Автоматические системы жизнеобеспечения в зданиях и помещениях.

Автоматические системы жизнеобеспечения в зданиях и помещениях.
1 Общие принципы
2 Системы воздухоснабжения и вентиляции
3 Системы отопления
4 Системы освещения
5 Аппаратное и программное обеспечение
6 Новые технологии «Интелектуальный» дом
Проекты автоматизции
1 Общие принципы
В СООТВЕТСТВИИ С Постановлением Правительства РФ от 16.02.2008 N 87«
О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию» «Сведения об инженерном
оборудовании, о сетях инженерно -технического обеспечения, перечень инженерно-технических
мероприятий, содержание технологических решений» должен состоять из следующих подразделов:
а) подраздел «Система электроснабжения»;
б) подраздел «Система водоснабжения»и «Система водоотведения»;
в) подраздел «Отопление, вентиляция и кондиционированиевоздуха, тепловые сети»;
г) подраздел «Сети связи»;
д)подраздел«Современные технологии»;
Прежде всего возможность дышать, обеспечение кислорода в воздухе. Этот вопрос решался всегда, когда
создавалось жилище. Вспомним ветиляционные каналы в египетских пирамидах. По санитарно –гигеническим
требованиям в помещениях требуется предусматривать вентиляцию с естественным побуждением. В
простейшем случае это вытяжные решенки на кухнях, в ванной и других комнатах. Компенсацию удаляемого
воздуха предусматривают за счет поступрления наружного воздуха через форточки, фрамуги, щели. Приток
уличного воздуха просачивающегося через неплотности окон, дверей, стен под дейцствием ветровых и
гравитационных сил называется инфильтрация. При расчетах воздухообмена в жилых зданиях нормой
свежего воздуха на каждого человека считается 60 м3/час на человека или 3м3/ час на 1м2 площади
жилого помещения.
Появление новых герметичных оконнных систем из пластика свело на нет возможность притока свежего
воздуха за счет инфильтрации. Необходимо регулярно проветривать, открывая окна. Но проветривание при
морозной погоде, при жаркой погоде или большом автомобильном движении с воздухом загрязненным
выхлопами, создают дискомфортные и вредные условия для человека. При малом притоке свежего воздуха
будет наблюдаться недостаток кислорода, повышенная влажность или сухость в звисимости от времени года.
При таких условиях на стенках возможен грибок, особенно в ваной комнате и туалете. Будет
запотевание окон и вода на подоконниках и полу. У людей возростает заболеваемость дыхательной и
сосудистой систем. Мебель и отделочные материалы постоянно выделяют в воздух химические соединения.
И чем хуже работает вентиляция, тем сильнее возрастает в воздехе концентрация вредностей.
Кодиционер не решает проблему вентиляции жилища. Назначение кондиционера – поддержание
комфортной температуры воздуха. Некоторые кондиционеры могуг очищать воздух от зарязнений и пыли. Но
кондиционер не контролирует и не подерживает химический состав воздуха. Все это вызывает необходимомть
создания вентиляционных систем.
Вениляционные системы должны обеспечивать рекуперацию тепловой энергии. В холодное время мы
вынуждены подогревать свежий воздух, а в летнее время наоборот его охлаждать. Затем, после испльзования
, отправлять обратно, т.е. в определенном смысле отапливать или охлаждать улицу. Рекуперация – это обмен
теплотой и влагой между потоками входящего или выходящего из помещения воздуха. Она происходит в
рекуперативном теплообменнике. Организация циркуляции воздуха с помощью приточно- вытяжной системы
с рекуперацией обеспечивает сбалансированный воздухообмен в помещениии.
1.1 В системах автоматики, в том числе и автоматике зданий имеются стандартные обозначения
основных измеряемых и регулируемых величин. Ниже приведен список и условное (символьное)
обозначение основных параметров технологических процессов. Они характеризуют состояние объекта
контроля и управления, в нашем случае – воздушной среды, и называются технологическими параметрами.
F - расход, L - уровень, Р - давление, Т - температура, Е - любая электрическая величина (напряжение,
ток), G - положение, перемещение, Q - состав смеси, концентрация, М - влажность, S - скорость (линейная или
угловая), частота вращения, V - вязкость, W – масса . D – плотность. Технологические параметры измеряются с
помощью приборов, называемымых датчиками. Каждый параметр имеет свои единицв измерения.
Регулируются параметры изменением интенсивности (количества) материальных и энергетических потоков,
например, изменением потоком воды или потоком тепла (пара). Интенсивность потока характеризуется
расходом этого потока F и изменяется с помощью исполнительных механизмов – заслонок, клапанов,
шиберов.
Основными нормируемыми параметрами воздуха в помещении являются: температура, влажность,
скорость движения, газовый состав, наличие механических частиц пыли.
1.2 Нормативной классификации СКВ не существует, но на практике и в технической литературе
сложилась определенная терминология и классификация, которых мы будем придерживаться:
• в зависимости от способа, вызывающего движение воздуха, системы вентиляции подразделяются на
естественные (гравитационные) и искусственные (с механическим побуждением);
• по назначению - на приточные, вытяжные и смешанные;
• по зоне обслуживания - на общеобменные и местные;
• по конструктивному исполнению - на канальные и бесканальные.
Системы с естественной вентиляцией просты, не требуют сложного дорогостоящего оборудования и больших
эксплуатационных затрат. Однако зависимость эффективности этих систем от внешних факторов (температуры
наружного воздуха, направления и скорости ветра), а также небольшое давление не позволяют решать с их
помощью все сложные и многообразные задачи в области вентиляции. Поэтому применяют системы с
механическим побуждением.
В системах с механическим побуждением используется оборудование (вентиляторы), позволяющее
перемещать воздух на требуемые расстояния. При необходимости воздух подвергают различным видам
обработки: очистке, нагреванию, охлаждению, увлажнению, осушению. Вентиляцию с механическим
побуждением можно разделить на местную и общеобменную.
Местной вентиляцией называется вентиляция, которая обеспечивает подачу воздуха на определенные места
(местная приточная вентиляция), или удаление загрязненного воздуха только от мест образования вредных
выделений (местная вытяжная вентиляция). Если местной вентиляцией не удается обеспечить санитарногигиенические или технологические требования, применяют
общеобменные системы вентиляции.
Общеобменные вытяжные системы равномерно удаляют воздух из всего помещения, а общеобменные
приточные - подают воздух и распределяют его по всему объему вентилируемого помещения. При
одновременной работе приточной и вытяжной вентиляции они должны быть сбалансированы по расходу
воздуха.
2 Системы воздухоснабжения и вентиляции
2.1 Оптимальные параметры воздуха представляют собой совокупность условий, наиболее благоприятных
для самочувствия людей (область комфортного кондиционирования воздуха), или условий для правильного
протекания технологического процесса (область технологического кондиционирования). Если на выпуск
продукции в основном влияет интенсивность труда, обеспечиваются условия, комфортные для работающих в
цехе людей.
Допустимые параметры воздуха устанавливаются в случае, когда по технологическим требованиям или
техническим и экономическим причинам не обеспечиваются оптимальные нормы. В соответствии с санитарногигиеническими требованиями наиболее благоприятная температура в общественных, административнобытовых помещениях должна составлять 20-25 °С, а допустимые колебания в теплый период - от 20 °С до 28 °С,
в холодный и переходной периоды - от 18 °С до 22 °С
Температура — скалярная физическая величина, характеризующая среднюю энергию частиц
макроскопической системы, которая находится в состоянии термодинамического равновесия. Температура
измеряется в градусах (®): Цельсия С, Кельвина К, Фаренгейта F. Градусы Цельсия очень распространены из-за
исторической привязки к важным характеристикам воды — температуре таяния льда (0 °C) и температуре
кипения (100 °C) при атмосферном давлении. Это удобно. Самая низкая температура, которая возможна — это
–273,15 °C. Эта температура называется абсолютным нулем.
Начало шкалы Кельвина совпадает с абсолютным нулем. Кельвин определяется как 1⁄273,16
термодинамической температуры тройной точки воды (0,008 °C или 32,018 °F). Кельвин является одной из
семи основных единиц системы СИ. Один градус Кельвина равен одному градусу Цельсия. Но вся шакала
Кельвина сдвинута вниз на 273,15 градуса. При пересчете температуры в шкале Цельсия в шкалу Кельвина
нужно к показаниям по Цельсию добвить 273,15. 1°К = 1°С + 274,15, 11°К = 11°С +274,15.
На шкале Фаренгейта точка таяния льда равна +32 °F, а точка кипения воды +212 °F (при нормальном
атмосферном давлении). Один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур. Пересчет из шкалы
Фаренгейта в шкалу
Обратную формулу пересчета можно вывести из этого
выражения. Температура замерзания воды по Фаренгейту равна 32 °.
В настоящее время градус Фаренгейта используется в быту как основная единица измерения температуры в
следующих странах: Англия, США и зависимые территории (Гуам, Виргинские острова, Палау, Пуэрто-Рико и
т.д.), Белиз, Бермудские Острова, Ямайка.
Температурная шкала Реомюра (°Re, °Ré, °R) (фр. Réaumur) — устаревшая шкала для измерения температуры,
в которой точки кипения и замерзания воды соответственно равны 80 и 0 градусам. В XVIII веке Шкала
Реомюра была распространена в Европе, особенно во Франции, Германии и в России. К 1790 году, в связи с
переходом на метрическую систему, Франция перешла на шкалу Цельсия. В наше время шкала Реомюра
используется только в некоторых странах для измерения температуры молока при производстве сыра.
Дополнительно: Темпратура пола зимой -16,5°С – 26 °С, летом – больше 18 °С. Температура потолка зимой 16°С – 30 °С, летом – больше 21 °С. Концентрация нетоксичной пыли - 0,15 мг/м3.
2.2 Системы кондиционирования могут быть классифицированы следующим образом: • по наличию
источников тепла и холода - автономные и неавтономные; • по принципу расположения системы
кондиционирования относительно обслуживаемого объекта - центральные и местные; • по количеству
обслуживаемых помещений - однозональные и многозональные; • по типу обслуживаемых объектов бытовые, полупромышленные и промышленные.
Автономные СКВ в своем составе имеют весь комплекс оборудования, позволяющий провести обработку
воздуха в соответствии с требованиями по очистке, нагреванию, охлаждению, осушению, увлажнению, и
распределению воздуха, а также средства автоматического и дистанционного управления и контроля. Для
работы автономной СКВ необходимо подать только электрическую энергию. К автономным СКВ относятся
оконные, шкафные кондиционеры. Неавтономные СКВ не имеют встроенных агрегатов, являющихся
источниками тепла и холода. К этим СКВ от других источников теплоснабжения подаются холодные или
горячие агенты (вода, фреоны).
Однозональные СКВ применяются для обслуживания одного помещения с равномерным распределением
тепло- и влаговыделений, например, выставочных залов, кинотеатров. Многозональные СКВ применяются для
обслуживания нескольких помещений или помещения с неравномерным распределением тепло- и
влаговыделений.
2.3 Основные свойства влажного воздуха
Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. С технической точки зрения
смесь этих газов (без водяного пара) допустимо называть «сухой воздух», а атмосферный воздух представлять
как смесь сухого воздуха и водяного пара. Количество водяного пара, содержащееся в воздухе, может быть
выражено различными способами. В частности, количество влаги можно выразить через:
• абсолютную влажность; • относительную влажность, или гигрометрический показатель.
Давление атмосферного воздуха (Рв) представляет собой сумму парциальных давлений сухого воздуха Рс и
водяного пара Рп (закон Дальтона):
Рв=Рс+Рп .
Парциальное давление измеряется в Паскалях или миллибарах,
1 мбар = 100 Па.
Давление — физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности
перпендикулярно этой поверхности. Среднее давление по всей поверхности есть отношение силы к площади
поверхности. Чтобы расчитать ваше давление на землю в положении «стоя», нужно ваш вес разделить на
площадь подошв вашей обуви ( с учетом наличия двух ног). Поэтому гораздо страшнее, если вам на ногу
наступит обладательница шпилек, чем хозяйка кроссовок.
Атмосферное давление — это давление воздуха в данном месте. Если его принимают за «0» для шкалы
измерений, то давление в этой шкале называется избыточным и обозначается «ати». Если за «0» принимают
давление в космосе (вакуум), то давление называется абсолютным и обозначается «ата». Разница между
давлением в «ати» и «ата» составляет одну атмосферу (один бар). Абсолютное давление больше. Прибор для
измерения давления называется манометром и может градуироваться в обеих шкалах. Всегда уточняйте в
каких шкалах отрадуирован ваш прибор. Приборы с «0» ата измеряют величину вакуума в тех аппаратах, в
которых он может возникать. Для точного измерения вакуума производят приборы называемые
вакуумметрами.
Основной единицей измерения давления в Международной системе (СИ) служит Паскаль (1 Па = 1Н/м2). Один
паскаль определяется как давление в 1 ньютон на площади в квадратный метр. Один паскаль — очень
маленькое давление (0,1 мм воды по поверхности М2), поэтому чаще давление выражают в килопаскалях
(кПа). Например, давление в шинах легкового автомобиля может быть в пределах 180—250 кПа. Применяются
также иные единицы: бар, техническая атмосфера, физическая атмосфера, миллиметр ртутного столба, метр
водяного столба, и другие. Миллибар (1 мбар = 100Па), миллиметры ртутного столба (1 мм.рт.ст. = 133,322 Па).
Данные единицы не относятся к СИ, но допускаются. Соответсвенно, 1 атмосфера = 1 бар = 1000 мбар =
1000*100Па = 100000Па. 1ата= 756 мм.рт.ст = 756*133,322 = 100792Па. 1 мм. водяного столба = 10 Па.
Парциа́льное давление (лат. partialis — частичный,) — давление отдельно взятого компонента газовой смеси.
Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов. Парциальное
давление идеального газа в смеси равно давлению, которое будет оказываться, если бы он в своем количестве
занимал тот же объём, что и вся смесь газов, при той же температуре.
С водяным паром сложнее. Проведем небольшой опыт. Герметичный сосуд, имеющий постоянную в процессе
опыта температуру, частично заполним водой, а из оставшегося пространства полностью удалим воздух.
Вследствие испарения влаги в этом пространстве будет собираться водяной пар. Его давление будет
постепенно повышаться и достигнет некоторой величины, после чего испарение влаги и рост давления
прекратятся. С этого момента вода и пар будут находиться в состоянии равновесия. Пар, находящийся в
равновесии с образующей его жидкостью, будет насыщенным. В равновесном состоянии число молекул воды
покинувших жидкость будет равно числу молекул паровой фазы, возвратившихся в жидкость. Давление его в
этом состоянии называется давлением насыщения.
Давление насыщения водяного пара Рн зависит от температуры. При комнатной температуре оно невелико и
составляет 0,002— 0,003 МПа. С повышением температуры значительно возрастает и при температуре 100° С
равно 0,1 МПа. Каждой заданной температуре соответствует определенное давление насыщения и наоборот,
каждому давлению—определенная температура насыщения пара. Следует отметить, что температуря
насыщения равна температуре точки кипения воды при данном давлении.
Если газы могут смешиваться в любых количествах, то воздух может вместить лишь определенное количество
водяных паров, потому что парциальное давление паров воды Рп в смеси не может быть больше арциального
давления насыщения Рн этих паров при данной температуре. Существование предельного парциального
давления насыщения проявляется в том, что все избыточные пары воды сверх этого количества будут
конденсироваться. При этом влага может выпадать в виде капель воды, кристаллов льда, тумана или
изморози. Наименьшее содержание влаги в воздухе может быть доведено до нуля (при низких температурах),
а наибольшее - примерно 3 % по массе или 4 % по объему.
Абсолютная влажность (D)- это количество пара (кг), содержащееся в одном кубическом метре влажного
воздуха:
D = Мп/ L где Мп - масса пара, кг; L - объем влажного воздуха, м3.
При изменении температуры влажного воздуха при постоянном давлении изменяется его объем и величина
абсолютной влажности и, наоборот, при одной и той же величине абсолютной влажности могут быть разные
температура и относительная влажность. Так, абсолютная влажность 4,1 г/м3 может быть у влажного воздуха
с температурой 11 °С и относительной влажностью 60 %, а также при температуре 22 °С и относительной
влажности 30 %.
Поэтому для практических расчетов за единицу измерения, характеризующую содержание пара во влажном
воздухе, принимается влагосодержание. Влагосодержание влажного воздуха (d) - количество пара,
содержащееся в объеме влажного воздуха, состоящего из 1 кг сухого воздуха и Мп г пара: d = Мп/ Мс * 1000,
где Мс - масса сухой части влажного воздуха, кг.
Относительной влажностью (ф'), или степенью влажности, или гигрометрическим показателем, называют
отношение парциального давления паров воды к парциальному давлению насыщенных паров, выраженное в
процентах: ф = (Рп/ Рн) * 100%. Для практических расчетов используют соотношение: ф = d/ dн * 100%, где
dн - влагосодержание насыщенного пара. Но значения расчитанные по этим формулам будут немного
различаться между собой.
Относительную влажность можно определить, измеряя интенсивность испарения воды. Естественно, чем
ниже влажность, тем активнее будет идти испарение влаги. Если термометр обмотать влажной тканью, то
показания термометра будут уменьшаться относительно сухого термометра. Разность показаний температур
сухого и влажного термометров дают определенное значение степени влажности атмосферного воздуха.
Расчет влажности производится по приближенной формуле Струнга (Strung): Pп = Pп вл – K (tс – tвл)
где Рп - парциальное давление паров воды, мбар; Рп вл - парциальное давление паров воды для температуры
по влажному термометру, мбар; К - константа для пары «вода - воздух», равная 0,66; tc - температура по
сухому термометру, °С; t вл - температура по влажному термометру, °С.
Относительная влажность считается оптимальной в диапазоне т 30 до 60 % в теплый период и 30-45 % в
холодный и переходной периоды. Верхняя допустимая граница относительной влажности - 65%. Чтобы
разрушить создаваемую телом человека оболочку газовых выделений, необходимо организовать движение
воздушной среды. Однако чрезмерно увеличивать скорость движения воздушной среды недопустимо из-за
возникающего чувства дискомфорта и возможности простудных заболеваний. При температуре воздуха 20-25
°С допустимая скорость движения воздуха составляет 0,2-0,3 м/с для легких работ, 0,4-0,5 м/с - для работ
средней тяжести и 0,6 м/с - для тяжелых работ.
Лекция 3
2.4 Принцип работы установки централизованного вентилирования
Через патрубок (справа вверху) наружный воздух, проходящий через фильтр и регистр предварительного
нагрева, засасывается и распределяется через систему трубопроводов по жилым помещениям. Отводимый
воздух забирается из жилых помещений, и препровождается наружу. Такой же объем наружного воздуха
фильтруется и подается в гостиную и спальню.
Удельная теплоемкость воздуха (с) - это количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воздуха на 1 К.
Удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении зависит от температуры, однако для
практических расчетов систем СКВ эту зависимоcть игнорируют и удельную теплоемкость сухого воздуха в
диапазоне комфортных температур считают равной
Сс = 1,006 кДж/(кг* К) = 0,24 ккал/(кг*К) = 0,28
Вт/кг*К).
Удельную теплоемкость водяного пара принимают равной Свп= 1,86 кДж/(кг* К) = 0,44 ккал/(кг*К) = 0,52
Вт/(кг*К).
Энтальпия — это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенном постоянном
давлении. Энтальпия (теплосодержание) влажного воздуха (hB) - это количество тепла, которое содержится в
таком объеме влажного воздуха, сухая часть которого весит 1 кг плюс количество тепла в водяном паре в этом
объёме. За начало отсчета энтальпий сухого и влажного воздуха принимаются энтальпии при 0 °С. Энтальпия
влажного воздуха (hB) равна сумме энтальпий сухого воздуха (hC) и пара (hП): hB = mС*hС + mП*hП.
Энтальпия сухого воздуха равна: hС = СС * ТС,
кДж/кг, где СС - теплоемкость сухого воздуха, а tС температура сухого воздуха градусах Цельсия.
Энтальпия воды, превращающеся пар равна: hП = 2 500 (кДж/кг) + Сп • t (кДж/кг), здесь 2500 - скрытая
теплота образования паров воды при 0 °С, а Сп - удельная теплоемкость паров воды, равная 1,86 кДж/(кг*К).
После подстановок выражений с учетом выражения влагосодержания (d) в граммах, получим формулу:
hП = Сс * tС + (2500 + Сп *tc) *d.
Если в воздухе есть вода в жидком или кристаллическом состоянии с меньшей температурой чем сам воздух,
то их нужно тратиь тепло на подогрев воды и льда или на таяние льда. Это нужно учитывать. Для справки:
удельная теплоемкость воды - CW= 4,19 кДж/(кг*К), теплоемкость льда - 2,05 кДж/(кг*К), теплота
льдообразования - 332 кДж/(кг*К). При нагревании или охлаждении влажного воздуха происходит
изменение его температуры и энтальпии, но сохраняется количество воды (влагосодержание). Относительная
влажность при этом изменяется, так как изменяется возможность испарения т. е. влагоемкость воздуха.
При охлаждении влажнго воздух с постоянным влагосодержанием (количество граммов) воды, будет
снижаться энтальпия и температура, а относительная влажность будет увеличиваться. Наступит момент, когда
воздух станет насыщенным и его относительная влажность будет равна 100 %. При дальнейшем охлаждении
воздуха начнется конденсация пара (влаги) в виде росы. Эта температура называется точкой росы. Точка росы
для различных температур сухого воздуха разная. Она зависит от начальной температуры воздуха и от
величины влажности. Например, если у воздуха при температуре 0 С была влажность 50%, то точка росы будет
«-9,2 С», а при влажности этого воздуха 80%, точка росы будет «-3,0 С». Если у воздуха при температуре 20 С
была влажность 50%, то точка росы будет « +9,2 С», а при влажности этого воздуха 80%, точка росы будет
«+16,5 С».
2.5 РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ
Необходимый воздухообмен в помещении может быть определен по нормативным требованиям содержания
тепла, влаги и газов в помещении. Ниже приведем основные соотношения, позволяющие произвести расчеты
с достаточной степенью точности для практической деятельности.
Расчет параметров двух смешиваемых потоков воздуха
Если воздух объемом L1 с параметрами t1, d1 h1 смешивать с воздухом объемом L2 и параметрами t2, d2, h2,
то параметры воздушной смеси можно определить по следующим формулам:
h см = (L1* h1 +L2* h2)/ (L1+L2*),
dсм = (L1* d1 +L2* d2)/ (L1+L2*),
t см = (L1* t1 +L2* t2)/ (L1+L2*).
Расчет воздухообмена по теплопритокам
Чтобы убрать теплопритоки, выделяемые в помещении, потребуется подача приточной
вентиляцией воздуха в количестве
LПОМ = QИЗБ/(ρ*c (t Пом– tПр) ) ,мз/ч, где
Qизб - избыточные теплопритоки в помещении, кДж/ч; t
Пом - температура в помещении, °С; tПр - температура приточного воздуха, °С; с - удельная
теплоемкость воздуха, кДж/(кг-К); ρ - плотность приточного воздуха, кг/м3.
Лекция 4. Расчет воздухообмена по влаго и газовыделениям.
Если в помещении выделяется влага W (г/ч), а исходная влажность в помещении d, то чтобы удалить
выделяемую влагу (сохранить постоянную влажность), необходимо продувать помещение
приточным воздухом с влажностью dnp объемом: LПОМ = W/(ρ* (d– dПр) ) , м3/ч, .
Если в помещении выделяются газы и удаление их осуществляется продувкой свежего воздуха, то
необходимое количество воздуха определяется по формуле:
L = GГ/( qПД – qПр), м3/ч
где GГ - газовыделение в помещении, л/ч; qПД - предельно допустимое содержание газа в удаляемом
воздухе, л/м3; qПр - содержание газа в приточном воздухе, л/м3.
Чтобы сохранить в помещении заданную температуру и влажность, необходимо выполнить условие:
W/(d– dПр) = QИЗБ/(c (t Пом– tПр) )
Таким образом, зная величины теплопритока в помещении Qизб и количество выделяемой влаги W, изменяя
параметры приточного воздуха dПр и tПр, можно обеспечить стабильные параметры воздуха в помещении. Это
уравнение теплосодержания влажного воздуха является основным при расчете систем вентиляции.
Для облегчения расчетов уравнение теплосодержания влажного воздуха представляют в виде графика,
получившего название – I(h) - d диаграмма. При помощи d-h диаграммы графическим методом просто
решаются задачи, решение которых аналитическим путем требует хотя простых, но кропотливых вычислений.
Диаграмма построена для среднего атмосферного давления и с достаточной точностью может использоваться
для небольших отклонений от этого давления
По оси ординат откладываются значения энтальпии h, а по оси абсцисс, расположенной под углом 135° к оси
ординат, откладывается влагосодержание d. Начало координат (точка 0) соответствует значениям h = d=0.
Ниже точки 0 откладываются отрицательные значения энтальпии, выше - положительные. На полученной
таким образом сетке строятся линии изотерм t = const, линии постоянных относительных влажностей ф = const,
парциального давления водяного пара и влагосодержания. Нижняя кривая ср = 100 % характеризует
насыщенное состояние воздуха и называется пограничной кривой.
С помощью hd - диаграммы можно выполнить следующие расчеты. 1. По двум известным параметрам
состояния влажного воздуха можно найти местонахождение точки, а значит и другие параметры (h, ϕ, t, d, p
вод.парц.
2. Для нахождения парциального давления водяного пара необходимо с заданной точки опустить
вертикальную прямую до пересечения с линией Рвод.парц., от точки пересечения по горизонтали пройти до
правого поля диаграммы, где прочитать парциальное давление водяного пара.
3. Для каждого состояния влажного воздуха можно найти температуру точки росы t т.р. Для этого из данной
точки опустить вертикальную прямую до линии ф = 100%, и с точки пересечения дойти по изотерме до левого
поля диаграммы. Дальнейшее охлаждение воздуха приводит к конденсации части водяного пара.
4. Процесс подогрева воздуха в калорифере изображают вертикальной прямой, направленной вверх.
Происходит при постоянном влагосодержании, так как количество пара в воздухе в данном случае не
изменяется. В данном процессе повышаются температура и энтальпия воздуха, и уменьшается его
относительная влажность.
5. Процесс простого охлаждения воздуха также протекает при постоянном влагосодержании. Изображается
вертикальной прямой, направленной вниз. Увеличивается относительная влажность.
6. Процесс (адиабатного) увлажнения, сопровождающийся увеличением влагосодержания воздуха и
уменьшением его температуры, изображаются линией постоянной энтальпии, направленной вправо/вниз. На.
Процесс адиабатного увлажнения воздуха осуществляется в оросительных камерах при обработке воздуха
рециркулирующей водой.
Движущей силой процесса испарения является разность парциальных давлений
водяного пара над поверхностью воды (где оно велико) и в окружающем воздухе (где оно ниже, причем тем
ниже, чем суше воздух).
7. В процессе адиабатного осушения воздуха происходит уменьшение влагосодержания за счет роста
температуры. Этот процесс протекает при постоянной энтальпии. На диаграмме это линия влево/вверх.
8. Процесс осушения воздуха при постоянной температуре изображается линией постоянной температуры
влево/вниз, а процесс увлажнения воздуха при постоянной температуре - линией Т = Const вправо/вверх.
9. Если смешать два объема воздуха Х и У с различными параметрами, то точка, характеризующая параметры
смеси лежит на прямой, соединяющей точку Х и точку У. Точка смеси всегда будет ближе к параметрам того
воздуха, сухая часть которого имеет большую массу. Чтобы найти точку смеси нужно определить во сколько
раз больший поток превышает величину меньшего ( в n = L1/L2), разделить отрезок «Х-У» на (n + 1) часть и
отложить одну такую часть от точки большего потока в сторону меньшего.
Полученнные данные используются в формулах рассчетов, приведенных выше. Напомним, hП = СС * ТС +
(2500 + Сп *t) *d *10-3 Кдж/кг.
2.6 Тепло и влагообмен в системах вентиляции
В СКВ используются различные устройства, в которых воздух обрабатывается непосредственным контактом с
водой. К таким устройствам относятся оросительные форсуночные камеры и орошаемые насадки. Они
позволяют изменять параметры воздуха при контакте воздуха с каплями разбрызгиваемой воды или
смоченной поверхностью насадок. Если температура воды ниже температуры воздуха по влажному
термометру но выше температуры точки росы, то температура воздуха, приходящего в соприкосновение с
водой, будет понижаться. При этом вследствие испарения влаги влагосодержание воздуха будет
увеличиваться, а энтальпия - уменьшаться. Уменьшение энтальпии объясняется тем, что количество скрытого
тепла, поступающего в воздух с водяными парами, будет меньше, чем количество явного тепла, отданного
воздухом при контакте с водой на повышение температуры неиспарившейся воды.
Если температура воды ниже температуры точки росы охлаждаемого воздуха, то воздух будет охлаждаться и
осушаться.
Если обрабатывать воздух рециркуляционной водой (т.е. вода постоянно вращается в вентиляционной
системе) без внешнег охлаждения или подогрева (адиабатно), то вода со временем приобретет температуру,
равную температуре влажного термометра, так как тепло, отданное воздухом, полностью пойдет на испарение
воды. Пары воды, поступающие в воздух, возвращают ему это тепло, но только в скрытом виде. Процесс
обработки воздуха идет по линии h = const. Таким образом, воздух понижает свою температуру, отдавая тепло
на испарение воды, и увлажняется. Энтальпия воздуха в этих процессах остается практически неизменной,
поэтому такие процессы тепловлагообмена называются изоэнтальпическими (адиабатическими). Изменяется
температура влажного воздуха. Температура воздуха будет падать до точки росы. Конечная температура
воздуха в оросительной камере в идеале становится равной температуре воды, стекающей в поддон камеры t B
= tw (идеальный процесс), которая равна точке росы (ф = 100 %). Однако на практике получить равенство tB =
tw не удается, и конечное состояние определяется точкой, где ф < 100 %. Температура воздуха будет выше
идеальной температуры. В расчетах этой разницей можно пренебречь.
Лекция 5. Уравнением для расчета изменения температуры воды при внешнем водяном охлаждении в
вентиляционных системах без рециркуляции, в идеальном случае отсутствия потерь тепла на окружающую
среду, будет равенство между количеством тепла, отданного воздухом при охлаждении, и количеством тепла,
воспринятого водой. Воздух отдает тепло воде, его энтальпия падает, а вода, получая тепло, повышает свою
температуру. Для такого случая уравнение баланса тепла имеет вид:
GB*(hН-hК) = W*c*(tWK - tWН),
где: GB - количество воздуха, проходящее через оросительную камеру, кг/ч;
hН и hК - начальная и конечная энтальпия воздуха, кДж/кг; W - расход воды, контактирующей с воздухом, кг/ч;
tWK - tWН - конечная и начальная температура воды, °С; с - теплоемкость воды, 4,18 кДж/(кг • К);
Отсюда c*(tWK - tWН) (W/ GB) = (hН-hК). Величина W/ GB называется коэффициентом орошения и показывает,
какое количество воды, разбрызгиваемой в оросительной камере, приходится на 1 кг воздуха, проходящего
через камеру.
Несмотря на то, что СКВ с рециркуляцией воздуха энергетически эффективна, ее применение имеет
ограничения по санитарно-гигиеническим нормам. Если воздух в помещении ассимилирует вредные
вещества, табачный дым, жировые испарения и т. п., использование его для рециркуляции не допускается. В
этом случае используют перекрестнопоточные (рекуперативные) или вращающиеся (регенеративные)
теплообменники.
2.7 Описание системы контроля и управления установки вентиляции и кондиционирования. Рис 1.5.8
Общий расход воздуха Gоб определяют расчетом количества, необходимому для компенсации тепло- и
влагоизбытков. Его можно полностью получать с улицы, а можно часть вытяжного воздуха возвращать как
рециркулироуемый поток. Минимальное количество наружного воздуха Gн при рециркуляции, определяется
расчетом количества свежего воздуха для удаление вредных паров и газов путем продувки. Тогда нужная
масса рециркуляционного воздуха Gр определится как Gp= Gоб- Gн. Для поддержания требуемого общего
расхода воздуха выбирают вентиляторы для притока и вытяжки. Они должны быть одинаковой мощности,
чтобы обеспечитвать нормальную работу венсистемы при отсутствии рециркуляции.
Контуры конроля перепада давления на: фильтре свежего воздуха, всас/нагнетание вытяжного вентилятора,
всас/нагнетание приточного вентилятора. Исполнительные механизмы (регулирующие заслонки) находятся на
воздуховоде приточного воздуха, на воздуховоде вытяжного воздуха, на линии перетока воздуха
(рециркуляции) с вытяжного воздуховода на прточный. Релирующие клапана стоят на линиях горячей воды на
первый и второй подогреватель, а также на подаче холодной воды на орошениее.
Мы легко и дешево измеряем температуры, но непрерывный автоматический контроль влажности с выводом
на регулятор является дорогим решением. Стоимость такого прибора может превысить стоимость самой
вентиляционной системы. Поэтому часто применяется решение по управлению, основанное на знании
свойств объекта управления, конкретно термодинамической h – d диаграммы. Исльзование
термодинамического описания (модели) поведения влажного воздуха позволяет отказаться от
автоматического прибора контроля относительной влажности с выходным стандартным сигналом.
Температуру воздуха мы контролируем в разных точках объекта. Состояние воздушной среды помещния,
характеризуется двумя параметрами, например, величиной температуры
и влагосодержания. Чтобы
гарантировать попадание в заданную точку, мы проводим технологический процесс вывода системы в эту
точку. Процесс состоит из первоначального подогрева воздуха на первом подогревателе до точки с которой
можно проводить процесс увлажнения, затем ведём на увлажнителе адиабатическое увлажнение (с
охлажением) до прихода в точку росу с заданным влагосодержанием. Последний этап - подогрев на
вторичном подогревателе от состояния 100% влажности до нужной нам температуры, которая при имеющемся
влагосодержании, обеспечит комфортную относительную влажность. Все точки этого процесса первоначально
определяются по кривым термодинамической h – d диаграммы. Процесс визуально похож на символ N.
Обычно мы знаем температуру входящего наружного воздуха, но не знаем значения относительной
влажности. Линия неопределенности состояния воздушной среды будет находится на изотерме для этой
температуры. Поэтому мы не можем сразу однозначно определить значение температуры до которой нужно
подогреть воздух на первом подогревателе. Если мы его подогрели до неправильной температуры и провели
адиабатическое охлаждение до точки росы, то мы окажемся в нерасчетной точке кривой по влагосодержанию.
Информацию об отклонении (разницу) от требуемой температуры точки росы нужно использовать для
корректировки задания на температуру первоначального подогрева. Затем снова провести процесс подогрева
и адиабатического охлождения. Мы получим значение с новой температурой точки росы. Продолжая дальше
корректировку (регулирование) с постоянным контролем отклонения от задания по точке росы мы выйдем на
точку с заданным влагосодержанием. В дальнейшем нужно будет её удерживать. Для реализации управления
и выхода в заданное состояние параметров воздушной среды в помещении достаточно контролировать и
регулировать температуру воздуха после первого подогревателя Т1, температуру точки росы после оросителя
(Т2, Т3, Т5) и температу Т4 после второго подогревателя. Она обычно находится в помещении в котором мы
поддерживаем комфортное состояние.
Признаком того что температура воздуха при адиабатическом охлаждении достигла границы насыщения
является прекращение понижения температуры или даже её рост. Это связано с тем, что начинается
конденсация-влагообразование, при котором выделяется тепло. Горизонтальная линия поведения
температуры указывает, что система достигла точки росы и пора изменять (понижать) задание на подогрев
входящего воздуха.
Итак, в вентиnиляционной сиcтеме имеются следующие контуры регулирования: 1. Система регулирования
температуру воздуха после первого подогревателя Т1 подачей горячей воды. Она является двухконтурной
системой регулирования, где задание регулятору «позиции 1» корректирует второй регулятор-кординатор,
работающий на основании отклонения реальной температуру точки росы Т3 от заданной величины. 2.
Регулятор температуры точки росы после увлажнителя Т2 подачей холодной воды на орошение. 3. Система
регулирования температуры воздуха в помещении Т4 подачей горячей воды на второй подогреватель.
4. Регулиратор расхода рециркулируемого воздуха. Задание этому регулятору расчитывается по выдепяемым
теплу, но оно корректирутся по температуре в помещении Т4. Так как подогрев воздуха в помещении
осуществляется двумя источниками тепла (подогревателем первой ступени и потоком рециркуляции), то на
схеме указаны два контура возможного регулирования подогревом по выходной температуре после
орошения. Соотношением потоков тепла от рециркулирования и от подогревателя в схеме также занимается
регулятор-координатор.
Можно указать три пути реализации системы управления для вентиляционного установки. Первый способ –
метод каскадного регулирования. Применяется в случае когда изменения одного параметра вызывают
изменение второго параметра. Использутся два регулятора- один внутренний (ведомый) для влияющего
параметра, другой- внешний (ведущий) для главного параметра. Внутренний стабилизирует поведение
параметра определяющего качество процесса управления. Внешний регулятор контролирует выполнение
основного ( конечного) технологического параметра, путем посылки изменённого задания через свой
выходной сигнал. Типовой пример каскадной схемы на рисунке ниже.
Лекция Недостаток таких систем – очень трудоёмкая настройка и повышенная неустойчивость системы.
Второй метод: иерархическая система с наличием координирующего регулятора. Все локальных
регулиреюших контура работают каждый на своей задачей. Контур регулирования температуры после первого
подогревателя держит заданную температуру. Контур температуры после увлажнителя поддеживает
заданную температуру точки росы. Регулятор температуры в помещении управляет работой второго
теплобменника. Над этими контурами находится координирующий уровень. Он ничем самостоятельно не
управляет. Он получает информацию о выходных параметрах каждого контура. Он выдает задания каждому
регулирующему контуру исходя из своей целевой фунции. Например, он изменяет задание на температуру
после первого подогревателя, если температура точки росы не меняется в течении трех минут. Также он
изменяет задание исполнительному механизму на поток рециркулирующего воздуха. Принципиальная схема
такой системы приведена ниже.
Зимой потребность в начальном подогреве уменьщается путем смешения холодного приточного воздуха с
частью выбрасываемого наружу воздуха (рециркуляция). В теплый период
подогрев на первом
подогревателе уменьшается или совсем прекращается. Это же относится к нагреву путём рециркуляции.
Температура Т3 является заданием для регулятора температуры после первого подогревателя Т1. Т5 задает
положение клапана на линии рециркуляции, изменяя величину этого потока. Температура Т2 обеспечивает
поддержание заданой точки росы, изменением подачи воды на орошение. Но в принципе это один и тоже
парметр и можно использовать один единственный датчик. Температура Т4 регулируется подачей тепла на
второй воздухоподогреватель.
Иногда, в теплый период, необходимо приточный воздух охлаждать. Сначала отключается первичный
подогреватель. В этот период наружный воздух подогревается только рецикуляциооным потоком. Полное
закрытие этого клапана указывает на то температура подаваемой в камеру орошения воды высока и пришло
время её уменьшать.
Третий метод это использование восстановителя состяния Калмана для организации управления
вентиляционной ситемой.
3. Отопительные системы
Рис. 2.1. Потеря теплоты (без утепления).
. Теплопоступление в помещение
общественного здания.
Тепловая мощность системы отопления определяется разностью величин теплопотерь и теплопоступлений.
Определяется по формуле:
конструкции.
,
воздуха в помещении;
, где
;
– коэффициент теплопередачи ограждения
– площадь ограждающих конструкций;
– температура внутреннего
– расчетная зимняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневк
Системы отопления включают три основных аппаратные составляющие: источник теплоты, теплопроводы и
отопительные приборы.
3.1 Классификация систем теплоснабжения
По месту выработки теплоты системы теплоснабжения делятся на: централизованные (источник производства
тепловой энергии работает на теплоснабжение группы зданий и связан транспортными устройствами с
приборами потребления тепла); местные (потребитель и источник теплоснабжения находятся в одном
помещении или в непосредственной близости).
По роду теплоносителя: водяные с естественны побуждением подачи и принудительным побуждением;
паровые высокого или низкого давления. У таких систем используют либо самотечный возврат кондесата,
либо конденсатор с питательным насосом: Воздушное отопление либо совмещенное с вентиляцией
(рециркуляционное) либо отдельное; Электрическое отопление с непосредственным обогревом помещений
или обогрев через промежуточный теплоноситель.
Тепловые сети классифицируются по числу труб, по способу обеспечения горячим водоснабжением (ГВС). В
однотрубных сетях вода после систем отопления и вентиляции должна полностью использоваться в ГВС.
Однотрубные системы применяются редко ввиду трудности выполнения этого условия. В трехтрубных
системах две трубы используются для подачи теплоносителя с различными параметрами, а его возврат
осуществляется по общей трубе. В четырехтрубных сетях одна пара труб обеспечивает нужды отопления и
вентиляции, а другая — ГВС. Ввиду того, что с увеличением числа труб существенно возрастает стоимость
сооружения теплосети, основным видом прокладки является двухтрубная. В водяных сетях — это подающая и
обратная, в паровых сетях — паропровод и конденсатопровод.
Источник: http://5fan.info/merujgjgeatyyfsyfs.html
По способу подключения системы отопления к системе теплоснабжения: зависимые (теплоноситель,
нагреваемый в теплогенераторе и транспортируемый по тепловым сетям, поступает непосредственно в
теплопотребляющие приборы); независимые (теплоноситель, циркулирующий по тепловым сетям, в
теплообменнике нагревает теплоноситель, циркулирующий в системе отопления).
По способу присоединения системы горячего водоснабжения к системе теплоснабжения:
закрытая (вода на горячее водоснабжение забирается из водопровода и нагревается в теплообменнике
сетевой водой); открытая (вода на горячее водоснабжение забирается непосредственно из тепловой сети).
Лекция 3.2.1 Теплоноситель
Важнейшими физическими свойствами теплоносителей являются теплоемкость (массовая), теплопроводность,
плотность (объемная масса). Эксплуатационными характеристиками теплоносителей являются стоимость,
безвредность, а также неагрессивность по отношению к материалам конструкций. Вода обладает наибольшей
массовой теплоемкостью с=4,19 кДж/(кг-К). Это дает возможность транспортировать и аккумулировать
значительное количество теплоты в единице ее массы. Теплопроводность воды весьма велика, что позволяет
создавать эффективные теплообменные аппараты. Однако вода, попавшая в поры строительных и, в
частности, изоляционных материалов, резко ухудшает их теплозащитные свойства. Плотность воды зависит от
температуры и практически несжимаема. Один кубический метр воды при температуре 70 °С имеет массу
977,81 кг, а при температуре 95 °С — 961,92 кг. В связи с изменением плотности воды, вызываемым
повышением или понижением ее температуры, в системах водяного отопления устанавливаются
специальные расширительные баки. Присутствие растворенных в воде солей жесткости приводит к
зарастанию живого сечения теплообменных аппаратов и трубопроводов. Вода начинает кипеть при
температуре, зависящей от давления. Так, вода закипает при 100 °С. когда давление близко к 0,1 МПа. Если
температуру воды надо поднять выше 100 °С, например до 150 °С, то давление надо повысить до 0,5 МПа.
Водяной пар есть продукт кипения воды. Различают пар насыщенный (влажный) и перегретый (сухой).
Содержание теплоты в 1 кг насыщенного пара больше, чем в 1 кг воды на количество скрытой теплоты
парообразования, зависящей от давления пара. Например, при давлении 0,1 МПа скрытая теплота
парообразования 1 кг насыщенного пара составляет 2242 кДж/кг. Если насыщенному пару продолжать
сообщать теплоту, то он превращается в перегретый пар. В паровых системах отопления обычно используют
насыщенный пар, так как он при охлаждении, конденсируясь, отдает скрытую теплоту парообразования,
значительно превосходящую теплоту перегрева пара. Эффективность передачи теплоты от пара к стенке в
процессе конденсации очень высока, что позволяет делать паровые теплообменники компактными. В отличие
от воды плотность водяного пара сильно зависит от давления, под которым он находится. С увеличением
давления плотность пара увеличивается. При одинаковом давлении и температуре плотность водяного пара
меньше, чем плотность воды и воздуха. Стоимость водяного пара как теплоносителя несколько выше, чем
стоимость воды, используемой в водяных системах отопления, так как получение пара требует более
дорогостоящего оборудования, а также соблюдения специальных мер по сохранению и возврату конденсата.
Использование отработанного пара от технологического оборудования дает значительный экономический
эффект.
Открытая система
Закрытая система
4 –радиаторы, 5 –насосы.
Реальная закрытая система с учетом потребления тепла.
Здесь: красный трубопровод- горячая вода на отопление. синий - холодная вода на отопление, коричневый горячая вода ГВС, серый - холодная вода ГВС, зеленый – водопровод. Есть линия на расширительный бак.
В тех системах отопления, в которых теплоноситель циркулирует при помощи насосного оборудования,
устанавливают закрытые расширительные баки. Они представляют собой герметичную емкость с эластичной
мембраной внутри. Мембрана, баллонного или же диафрагменного типа, делит бак на две части, в одну из
которых закачан воздух или инертный газ под давлением, а в другую попадают излишки теплоносителя.
Принцип работы закрытых расширительных баков прост: при увеличении температуры отопительной системы,
теплоноситель расширяется, его излишек попадает в бак. Благодаря эластичной мембране, объем воздушной
камеры при этом уменьшается, а давление в ней возрастает, компенсируя высокое давление в системе. При
остывании происходит обратный процесс.
Теплосчётчик — прибор или комплект приборов (средство измерения), предназначенный для определения
количества теплоты и измерения массы и параметров теплоносителя. Учёт тепловой энергии и теплоносителя
осуществляется: на источнике теплоты (ТЭЦ, котельные); у потребителя теплоты (жилые, общественные,
производственные здания).
У потребителя используются два узла учета тепла: узел тепла на отопление и узел тепла на горячее
водоснабжение.
Для определения количества тепла измеряют количество тепла до разделяющего
теплообменника. На каждой трубе установлены датчики температуры, давления (по желанию) и расхода воды.
В узле на отопление определяется суммарное тепло, с учетом ГВС. Для этого датчики для учета на горячей
линии отопления устанавливаются до ответвления на ГВС. Как вариант, тепплосчетчик отопления учитывает
подпитку внутреннего контура ГВС водой из водопровода. Теплосчетчик на ГВС учитывает количество воды
отданой источником тепла на горячее водоснабжение. Он измеряет расход циркулирущей воды на
теплообменник ГВС, а также температуры до и после теплообменника и соответсвеено переданое тепло.
Заодно он контролирует теплообменника и температуру горячей воды во внутреннй линии. Принципиально
теплосчётчик имеет следующие элементы: первичные преобразователи расхода; термопреобразователи
сопротивления; преобразователи избыточного давления (по заказу); вычислитель количества теплоты; блоки
питания расходомеров и датчиков давления (при необходимости).
На каждом узле учёта тепловой энергии с помощью приборов должны определяться: время работы приборов
узла учёта; отпущенная тепловая энергия; масса (объем) отпущенного и полученного теплоносителя; масса
(объем) теплоносителя, расходуемого на подпитку системы теплоснабжения; тепловая энергия, отпущенная за
каждый час; масса (объем) отпущенного и полученного теплоносителя за каждый час; масса (объем)
теплоносителя, расходуемого на подпитку системы теплоснабжения за каждый час; среднечасовая и
среднесуточная температура теплоносителя в подающем, обратном трубопроводах и трубопроводе холодной
воды, используемой для подпитки; среднечасовое давление теплоносителя в подающем, обратном
трубопроводах и трубопроводе холодной воды, используемой для подпитки.
Количество теплоты измеряется косвенно. На примере теплосчетчика Supercal. Формулой для расчета
количества теплоты является:
Q=V×k×(t1-t2), в МДж. 1 МДж = 0,277(7) кВт·ч
Где V (m3)= объем прошедшего теплоносителя, t1, t2 (°С) – температуры прямого и обратного потока
теплоносителя, k –К фактор(коэффициент в МДж/м3*С°)
Обычно используемые счётчики количества воды можно разделить по типу расходомеров на: механическиетахометрические; ультразвуковые; электромагнитные. Теплосчетчик Supercal используют ультразвуковые
UltraStar и механические THXKA расходомеры с импульсным выходом. Для больших расходов (на 1200
м3/час)- турбинные MWN расходомеры с импульсным выходом. Требования к установке схормулированы в
инструкции к теплосчетчмку. Монтаж термометров сопротивлений предусмотрен в защитных гильзах. Эти
защитные гильзы вворачиваются в бобышки, пририваренные в трубопрводы. Их длина, согласно инструкции,
должна обеспечваь нахождение точки измерения датчика на 4 мм ниже оси трубопрвода, или проходить по
оси трубопровода при установке в угол колена.
После проведения монтажных устанавливается монтажная плата теплосчетчика с подготовленными на заводе
и маркироваанными клемниками. МКС подключений прилагается в инструкции к счетчику. Подключаются
провода от всех датчиков, выходные линии, включая сигнальные соединения по интерфейсу MBUS. После
этого на на монтажную плату устанавливается вычислительная часть теплосчетчика на предусмотренные для
неё разъёмы. Затем производится настройка теплосчетчика через вызываемое меню, путем ввода
коэффициеттов, шкал прибров и параметров связи. Подготовленный программируемый контроллер может
считывать значения с теплосчетчика. В корпусе сверху установлен модем для централизованной передачи
данных.
Лекция Пример изобретения -патенты
№ 1. Изобретение относится к области измерительной техники. Узел учета тепловой энергии содержит
подающий, обратный трубопроводы, теплообменный контур, четыре байпасных трубопровода, на которых на
время проведения измерений устанавливаются измерительные участки с эталонными расходомерами,
преобразователями температуры и струевыпрямителями. Предложенный способ позволяет определять
количество теплоносителя, прошедшего через рабочие и эталонные расходомеры в подающем и обратном
трубопроводах и в теплообменном контуре горячего водоснабжения, и сравнивать его с запомненными
(архивными) значениями для уточнения на месте эксплуатации коэффициентов преобразования рабочих
расходомеров и температурных преобразователей сопротивления. Изобретение повышает точность
измерений за счет обеспечения поверки расходомеров и преобразователей температуры для теплосчетчиков
в реальных условиях их эксплуатации.
Диаметры труб в подающем и обратном каналах одинаковые (32 мм). Расходомер с диаметром условного
прохода 10 мм в байпасном канале имитирует измерения в трубопроводе (канале)
ГгорячегоВодоснабженияСнабжения. На выходе каналов обратного и ГВС подсоединены весы. Значение
расхода теплоносителя через расходомер канала горячего водоснабжения изменялось от 0,09 т/ч до 2,8 т/ч.
При этом значение расхода подающего канала подбиралось таким образом, чтобы значение расхода
обратного канала было постоянно. Измерения проводились в течение трех дней непрерывно.
Максимальное расхождение по весам 23,3%, по подающим трубопроводам 2,2%, обратным 3,3% и горячего
водоснабжения 23,4%. На основе полученных измерений определялись уточняющие коэффициенты для
расчета поправок показаний теплосчетчика.
№ 2. Известен способ определения расхода тепловой энергии потребителя с вертикальной и другими видами
разводки теплоисточников (см. патент №2273833), включающий определение разности температур между
поверхностью теплоисточника и окружающей средой. Предварительно один раз устанавливают диапазон
разности температур работы теплоисточника и по таблице определяют соответствующий ему коэффициент
расхода тепла, а затем определяют расход тепловой энергии по формуле Q=k·Δt4/3·S·τ.
Известный способ не учитывает условия градуировки теплоисточника и последующие условия его службы, в
частности изменяемые произвольно такие показатели, как влажность воздуха в помещении, состояние
поверхности отопительного прибора, атмосферное давление, что также снижает точность измерений
количества тепла, отдаваемого отопительным прибором.
№ 3. Известно устройство учета расхода тепловой энергии отопительного прибора (см.
«Многофункциональный тепловой счетчик» по патенту №2247340), выбранный заявителем в качестве
прототипа.
Устройство учета расхода тепловой энергии отопительного прибора содержит термодатчики, соединенные с
устройством вычисления, при этом устройство вычисления содержит вычислительный блок для подсчета
расхода тепла, соединенный с блоком корректирующих коэффициентов.
Один из термодатчиков установлен на поверхности теплоисточника, а другой термодатчик установлен на
уровне нижней границы, при этом расход тепла отражается на индикаторе. Вычисление теплопотребления
происходит в соответствии с формулой
где Q1 - часть расчетных потерь теплоты
зданием, возмещаемых отопительными приборами. Вычисления теплопотребления производятся по
формуле, содержащей площадь поверхности конвектора, разность температур поверхности теплоисточника и
воздушного потока, подходящего к нижней зоне конвектора, а также коэффициента, состоящего из
теплофизических констант. Недостатками устройства учета расхода тепловой энергии являются:
- невысокая точность измерений количества тепла, отдаваемого отопительным прибором окружающей среде
из-за большой погрешности вычисления, не учитывающего характеристики теплоисточника и последующие
условия его службы, а именно: скорости потока, температуры и других физических параметров воздуха,
омывающего поверхность отопительного прибора, а также коэффициентов теплопроводности и теплоемкости
материала отопительного прибора;
- сложность определения площади поверхности теплоотдачи отопительного прибора, закрытого ограждающей
конструкцией.
Кроме того, перечисленные в описании к патенту теплофизические константы Прандля, Граегофа (показатель
свободной конвекции, показатель степени влияния) не учитывают изменяемые произвольно такие показатели,
как влажность воздуха в помещении, состояние поверхности конвектора, атмосферное давление, что также
снижает точность измерений количества тепла, отдаваемого отопительным прибором.
№ 4. Техническим результатом предлогаемого технического решения является устранение недостатка
предыдущего прототипа, а именно повышение точности измерений количества тепла, отдаваемого
отопительным прибором окружающей среде.
Технический результат достигается тем, что в устройстве учета расхода тепловой энергии отопительного
прибора, содержащем термодатчики, соединенные с устройством вычисления, один из термодатчиков,
служащий для измерения температуры отопительного прибора, установлен на его поверхности, а другой,
служащий для измерения температуры окружающего отопительный прибор воздуха, установлен вне
отопительного прибора, согласно первому изобретению, оно дополнительно содержит термоизолированный
от отопительного прибора термоанемометрический датчик скорости потока нагретого воздуха, отводящего
тепло от поверхности нагревательного элемента отопительного прибора, расположенного под его кожухом,
выход термоанемометрического датчика соединен с входом вычислителя, определяющего расход тепловой
энергии, потраченной на обогрев помещения по отградуированному уравнению
Q=k1(tr-tp)n+k2·νm, при этом Q - расход тепловой энергии; k1, k2 - коэффициенты пропорциональности,
определяемые при градуировке отопительного прибора; tr, tp- - температуры поверхности нагревательного
элемента отопительного прибора и окружающего отопительный прибор воздуха; ν - скорость конвективного
потока воздуха, омывающего нагревательный элемент отопительного прибора; n и m - показатели степени
влияния.
Термодатчик для измерения температуры отопительного прибора, закрытого ограждающим кожухом,
установлен на поверхности нагревательного элемента отопительного прибора, в расчетный расход тепловой
энергии от которого включен коэффициент скорости потока воздуха, полученный при градуировке прибора на
стенде в условиях обогреваемого помещения.
№ 5. Известен способ управления системой водяного отопления зданий при помощи ручных балансировочных
кранов.
Недостатком этого способа является невозможность обеспечения равномерной теплоотдачи всех
отопительных комплексов, входящих в состав отопительной системы здания, при изменениях структуры
тепловых потерь в разных частях здания под влиянием погодных условий и изменений гидравлических
характеристик системы отопления.
Целью предлагаемого изобретения является повышение экономичности отопительной системы здания за счет
обеспечения равномерной теплоотдачи всех отопительных комплексов, входящих в состав отопительной
системы.
Достигается это тем, что вычисляют отклонения температуры воды на выходе отопительных комплексов от
среднего ее значений по всему множеству отопительных комплексов, измеряют положения затворов
дросселирующих клапанов и перемещают их у отопительных комплексов в сторону увеличения пропускной
способности при положительном знаке отклонения и в сторону уменьшения пропускной способности у
отопительных комплексов при отрицательном знаке отклонения, при этом суммарные изменения положений
затворов дросселирующих клапанов производят с сохранением постоянства значения общего гидравлического
сопротивления системы водяного отопления до тех пор, пока среднеквадратическиее отклонения
температуры от среднего значения на выходе множества отопительных комплексов не станет минимальным
На чертеже изображена блок-схема системы реализации способа.
Комплекс управления системой водяного отопления, состоящей из отопительных приборов 2 отопительных
комплексов 31, 32, … 3n,; магистрали подвода теплоносителя 4; магистрали отвода теплоносителя из
отопительной системы 5, включает измерительные преобразователи температуры теплоносителя 61, 62, … 6n,
установленные в магистралях 7 выхода теплоносителя из отопительных комплексов; дроссельные клапаны 81,
82, … 8n, установленные в этих же магистралях; измерители положений затворов дроссельных клапанов 91, 92,
… 9n; устройства перемещения клапанов 101, 102, … 10n,; управляющие блоки 111, 112, … 11n, каждый из
которых соединен с измерительным преобразователем температуры в магистрали 7 одного из отопительных
комплексов, измерителем положения затвора и устройством перемещения затвора клапана в той же
магистрали; канал связи 12, обеспечивающий обмен данными между управляющими блоками.
Способ осуществляется следующим образом.
В память управляющего блока 11 каждого отопительного комплекса 3 вводят с помощью установленных в
магистрали 7 датчика температуры 6 и измерителя положения затвора 9 клапана 8 значения температуры
теплоносителя и положения затвора его дроссельного клапана.
Зарегистрированные каждым управляющим блоком температуры и положения затвора по каналу связи 12
передают в память всех остальных управляющих блоков системы и таким образом в памяти управляющего
блока каждого отопительного комплекса формируют базу данных температур теплоносителя и базу данных
положений затворов клапанов.
Управляющие блоки вычисляют среднее значение температуры по множеству содержащихся в альманахе
значений температуры и отклонения этих значений от вычисленного среднего. По данным базы вычисляют
среднеквадратическое значение отклонений по множеству отопительных комплексов и запоминают его.
Каждый управляющий блок 1. перемещяет затворы клапана, на заданную величину, например на 0,5 запаса
хода, в сторону увеличения пропускной способности у отопительных комплексов, отклонение температуры
теплоносителя на выходе которых от вычисленного среднего значения положительно, и в сторону уменьшения
- у отопительных комплексов, отклонение температуры теплоносителя на выходе которых от вычисленного
среднего значения отрицательно. У клапанов отопительных комплексов, запас хода затвора которых
составляет меньше минимального заданного значения, положение затворов не меняют. Регистрируют новые
установившиеся значения температуры и вычисляют коэффициенты чувствительности для каждого
отопительного комплекса как отношение изменения положения затвора его дроссельного клапана к величине
изменения температуры воды. 2. Возвращают рабочее положение затворов клапанов измененными сторону к
первоначальному положению, зарегистрированному в базе, пропорционально отклонению температуры от
среднего значения в увеличением пропускной способности у комплексов, отклонение температуры на которых
от среднего значения положительно, и в сторону уменьшения у комплексов, отклонение температуры на
которых от среднего значения отрицательно, при этом берут в качестве коэффициента пропорциональности
вычисленные коэффициенты чувствительности. 3. По совокупности новых значений положений затворов
клапанов определяют пропускную способность отопительной системы(расход), включающей магистраль 4
подвода горячего теплоносителя и магистраль 5 отвода теплоносителя из отопительной системы. 4. если
обнаруживают ее отклонение от первоначального значения, то устраняют его путем дополнительных
перемещений затворов дроссельных клапанов так, чтобы их соотношения были пропорциональны
соотношениям, зафиксированным в отклонений значений температур.
5. При достижении температуры теплоносителя на выходе отопительных комплексов установившегося
значения повторяют описанную выше процедуру вычисления среднего значения температуры по множеству
комплексов, вычисление отклонений температуры от вычисленного среднего значения у и с учетом этого
производят перемещения затворов клапанов и корректировку этих перемещений из условия соблюдения
постоянства гидравлического сопротивления системы отопления. Если в результате новое значение
среднеквадратического отклонения будет не больше ранее вычисленного значения среднеквадратического
отклонения, то цикл управления завершают. Если это условие не выполняется, то изложенные выше
процедуры установки новых значений положений затворов клапанов повторяют.
4. Энергосберегающие системы освещения коридоров офисных и административных зданий
Освещённость — световая величина, равная отношению светового потока, падающего на малый участок
поверхности, к его площади. Освещённость численно равна световому потоку, падающему на участок
поверхности малой единичной площади. Единицей измерения освещённости в Международной системе
единиц (СИ) служит люкс (1 люкс = 1 люмену на квадратный метр), в СГС — фот (один фот равен 10 000
люксов). В отличие от освещённости, выражение количества света, отражённого поверхностью, называется
светимостью. Лю́ мен (лм; lm) — единица измерения светового потока в Международной системе единиц
(СИ). Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным источником, c силой света, равной одной
канделе, в телесный угол величиной в один стерадиан: 1 лм = 1 кд × ср (= 1 лк × м2). Полный световой поток,
создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен
люменам.
Канде́ла (свеча) — единица силы света. Определена как «сила света в заданном направлении источника,
испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом
направлении составляет 1/683 Вт/стерерадиан». Стерерадиан примерно 65,5 градусов кругового конуса на
сфере освещения от светящейся точки.
Описание
Освещённость, лк
Вне атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца
135 000
Наибольшая солнечная освещённость при чистом небе
100 000
Обычная освещённость летом в средних широтах в полдень 17 000
В облачную погоду летом в полдень
12 000
При киносъёмке в студии
10 000
Обычная освещённость зимой в средних широтах
5 000
На футбольном стадионе (искусственное освещение)
1200
На открытом месте в пасмурный день
1000—2000
Восход и заход Солнца в ясную погоду
1000
В светлой комнате вблизи окна
100
На рабочем столе для тонких работ
400–500
Необходимое для чтения
30–50
В море на глубине 50—60 м
до 20
Ночью в полнолуние
0,2
В безлунную ночь
0,001—0,002
В безлунную ночь при сплошной облачности
до 0,0002
Первым по-настоящему массовым потребителем электрической энергии явилась система электрического
освещения. Развитие электрического освещения шло по двум направлениям: конструирование дуговых ламп и
ламп накаливания. Принципиальными недостатками дугового источника являются: открытое пламя {и отсюда
— пожарная опасность), огромная сила света и необходимость регулирования дугового промежутка по мере
сгорания электродов. Идея дуговых ламп получиа широкое применение в прожекторостроении.
Электроснабжением называют обеспечение потребителей электроэнергией, системой электроснабжения–
совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией.
Приемник электроэнергии – устройство (аппарат, агрегат, установку, механизм), в котором происходит
преобразование электрической энергии в другой вид энергии или в электрическую, но с другими параметрами
для ее использования.
Сейчас можно приобрести светильники с лампами накаливания, галогеновыми лампами, светодиодное
освещение, неоновое освещение, освещение люминесцентное. При выборе осветительных приборов и систем
освещения, надо отдавать предпочтение экономичным системам освещения, но не в ущерб своему здоровью.
Светодиодное освещение очень дорогое, не до конца разработано, ещё много в этой системе освещения есть
тёмных пятен. Хотя будущее за светодиодной системой, она экономична и надёжна.
Га́зовый разря́д — совокупность процессов, возникающих при протекании электрического тока через
вещество, находящееся в газообразном состоянии. Обычно протекание тока становится возможным только
после достаточной ионизации газа и образования плазмы. Ионизация происходит за счёт столкновений
электронов, ускорившихся в электромагнитном поле, с атомами газа. При этом возникает лавинное
увеличение числа заряженных частиц, поскольку в процессе ионизации образуются новые электроны, которые
тоже после ускорения начинают участвовать в соударениях с атомами, вызывая их ионизацию. Для
возникновения и поддержания газового разряда требуется существование электрического поля, так как
плазма может существовать только если электроны приобретают во внешнем поле энергию, достаточную для
ионизации атомов, и количество образованных ионов превышает число рекомбинировавших ионов.
Газоразря́дная ла́мпа — источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Физическая основа —
электрический разряд в газах. По источнику света, выходящего наружу и используемого человеком,
газоразрядные лампы делятся на: люминесцентные лампы (ЛЛ), в которых в основном наружу выходит свет от
покрывающего лампу слоя люминофора, возбуждаемого излучением газового разряда; газосветные лампы, в
которых наружу выходит сам свет от газового разряда; электродосветные лампы, в которых используется
свечение электродов, возбуждённых газовым разрядом. В разрядных лампах могут использоваться разные
газы: пары металлов (ртути или натрия), инертные газы (неон, ксенон и другие), а также их смеси. Наибольшей
эффективностью, на сегодняшний день, обладают натриевые лампы, они работают в парах натрия и имеют
эффективность 150 лм/Вт. Подавляющее большинство разрядных ламп — это ртутные лампы, они работают в
парах ртути. Разрядные источники света (газоразрядные лампы) постепенно вытесняют привычные ранее
лампы накаливания, однако недостатками остаются линейчатый спектр излучения, утомляемость от мерцания
света, шум пускорегулирующей аппаратуры (ПРА), вредность паров ртути в случае попадания в помещение
при разрушении колбы, невозможность быстрого перезажигания для ламп высокого давления.
Нео́новая ла́мпа — газоразрядная лампа, наполненная в основном неоном под низким давлением. Цвет
свечения — оранжево-красный. Свет лампы обладает малой инерционностью. Лампы подключаются к
источнику питания через токоограничительный резистор так, чтобы ток через лампу был не более 1
миллиампера (типичное значение для миниатюрных ламп), однако, понижение силы тока до 0,1...0,2 мА
значительно продлевает срок службы лампы. В некоторых лампах резистор вмонтирован в цоколь.
Использование лампы без резистора чрезвычайно опасно, поскольку может привести к перерастанию разряда
в дуговой, с возрастанием тока через неё до значения, ограниченного лишь внутренним сопротивлением
источника питания и подводящих проводов, и, как следствие, коротким замыканием и разрывом баллона
лампы. Напряжение зажигания лампы обычно не более 100 вольт, напряжение гашения порядка 40-65 вольт.
Срок службы — 80 000 часов или более (ограничен поглощением газа стеклом колбы и потемнением колбы от
распылённых электродов; «перегорать» в лампе просто нечему).
Во многих офисных и административных зданиях существует проблема перерасхода электроэнергии на
освещение коридоров. Свет включается рано утром с появлением первых сотрудников, а выключается поздно
вечером ночным дежурным. Вовремя выключить свет вечером не представляется возможным в связи с
проблематичностью определения наличия людей на этаже.
Оптимизировать работу освещения можно применив оборудование компании УМНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА серии
Alpha.
В качестве примера рассмотрим 1 этаж 9 этажного офисного здания. На нем размещаются 12 кабинетов,
сдаваемых в аренду, 2 санузла, лифты и выход на пожарную лестницу.
Управление этажным освещением путем распознавания присутствия позволяет сократить расходы и
обеспечить хорошую освещенность коридора во время нахождения в нем людей.
Общий принцип работы
Дежурное освещение (Гр. №2) будет оставаться включенным в течение всего дня для обеспечения
минимального уровня освещенности согласно СНиП 23-05-95.
Остальное освещение коридора (Гр. №1) будет включаться автоматически только при появлении людей и
выключаться - через 10 минут после их ухода.
Освещение помещения перед лифтами необходимо выделить в отельную группу (№3), это позволит
оптимизировать ее работу, в связи менее частым использованием. Логика работы будет аналогична группе
№1. Кроме этого управление всем освещением проходных зон здания, может осуществляться с центрального
пульта. На него же может выводиться информация о включенных группах света и зафиксированном
перемещении людей.
Реализация Для обнаружения людей в коридоре, рассматриваемом в данной статье, потребуется 5 датчиков
движения. Каждый из которых будет контролировать свой отрезок коридора.
Блок управления коридорным освещением (SE6i5o) рекомендуется разместить в электрическом щите этажа.
Это упростит его монтаж и наладку. Общая схема коммутации энергосберегающего оборудования этажа
приведена на рисунке ниже.
Стоимость всего необходимого оборудования: 11'036 руб.
5. Аппаратное и программное обеспечение
5. 1 Технологии DCOM.
OLE (Object Linking and Embedding) — технология связывания и внедрения объектов в другие документы и
объекты, разработанная корпорацией Майкрософт. В 1996 году Microsoft переименовала технологию в
ActiveX. OLE позволяет передавать часть работы от одной программы редактирования к другой и возвращать
результаты назад. Например, установленная на персональном компьютере издательская система может
послать некий текст на обработку в текстовый редактор, либо некоторое изображение в редактор
изображений с помощью OLE-технологии. Основное преимущество использования OLE (кроме уменьшения
размера файла) — в том, что она позволяет создать главный файл, картотеку функций, к которой обращается
программа. Этот файл может оперировать данными из исходной программы. После обработки данные
возвращаются в исходный документ. OLE-сервера и клиенты взаимодействуют с системными библиотеками
при помощи таблиц виртуальных функций ( VTBL). Эти таблицы содержат указатели на функции, которые
системная библиотека может использовать для взаимодействия с сервером или клиентом. Библиотеки
OLESRV.DLL (на сервере) и OLECLI.DLL (на клиенте) первоначально были разработаны для взаимодействия
между собой с помощью сообщения WM_DDE_EXECUTE, предоставляемого операционной системой.
OLE 1.1 позднее развился в архитектуру COM (component object model) для работы с компонентами
программного обеспечения. Основным понятием, которым оперирует стандарт COM, является COMкомпонент. Программы, построенные на стандарте COM, фактически не являются автономными
программами, а представляют собой набор взаимодействующих между собой COM-компонентов. Каждый
компонент имеет уникальный идентификатор (GUID) и может одновременно использоваться многими
программами. Компонент взаимодействует с другими программами через COM-интерфейсы — наборы
абстрактных функций и свойств. Под интерфейсом понимают группу логически связанных между собой
функций, прототипы и порядок использования которых жестко определены, а реализация — нет. Эти функции
принято называть методами интерфейса. Интерфейсы строго типизованы и не могут изменяться. Каждый COMкомпонент должен, как минимум, поддерживать стандартный программный интерфейс «IUnknown», который
предоставляет базовые средства для работы с компонентом. Все интерфейсы должны быть его наследниками
(прямыми или косвенными). Никакие исключения из этого правила не допускаются. Интерфейс «IUnknown»
включает в себя три метода (процедуры): QueryInterface, AddRef, Release. Первые три входа любой таблицы
виртуальных функций vtbl занимают эти методы и именно в таком порядке. Эти методы ничего особенного не
делают.
Метод QueryInterface. Предназначен для преобразования указателя на интерфейс - на вход принимается GUID
интерфейса и адрес переменной, куда нужно поместить выход метода- указатель на интерфейс, вызываемый
данным идентификатором. Если запрашиваемый интерфейс действительно имеется и реализуется данным
объектом, то метод помещает указатель на него в предоставленную переменную. Если нет - метод возвращает
код возврата E_NOINTERFACE и должен вернуть NULL в предоставленной переменной. Обратите внимание метод принимает на вход идентификатор любого интерфейса (произвольный GUID), а возвращает указатель
на него, если интерфейс реализуется объектом. Нужную пользователю программу,разработанную как объектинтерфейс, пишет сам пользователь, наследуя уже подготовленный и понятный операционной системе объект
«IUnknown». Он включает туда дополнительные методы имеющие свои идентификатор (GUID). Реализации
всех созданных пользователем интерфейсов могут воспользоваться одной реализацией метода QueryInterface
- единой для всего данного COM-объекта.
Функции _AddRef и _Release служат для управления временем жизни COM-объекта, экспортирующего
интерфейсы. Метод AddRef. Предназначен для продвижения вперед на единицу счетчика ссылок. Должен
возвращать новое значение этого счётчика ссылок - от 1 до n, но пользоваться этим значением можно только
для отладки. Microsoft сообщает, что иногда это значение может быть "нестабильно". Что означает
"нестабильно"- я не знаю. Видимо имеется в виду то, что в многопоточной среде значение счётчика
совершенно точно известно только самому этому счётчику, который защищён от одновременного доступа
нескольких потоков сразу. Фактически смысл этого счётчика на клиентской стороне действительно имеется
только при отладке, ничего другого на этом значении построить не удаётся.
Метод Release. Предназначен для продвижения счетчика ссылок назад на единицу. Возвращает новое (после
вычитания) значение счётчика ссылок, которое тоже может использоваться только для отладки. При этом, если
счётчик становится равным нулю - реализация метода должна освободить ресурсы, примитивно говоря уничтожить объект. Разработчик реализует свои методы (функции) обработки данных используя в качестве
исходной структуры интерфейс «IUnknown» с его исходными методами. Любой интерфейс наследуется от
IUnknown и обязан реализовать объявленные в нем методы.
Объявление интерфейса в Delphi реализуется ключевым словом interface:
type
IMyInterface = interface
['{412AFF00-5C21-11D4-84DD-C8393F763A13}']
procedure
DoSomething(var
function DoSomethingAnother(S: string): Boolean; end;
IMyInterface2
=
['{412AFF01-5C21-11D4-84DD-C8393F763A13}']
procedure DoAdditional(var I: Integer); stdcall; end;
I:
Integer);
//GUID
stdcall;
interface(IMyInterface)
//GUID
Когда разработчик объекта добавляет свой интерфейс IMyInterface, предоставляющий методы и свойства
некоторого объекта, в таблице VTBL новые методы располагаются за первыми тремя базовыми методами.
Они представляют пользователю пространство для записи параметров, которые требуется передать другому
компоненту (программе) для обработки, и пространство для возврата параметров содержащих результаты
обработки. Естественным образом возникает программа которая передает свой запрос на вызова для
программы обработки данных – программа клиент. И должна быть программа, которая получает данные,
обрабатывает их и возвращает результат через адрес, полученый компонетом с интерфейсом «IUnknown».
Эта вторая программа – «сервер». Она имеет свои идентификаторы, зарегистрированные в реестре
операционной системы. Эта программа лежит тихо на «дне» океана памяти системы пока клиент через ОС и
через СОМ-компонент программы- сервера, написанного разработчиком, не вызовет один из её методов
IMyInterface и не передаст данные для обработки. О существовани сервера знает только операционая
система. Кому сервер передаёт данные через методы IMyInterface, (дополнительно разработанные
программистом), сам сервер тоже не знает. Возможность зарегистрировать программу-сервер обеспечивает
базовый для операционной системы интерфейс «IUnknown», которуму наследует программа сервер.
ОС может позволить клиенту увидеть через реестр наличные СОМ интерфейсы, подтведив что такие сервера
имеются, и доступны для связи. Естественно, параметры которые передаются, должны быть в формате
понятном компоненту «сервер», так и компоненту «клиент». Программист должен, взяв за базу стандарный
интерфейс «IUnknown», расширить объект своми методами, обеспечить взаимопонимание данных между
«клиентом» и «сервером». Каждый из новых методов будет иметь свой идентификатор (GUID). Программист
должен знать работу обеих программ и организовывать выдачу и прием данных через адреса расширенного
COM-интерфейса. Форматы дожны быть согласованных для методы описанных в процедурах, ОС находит
компоненты COM-интерфейсы по их идентификаторах (GUID). COM позволяет помещать COM-объекты в DLLили EXE-модули и подгружать их при необходимости. СОМ технология работает в пределах одного
компьютера.
Позднее архитектура COM была преобразована и стала называться DCOM. Выпущенная в 1996 году
технология DCOM ( Distributed COM — распределённая COM) основана на технологии DCE/RPC (разновидности
RPC). Распределенные системы поддерживают механизм вызова удаленных процедур (RPC). Клиент в одном
узле запрашивает удаленную процедуру сервера, находящегося в другом узле. Вызов удаленной процедуры
аналогичен вызову локальной процедуры, поэтому тот факт, что сервер находится далеко, скрыт от клиента.
DCOM позволяет COM-компонентам взаимодействовать друг с другом по сети.
5.2. OPC (OLE for Process Control) — семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс
для управления объектами автоматизации и технологическими процессами. Многие из OPC протоколов
базируются на Windows-технологиях: COM/DCOM. Технология OPC определяет способ обмена данными между
программами на ПЭВМ под управлением ОС Windows. Суть OPC — предоставить разработчикам
промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена
данными с любыми устройствами. Разработана международной организацией OPC Foundation как
промышленный стандарт для взаимодействия программ, обслуживающих комплексы контроллеров и
телемеханики разных производителей. Опубликована спецификация OPC — набор документов,
определяющий правила для реализации взаимодействия.
Программа «ОРС-сервер» выполняет непосредственное взаимодействие с аппаратурой, используя сетевое
оборудование интерфейсов компьютера. ОРС-cервер обеспечивает сбор данных, передачу команд
управления, диагностику каналов связи и т.д. OPC-сервер является программной частью ОРС-интерфейса,
обеспечивающие доступ к данным. Программа для которой предназначены данные, собираемые OPCсервером, также должна поддерживать технологию ОРС и быть OPC-клиентом. OPC-клиент, например SCADA,
получает данные через ОРС -сервера и выполняет их комплексную обработку — использует для визуализации,
строит графики, выводит на печать, сохраняет на диске и т.д.
OPC DA Version 2.05a
Наиболее широко используемая. В этом стандарте помимо синхронного обмена данными, введена поддержка
асинхронного обмена данными. Асинхронный обмен данных позволяет продолжать выполнение программы
без ожидания ответа устройства. Этот метод снижает нагрузку на сеть и должен быть рекомендован как
основной. Получение данных реализуется с помощью callback-функции пользовательской программы, которая
вызывается в момент прихода ответа от устройства. Callback или фу́нкция обра́тного вы́ зова — передача
исполняемого кода в качестве одного из параметров другого кода. Обратный вызов позволяет в функции
исполнять код, который задаётся в аргументах при её вызове. Пример алгоритма, которому естественно
передавать в аргументе функцию, — алгоритм обхода какого-либо хранилища объектов с применением
некоторого действия (например, опроса) к каждому объекту. Обратный вызов может оформляться в роли этого
действия. Действие, передаётся основной процедурой в качестве кода аргумента. Это действие происходит
при наступлении какого-то события (например, ответ от опрашиваемого модуля контроллера) и результат
передается обратно основной процедуре, как ответ на первый звонок (вызов связи) к интересующему нас
объекту.
ОPC Unified Architecture
Спецификация OPC UA открывает новые горизонты для применения OPC-технологий. В частности,
обеспечивается кросс-платформенная совместимость и отказ от использования COM-интерфейса. Новый
стандарт должен обеспечить более высокий уровень безопасности данных, чем OPC DA. Кроме того, новая
спецификация дает возможность организации передачи информации через сеть интернет.
Области применения и состояние разработок
В настоящее время общепризнанным стандартом является только спецификации OPC DA и OPC HDA, а
остальные спецификации только начинают завоевывать себе место под солнцем. Для других спецификаций
существует отставание интерфейсов автоматизации от желаемых заказчику интерфейсов. В последние годы
активно развивается стандарт OPC HDA. OPC HDA (Historical Data Access) —OPC Data Access предоставляет
доступ к данным изменяющимся в реальном времени, OPC Historical Data Access предоставляет доступ к уже
сохраненным данным.
Разновидность OPC-сервера — шлюз к сети полевой шины, такой, как Profibus или LonWorks. Реализация этой
схемы очень похожа на предыдущие случаи. Скорее всего, на компьютере с ОС Windows будет установлен
адаптер fieldbus-сети, а OPC-сервер будет взаимодействовать с этой сетью через драйвер адаптера. В Internet
можно найти немало таких примеров. OPC DX (Data eXchange) — предоставляет функции организации обмена
данными между OPC-серверами через сеть Ethernet. Основное назначение — создание шлюзов для обмена
данными между устройствами и программами разных производителей.
Modbus OPC/DDE сервер – для связи приборов и контроллеров ОВЕН, работающих по протоколу Modbus, со
SCADA-системами. Он обеспечивает связь с устройствами по протоколу Modbus RTU/ASCII, используя
последовательный интерфейс RS-232C или RS-485;
Другие места применения OPC: для работы с базами данных в качестве вспомогательных или промежуточных
OPC-серверов. Поэтому для привлечения к OPC-технологии Internet-технологий используется такой путь:
расширение Web-сервера является OPC-клиентом, собирающим данные от OPC-серверов баз данных или
СКАДА. А на стороне клиентов запускается динамическая html- или xml-страница, получающая данные от этого
Web-сервера. Так сделано, например, на предприятиях VKG. OPC XML-DA (XML-Data Access) — предоставляет
гибкий, управляемый правилами формат обмена данными через HTTP.
Почти все известные SCADA-продукты являются OPC-клиентами, например, AggreGate SCADA/HMI (Tibbo
Technology Inc.), ЭНТЕК (ЭНТЕЛС), MasterSCADA (ИнСАТ), TRACE MODE (AdAstra), КРУГ-2000 (КРУГ), InTouch
(Wonderware), Vijeo Citect (Schneider Electric), CitectSCADA (Schneider Electric), Genesis32 (ICONICS), PcVUE(Arc
Informatique), КАСКАД (Каскад-АСУ) а большинство из них и OPC-серверами (в частности, CiTect, MasterSCADA,
КРУГ-2000 и TRACE MODE, FlexOPC (RealFlex), PcVUE, КАСКАД). Поддержка OPC HDA из российских
полнофункциональных SCADA-систем реализована только в SCADA TRACE MODE, MasterSCADA, и КАСКАД.
Другое ПО подвержено влиянию OPC в гораздо меньшей степени - например, для приложений уровня
управления ресурсами предприятия (АСУП) известна только реализация OPC-клиента с поддержкой OPC DA и
OPC HDA спецификаций для систем, построенных на базе платформы 1С.
Из операционных систем технологию COM/DCOM поддерживают следующие:
ОС Windows, начиная с Windows 95 (с установленным компонентом DCOM) и до Windows 2000. Начиная с
Windows XP модель DCOM поддерживается только для целей обеспечения совместимости; Корпорация
Microsoft больше не развивает COM/DCOM, который заменяется более современной технологией, например
.NET. Технологию COM/DCOM
поддерживает большинство Unix-подобных ОС, включая Linux;
поддерживаемый фирмой GE Software; ОС реального времени QNX; OPC реализуется при помощи решения
OPC DataHub компании Cogent; ОС реального времени VxWorks; обеспечивается фирмой-разработчиком
WindRiver; имеется поддержка OPC, встроенного в систему разработки Tornado. Драйверы TRACE MODE
бесплатны, а OPC-серверы как правило нет; Драйверы для ряда конретных приборов, счетчиков, модулей
встроены непосредрственно в SCADA TRACE MODE, а OPC-серверы это отдельные программные модули.
В системе управления станцией ГГС 5 клиентом и сервером является SCADA «TraseMode».
5.3 Виртуальные порты. USB — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и
низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Символом USB являются четыре
геометрические фигуры расположенные на концах древовидной блок-схемы.
Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводной кабель, два провода
(витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода —
для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать
периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого
устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать у USB 3.0 — 900 мА (У USB 3.0 – 9 проводов).
Работу интерфейса обеспечичает программно-управляемый USB-контроллер. Спецификация USB 3.0 повышает
максимальную скорость передачи информации до 5 Гбит/с — что на порядок больше 480 Мбит/с, которые
может обеспечить USB 2.0. Таким образом, скорость передачи возрастает с 60 Мбайт/сек до 600 Мбайт/сек.
Длинна кабеля USB зависит от толщины жил проводов и меняется в диапазоне от 81 см. до 500 см.. Созданы
оптические кабели USB 3.0. Разработчики сообщают о возможности передачи информации (но не питания) на
расстояние до 100 метров против 5 метров для стандартных «проводных» кабелей. При этом кабели тонкие
(3 мм в диаметре) и гибкие (их можно спокойно завязывать в узлы). Скорость передачи данных достигает 1
ГБ/с, но нужны оптические преобразователи с обеих сторон.
Wireless USB — технология USB (доступна с мая 2005 года), позволяющая организовать беспроводную связь с
высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на
расстоянии 10 метров). USB является сетью, то есть к одному хосту(компьютеру или хабу) может подключаться
несколько устройств. Каждому устройству в процессе начального конфигурирования в момент подключения
назначается уникальный адрес. Размерность адреса 7 бит, нулевое значение зарезервировано, соответственно
к одному хосту может подключаться до 127 устройств.
Все больше конечных устройств оставляют устаревшую RS-232 связь и переходят на новые USB коннекторы и
стандарты. Процесс ведет к изменениям в использованной технологии обмена данных. Часть новых устройств
используют эмуляцию COM порта через стандартную USB связь. Для «железа» это представляет собой
соответствующую плату с драйвером, который управляет USB устройством через добавленный (виртуальный)
COM порт. Для пользоватеьских программ это практически невидимо, так как у нового COM порта такие же
свойства как и у реального аппаратного COM порта. Драйвер транслирует информацию от виртуального COM
порта к USB интерфейсу. Виртуальный COM порт устанавливается через добавление соответствующего
индивидуального драйвера в операционной системе. Данный COM порт существует только когда устройство
включено и работает.
Процедура создания виртуального COM порта следующая: Устройство подключается к компьютеру в первый
раз; Операционная система его определяет и автоматически пытается установить подходящий драйвер; В
зависимости от результата система может попросить найти дополнительный драйвер устройства. Драйвер
должен быть предназначен для виртуального COM порта; При установки драйвера добавляется новый COM
порт, который соответствует новому устройству. Появится новый, виртуальный COM порт. Данный порт
осуществляет связь между программным обеспечением и аппаратом. Для виртуального COM порта требуется
переходник с USB к COM. Он является отдельным устройством в собственном корпусе. Реальная настройка не
отличается от настройки стандартного RS-232 устройства. Разница в том, что выбирается виртуальный COM
порт, а не реальный.
6 Современные технологии.
6.1 Ethernet ([ˈiːθərˌnɛt]— семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.
Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне,
формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. В настоящее
время практически всегда подключение происходит через коммутаторы (switch), так что кадры, отправляемые
одним узлом, доходят лишь до адресата— это повышает скорость работы и безопасность сети. В стандарте
первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется
коаксиальный кабель, в дальнейшем стали использовать витую пару и оптический кабель. Витая пара
обеспечивает подключение «звезда». Причиной перехода на оптический кабель была необходимость
увеличить длину сегмента без повторителей
При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и
встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в
ней при изготовлении. При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта
(равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес),
прошитый в ней при изготовлении.
В зависимости от скорости передачи данных, и передающей среды существует несколько вариантов
технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково
практически во всех нижеперечисленных вариантах.
Хаб (англ. hub) — в общем смысле, узел какой-то сети. В хабе имеется определенное количество разъемов
(портов), к которым подключаются все ПК сети. Обычно для этого используется кабель витая пара, обжатая
определенным образом. Свитч – от английского «switch» (переключатель), сетевой коммутатор. Как и хаб,
свитч предназначен для объединения множества компьютеров в одну локальную сеть. Хотя на первый взгляд
свитч очень похож на сетевой концентратор Хаб, он принципиально отличается от своего предшественника
способом передачи данных между компьютерами. Получив пакет от одного компьютера, сетевой коммутатор
не передает его без разбору всем остальным ПК в сети, а направляет по адресу – именно тому компьютеру, с
которым необходимо установить контакт. Ответ от ПК свитч также транслирует исключительно отправителю,
т.е. ПК1. Для работы внутри сети при подключении к свичу у каждого компьютера должна быть правильно
настроена пара адреса и маски подсети.
Роутер – от английского «router», маршрутизатор, который умеет передавать данные между различными
сетями, например сетью вашего интернет провайдера и вашей домашней локальной сетью. Маршрутизатор
также имеет разъемы для подключения к нему посредством кабеля других устройств, например компьютеров,
модемов или сетевого коммутатора. Роутер является связующим звеном между двумя различными сетями и
передает данные, основываясь на определенном маршруте, указанном в его таблице маршрутизации. Эти
таблицы позволяют роутеру определить, куда следует направлять пакеты. В компьютерных магазинах вы
можете найти ADSL-роутеры, Wi-Fi роутеры и множество других моделей. ADSL-роутер подходит для
подключения нескольких компьютеров к глобальной сети, если у вас интернет через телефонную линию. WiFi роутер прекрасно впишется в вашу домашнюю сеть, если у вас кабельный интернет. При этом кабель от
интернета подключается к роутеру, а домашние компьютеры смогут получать интернет уже по беспроводной
сети. Одну из моделей Wi-Fi маршрутизаторов вы можете увидеть на следующем изображении.
6.2.1 Технология World Wide Web. Сайты
Огромная популярность Всемирной паутины (WWW), придуманной Бернер-сом-Ли из Европейской
организации по ядерным исследованиям (CERN) в Женеве привела к очень быстрому росту сети Internet.
Страницы WWW размещены на Web-серверах. Каждая страница обычно содержит графику и ссылки на другие
страницы данного сайта. Web-страница создается с помощью языка разметки, например широко распространенного языка HTML (Hyper Text Markup Language – язык разметки гипертекста). Язык HTML
интерпретируется (расшифровывается) браузерами и отображается в виде документа в удобной для человека
форме. Язык HTML является приложением SGML (стандартного обобщённого языка разметки) и соответствует
международному стандарту ISO 8879. HTML справляется с проблемами путём определения небольшого
набора структурных элементов — дескрипторов (описателей). Дескрипторы также называют «тегами». С
помощью HTML можно легко создать простой, красиво оформленный документ. Дополнительно в HTML
внесена поддержка гипертекста. Мультимедийные возможности были добавлены позже. Используется также
язык XML (eXtensible Markup Language – расширяемый язык разметки) - это подмножество SGML. В отличие от
HTML, вместо использования ограниченного набора определённых элементов вы имеете возможность
создавать ваши собственные элементы и присваивать им любые имена по вашему выбору. XML решает ряд
проблем, которые не решает HTML, например: 1. Представление документов любого (не только текстового)
типа, например, музыки, математических уравнений и т.д. 2. Сортировка, фильтрация и поиск информации.
3.Представление информации в иерархическом виде. Язык XHTML является более строгим вариантом HTML,
он следует всем ограничениям XML
Типичная веб-страница представляет из себя текстовый файл в формате HTML, который может содержит теги
и ссылки на файлы в других форматах (графические изображения, видео, аудио, мультимедиа). Несколько вебстраниц, объединённых общей темой, и также связанных между собой ссылками, образуют веб-сайт. При этом
образующие веб-сайт страницы могут находиться на одном или нескольких веб-серверах, которые могут
располагаться в одном дата-центре или удалённо друг от друга, зачастую в разных странах.
Динамическая страница — веб-страница, которая меняется программно другим комплексом программ с
заданой переодичночтью, в отличие от обычной статичной страницы, которая является просто файлом,
лежащим на сервере. Динамический сайт — сайт, состоящий из динамичных страниц — шаблонов, и прочего
содержания (контента, скриптов), представленного в виде отдельных файлов. Страница сайта, показываемая в
итоге браузеру пользователя, формируется на стороне сервера динамически, по запросу, из страницышаблона и отдельно хранимого содержимого (информации, скриптов и др.). Как правило для отображения
любого количества однотипных страниц используется одна страница-шаблон, в которую подгружается
соответствующее содержимое, это позволяет единомоментно корректировать внешний вид сайта, редактируя
всего лишь один шаблон.
Для динамических страниц контент (информацию) содержат в базе данных. Сервер получает запрос от
Клиента (например, page.ru/index.php) и запускает обработку файла-скрипта (в данном случае - index.php)
программой – интерпретатором, также называемую Веб-сервером.
Сервер генерирует HTML-код
динамической страницы для обработки браузером или другим агентом пользователя На этой стадии
происходит выборка необходимой информации из баз данных и наполнение ею страницы, после чего готовая
страница передаётся Клиенту. Наполнение происходит путем реализации написанных программистов
скриптов (кусочков кодов), которые работают с базой данных. Языки программирования на Серверной
стороне используются разные, наиболее часто встречаются, например: Java, PHP, Perl, ASP.NET.
Наиболее популярные на данный момент технологии (Веб-сервера) для генерации динамических страниц:
Для Apache HTTP-серверов под управлением ОС GNU/Linux , Мас и т.д. используется технология JSP (JavaServer
Pages) со скриптовым языком PHP.
Для ОС Microsoft Windows с Веб-сервером управления IIS используется ASP.NET. Сервер IIS позволяет
размещать в Интернете созданные сайты. Он поддерживает сетевые протоколы HTTP, HTTPS, FTP, POP3,
SMTP, NNTP и использует скрипты созданные на языке ASP.NET. Разработчики могут писать и включать в
ASP.NET коды, используя любые языки программирования, входящие в комплект NET Framework (C#, Visual
Basic.NET и JScript .NET).
Каждая страница помечается унифицированным указателем ресурса (URL), который используется в составе
любой ссылки на эту страницу. Когда пользователь хочет просмотреть страницу, браузер берет из URL адрес
сервера и обращается к нему с просьбой загрузить необходимые данные. Во всемирной паутине HTMLстраницы, как правило, передаются браузерам от сервера по протоколам HTTP или HTTPS, в виде простого
текста или с использованием шифрования.
В клиентской части веб-приложений дляинтерпретации полученных данных используется встроенные в
браузер JavaScript-ы. Одним из преимуществ такого подхода является тот факт, что клиенты не зависят от
конкретной операционной системы пользователя, поэтому веб-приложения являются кроссплатформенными
сервисами.
Внешний модуль, или вставка (plug-in), – это программа, которая помещается в браузер и расширяет его
возможности – скажем, позволяет обрабатывать аудио- и видеоданные, посылаемые сервером. Внешний
модуль может входить в дистрибутив браузера или загружаться отдельно с определенного сервера. С
появлением WWW и Web-браузеров в начале 90-х годов браузер стал распространенным пользовательским
интерфейсом для распределенных приложений. Рост популярности Всемирной паутины вывел на авансцену
язык программирования Java, который широко применяется для создания апплетов.
6.2.2 Особенности приема и передачи информации по сети.
Распределенная система состоит из компьютеров, соединенных коммуникационной средой, например
локальной сетью. В распределенной среде желательно обеспечить независимость вызывемых программсервисов от их местоположения. Доставка данных на сетевой интерфейс компьютера-получателя — это еще не
конец пути, так как данные необходимо переправить конкретному процессу-получателю Клиентские
процессы, с другой стороны, запрашивают номера стандартных портв у операционной системы в начале
работы.
Связь между наиболее употребительными протоколами при соединении компонентов :
Уровень сетевого интерфейса составляют протоколы, которые обеспечивают передачу данных между узлами
связи, физически соединенными друг с другом, или подключенными к одному сегменту сети, и для
соответствующих физические средства передачи данных. К этому уровню относятся протоколы Ethernet, Token
Ring, SLIP, PPP, работающие с такими физическими средствами как витая пара, коаксиальный кабель,
оптоволоконный кабель и т.д. Формально протоколы сетевого интерфейса не являются частью семейства
TCP/IP, но существующие стандарты определяют, как должна осуществляться передача данных TCP/IP с
использованием этих протоколов. На уровне сетевого интерфейса в операционной системе UNIX обычно
функционируют драйверы различных сетевых плат.
Передача информации на уровне сетевого интерфейса производится на основании физических адресов,
соответствующих точкам входа сети в узлы связи (например, физических адресов сетевых карт). Каждая точка
входа имеет свой уникальный адрес – MAC-адрес (Media Access Control), физически зашитый в нее на этапе
изготовления. Так, например, каждая сетевая плата Ethernet имеет собственный уникальный 48-битовый
номер.
ICMP – Internet Control Message Protocol. Протокол обработки ошибок и обмена управляющей информацией
между узлами сети. IP – Internet Protocol. Это протокол, который обеспечивает доставку пакетов информации
для протокола ICMP и протоколов транспортного уровня TCP и UDP.ARP – Address Resolution Protocol. Это
протокол для отображения адресов уровня Internet в адреса уровня сетевого интерфейса. RARP – Reverse
Address Resolution Protocol. Этот протокол служит для решения обратной задачи: отображения адресов уровня
сетевого интерфейса в адреса уровня Internet.
Центральным протоколом уровня является протокол IP. Вся информация, поступающая к нему от других
протоколов, оформляется в виде IP-пакетов данных (IP datagrams). Каждый IP-пакет содержит адреса
компьютера отправителя и компьютера получателя, поэтому он может передаваться по сети независимо от
других пакетов и, возможно, по своему собственному маршруту. IP вычисляет и проверяет контрольную сумму,
которая покрывает только его 20-байтовый заголовок для пакета информации (включающий, например,
адреса отправителя и получателя). Если IP-заголовок пакета при передаче оказывается испорченным, то весь
пакет просто отбрасывается. Ответственность за повторную передачу пакета тем самым возлагается на
вышестоящие уровни.
Поскольку на уровне Internet информация передается от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю,
ему требуются специальные IP-адреса компьютеров (а точнее, их точек подсоединения к сети – сетевых
уситройств) Мы будем далее работать с IP версии 4 (IPv4), которая предполагает наличие у каждого сетевого
интерфейса уникального 32-битового адреса.
Каждый из IP-адресов классов A–C логически делится на две части: номер сети и номер узла в этой сети.
Идентификаторы сетей в настоящее время присваиваются локальным сетям специальной международной
организацией – корпорацией Internet по присвоению имен и номеров (ICANN). Класс A предназначен для
небольшого количества сетей, содержащих много компьютеров, класс C – напротив, для большого количества
сетей с малым числом компьютеров. Класс B занимает среднее положение. Надо отметить, что все
идентификаторы сетей классов A и B к настоящему моменту уже задействованы.
Допустим, что вам выделен адрес сети класса C, в котором под номер узла сети отведено 8 бит. Если нужно
присвоить IP-адреса 100 компьютерам, которые организованы в 10 Ethernet-сегментов по 10 компьютеров в
каждом, можно поступить по-разному. Можно присвоить номера от 1 до 100 компьютерам, игнорируя их
принадлежность к конкретному сегменту – воспользовавшись стандартной формой IP-адреса. Или же можно
выделить несколько старших бит из адресного пространства идентификаторов узлов для идентификации
сегмента сети, например 4 бита, а для адресации узлов внутри сегмента использовать оставшиеся 4 бита.
Последний способ получил название адресации с использованием подсетей.
Запоминать четырехбайтовые числа для человека достаточно сложно, поэтому принято записывать IP-адреса в
символической форме, переводя значение каждого байта в десятичный вид по отдельности и разделяя
полученные десятичные числа в записи точками, начиная со старшего байта: 192.168.253.10.
Протокол ARP позволяет компьютеру разослать специальное сообщение по всему сегменту сети, которое
требует от компьютера, имеющего содержащийся в сообщении IP-адрес, откликнуться и указать свой
физический адрес. Это сообщение поступает всем компьютерам в сегменте сети, но откликается на него только
тот, кого спрашивали. После получения ответа запрашивавший компьютер может установить необходимое
соответствие между IP-адресом и MAC-адресом.
Когда рабочая станция с операционной системой, сгенерированной без назначения IP-адреса, начинает свою
работу, она получает MAC-адрес от сетевого карты и рассылает соответствующий RARP -запрос, содержащий
этот адрес, всем компьютерам сегмента сети. Только RARP -сервер, содержащий информацию о соответствии
указанного физического адреса и выделенного IP-адреса, откликается на данный запрос и отправляет ответ,
содержащий IP-адрес.
За передачу данных из сети Интернет пользователю отвечают два протокола транспортного уровня - UDP (User
Datagram Protocol) и TCP (Transmission Control Protocol). По протоколу UDP отправитель данных не получает
подтверждения их доставки получателю. Этот протокол не упорядочивает передаваемые пакеты, некоторые
из них могут быть потеряны или, наоборот, возможно дублирование пакетов. UDP работает быстрее, чем TCP
(ведь заголовки пакетов у него в пять раз короче - 8 против 40 байт!).
Компонент, желающий послать сообщение другому компоненту, не обязан знать, как добраться до
адресуемого компьтера. Это обепечивается совместным использованием портов и IP адрессов. Порт – номер
логическиого канала ввода или вывода для связанного с ним процесса- сервиса, передающего и
принимающего данные. Номер канала ввода/вывода процесса-сервиса накрепко закреплен за этим
процессом-сервисом. Это и есть номер порта. Порт это адрес памяти для приема потоков информации при
обмене данными. Номер порта дается в диапазоне от нуля до 65535. Порт вместе с IP адресами сетей и хосткомпьютеров на коммуникационном уровне Internetа образует сокет (socket - разъем). Интерфейс сокета
определяет набор операций, доступных приложению для организации обмена данными по сети с другим
приложением по заданному протоколу, например TCP/IP. Сокеты не обязательно базируются на протоколе
TCP/IP, они могут также базироваться на IPX/SPX, etc.
Можно трактовать номер порта как номер сервиса. Поэтому если в запросе от клиента указывается номер
порта, то ВЕБ сервер вызывает у себя на компьютере соответствующую службу-процесс. Для каждого
транспортного протокола в стеке TCP/IP существуют собственные сокеты: UDP сокеты и TCP сокеты, имеющие
различные адресные пространства своих локальных адресов – портов . Сокет определяет набор операций,
доступных приложению для организации обмена данными по сети с другим приложением по заданному
протоколу. В семействе протоколов TCP/IP адресные пространства портов представляют собой положительные
значения целого 16-битового числа.
Процедура распределения протоколами TCP и UDP поступающих от сетевого уровня пакетов между
прикладными процессами называется демультиплексированием
Данные для передачи программами-приложениями,реализующими протоколы, помещаются в "конверты" с
набором соответствующих заголовков и только после этого передаются по сети. Для установления
двусторонней связи путем задания, доставки и получения ответа нужно указать пять параметров:
<транспортный протокол, IP-адрес отправителя, порт отправителя, IP-адрес получателя, порт получателя>. И
клиент, и сервер должны использовать один и тот же протокол транспортного уровня.
При наличии службы именования сервер имен хранит имена глобальных сервисов. Предполагается, что
местоположение самого сервера имен хорошо известно. Если клиент хочет получить доступ к некоторому
сервису, он запрашивает информацию о нем у сервера имен. Пример службы имен – это система доменных
имен (DNS), используемая в сети Internet.
Процесс-сервер должен сначала совершить подготовительные действия: создать UDP-сокет (изготовить
почтовый ящик) и связать его с определенным номером порта и IP-адресом сетевого интерфейса (прикрепить
почтовый ящик в определенном месте) – настроить адрес сокета. При этом сокет может быть привязан к
конкретному сетевому интерфейсу или к компьютеру в целом, то есть в полном адресе сокета может быть
либо указан IP-адрес конкретного сетевого интерфейса, либо дано указание операционной системе, что
информация может поступить через любой сетевой интерфейс, имеющийся в наличии. После настройки
адреса сокета операционная система сервера начинает принимать сообщения, пришедшие на этот адрес и
складывать их в сокет. Сервер дожидается поступления сообщения, читает его, определяет, от кого оно
поступило и через какой сетевой интерфейс, обрабатывает полученную информацию и отправляет результат
по обратному адресу. После чего процесс готов к приему новой информации от того же или другого клиента.
Процесс-клиент должен сначала совершить те же самые подготовительные действия: создать сокет и
настроить его адрес. Затем он передает сообщение, указав, кому оно предназначено ( IP-адрес сетевого
интерфейса и номер порта сервера), ожидает от сервера ответа и продолжает свою деятельность.
Связывание клиентов и серверов. Статическое связывание выполняется на этапе компиляции и означает, что
все обращения клиента к серверу жестко «зашиты» в код на предыдущем этапе работ обеих программ. Ввод
статического адреса.
Динамическое связывание производится во время выполнения запущенной программы. Оно характеризуется
большей гибкостью, чем статическое, но меньшей эффективностью. Для динамического связывания
необходимо указать имя сервера, который ведет справочник имен и адресов серверов. Каждый сервер
регистрирует свое местоположение и предоставляемые сервисы у программы «сервера имен». Клиент
посылает запрос серверу имен, передавая имя объекта, и получает ссылку на него. Затем эта ссылка
используется для доступа к удаленному серверу.
Прозрачный обмен сообщениями между распределенными задачами можно реализовать с помощью
распределенного ядра распределенной операционной системы. В тех распределенных приложениях, где
число задач относительно постоянно, каждое распределенное ядро также может содержать собственную
копию этой таблицы имен. На стадии начальной загрузки системы распределенное ядро посылает запрос
серверу имен с просьбой загрузить таблицу имен