Rakennusautomaatio Jarmo Tapio

Sisältö

Virtapiiri http://opettajatv.yle.fi/teemat/aine/18/100/m621/S%C3%A4hk%C3%B6+%28FY6%29

http://opettajatv. yle http://opettajatv.yle.fi/teemat/aine/18/100/m1366/S%C3%A4hk%C3%B6+%28FY6%29

Vastus lämpötilamittarina NTC thermistors are widely available and are typically quoted based on their 25°C resistance. They have a roughly exponential curve with the resistance falling as the temperature increases. The high sensitivity (high rate of change with temperature) allows a resolution down to 0.01°C to be easily achieved, but only for a limited range. The picture and graph shown are for Type 103JT-100 available from RS components in Japan at very low cost. Off the shelf the thermistors are specified to be within 1% of nominal values, equivalent to around ±0.4°C, and experience indicates they are typically within ±0.2°C. A common method used with NTC thermistor is to use a parallel resistor. This makes the curve almost linear for small regions, as can be seen in the graph left. Depending on the range and accuracy required, with this method may be possible to have a straight line approximation between resistance, although with PC more precise methods are relatively easy.

Tehtävä: lämpötilan mittaus Piirrä virtapiiri auton jäähdytysnesteen mittauspiiristä: Lämpötila-anturina käytetään edellisen sivun NTC-vastusta. Akun jännite on 12 V. Lämpömittarina on ampeerimittari. Mittarin lukema on 2 mA (0,002 A). Mikä on nesteen lämpötila?

Sähkömagneetti Virtapiirin virta aiheuttaa sähköjohdon ympärille magneettikentän. Kenttä on heikko, mutta sitä voidaan vahvistaa kiertämällä johdin käämiksi. Kiertämällä käämi rautasydämen ympärille saamme sähkömagneetin. Sähkömagneetin magneettisuus voidaan kytkeä päälle ja pois http://www.youtube.com/watch?v=nPjAueJGdzA&feature=related

Rele ja kontaktori Rele on sähkömekaaninen kytkin, jonka toiminta perustuu sähkömagneettiin: Kun releen käämiin kytketään virta, se synnyttää magneettikentän, joka vetää releen liikkuvan kärjen kiinni paikallaan olevaan kontaktiin. Kun releeltä katkaistaan ohjausjännite, kärki palaa jousivoimalla lepoasentoon Releessä voi olla yksi tai useampia koskettimia. Sulkeutuva kosketin (NO, Normally Open) päästää virran kulkemaan, kun rele vetää. Avautuva kosketin (NC, Normally Closed) katkaisee virran releen vetäessä. Suuria 3-vaihelaitteiden ohjaukseen tarkoitettuja releitä kutsutaan kontaktoreiksi.

DC-moottori DC motors are in many ways the simples electric motors. All DC "brushed" motors operate in the same way. There is a stator (a larger stationary part) and a rotor (a smaller part spinning on an axis within the stator). There are magnets on the stator and a coil on the rotor which is magnetically charged by supplying current to it. Brushes are responsible for transferring current from the stationary DC voltage source to the spinning rotor. Depending on the position of the rotor its magnetic charge will change and produce motion in the motor. The animation below further explains the basic operation of a DC motor. Utilizing a DC power source, very few controls are needed. To control speed an inline variable resistance can be utilized to change the amount of current reaching the coils.

Tehtävä Laadi auton sähkötoimisen ikkunannostimen virtapiiri. M

Automaatio Automaattisesti toimivat laitteet voidaan luokitella ohjaus- ja säätöjärjestelmiksi: Ohjausjärjestelmä toimii samalla tavalla koko ajan. Esimerkiksi kello-ohjattu autolämmitystolppa antaa sähköä ennalta asetettuna aikana. Säätöjärjestelmälle on tunnusomaista takaisinkytkentä: mittausanturi tarkkailee järjestelmää ja säädin muuttaa ohjausta mittausdatan perusteella. Esimerkiksi sähkölämmityksen huonetermostaatti toimii takaisinkytkennän periaatteiden mukaisesti. Kun lämpötila saavuttaa termostaatin asetusarvon, lämmitysvastus kytkeytyy pois päältä. Kun lämpötila laskee liikaa, lämmitysvastus kytkeytyy jälleen päälle. How a bimetallic thermostat switches on and off Animation showing how a thermostat works 1. An outer dial adjusts the temperature at which the thermostat switches on and off. 2. The dial adjusts the temperature sensor (a bimetal strip, shown here colored red and blue) so it switches an electrical circuit on and off by bending more or less. 3. The bimetal ("two metal") strip is made of two separate metal strips fastened together: a piece of brass (red) bolted to a piece of iron (blue). 4. Iron expands less than brass as it gets hotter, so the bimetal strip curves inward as the temperature rises. 5. The bimetal strip forms part of an electrical circuit (grey path). When the strip is straight, it acts as a bridge through which electricity can flow. The circuit is on and so is the heating. When the strip is bent, the circuit is broken, no electricity can flow, and the circuit is off.

Säätöventtiili Säätöventtiili voi olla 2-tieventtiili tai 3-tieventtiili. Sekoitusventtiilinä toimiessaan vesi menee sisään aukoista 3 ja 2, ja tulee ulos aukosta 1. Venttiilin karan liikkuessa alapäin avautuu kattilasta tulevan kuuman veden virtausaukko ja pattereilta palaavan viilenneen veden virtausaukko pienenee. Venttiilin piirrosmerkissä aina aukioleva haara on valkoinen ja säätyvät haarat ovat mustia. Merkitse viereisen kolmitieventtiilin haarojen numerointi piirrosmerkkiin.

Lämmitysjärjestelmä Lämmöntarve riippuu ulkolämpötilasta. Talonmies kääntää 3-tiesekoitusventtiiliä ulkolämpötilan mukaan käsin sopivaan asentoon. Käyttöön tehdään seurantataulukko, jossa ulkolämpötilaa (ehkä 5 °C:n porrastuksin) vastaa sekoitusventtiilin asentoa Ulko- lämpötila Venttiilin asento

Yksikkösäädin Yksikkösäätimellä tarkoitetaan omaan koteloonsa rakennettua erillistä säätölaitetta, joka säätää yhtä säätöpiiriä. Asennus kolmitiesekoitusventtiiliin: Kattilan säätöventtiilistä poistetaan käsikäyttönuppi. Venttiiliin asennetaan sovitinkappale ja työnnetään säädin paikoilleen. Ulkolämpötilan ja menoveden lämpötilan mittausanturit asennetaan paikoilleen.

Säädin Jos säätökäyräksi valitaan käyrä 4, mikä on pattereille menevän veden lämpötila ulkolämpötilan ollessa -20 °C? Miten tilanne muuttuu, jos nupista A valitaan +5 °C?

Menoveden säätö ulkolämpötilan mukaan Temperature Controller Temperature Element Temperature Element Temperature Valve Säätimeen (TC) tulee lämpötilatieto ulkolämpötila-anturilta (TE2) sekä patteriverkoston menovesianturilta (TE1). Ulkolämpötilan mittaus (TE2) muuttaa menoveden lämpötilan (TE1) asetusarvoa säätimeen valitun säätökäyrän mukaisesti Säädin pitää menoveden lämpötilan asetusarvossa säätämällä kattilan kolmitieventtiiliä (TV). Presure Indicator Pressure Switch

Mikä on säädön ongelma? a) b) c)

Kaukolämpö Kaukolämmitys on yleisin lämmitysmuoto Suomessa. Lähes puolet suomalaisista asuu kaukolämmitetyssä talossa. Polttoaineena voimalaitoksissa ja lämpökeskuksissa käytetään maakaasua, turvetta, hiiltä, puuhaketta tai öljyä. Kuuma vesi johdetaan maan alla olevien putkien kautta kiinteistöön. Kaukolämmön virtausputkien materiaali on terästä, ulkokuori on useimmiten muovia. Välissä on polyuretaanista valmistettu eriste. Kaukolämpöputkissa kiertävän veden lämpötila vaihtelee ulkoilman lämpötilan mukaan 115…75 °C välillä. Kiinteistössä ovat lämmönsiirtimet, joiden kautta lämmitetään pattereille menevä vesi sekä lämmin käyttövesi.

Kaukolämpö http://www.rte.vtt.fi/webdia/kaukolampo/opastus/animaatio/kaukol3.swf

I/O-pisteet säätökaaviossa Säätökaaviossa virtapiirit esitetään yhdellä viivalla. Viiva kuvaa parikaapelia. Kaaviossa osoitetaan kaapelin kytkentäpaikat. VAK Kosketintietoon (2-tilaa) perustuvat hälytykset ja tilatiedot liitetään alakeskukseen digitaalisten tulopisteiden avulla, DI (Digital Input) Digitaalisilla lähdöillä, DO (Digital Output), toteutetaan erilaiset on/off-tyyppiset toiminnot, kuten moottorin käynnistys. AO (Analog Output) on säätimeltä lähtevä ohjausviesti. Portaattomalla jänniteviestillä ohjattavat toimilaitteet, kuten säätöventtiilit, liitetään analogisiin lähtöihin. Mittausanturit liitetään alakeskuksen analogisiin tulopisteisiin, AI (Analog Input). PS K M TE

Tehtävä: I/O-pisteet VAK Merkitse säätökaavioon kaukolämpöjärjestelmään liittyvät automaation I/O-pisteet: Lämpötilasäädin pitää käyttöveden lämpötilan TE35 asetusarvossa säätämällä lämpötilamittauksen TE35 perusteella lämmönsiirtimen moottoriventtiiliä FV35. Lämpötilasäädin pitää menoveden lämpötilan TE33 asetusarvossa säätämällä lämpötilamittausten TE33 ja TE1 perusteella lämmönsiirtimen moottoriventtiiliä FV33. Ulkolämpötilan mittaus TE1 muuttaa menoveden lämpötilan TE33 asetusarvoa oheisen säätökäyrän mukaisesti Lämpimän käyttöveden lämpötilan TE35 ylärajahälytys, hälytysraja 65 C. Lämmitysverkoston paineen PT40 ylä- ja alarajahälytys Pumppujen 170 P1 ja 101 P1 pysähtymishälytys Kaukolämmön paluuveden lämpötilan TE32 alarajahälytys, hälytysraja 60 C. Lämpimän veden kulutusmittarin FQ35 antamat impulssit talletetaan. Merkitse säätökaavioon kaukolämpöjärjestelmään liittyvät automaation I/O-pisteet: Lämpötilasäädin pitää käyttöveden lämpötilan TE35 asetusarvossa säätämällä lämpötilamittauksen TE35 perusteella lämmönsiirtimen moottoriventtiiliä FV35. Lämpötilasäädin pitää menoveden lämpötilan TE33 asetusarvossa säätämällä lämpötilamittausten TE33 ja TE1 perusteella lämmönsiirtimen moottoriventtiiliä FV33. Ulkolämpötilan mittaus TE1 muuttaa menoveden lämpötilan TE33 asetusarvoa oheisen säätökäyrän mukaisesti Lämpimän käyttöveden lämpötilan TE35 ylärajahälytys, hälytysraja 65 C. Lämmitysverkoston paineen PT40 ylä- ja alarajahälytys Pumppujen 170 P1 ja 101 P1 pysähtymishälytys Kaukolämmön paluuveden lämpötilan TE32 alarajahälytys, hälytysraja 60 C.

Valvomo, ikkunointi

Mikä on vialla? 17,2 C 18,4 C 40,5 C 99,7 C 55,3 C 4,5 C 32,4 C Lähde: ST-käsikirja 22, Kiinteistöjen valvomojärjestelmät

Huomaatko virheen? 24,4C 26,7C 26,3C 26,1C 27,0C 24,9C 24,6C 19,8C Grafiikkakuvasta käy ilmi, että lämmityspatteri lämmittää, vaikka moottoriventtiili FV5 näyttää 0 % (venttiilin pitäisi olla kiinni). IV-kojehuoneessa on tutkittava, miksi lämmityspatteri lämmittää samanaikaisesti, kun on jäähdytystarvetta. Tilanteessa kulutetaan paljon kallista jäähdytysenergiaa ja jonkin verran myös lämmitysenergiaa.

Onko vikaa?

Tarvitaanko huoltoa? Kuva: Liikekiinteistön vedenkulutus kuutiometriä tunnissa.