Структура и содержание дипломной работы по автоматизации систем кондиционирования — подробный разбор с примерами

Введение, которое задает вектор всей работе

Современные системы кондиционирования и вентиляции в промышленных и общественных зданиях представляют собой сложные инженерные комплексы. Однако без должного уровня автоматизации они часто работают неэффективно, что приводит к двум ключевым проблемам: неоправданно высоким энергозатратам и нестабильному, некомфортному микроклимату для персонала. Актуальность темы автоматизации обусловлена не только требованиями к комфорту и безопасности на рабочих местах, но и прямой экономической выгодой. Внедрение интеллектуальных систем управления позволяет снизить эксплуатационные расходы вплоть до 40%, что делает такие проекты высокорентабельными.

Данная работа посвящена решению именно этой задачи на конкретном примере.

• Объект исследования: Система кондиционирования воздуха на промышленном предприятии (например, ТЭЦ ОАО «Асбестоцемент»).
• Предмет исследования: Процессы автоматического контроля и управления климатическими параметрами.

Цель дипломной работы — разработка проекта комплексной автоматизации системы кондиционирования, направленного на повышение ее энергоэффективности и надежности. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать существующие подходы и технологии в области автоматизации систем климат-контроля.
2. Спроектировать функциональную схему системы автоматизации на базе современных компонентов.
3. Выполнить технико-экономический расчет, подтверждающий целесообразность внедрения проекта.

Определив цели и задачи, мы заложили фундамент. Теперь необходимо изучить теоретическую базу, чтобы наше будущее решение было обоснованным и современным.

Аналитический обзор как фундамент вашего исследования

Прежде чем приступать к проектированию, необходимо провести глубокий анализ предметной области. Этот раздел, соответствующий первой главе дипломной работы, демонстрирует вашу эрудицию и понимание существующих технологических решений. Основой любой системы являются типовые схемы кондиционирования и вентиляции, которые могут включать чиллеры, фанкойлы, приточно-вытяжные установки и другое оборудование.

Подходы к их автоматизации можно классифицировать по степени интеграции и интеллектуальности — от локальных термостатов до комплексных систем управления зданием (BMS). Современная система автоматизации состоит из трех уровней:

• Нижний уровень (полевой): Здесь находятся датчики (температуры, влажности, давления, уровня CO2) и исполнительные механизмы (клапаны, заслонки, приводы насосов и вентиляторов).
• Средний уровень (управления): Мозг системы — программируемые логические контроллеры (ПЛК). Они собирают данные с датчиков и на основе заложенного алгоритма управляют исполнительными механизмами.
• Верхний уровень (диспетчеризация): SCADA-системы и IoT-платформы, которые позволяют оператору визуализировать процессы, управлять ими удаленно, архивировать данные и получать отчеты. Важнейшую роль здесь играют стандартные протоколы связи (например, Modbus, BACnet).

Именно комплексный подход, объединяющий все три уровня, является наиболее перспективным, поскольку он позволяет добиться максимальной эффективности и гибкости. Такие системы могут быть внедрены как на этапе нового строительства, так и в ходе модернизации существующих объектов.

Проведенный анализ показывает, что для нашего проекта наиболее целесообразно использовать решение на базе ПЛК с возможностью последующей интеграции в общую систему диспетчеризации предприятия.

Описание технологического процесса и объекта автоматизации

Чтобы проект был не абстрактным, а практическим, необходимо детально описать объект автоматизации. Этот блок (аналог второй главы диплома) отвечает на вопрос: «Что именно и в каких условиях мы автоматизируем?». В качестве объекта выступает, например, центральная электростанция (ТЭЦ) промышленного предприятия. Ключевыми помещениями, требующими контроля микроклимата, являются операторские, щитовые и серверные, где размещено чувствительное к перегреву оборудование и работает персонал.

На данный момент на объекте может функционировать устаревшая или частично отсутствующая система кондиционирования с ручным управлением, что не обеспечивает стабильности параметров. Наша задача — поддерживать заданные климатические условия в автоматическом режиме. Ключевые параметры для контроля:

• Комфортная температура воздуха: 20-24°C
• Относительная влажность: 40-65%
• Скорость движения воздуха: не более 1 м/с

При проектировании необходимо учесть ряд внешних и внутренних факторов, влияющих на работу системы. К ним относятся:

1. Микроклимат: Теплопритоки от работающего оборудования, солнечная радиация, количество людей в помещении.
2. Производственные факторы: Возможное пылеобразование, которое требует соответствующей фильтрации воздуха.
3. Требования к безопасности: Необходимо предусмотреть интеграцию с системой пожарной сигнализации (отключение вентиляции при пожаре), а также учесть риски, связанные с шумом, вибрацией от оборудования и электробезопасностью.

Полное понимание этих условий является залогом разработки действительно эффективной и надежной системы автоматизации.

Проектирование системы автоматизации, или сердце вашего диплома

Это центральная и самая объемная часть дипломной работы (Глава 3), где вы непосредственно разрабатываете и описываете свое инженерное решение. Проектирование начинается с разработки функциональной схемы автоматизации. Это главный чертеж, который наглядно показывает взаимосвязь всех элементов системы: датчиков, контроллера и исполнительных механизмов.

Ключевым этапом является обоснованный выбор технических средств. Если с датчиками (например, температуры и влажности) и исполнительными механизмами (сервоприводами для клапанов) выбор относительно прост, то выбор контроллера требует особого внимания. Это мозг всей системы, и от него зависит ее надежность и функциональность. Рассмотрим несколько популярных вариантов:

Сравнительный анализ популярных ПЛК для задач автоматизации

Контроллер	Преимущества	Недостатки
Овен ПЛК 100	Доступная цена, широкое распространение в РФ, бесплатная среда программирования CoDeSys.	Может уступать импортным аналогам в производительности на сложных задачах.
Siemens LOGO!	Высочайшая надежность, простота программирования для небольших задач, известный бренд.	Высокая стоимость, платное ПО, ограниченный функционал по сравнению с полноценными ПЛК.
Fatek FBs	Хорошее соотношение цена/качество, высокая производительность.	Менее распространен в РФ, что может усложнить техническую поддержку.

Для нашего проекта оптимальным выбором будет Овен ПЛК 100, поскольку он обеспечивает достаточную производительность для задач климат-контроля при значительно меньшей стоимости по сравнению с импортными аналогами, что положительно скажется на сроке окупаемости проекта.

Далее описываются алгоритмы работы системы. Например, «при повышении температуры в помещении выше 24°C и получении сигнала от датчика CO2 о присутствии людей, контроллер плавно открывает клапан подачи охлажденной воды в теплообменник и увеличивает скорость приточного вентилятора». Кроме основных функций, проект может включать важные подсистемы, например, контроль загазованности в технических помещениях. Вся проектная часть должна сопровождаться необходимой документацией: чертежами шкафа управления, схемами электрических подключений и спецификациями.

Расчеты как доказательство эффективности и безопасности

Любой инженерный проект должен быть обоснован не только технически, но и экономически. Этот раздел (условная Глава 4) превращает вашу разработку из идеи в полноценный бизнес-кейс. Основу составляет расчет экономической эффективности. Он включает в себя:

• Расчет капитальных затрат: стоимость оборудования (контроллер, датчики, приводы), материалов (кабели, шкаф управления) и монтажных работ.
• Расчет эксплуатационных затрат до и после внедрения. Ключевая экономия достигается за счет снижения потребления электроэнергии (работа вентиляторов и насосов по потребности, а не постоянно) и тепловой энергии (оптимальное использование охладителя).
• Расчет срока окупаемости (Payback Period). На основе разницы в затратах и капитальных вложений определяется, за какой период проект «вернет» вложенные в него средства. Ориентиром может служить средний показатель снижения расходов до 40%.

Важно помнить, что эффективность — это не только деньги. Проект должен доказывать свою состоятельность и в других областях.

Помимо экономики, в этой главе проводятся и другие важные расчеты, подтверждающие безопасность и экологичность решения. Это могут быть:

1. Расчеты, связанные с электробезопасностью (выбор сечения кабелей, автоматов защиты).
2. Проверка на соответствие нормам пожарной безопасности.
3. Анализ снижения косвенных выбросов CO2 за счет экономии электроэнергии, что доказывает экологичность проекта.

Завершается данный раздел составлением полной спецификации оборудования и материалов — это итоговый документ, который содержит перечень всех компонентов проекта с указанием их марок, количества и является основой для закупки.

Грамотное заключение и составление приложений

Заключение — это не формальность, а возможность еще раз убедительно и системно представить результаты всей проделанной работы. В нем необходимо кратко, но емко подвести итоги, показав, что все задачи, поставленные во введении, были успешно решены. Структура заключения должна зеркально отражать структуру работы:

• Была проанализирована современная техническая база в области автоматизации систем кондиционирования и на основе анализа выбраны наиболее перспективные решения.
• Была спроектирована функциональная система автоматизации на базе отечественного ПЛК «Овен ПЛК 100», разработаны алгоритмы управления и составлена проектная документация.
• Была рассчитана экономическая эффективность проекта, которая показала высокую рентабельность и короткий срок окупаемости, а также подтверждена безопасность и экологичность предложенных решений.

Главный вывод должен четко констатировать, что цель дипломного проекта полностью достигнута. Вы не просто изучили тему, а разработали готовое инженерное решение для конкретной практической задачи.

Вспомогательным, но важным разделом являются Приложения. Туда выносится вся громоздкая графическая и текстовая информация, чтобы не перегружать основной текст. Как правило, в приложения включают:

1. Чертежи и схемы (функциональная схема автоматизации, схема электрическая принципиальная).
2. Полную спецификацию оборудования и материалов.
3. Листинги программного кода для ПЛК (если это требуется).
4. Результаты расчетов в виде таблиц.

Подготовка к защите, или как уверенно представить результат

Написание дипломной работы — это только половина дела. Вторая половина — это ее успешная защита. Чтобы уверенно представить свой проект комиссии, нужна тщательная подготовка. Главный инструмент защиты — это ваша презентация.

Рекомендуется подготовить краткую и наглядную презентацию объемом 10-12 слайдов. Не пытайтесь уместить на них весь текст диплома. Ваша задача — показать ключевые моменты:

• Слайд 1: Титульный лист (тема, автор, руководитель).
• Слайд 2: Актуальность, цель и задачи работы.
• Слайд 3-4: Краткий анализ существующих решений и обоснование выбранной технологической базы.
• Слайд 5-7: Представление вашего проекта: функциональная схема, описание выбранного оборудования (особенно контроллера), ключевые алгоритмы. Это самая важная часть!
• Слайд 8-9: Главные результаты расчетов: экономический эффект, срок окупаемости.
• Слайд 10: Общие выводы, подтверждающие достижение цели.
• Слайд 11: Спасибо за внимание.

Будьте готовы к вопросам. Комиссия обязательно захочет проверить глубину вашего понимания темы.

Продумайте ответы на наиболее вероятные вопросы:

1. Почему вы выбрали именно этот контроллер, а не его аналоги?
2. Каков реальный экономический эффект для предприятия в денежном выражении?
3. Как ваша система интегрируется с другими инженерными системами здания, например, с пожарной сигнализацией?
4. Какие сложности могут возникнуть при внедрении вашего проекта на практике?

Подготовьте раздаточный материал (ключевые схемы и расчеты на 1-2 листах) — это покажет ваш профессионализм и уважение к комиссии. Уверенное владение материалом и четкая презентация — залог отличной оценки.