tn室内温度、tg供水温度、th回水温度。根据热平衡原理，自动供暖系统是在室外温度变化中，保证室内温度tn不变，实际就是保证保育舍1单元保持在30℃左右。供暖系统调节时，实际供暖热负荷与设计热负荷之比，称为供暖热负荷比。在传热原理下，忽视外界风向、风速、太阳等天气的影响，供暖热负荷比近似等于室内外温差比。供暖系统设计的散热器面积与实际需要的散热面积相同情况下，则供暖热负荷比也等于对应散热器平均温差比的1＋N次方。如下方程式所示：也推演出供暖系统运行中，在供水实际流量与设计流量条件大体一致下，供暖热负荷比也等于供回水温差比。所以自动供暖系统只需调节供水温度达到要求，就能满足房间所需热负荷，也能保证保育舍1单元保持在30℃左右。1'''1''(2)(2)bghnghnwbnwghnghtttttttQGttttttt+--++---===-+--供暖自动监控系统设计方案第5页共13页自动供暖系统通过混水泵来调节供水温度达到所需值的，混水泵是利用高温出水与低温回水相混合的方式实现。两个水流流量与温度决定了供暖系统供水的“混合”温度。其混水公式如下所示：T＝(tg*fg+th*fh)/(fg+fh)根据实时采集的TE101室外温度、TE103回水温度和环控器传来的室内温度，能实时算出tg供水温度目标值。通过TE102供水温度与目标值进行差值PID运算，可以得出在PID的T周期内的混水比，来运行SCT103混水泵调节供回水混水。根据混水比大小，选择SCT103混水泵的输出功率，调节二次供回水混水比。由于温度调节属于大滞后调节系统，实际的温度值会存在一定范围的惯性。也就是说调节供水温度到80℃，当系统采集到实时温度到80℃时停止调节，实际温度还会按调节趋势继续向前，有可能在87℃左右在停止，这就是系统超调。为了防止这种情况，更快速精确调节出符合的供水温度，除了整定合适PID微积分参数的微分D参数，还需把PID运行周期T三段划分，采用三段调节发，其中T1T2T3时间。系统T1时间内,SCT103混水泵这段时间中通过大比例K系统使供水温度TE102有迅速接近供水温度目标值的趋势。为了减小温度滞后的惯性，PID的运行到T2时间时，系统通过小比例K参数，系统调节SCT103混水泵运行频率，稳定供水温度TE102在T2时间内到达供水温度目标值。PID的运行到T3时间时，系统通过1:1比例K参数防止出现超调，让实际供水温度TE102只高于目标值tg±2℃。FC101、FC102电磁阀的有三个功能：
当SCT103混水泵运行时，通过FC101、FC102阻力变化调节流量，来补偿SCT103混水泵调节引起的流量变化，平衡进回水流量，保持进回水压差不变，保持供回水管网的水力平衡；
当用户所需流量减小时，通过FC101、FC102使多余的热水通过旁通管，达到减小用户流量的目的，反之，减小旁通管流量，达到增大用户流量的目的。当用户停止供暖或维护时，可以通过FC101、FC102关断网路；
SCT103混水泵出现调节失调，即调节多个周期后，未出现供水温度TE102变化的趋势。系统通过FC101、FC102，不间断持续开关，增大减小供回水温差，控制散热器的散热量，使保育舍1单元房间温度稳定在30℃左右。供暖自动监控系统设计方案第6页共13页4.3相关设备说明相关设备说明相关设备说明相关设备说明PLCPLCPLCPLC（（（（可编程控制器可编程控制器可编程控制器可编程控制器））））MDC-100是新一代的高性能、性价比很高的可