Встраиваемая система автоматического управления котельным оборудованием

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК 5
1.1 Социально-экономические аспекты встраиваемых систем автоматического управления котельного оборудования 5
1.2 Виды котельных установок 5
1.3 Патентный обзор 10
2. ОПИСАНИЕ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО РЕШЕНИЯ 13
2.1 Оборудование и описание технологического процесса 13
2.2 Выбор технических средств для реализации встраиваемой системы управления 18
2.3 Разработка структурной схемы автоматической системы регулирования 27
2.4 Функциональная схема системы автоматизации регулирования температуры теплоносителя 29
2.5 Разработка принципиальной электрической схемы 32
2.6 Моделирование системы управления 35
3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОДА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ 48
3.1 Алгоритм работы с температурными данными и регулированием 48
3.2 Программный код процесса регулирования температуры 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А 67
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 68
ПРИЛОЖЕНИЕ В 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 70

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы исследования обусловлена растущими требованиями к энергоэффективности, экологической безопасности и надежности функционирования систем теплоснабжения в современных условиях. Котельные установки являются ключевым элементом инфраструктуры как промышленных предприятий, так и жилищно-коммунального хозяйства, обеспечивая отопление, горячее водоснабжение и технологические процессы. Вместе с тем, многие действующие котельные агрегаты эксплуатируются с использованием устаревших систем управления, что приводит к избыточному расходу топлива, повышенному уровню выбросов вредных веществ в атмосферу и снижению общего КПД оборудования. Внедрение современных встраиваемых систем автоматического управления позволяет решить эти проблемы за счёт точного регулирования технологических параметров, оперативного реагирования на изменения нагрузки и обеспечение устойчивой работы котельного оборудования.
Целью данной работы является разработка и исследование встраиваемой системы автоматического управления котельной установкой, обеспечивающей стабильное поддержание заданной температуры теплоносителя, повышение энергоэффективности и снижение эксплуатационных затрат.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Провести анализ существующих типов котельных установок и систем их автоматизации.
2. Изучить социально-экономические аспекты внедрения встраиваемых систем управления в котельном оборудовании.
3. Выполнить патентный обзор аналогичных технических решений.
4. Разработать структурную и функциональную схемы системы автоматизации.
5. Осуществить выбор технических средств (датчиков, контроллеров, исполнительных механизмов) для реализации системы.
6. Спроектировать принципиальную электрическую схему управляющего устройства.
7. Построить модель системы управления и провести её имитационное моделирование.
8. Разработать программный код управляющего алгоритма регулирования температуры теплоносителя.
Объектом выступает процесс теплогенерации в котельной установке, а субъект – встраиваемая система автоматического управления, предназначенная для регулирования температурного режима теплоносителя.
В работе применялись следующие методы:
– аналитический обзор научной и технической литературы;
– сравнительный анализ существующих решений;
– методы структурного проектирования систем автоматики;
– принципы разработки электронных схем и программного обеспечения для микроконтроллеров;

Весь текст будет доступен после покупки

1. ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
1.1 Социально-экономические аспекты встраиваемых систем автоматического управления котельного оборудования
Теплоэнергетика является очень значимой и ключевой сферой в нашей стране. Она имеет большое влияние, как в промышленных сферах, так и в бытовых, а потому всегда требует к себе большого внимания, в частности в области автоматизации.
В текущий момент основное внимание уделяется крупным теплоэнергетическим комплексам, чего нельзя сказать о маломощных котельных установках.
Особенно становятся всё востребовательнее автономные котельные установки, они прекрасно подходят для решения задач по обеспечению жилых и небольших производственных помещений горячей водой и отоплением, не имеющих возможности установить энергозависимое оборудование в связи с отсутствием газовых магистралей в определенной местности.
Поэтому было принято решение по модернизации автономной жидкотопливной котельной установки, за счет внедрения простого и многофункционального микроконтроллера для управления процессом, температурного датчика нового поколения, средств мониторинга, и современной автоматики, которые не требуют сложного монтажа и позволяют максимально точно в автоматическом режиме регулировать температуру в помещении, а также сократить расход топлива для нагрева теплоносителя, что, в свою очередь, также приведет к комфортной эксплуатации, сокращению расходов, и уменьшению вредных выбросов в атмосферу.
Также был проведён обзор источников [30] - [35] с целью анализа существующих решений.
1.2 Виды котельных установок
Котельной установкой является комплекс механизмов и устройств для выработки горячей воды или пара, посредством процесса сжигания топлива, которая состоит непосредственно из самого котла, а также из вспомогательных устройств.
Котельные установки подразделяются по назначению на три типа: энергетические; производственно-отопительные; отопительные.
Энергетические котельные установки - предназначены для выработки пара, для производства электрической энергии за счет его подачи на турбогенераторы в теплоэлектроцентралях. Помимо электроэнергии они также могут вырабатывать тепловую энергию, которой обеспечиваются системы горячего водоснабжения и отопления для промышленных и жилых объектов.

Рисунок 1 - Устройство энергетического котла
Основными составляющими элементами данного котла являются:
1. горелка;
2. стенки топки;
3. барабан;
4. отпускные трубы;
5. экраны с нижними коллекторами;

Весь текст будет доступен после покупки

1) Аппаратная платформа Arduino [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://arduino.ru/Hardware , свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения: 07.11.2025.
2) Гайдук А. Р., Беляев В. Е. Современные системы автоматического управления: примеры и задачи в MATLAB и Simulink / А. Р. Гайдук, В. Е. Беляев. – СПб. : Лань, 2021. – 480 с.
3) Горелки на дизельном топливе Lamborghini. Технический паспорт изделия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://teplo-energetika.ru/instruction/gorelki/Lamborghini_Eco_3_7_2_RU.pdf , свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения: 07.11.2025.
4) ГОСТ Р 34.215-2020 Системы автоматизации технологических процессов. Требования к программному обеспечению. – Введ. 2021-07-01. – М. : Стандартинформ, 2020. – 16 с.
5) ГОСТ Р 50739-2021 Машины для сжигания топлива. Общие технические условия. – Введ. 2022-07-01. – М. : Стандартинформ, 2021. – 12 с.
6) Дятлова Е. П. Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами : учебно-методическое пособие / Е. П. Дятлова. – СПб. : ВШТЭ СПбГУПТД, 2021. – 72 с.
7) Жидкотопливные котлы Ferroli, руководство по эксплуатации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.manualslib.com/manual/1176328/Ferroli-Gn1-N.html
8) Иванов А. А. Энергоэффективность и автоматизация в ЖКХ: практические решения / А. А. Иванов. – Москва : Форум, 2022. – 240 с.
9) Кашкаров А. П. Датчики и измерительные цепи в цифровых системах / А. П. Кашкаров. – Москва : ДМК Пресс, 2023. – 224 с.

Весь текст будет доступен после покупки