ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,

МЕХАНИКИ И ОПТИКИ”

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ

«РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ДОЛГОСРОЧНОЙ ПРОГРАММЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ В СИСТЕМЕ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ МЕГАПОЛИСА»

Автор____Шамиев Руслан Ринатович_____ _______________

(Фамилия, Имя, Отчество) (Подпись)

Направление подготовки (специальность)__15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»______________________

Квалификация ________бакалавр_______________________________

(бакалавр, инженер, магистр)

Руководитель __Иванов В.Л._с.н.с., к.т.н._ ______________

(Фамилия, И., О., ученое звание, степень) (Подпись)

К защите допустить

Зав. кафедрой ___ Иванов В.Л._с.н.с. к.т.н ___ ______________ (Фамилия, И., О., ученое звание, степень) (Подпись)

“___”__________________ 20 ____г.

Санкт-Петербург, 2016 г.

Студент Шамиев_Р.Р.____Группа_Т3400____Кафедра__АБиТП______Факультет___ПБИ_______

(ФИО)

Направленность (профиль), специализация 15__Автоматизация технологических процессов и производств___________________

Консультант(ы):

а) ________________________________________________________________ _______________

(Фамилия, И., О., ученое звание, степень) (Подпись)

б) ________________________________________________________________ _______________

(Фамилия, И., О., ученое звание, степень) (Подпись)

Квалификационная работа выполнена с оценкой _______________________________

Дата защиты “____”________________________20 ____г.

Секретарь ГЭК ____________________________________

Листов хранения ___________________________________

Демонстрационных материалов/Чертежей хранения _________________________________

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

“САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,

МЕХАНИКИ И ОПТИКИ”

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой Иванов В.Л.____

(ФИО)

____ _____________ _

(подпись)

«____» «_______________» 20___ г.

ЗАДАНИЕ

НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ

Студенту Шамиев Р.Р. Группа _ Т3400 Кафедра _АБиТП_ Факультет ___ПБИ _____

Руководитель _ Иванов В.Л._с.н.с. к.т.н зав.кафедры АБиТП____________________

(ФИО, ученое звание, степень, место работы, должность)

1.Наименование темы: « Разработка комплексной долгосрочной программы повышения энергоэффективности наружного освещения мегаполиса»

Направление подготовки (специальность) _15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»_______________________________________________________

Направленность (профиль) _15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств (пищевой промышленности)»________________________________________

Квалификация __бакалавр______________________________________________________

( бакалавр, магистр, специалист)

2. Срок сдачи студентом законченной работы « ___» «__________________» 20_____г.

3. Техническое задание и исходные данные к работе

1.Результаты анализа литературных источников

2. Материалы патентов и научных публикаций, выпущенные на кафедре АБиТП

3.Материалы, полученные при прохождении производственной практики

4. Содержание выпускной работы (перечень подлежащих разработке вопросов)

1. Введение

2. Технико-экономическое обоснование

3. Анализ объекта управления

4. Анализ технических средств автоматизации

5. Разработка алгоритма системы управления

6. Расчет экономической эффективности

7. Список используемой литературы

5. Перечень графического материала (с указанием обязательного материала )

1. Блок-схема алгоритма управления системой управления

2. Принципиальная схема

3.Структурная схема

4. Технико-экономические показатели

6. Исходные материалы и пособия

Материалы, полученные при проведение эксперимента, Литературные источники, Интернет-ресурсы.

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

№№ п/п	Наименование этапов выпускной квалификационной работы	Срок выполнения этапов работы	Отметка о выполнении, подпись руководителя
1	Литературный обзор	01.03.16
2	Анализ объекта управления	01.04.16
3	Разработка алгоритма	15.04.16
4	Расчет экономической эффективности проекта	01.05.16

7. Дата выдачи задания « ____» «_________________» 20____г.

Руководитель__________________________

(подпись)

Задание принял к исполнению___________________ «____» «______________» 20____г.

(подпись)

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

“САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,

МЕХАНИКИ И ОПТИКИ”

АнНотация

Отечественных

Иностранных

Последние 5 лет

От 5 до 10 лет

Более 10 лет

Последние 5 лет

От 5 до 10 лет

Более 10 лет

6 Использование информационных ресурсов Internet______________3____________________

(Да, нет, число ссылок в списке литературы)

_______________________________________________________________________________

7 Использование современных пакетов компьютерных программ и технологий____________ (Указать, какие именно, и в каком разделе работы)

Microsoft Office; Microsoft Office PowerPoint.___________________________________ _________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

8 Краткая характеристика полученных результатов __При внедрении алгоритма в существующую программу, заметны положительные экономические эффекты._______________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9 Полученные гранты, при выполнении работы ____________нет___________________________

(Название гранта)

________________________________________________________________________________

10 Наличие публикаций и выступлений на конференциях по теме выпускной работы___Да__

(Да, нет)

а) ___V Всероссийский Конгресс молодых ученых // «Разработка комплексной долгосрочной программы повышения энергоэффективности наружного освещения мегаполиса»__________

(Библиографическое описание публикаций)

б) ___ V Всероссийский Конгресс молодых ученых // «Разработка комплексной долгосрочной программы повышения энергоэффективности наружного освещения мегаполиса»___________

(Библиографическое описание выступлений на конференциях)

Выпускник___Шамиев Руслан Ринатович_ _________________

(ФИО) (подпись)

Руководитель__Иванов Владимир Леонидович _________________

(ФИО) (подпись)

“__________”________________20___г.

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………...5

2. Технико-экономическое обоснование………………………………….10

3. Анализ объекта управления …………………………………………12

4. Анализ технических средств автоматизации …….……………………15

5. Разработка алгоритма системы управления…………………………...22

6. Расчет экономической эффективности ………….…………………….24

Список литературы……………………………………………………...27

Раздел 1

Введение

Необходимость освещения дома, города ночью является немаловажной потребностью для жизни в современном обществе. Освещение города в темное время суток также является одной из первостепенных задач для безопасной и комфортной жизни в нём. Но затраты на обеспечение системы освещения электроэнергией занимают значительную статью расхода городского бюджета. К затратам можно отнести и обслуживание данных систем – постоянная проверка работоспособности и замена выведенных из строя осветительных устройств. На данный момент ведутся исследования и разработки по сокращению расходов на освещение города и повышение энергоэффективности использования электрической энергии. Помимо муниципальных программ по обновлению систем освещения в крупных городах, которые заключаются в замене опор освещения более оптимизированной конструкции и источники света с энергетически эффективным способом преобразования электроэнергии в световое излучение. Существуют и активно внедряются технологии энергоэффективного автоматизированного освещения улиц и зданий на основе использования регулируемых светодиодных источников света. В связи с появлением микроконтроллеров и датчиков освещенности, энергоэффективность в сфере освещения стала новым направлением исследования и разработок для увеличения экономии.

В результате появления светодиодных источников освещения, изменились представления об энергоэффективности. Т.к светодиодное освещение в разы меньше потребляет электроэнергию и показатели светового потока значительно выше относительно некоторых типов светильников.

Таблица 1. - Характеристики ламп.

Тип	Световой поток(лм)	Световая отдача(лм/ватт)
Лампа накаливания 40 Вт	420	10
Лампа накаливания 100 Вт	1800	12
Лампа накаливания 200 Вт	2500	13
Галогенная лампа 230В 42 Вт	625	15
Галогенная лампа 230В 70 Вт	1700	17
Люминесцентная лампа 40 Вт	2000	50
Люминесцентная лампа 200 Вт	11400	57
Металлогалогенная газоразрядная лампа(ДРИ)250Вт	19500	78
Металлогалогенная газоразрядная лампа(ДРИ)2000Вт	210000	105
Индукционная лампа 40 Вт	2800	90
Натриевая газоразрядная лампа 430 Вт	48600	113
Светодиод 40-80 Вт	6000	115

Хотя совсем недавно уличное освещение в Санкт-Петербурге включалось повсеместно по расписанию заходов и восходов солнца, полученному из Пулковской обсерватории, ежегодно предоставляющей наиболее точную информацию. Но решение о включении уличного освещения варьировалось в диапазоне 30мин [25] и оставалось за служащим, который выходил из офиса на Исаакиевской площади и измерял люксметром степень освещенности. И если показатели освещенности не соответствовали нормам, освещение включалось, либо выключалось в зависимости от времени суток. Постепенно все процессы компьютеризировались, уличное освещение стало включаться в каждом районе по отдельности, где это необходимо, решение о включении уличного освещения было передано компьютеру, но под контролем человека. Основной принцип регулирования заключается в увеличении или снижении (диммировании) напряжения, подаваемого на источник освещения, преобразующий электрическую энергию в световое излучение. Датчики освещенности регистрируют снижение уровня яркости ниже заданного значения (сумерки) - лампы включаются, при превышении показателей яркости - выключаются. К недостаткам таких систем можно отнести трудности калибровки датчиков освещения т.к различные типы ламп работают в разном диапазоне напряжений, чувствительность к загрязнению, невозможность реализации энергосберегающих алгоритмов работы(например, затемнения или выключения части ламп в глухое ночное время, когда полное освещение не требуется)[9]. Интересный метод управления уличным освещением реализует иностранная компания. Вместо датчика фотодатчика применили встроенный GPS-приемник и вычислительное устройство. Зная координаты географического местоположения контроллера уличного освещения и астрономическое время, получаемое со спутников системы глобального позиционирования, вычислительные, вычислитель определяет точное время захода и восхода солнца. Контроллер включает освещение за 15 минут до наступления сумерек (момент, когда центр солнца находится под углом 6 градусов над горизонтом) и выключает освещение через 10 минут после восхода солнца в данной точке земного шара. Очевидно, что данная система нечувствительна к оптическому загрязнению и неточной калибровке фотодатчиков.

Современные системы управления уличным освещением также обладают общим интерфейсом управления для контроля системы оператором. Но в связи с увеличением масштабов применения данных систем компании C2 Smart light появилась проблема с информативностью данного интерфейса. Большое количество объектов системы на общей карте не отображаются корректно, наслаиваются друг на друга, что приводит к снижению информативности. Следовательно, оператор при выведении из строя оборудования на интерфейсе данной системы не может моментально этого заметить и принять необходимые меры для устранения, что приводит к дополнительным энергетическим расходам и соответственно затратам.

Решением данной проблемы будет разработка дополнительного алгоритма программы. Она будет выбирать из списка случившихся аварийных ситуаций, произошедших во всей системе, и сортировать по приоритету, которые могут повлечь за собой значительные энергетические затраты. Тем самым оператор будет принимать решения изначально, которые более важны.

Раздел 2

Раздел 3

Анализ объекта управления

Рассмотрим систему управления наружным освещением города в качестве объекта управления в виде параметрической схемы

Возмущающие воздействия:

– Погодные условия(0…100%);

– Человеческий фактор (да/нет)

– Загруженность дорог(0…100%)

Входной параметр:

– Стандарты показателей освещенности для каждого типа городской местности (Предусмотрены строительными нормами и правилами)

Управляемое воздействие:

- Напряжение в сети (зависит от типов светильников и стандартов, предусмотренных в СНиПе)

Показатель качества (Выходной параметр):

– уровень освещенности (люмен на (зависит от участка местности города, предусмотренных в СНиПе)[23]

В связи с появлением интернет технологий (интернет вещи, облачные хранилища, контроллеры). Система освещения города как объект управления стала нуждаться в модернизации для эффективного потребления электроэнергии. На данный момент регулирование основного выходного параметра качества (мощность светового потока на единицу площади) зависит от многих параметров. При продолжительном отсутствии автомобилей на участке дороги, даётся сигнал к понижению напряжения на линии освещения. Понижение напряжения на линии приводит к снижению мощности светового потока ламп, и, следовательно, к экономии. Человеческий фактор также влияет на показатель качества. В наше время до сих пор существуют люди, которые занимаются вандализмом, выводят из строя источники освещения, что приводит к снижению показателей освещенности. Если показатель существенно отклонился, система даёт команду увеличить яркость у близлежащих светильников. Погодные условия тоже влияют. Т.к мы рассматриваем городское освещение как объект управления, необходимо учесть, что каждому участку городской местности соответствуют определенные стандарты освещённости, прописанные в Строительных нормах и правилах.

Раздел 4

С2 LM(Датчик освещенности)

Устанавливается от одного до девяти датчиков в месте применения оборудования, каждый из которых подключен к отдельным блокам управления
С2. Датчики устанавливаются вместе с наименьшим количеством побочного света, для повышения достоверности измерений. Усредненное значение полученных данных используется как основной параметр управления.

Таблица 5-Характеристики датчика освещенности

Сигнал связи	Зашифрованная передача данных через провод
Стекло	Pilkington ActivTM самоочищающееся
Толщина	4 мм
Шина	+5 V DC I2C-Bus / кабель4 м / RJ45
Измерения	0-6553 lx
Самое точное измерение lux	0-50 lx

Рисунок 8 – Датчик освещенности

Раздел 5

Раздел 6

Список использованной литературы

1. Агафонов, Г.А.На пути к полному контролю /Г.А. Агафонов// Install pro magazine, -2005, №6(36).С 68-69

2. Балюбаш В. А., Данин В. Б., Стегаличев Ю. Г. Методические указания по организации работы над дипломным проектом для студентов специальности 220301. – СПб: СПбГУНиПТ, 2007. – 16 с.

3. Бохлер, Кр. Возможности использования LED-систем в подсветке объёмных букв. Технический обзор светодиодов.-2005.-№7

4. С.М. Гвоздев, Д.И. Панфилов, Т.К. Романова и др. Энергоэффективное электрическое освещение: учебное пособие /.; под ред. Л.П. Варфоломеева. - М.: Издательский дом МЭИ, 2013.288 с.: ил.

5. Гуревич В.И. Электрические реле. Устройство, принцип действия и применения. - М.: Солон-пресс, 2011. - 700 с.: ил.

6. Данилов, Н.И. Основы энергосбережения: учеб- 2-е изд., Издательский дом «Автограф», 2010. -528 с.

7. Осветительные сети в промышленных зданиях. Догилев М.Ю. - М.: Колос. 2004 - 356 с.

8. Дадиомов М.С. Управление осветительными сетями. Изд.3-е, перераб и доп.М., " Энергия", 1993. - 188 с. с ил.

9. Захарова А.А. Автоматизированные системы управления энергоэффективным освещением. Издательский центр ЮУрГУ, 2011.

10. Ивановская Л. С. Технико – экономическое обоснование и расчет технико-экономических показателей дипломного проекта. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2004. – 25с.

11. Коллман, Р. Эффективное управление питанием светодиодов, -2008. №3.

12. Кунгс Я.А. Автоматизация управления электрическим освещением. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 112 с: ил.

13. Казаринова Л.С.Автоматизированные системы управления в энергосбережении(опыт разработки). –Т. Лурье, 2010.

14. Лаврищев И. Б., Кириков А. Ю. Разработка функциональных схем автоматизации при проектировании автоматизированных систем управления процессами пищевых производств. 2 – е изд., испр. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2004. – 51 с.

15. Лаврищев И.Б., Кириков А.Ю., ДобряковВ. А. Разработка принципиальных электрических схем систем управления процессами пищевых производств. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2004.-53 с.

16. Методические рекомендации по определению стоимости эксплуатации объектов уличного освещения//Центр муниципальной экономики и права.-Москва, 2006.

17. Панфилов, Д. Введение в беспроводную технологию Zigbee IEEE 802.15.4/ Д. Панфилов, М. Соколов//Электронные компоненты.-2004.-№12

18. Теория автоматического управления: Учеб. пособие / О.В. Погодицкий, Н.А. Малеев. - Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2010. - 268 с.

19. М.А. Фаермарк Экономия электрической энергии в осветительных установках. - М.: Энергоатомиздат, 2005. - 284 с., ил.

20. Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред.А.Э. Юновича. - 2-е изд. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 496 с.

21. Carlos A. Smith, Armando B. Corripio, John Wiley. Principles and Practice Automatic Process Control, 2007.

22. McBride M., Ornektekin O., Nicklas M., Jefferson P. Advanced Energy Design Guide for K-12 School Buildings. Achieving 50% Energy Savings Toward a Net Zero Energy Building. Developed by: US Department of Energy, 2013.

23. Свод правил Естественное и Искусственное Освещение СНиП 23-05-95. 2011.

24. ГОСТ 17616-82. Лампы электрические. Методы измерения электрических и световых характеристик. – М.: Изд-во стандартов, 1982-22с.

25. http: //www.lensvet.spb.ru/

26. http: //c2smartlight.com/

27. http: //led-eng.ru/

УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,

МЕХАНИКИ И ОПТИКИ”

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Автор____Шамиев Руслан Ринатович_____ _______________

(Фамилия, Имя, Отчество) (Подпись)

Квалификация ________бакалавр_______________________________

(бакалавр, инженер, магистр)

Руководитель __Иванов В.Л._с.н.с., к.т.н._ ______________

(Фамилия, И., О., ученое звание, степень) (Подпись)

К защите допустить

Зав. кафедрой ___ Иванов В.Л._с.н.с. к.т.н ___ ______________ (Фамилия, И., О., ученое звание, степень) (Подпись)

“___”__________________ 20 ____г.

Санкт-Петербург, 2016 г.

Студент Шамиев_Р.Р.____Группа_Т3400____Кафедра__АБиТП______Факультет___ПБИ_______

(ФИО)

Направленность (профиль), специализация 15__Автоматизация технологических процессов и производств___________________

Консультант(ы):

а) ________________________________________________________________ _______________

(Фамилия, И., О., ученое звание, степень) (Подпись)

б) ________________________________________________________________ _______________

(Фамилия, И., О., ученое звание, степень) (Подпись)

Квалификационная работа выполнена с оценкой _______________________________

Дата защиты “____”________________________20 ____г.

Секретарь ГЭК ____________________________________

Листов хранения ___________________________________

Демонстрационных материалов/Чертежей хранения _________________________________

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

“САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,

МЕХАНИКИ И ОПТИКИ”

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой Иванов В.Л.____

(ФИО)

____ _____________ _

(подпись)

«____» «_______________» 20___ г.

ЗАДАНИЕ

12 3 4 5 Следующая ⇒