Разработка автоматизированной системы управления освещением и микроклиматом

Разработка СЭС коттеджного поселка

В настоящей работе для расчета электроснабжения коттеджного поселка был взят план реального поселка «Ясная поляна». На территории поселка площадью 14 га располагаются около 60 коттеджей.

Электроприемниками проектируемого объекта будет коттедж.

Все электроприемники (ЭП) по надежности их электроснабжения делятся согласно ПУЭ на три категории [1]:

К I категории относятся ЭП, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение уникального оборудования, расстройство сложного технологического процесса, массовый брак продукции, нарушение функционирования особо важных элементов городского хозяйства.

Питание ЭП I категории надежности должно обеспечиваться от двух независимых источников питания (ИП) и перерыв их электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического ввода резервного питания.

К электроприемникам II категории относятся приемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, массовым простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Для электроприемников II категории допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригадой.

Для электроприемников III категории надежности, к которым относятся все остальные электроприемники, допускаются перерывы в электроснабжении на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента СЭС, но не свыше одних суток. Электропотребителей проектируемого объекта отнесем к электропотребителям II категории надежности.

На рисунке 1 изображен генеральный план коттеджного поселка «Ясная поляна». Электроснабжение коттеджа будет осуществляться от 3 двухтрансформаторных подстанций.

Расчет электрических нагрузок объекта произведем методом коэффициента спроса. Зная активную часть нагрузки и значение коэффициентов спроса и мощности одного коттеджа можем посчитать расчетную нагрузку потребителей:

Результаты расчетов для всех трансформаторных подстанций приведены в таблице 1.

Рисунок 1. Генеральный план коттеджного поселка

Таблица 1.

Расчет нагрузок подстанций

Используя расчет нагрузок подстанций, необходимо провести выбор трансформаторов для подстанций.

Для данных ТП были выбраны трансформаторы марки ТМ. Данные трансформаторы могут обеспечить нам необходимые условия для электроснабжения и при этом имеют невысокую стоимость. В эту категорию попадают трансформаторы мощности 27-2500 кВА. Техническая информация по эксплуатации трансформатора предусматривает номинальное напряжение 6-35кВ. В них предусмотрено 5 ступеней регулирования с диапазоном настройки ±2×2,5%.

Выбранные трансформаторы необходимо проверить на систематические и аварийные перегрузки.

Коэффициент загрузки определяется как:

где Кз = 0,65 - 0,7 при преобладании нагрузок I и II категорий;

Кз = 0,7 - 0,8 при преобладании нагрузок II категории;

Кз = 0,9 - 0,95 при преобладании нагрузок II категории при наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках III категории при однотрансформаторных подстанциях [4].

Проверка трансформаторов на аварийную перегрузку выполняем по условию:

где K_2доп = 1,4– коэффициент допустимой аварийной перегрузки, взятый из ГОСТ     14209-85.

Результаты выбора и проверки трансформаторов сведены в таблицу 1.2.

Таблица 2.

Выбор и проверка трансформаторов

Для распределительной сети 10 кВ принимаем марку кабеля ААБв. Сечения кабелей, рассчитанных по напряжению выше 1 кВ выбираются по методу экономической плотности тока.

Определяется расчетный ток линии, А

где Sр – расчетная мощность линии, кВА;

Uн – номинальное напряжение линии, В;

n – количество кабельных линий.

Далее определяется экономически целесообразное сечение F

Выбирается ближайшее стандартное значение F_ст=50 мм²_, с I_дл.доп =140 А.

Выбранное сечение кабеля необходимо проверить по допустимому току

где I_mах – максимально возможный ток, протекающий по кабелю (в аварийном          режиме), А;

I’_дл._доп – длительно допустимый ток, А.

Результаты расчета сведены в таблицу 3.

Таблица 3.

Расчет кабельных линий.

Разработка структурной схемы управления системами освещения и микроклимата

Центральным элементом нашей автоматизированной системы управления освещением и микроклиматом является микроконтроллер.

Микроконтроллер является универсальным инструментом, с помощью которого осуществляется управление различной электроникой. При этом алгоритм управляющих команд человек закладывает в них самостоятельно, и может менять его в любое время, в зависимости от ситуации.

Рисунок 2. Структурная схема АСУ освещение и микроклимата

Микроконтроллер позволит нам осуществлять обработку входных данных, на основании которых будет приниматься решении о дальнейших действиях системы.

Основой принятых нами решений будет разница между текущим и должным состоянием помещений. То есть сравнение текущих параметров помещения должно осуществляться на основе каких-либо нормативных данных. Соответственно нормативные данные, которые будут установлены пользователем, должны соответствовать нормам и стандартам освещенности, влажности и температуры в помещениях.

Принятые решения – это действия по изменению текущего состояния помещения, в сторону нормальных, если они таковыми не являются.

Управляющие сигналы будут задавать действия для электроприемников и соответственно менять состояние помещения.

Схема алгоритма работы автоматизированный системы представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Алгоритм работы АСУ освещением и микроклиматом

На основе исходной структурной схемы и данного алгоритма работы была разработана модель нечеткого вывода (рисунок 4).

В нечеткой логике, в отличие от классической, вместо величин «истина» и «ложь» используется величина «степень истинности», принимающая любые значения из бесконечного множества от 0 до 1 включительно. Следовательно логические операции уже нельзя представить таблично. В нечеткой логике они задаются функциями.

Именно свойство нечеткой логики, выводить результат в любом диапазоне от 0 до 1, помогает нам применять ее в нашей автоматизированный системе управления освещением и микроклиматом.

Вывод разных значений мощности для системы освещения в зависимости от уровня текущей освещенности, или разных значений мощности работы системы кондиционирования при разных значениях температуры или влажности обеспечивает нам удовлетворение основного свойства нашей системы: энергоэффективности.

Основной для проведения операции нечеткого логического вывода является база правил, содержащая нечеткие высказывания в форме “Если-То” и функции принадлежности для соответствующих лингвистических термов.

При этом должны соблюдаться следующие условия:

- существует хотя бы одно правило для каждого лингвистического

терма выходной переменной

- для любого терма входной переменной имеется хотя бы одно

правило, в котором этот терм используется в качестве предпосылки (левая

часть правила).

Рисунок 4. Модель нечеткого вывода

В системах, основанных на обработке нечетких правил, обычно выделяют три этапа:

1) фаззификация;

2) поиск подходящего условного предложения и его обработка;

3) принятие окончательного решения – дефаззификация.

На этапе фаззификации определяются лингвистические значения переменных процесса. При этом в зависимости от характера решаемой задачи лингвистические значения могут определяться экспертом(ами). Фаззификация выполняется для всех переменных процесса, участвующих в условной части нечетких предложений.

На втором этапе походящее правило либо формируется экспертом(ами), либо по полученным при фаззификации лингвистическим значениям извлекается из базы данных, которая содержит различные варианты условных предложений. Подбор подходящего предложения выполняется по содержанию условной части нечеткого предложения.

На этапе дефаззификации на основе итогового нечеткого множества находится возможное решение, соответствующее используемым нечетким предложениям. Это решение определяется по итоговой функции, полученной после обработки правил условного логического вывода. Одним из применяемых способов является выбор такого значения, для которого функция принадлежности имеет наибольшее значение.