Исполнитель: Валуй Роман Андреевич, 541 об
Научный руководитель: Ожигова Нина Михайловн
Тема: Теплосчетчики и тепловычислители
Ход работы:
1. Устройство, принцип действия, характеристики теплосчетчиков, тепловычислителей, счетчиков тепла
1.1 Алгоритмы расчета количества теплоты
1.2 Состав теплосчетчиков
2. Тепловычислители СПТ962. Аннотация
2.1 Назначение и область применения
2.1.1 Соответствие стандартам
2.1.2 Функциональные возможности
1. Теплосчетчик и тепловычислитель. Устройство, принцип действия, характеристики теплосчетчиков, тепловычислителей, счетчиков тепла.
Теплосчетчик -- средство измерения, предназначенное для определения количества теплоты. Количество теплоты обычно выражается в гигаджоулях (ГДж) или гигакалориях (Гкал), 1 Гкал = 4,1868 ГДж.
Тепловычислитель -- это прибор для измерения и регистрации параметров теплоносителя и тепловой энергии в водяных системах теплоснабжения.
Тепловычислитель регистрирует объём прошедшей по трубопроводу воды, температуру и давление за час, сутки и нарастающим итогом. Регистрация итогов происходит по нескольким каналам, включающим в себя отопление, горячее водоснабжение по подающим и обратным трубопроводам и холодное водоснабжение. На основе собранных показаний вычисляет количество потреблённой теплоты, время работы, фиксирует различного рода нештатные ситуации.
Тепловычислитель работает в комплексе с расходомерами, преобразователями температуры и преобразователями давления, установленными на каждом трубопроводе.
Тепловычислитель хранит собранные и вычисленные результаты технически определённое количество времени и позволяет выдавать их в определённом формате в электронном или печатном виде.
Теплосчетчики получили широкое распространение, поскольку по их показаниям производятся расчеты за полученную потребителями теплоту. Теплосчетчики устанавливаются как на источниках теплоты: ТЭЦ, РТС (районные тепловые станции), так и у потребителей, теплоносителем служит вода, редко -- пар. Все выпускаемые в настоящее время теплосчетчики являются многофункциональными микропроцессорными приборами, включающими в свой состав измерители температуры, расхода, давления и тепловычислители. Они имеют защиту от несанкционированного доступа, а используемые в них программы и заложенные функциональные возможности исходят из действующих правил как учета теплоты и теплоносителя, так и теплопотребления.
1.1 Алгоритмы расчета количества теплоты.
Реализуемые в теплосчетчиках алгоритмы расчета теплоты зависят от вида теплоносителя и структуры системы отпуска теплоты. Последняя, изображенная на рис. 1, может быть закрытой, когда количество теплоносителя в системе теплоснабжения остается постоянным, и открытой, когда количество теплоносителя меняется из-за отпуска теплоносителя на нужды горячего водоснабжения, подпитку независимой системы теплоснабжения, из-за утечек.
Рисунок 1 - Схема закрытой системы теплоснабжения
Для расчета количества теплоты по выражениям необходимо измерять расходы теплоносителя, температуры, давления и суммировать результаты расчета во времени. Определение количества теплоты представляет собой косвенное измерение, его погрешность зависит:
• от погрешностей первичных средств измерения расхода или его разности, разности температур и давления;
• от алгоритма расчета теплоты;
• от погрешности тепловычислителя, которая помимо инструментальной погрешности включает погрешности расчетных соотношений, аппроксимирующих теплофизические свойства воды и пара.
Обычно погрешности тепловычислителя при расчете теплоты составляют ±(0,1...0,25) %, для измерения разности температур используются парные термопреобразователи сопротивления. Минимальные погрешности имеют теплосчетчики для закрытых систем теплоснабжения, реализующих алгоритм.
Наиболее распространенные теплосчетчики имеют пределы относительной погрешности от ±3 до ± 6 % в зависимости от измеряемой разности температур. При оценке погрешностей этих теплосчетчиков для закрытых систем теплоснабжения суммируются пределы относительных погрешностей измерения расхода, разности температур и тепловычислителя.
В открытых системах водяного теплоснабжения и при теплоносителе паре, погрешности существенно возрастают из-за присутствия в алгоритме расчета двух и более значений расходов и их разностей. Для снижения погрешностей рекомендуется использовать расходомеры с согласованными характеристиками, подобно парным термопреобразователям. При непосредственном измерении расхода подпиточной воды погрешность учета ниже.
1.2 Состав теплосчетчиков.
Разнообразие теплосчетчиков отражает многообразие требований потребителей этих приборов. Теплосчетчики стоят на магистралях ТЭЦ с диаметрами трубопроводов до 1400 мм и на трубках диаметром 10... 12 мм в квартирах и небольших офисах. Число трубопроводов, по которым теплосчетчик производит расчет теплоты, может варьироваться в пределах десятка. При всем многообразии теплосчетчиков в их составе обязательно присутствуют термопреобразователи, измерители расхода и тепловычислители. Теплосчетчики можно разделить по следующим признакам:
• по типу используемых преобразователей расхода;
• по диаметрам трубопроводов теплоносителя;
• по диапазону измеряемых расходов Gmax/Gmin;
• по количеству потоков теплоносителя (каналов).
В табл. 1 для некоторых типов теплосчетчиков приведены характеристики по указанным признакам.
Таблица 1 Характеристики теплосчетчиков
*) Теплосчетчик СТД может работать со всеми типами расходомеров, с зависящими от их типа характеристиками по диапазонам Ду и Qmax/Qmin
**) К теплосчетчику «Взлет TCP» дополнительно могут быть подключены два расходомера с импульсным выходом.
***) Тепловычислитель «Метран-410» может работать с четырьмя расходомерами, имеющими импульсный выходной сигнал: тахометрическими (BCT, ВМГ), вихреакустнческими («Метран-300 ПР») и акустическими (ДРК-С).
Поскольку погрешности измерения теплоты зависят от погрешности измерения разности температур, то в подавляющем большинстве теплосчетчиков используются комплекты платиновых термопреобразователей с согласованными характеристиками типа КТПТР, КТСП, КТП и др.
Тепловычислители по конструкции и функциональным возможностям существенно отличаются от рассмотренных выше вторичных приборов. Действующие в РФ правила учета теплоты и теплоносителя, теплопотребления предписывают производить не только расчет количества полученной теплоты, но и обеспечить контроль режима теплопотребления. При этом должна фиксироваться температура воды и расход в подающем и обратном трубопроводах. Первое позволяет контролировать эффективность работы теплообменных устройств, второе -- наличие утечек теплоносителя или подсосов водопроводной воды. Так, тепловычислитель ТСРВ-010 теплосчетчика «Взлет TCP» обеспечивает выполнение следующих типовых функций:
• показание текущих значений расхода, температуры и давления в 1--4 трубопроводах;
• показание текущих значений объема или массы теплоносителя, подаваемых по 1--4 трубопроводам;
• показание текущего расхода теплоты по 1--2 тепловым системам;
• архивирование в энергонезависимой памяти результатов измерений, вычислений и хранение этих величин при отключении питания;
• ввод и вывод согласованных значений температуры и давления воды в источнике холодного водоснабжения, давления теплоносителя в трубопроводах;
• вывод перечисленной и диагностической информации через последовательные интерфейсы RS-232 (в том числе через телефонный и радиомодемы), RS-485, а также на печатающее устройство через адаптер принтера;
• вывод значений расхода в одном-двух каналах в виде импульсной последовательности, а по одному из каналов в виде унифицированного токового сигнала;
• определение, индикация и запись в архив неисправностей теплосчетчика, нештатных состояний тепловой системы, времени работы и останова теплосчетчика для каждой из тепловых систем;
• защиту архивных данных от несанкционированного доступа.
В качестве примера для закрытой системы теплоснабжения диагностируемые нештатные состояния у теплосчетчика ТСРВ-010 включают:
• превышение расходом G1 максимального заданного значения;
• снижение расхода G1, ниже минимального заданного значения;
• G2 > G1;
• t2 > t1.
Структурная схема тепловычислителя ТСРВ-010, выполненного в одноплатном варианте, содержит конструктивные элементы, представленные на рис. 2.
Рисунок 2 - Структурная схема теплосчетчика
Все первичные преобразователи подключаются к тепловычислителю экранированными проводами. Термопреобразователи (ПТ) подключаются к тепловычислителю по трехпроводной схеме, их число может достигать шести. К электромагнитному преобразователю расхода (ПР) по двум проводам подается импульсное напряжение возбуждения (накачки), по двум -- отводится модулированный по амплитуде импульсный сигнал, пропорциональный расходу. Максимальное число расходомеров составляет четыре, при этом два расходомера могут быть ультразвуковыми. Преобразователи давления (ПД) с токовым выходным сигналом 4...20 мА подключаются к тепловычислителю двумя проводами, с сигналом 0...5 мА -- тремя проводами. Число преобразователей давления, подключенных к теплосчетчику, может быть увеличено с двух до четырех при сокращении числа термопреобразователей сопротивления.
В тепловычислителе вводимые сигналы нормализуются (Н) и коммутатором (К) периодически подключаются к АЦП, а затем -- микропроцессору (МП). В ПЗУ хранятся архивируемые данные, вводимые постоянные, расчетные соотношения, последовательность управляющих команд. Устройства вывода включают блок жидкокристаллического индикатора (ЖКИ), ЦАП, коммутатор, модули RS-232, RS-485 и другие элементы, обеспечивающие работу внешних устройств. Показания тепловычислителя могут сниматься по нескольким каналам: с жидкокристаллического дисплея, по RS-232 через адаптер печататься на принтере, выводиться на персональный компьютер (ПК) или с помощью модема передаваться на удаленные устройства. Этот теплосчетчик имеет импульсный выход и может иметь дополнительно токовый выходной сигнал или интерфейс RS-485. Программирование прибора производится с пульта управления или персонального компьютера.
Сети приборов коммерческого учета. Плата за энергоносители, воду является значительной статьей расходов любого производства и жилищно-коммунального хозяйства. На промышленных предприятиях, электростанциях, в районах тепловых сетей и прочие, используя интерфейс RS-232 или RS-485, создаются локальные сети, объединяющие средства учета расхода электроэнергии, потребления газа и теплоты. В принципе такие сети могут создаваться с использованием Internet, но в производственных объединениях предпочитают закрытые корпоративные сети, а на отдельных предприятиях -- локальные. Сложность создания таких систем определяется тем, что при использовании стандартных протоколов RS-232, RS-485, HART изготовители теплосчетчиков, расходомеров и других первичных средств измерения используют индивидуальные протоколы вывода числовых данных, что требует адаптации центрального вычислителя к парку используемых средств измерения.
Измерительно-вычислительный комплекс АСУТ-601 предназначен для коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителей у производителей и потребителей тепловой энергии. Комплекс позволяет вести учет следующих сред:
• горячей и холодной воды;
• водяного пара;
• возвратного конденсата;
• подпитки;
• стоков;
• природных и технических газов.
Количество обсчитываемых трубопроводов может достигать 100. Ввод сигналов от первичных преобразователей температуры, давления, разности давлений, их первичное преобразование в значение измеряемых параметров производится в теплосчетчиках, расходомерах, счетчиках газа.
Центральной частью АСУТ-601 является вычислитель на базе персонального компьютера с процессором PENTIUM-133 МГц с развитым программным обеспечением, включающим операционные системы QNX 4.25, Windows NT, MS DOS; ПО реального времени COMPLEX; базы данных реального времени; средства их генерации.
Максимальное число интерфейсных каналов RS-485 равно 24. В табл. 2 приведены типы подключаемых к комплексу приборов, их максимальное количество на одной линии и максимальное расстояние между прибором и вычислителем.
Таблица 2 Средства измерений, работающие с АСУТ-601
Для учета энергозатрат предприятий одного ведомства в пределах региона создаются корпоративные сети. В качестве примера такие сети могут быть созданы на основе программного комплекса «Взлет СП», ориентированного на приборы, выпускаемые фирмами «Взлет», «Логика» и объединяющими средства учета количества газа, нефтепродуктов, теплоты и стоков, энергопотребления. Эта система, представленная на рис. 3, в пределах региона может объединять несколько сотен коммерческих узлов учета.
Рисунок 3 - Структурная схема сети приборов «Взлет СП»
Компоненты «Взлет СП» используют объекты русской версии MS Office 2000. Объекты Excel применяются для представления электронных таблиц и графиков, Access -- для подготовки отчетных документов. При построении сети приборов используются соединения типа шина и кольцо. Шинное объединение основывается на интерфейсе RS-485. Шина «Взлет» является шиной с одним ведущим абонентом, а остальные -- ведомыми. Ведущий абонент (персональный компьютер) управляет передачей сообщений. Ведомый абонент дает сообщение только после получения запроса в течение заданного интервала времени. На шине используются два протокола Modbus и Bitbus, что позволяет подключать к ней приборы, использующие разные протоколы. Скорость обмена составляет от 600 до 19200 бит/с. Хотя логическая емкость шины допускает более 200 адресов, но из-за ограниченной нагрузочной способности передатчика (32 приемника) ее возможности могут быть использованы только при применении специальных повторителей.
Для объединения шин «Взлет» и маркерных шин фирмы «Логика» в единую сеть используется адаптер сетевых протоколов «Взлет АСП». Устройство имеет два разъема подключения, каждый из которых содержит цепи интерфейсов RS-232 и RS-485. Структурная схема на рис. 3 относится к одному из вариантов рассматриваемой системы. К шине Ethernet корпоративной сети подключены персональные компьютеры с установленным комплексом «Взлет СП». К персональному компьютеру № 3 через адаптер АПС69М подключена маркерная шина, к которой через адаптеры «Взлет АСП» подключены шины «Взлет» № 1 и 2. К маркерной шине подключены счетчики газа (СПГ761), теплоты (СПТ961), электроэнергии (СПЕ542) фирмы «Логика» и через адаптер «Взлет АСП» электромагнитные счетчики расхода ЭРСВ-310 и ЭРСВ-410. К шинам «Взлет» № 1 и 2 подключены ультразвуковые расходомеры УРСВ и тепловычислитель ТСРВ фирмы «Взлет».
В рассматриваемом режиме работы системы, а их может быть несколько, любой из ПК получает доступ к любой из трех приборных шин через ПК № 3, через ПК № 2 по телефонным линиям через модем СПЕ542 и через ПК № 4 по радиоканалу с использованием радиомодема СПГ761. Этот же канал обеспечивает связь с одиночным теплосчетчиком ТСРВ. ПК № 6 и 7 также имеют доступ ко всем трем шинам, причем ПК № 7 является абонентом маркерной шины, а ПК № 6 получает доступ к ней через шлюз СПТ961. Эти компьютеры работают независимо друг от друга. Если некоторые приборы «Взлет» имеют только интерфейс RS-232, то для их подключения к маркерной шине используется адаптер «Взлет АСП». Этот же адаптер обеспечивает связь шин «Взлет» с ПК, на которых установлен комплекс «Взлет СП», либо непосредственно, либо через модемы по телефонным линиям или радиоканалам.
2. Тепловычислители СПТ962. Аннотация
Рисунок 4 - Тепловычислитель СПТ962
2.1 Назначение и область применения
Тепловычислители рассчитаны на применение в составе теплосчетчиков для систем теплоснабжения , где в качестве теплоносителя используется вода, конденсат, перегретый и насыщеный пар, а также отличная от воды жидкость с известными теплофизическими характеристиками. Тепловычислители могут применяться в составе измерительных комплексов систем водоснабжения и водоотведения. Интегрированные функциональные возможности тепловычислителей обеспечивают комплексное решение широкого круга задач:
• коммерческий учет потребления тепловой энергии, массы и объема воды, перегретого и насыщенного пара;
• контроль режимов теплопотребления;
• организация систем диспетчеризации и контроляпотребления тепловой энергии и теплоносителя
2.1.1 Соответствие стандартам
Тепловычислители соответствуют ГОСТ Р ЕН 1434-1, ГОСТ Р 51649, МИ 2412 и МИ 2451.
Тепловычислители удовлетворяют требованиям правил учета тепловой энергии, теплоносителя, утвержденных постановлением Правительства РФ №1034 от 18.11.2013. В части вычисления массового расхода теплоносителя при применении метода переменного перепада давления тепловычислители соответствуют ГОСТ 8.586.1 - ГОСТ 8.586.5 или РД 50.411, в зависимости от типа сужающего устройства.
Тепловычислители поддерживают работу с осредняющими трубками типа Annubar, Torbar и др.
2.1.2 Функциональные возможности
Тепловычислители рассчитаны на работу совместно с датчиками расхода, объема, разности давлений, давления и температуры. К тепловычислителю могут быть одновременно подключены:
• восемь преобразователей с выходным сигналом тока 0-5, 0-20 или 4-20 мА;
• четыре преобразователя с выходным числоимпульсным или частотным сигналом;
• четыре термопреобразователя сопротивления Pt100, Pt50, 100П, 50П, 100М, 50М.
Количество обслуживаемых трубопроводов определяетсявозможностью физического подключения необходимых датчиков к тепловычислителю.Увеличение количества подключаемых датчиков достигается за счет применения адаптеров АДС97. На логическом уровне может быть описано до 12 трубопроводов, количество свободно конфигурируемых контуров теплоснабжения - до 6. Один из возможных вариантов теплосчетчика приведен на рисунке.
Рисунок 5 - Пример организации учета тепловой энергии на базе СПТ962
Тепловычислители осуществляют непрерывный контроль входных электрических сигналов и параметров потока теплоносителя. Любые недопустимые отклонения сигналов и параметров фиксируются в архиве диагностических сообщений с привязкой по времени и параллельно насчитывается суммарные времена работы при тех или иных нештатных ситуациях в соответствии с правилами учета тепловой энергии, теплоносителя. Средние и суммарные значения измеряемых и вычисляемых параметров заносятся в архивы с привязкой к расчетному дню и часу. Существует три типа таких архивов:
• часовые архивы - 1488 ч;
• суточные архивы - 366 сут.;
• месячные архивы - 36 мес.
Время безотказной работы, время перерывов электропитания, время работы при тех или иных нештатных ситуациях также фиксируются в перечисленных архивах. Тепловычислитель имеет два уровня защиты данных: пароль и пломба.
Изменение значений оперативных параметров фиксируется в специальном архиве. Для предотвращения разрушения архивов и настроечных параметров в процессе поверки предусмотрена их дополнительная защита паролем пользователя.
Коммуникационные возможности тепловычислителейобеспечиваются двумя интерфейсами RS485, интерфейсом RS232С и оптическим интерфейсом IEC1107. Для расширения коммуникационных возможностей тепловычислителей в них помимо фирменного Магистрального протокола поддерживается протокол обмена данными MODBUS RTU.
Метрологические характеристики
Погрешность при рабочих условиях не превышает:
± 0,05/0,1% (приведенная) - по показаниям расхода, давления и перепада давления при работе с токовыми входными сигналами;
± 0,05% (относительная) - по показаниям расхода при работе с числоимпульсными входными сигналами;
± 0,1/0,15 °C (абсолютная) - по показаниям температуры при работе с теормопреобразователями.
Эксплуатационные показатели
1. Температура окружающего воздуха: от -10 до 50 °С.
2. Относительная влажность: 95% при 35 °С.
3. Степень защиты от воды и пыли: IP54.
4. Габаритные размеры: 244 x 220 x 70 мм.
5. Масса: 2 кг.
6. Электропитание: =10 - 15 В, потребляемый ток 150 мА.
7. Средний срок службы: 15 лет.
8. Межповерочный интервал: 4 года.
9. Гарантийный срок: 7 лет.
