Domeček TECO - Vliv koncentrace CO 2 na kvalitu ovzduší Úkoly: 1. Seznamte se s modelem domu, jeho vybavením a základními vlastnostmi PLC Foxtrot CP-1015. 2. Zapojte úlohu podle schématu a zapněte PLC. 3. Vytvořte nový projekt. V tabulce vstupů/výstupů nalezněte vstupy a výstupy používaných komponent přiřaďte jim vlastní pojmenování. 4. Vytvořte program pro ovládání ventilátoru vzduchotechniky pomocí tlačítka WSB2. 5. Vyzkoušejte, jak se změní koncentrace CO2 ve žluté sekci domečku po několika vydechnutích do této sekce. Graf tohoto pokusu zaznamenejte pomocí nástroje GraphMaker. 6. Naprogramujte automatické spuštění ventilátoru při koncentraci 1000 ppm (běžně uznávaná mez koncentrace). Zopakujte předchozí pokus z bodu 5 a zaznamenejte průběh pomocí nástroje GraphMaker. 7. Pokuste se určit, jak dlouho by vám vydržel vzduch v utěsněné laboratoři (její objem a počet osob zvolte). Za nebezpečnou považujte koncentraci 1 %. Výpočtem zkontrolujte dobu, za kterou vystoupila koncetrace CO2 při měření v bodě 5 zadání na maximální naměřenou hodnotu (vnitřní rozměry sekce jsou 108 cm x 40 cm x 62,5 cm). Předpokládejte větší fyzický výkon každé osoby - vydechuje 40 50 mg/s oxidu uhličitého. Úloha zahrnuje použití: PLC Foxtrot CP-1015 Oddělovač sběrnice BPS-01M Tlačítko WSB2 Ventilátor TT 125 Snímač kvality vzduchu CO2 C-AQ-0001R
Obr. 1: Schéma zapojení, ke sběrnici CIB je připojeno tlačítko WSB2 a snímač CO 2 Postup provádění úlohy: 1 Zapojte úlohu podle schématu. 2 Na PC spusťte program MOSAIC. 3 Vyberte Nový, projekt pojmenujte. V následujícím okně klikněte na otevřít. Dále zvolte programování pomocí modulární PLC Foxtrot. Dále pak vytvořte instanci hlavního programu a zvolte kódování v jazyce ST, tedy strukturovaný text. Další okno opět potvrďte. 4 Zapněte napájení PLC a ethernetového switche pomocí tlačítek 24V a 12V umístěných v pravé části pracovního stolu. Zapnutí je indikováno rozsvícením zelené LED na tlačítku. 5 Pomocí Manažera projektu (z menu Projekt Manažer projektu) se připojte k PLC (obr. 2). Klikněte na Odpojit. Zvolte typ připojení Ethernet. V části Výběr sítě zadejte IP adresu, kterou zobrazíte na displeji PLC - stiskněte tlačítko MODE a pak tlačítko se symbolem šipky dolů.
Obr. 2: Nastavení PLC Dále v manažeru projektu (z menu Projekt Manažer projektu) rozklikněte položku HW Konfigurace HW a vyberte správný typ modulu CPU -CP 1015. Po kliknutí na žlutý obrázek složky na řádku CIB (obr. 2) se dostanete do nastavení sběrnice CIB (obr. 3). Obr. 3: Okno detekce jednotek CIB Zde zvolte Načíst konfiguraci z CPU (vpravo dole), načtou se automaticky detekované jednotky (mimo jiné i tlačítko WSB2 a snímač CO2 C-AQ-0001R). Dvojklikem na jednotku si můžete prohlédnout její popis. Pojmenování jednotek aliasem přináší někdy problémy s kompilací programu, je lepší zapamatovat si její ID
pro pozdější práci s tabulkou vstupů/výstupů. Po načtení jednotek sběrnici CIB povolte (zelená fajfka ), obr. 2. 6. Přeložte program (zatím prázdný) pomocí Program Přeložit (klávesa F9) a naprogramujte jím PLC pomocí PLC Run (klávesy Shift + F9). Následující okna potvrďte. 7. V tabulce vstupů/výstupů (ikona Nastavení V/V ) ve sloupci Alias (obr. 4) pojmenujte jednotlivé senzory (usnadňuje orientaci při programování). V záložce MI2 01M lze nalézt senzor CO 2 (např. pro ID 3 je to: MI2-01M ID3_IN CO2) a tlačítko WSB2 (pojmenujte obě polohy UP i DOWN). Pole Hodnota ukazuje aktuální stav tlačítka a výstup senzoru CO 2 v jednotkách ppm. V záložce IR 1056 pojmenujte reléové výstupy (DO0, DO1, DO2). Budou spínat digitální vstupy domovního PLC umístěného ve skříni na steně - teprve toto PLC ovládá ventilátor. Obr. 4 Tabulka vstupů/ výstupů 8. V textové části programu (okno PrgMain) naprogramujte ovládání ventilátoru tlačítkem. Následující kód ukazuje, jak nastavit výstupy, aby domovní PLC zapínalo a vypínalo ventilátor. PROGRAM prgmain VAR_INPUT VAR_OUTPUT
VAR VAR_TEMP if TL_UP then DO0 := true; DO1 := true; DO2 := true; end_if; if TL_DOWN then DO0 := true; DO1 := true; DO2 := false; end_if; END_PROGRAM 9. Hotový program opět přeložte (F9) a naprogramujte jím PLC (Shift + F9). Uveďte PLC do stavu run (Ctrl +F9) a otestujte funkčnost spínání vzduchotechniky. 10. Pomocí nástroje GraphMaker (Nástroje GraphMaker) si připravte graf pro zaznamenání hodnoty ze senzoru. Stiskněte symbol a v dalším okně symbol. Klikněte na tlačítko u pole Symbolické jméno proměnné a vyberte Systémové proměnné VAR GLOBAL MI CIB1 IN ID3 IN CO2 (pro senzor s ID 3). Dále nastavte kliknutím na osu X rozsah 1000 sekund a na ose Y rozsah 0-5000. Automatické posouvání grafu zajistíte tlačítkem zámeček s vodorovnou šipkou. Měření spustíte tlačítkem. 11. Snímač CO 2 se nachází ve žluté sekci domečku. Pootevřenými dvířky do ní několikrát vydechněte. Na PC sledujte reakci čidla, graf následně uložte ve vhodném formátu pro zpracování vašeho protokolu (tlačítko vedle symbolu diskety). Sekci před dalším měřením vyvětrejte (pak senzor ukazuje hodnoty okolo 500-600 ppm). 12. Vraťte se do textové části programu (okno PrgMain) a přepište program z bodu 8 pro automatické spuštění ventilátoru při hodnotách nad 1000 ppm a vypnutí pod 800 ppm. Hotový program přeložte, odešlete a spusťte. Zopakujte měření podle bodu 11. Stručný popis zařízení: ČIdlo C-AQ-0001R funguje jako dvoukanálový měřicí optický systém na principu NDIR. Měření CO2 využívá závislosti útlumu infračerveného záření na koncentraci CO2 ve vzduchu. Vyznačuje se vysokou selektivitou na oxid uhličitý v rozsahu koncentrace 0 5000 ppm CO2. Čidlo je standardní periferie systému FOXTROT s
připojením na sběrnici CIB. Použití např. systémy kontrolující kvalitu vzduchu, řízení rekuperace apod. Rozlišení čidla je 1 ppm. Ventilátor TT 125: Průtok vzduchu: 220/280 m 3 /h, otáčky: 2400/2500 /min Teoretický rozbor úlohy: Řízená ventilace V moderních budovách se stále častěji uplatňuje řízené větrání podle koncetrace CO 2. Ta je vhodným indikátorem vydýchanosti vzduchu ve vnitřních prostorách a koresponduje s počtem lidí v těchto prostorách. Koncentrace oxidu uhličitého v přírodě je okolo 0,04 % (400 ppm). Dýcháním dochází ke změně kyslíku na oxid uhličitý, ve vydechovaném vzduchu dospělého člověka je zastoupen podílem přibližně 40 000 ppm. Množství produkovaného CO 2 se liší také podle činnosti člověka. Odpočívající osoba produkuje méně CO 2 než sportující osoba. V budovách se doporučuje udržovat hladinu CO 2 do 1000 ppm. Při vyšších hodnotách dochází k pocitu ospalosti, únavě a nepříjemnému pocitu vydýchaného vzduchu. Jako koncentrace nebezpečná pro lidské zdraví se udává 5000 10 000 ppm. Nad 25 000 ppm pak hrozí smrt udušením. Měření CO 2 Pro měření koncentrace CO2 se využívá několik principů. Nejrozšířenější jsou čidla pracující na principu absorpce infračerveného záření (metoda NDIR), dále čidla pracující na elektroakustickém principu a čidla fungující na elektrochemickém principu. Čidla NDIR (Nondispersive infrared sensor) pracují na principu měření útlumu infračerveného záření ve vzduchu. Skládají se ze zdroje záření, světlovodné trubice a infračerveného detektoru. Pomocí elektroniky se vyhodnocuje útlum záření a podle toho se vypočítá aktuální koncentrace CO2 ve vzduchu. Tato čidla jsou dlouhodoběji stabilní, měří koncentrace již od nulové hodnoty a mohou měřit i vysoké koncentrace CO2. Elektrochemická čidla sestávají z elektrochemického článku s tuhým elektrolytem. Článek je vyhříván na pracovní teplotu a na jeho elektrodách dochází k chemickým reakcím. Předností těchto čidel je vysoká citlivost a selektivita na oxid uhličitý. Mají nižší životnost než čidla NDIR a pracují až od cca 400 ppm. Elektroakustická čidla pracují na principu vyhodnocování změn kmitočtu ultrazvukových vln v závislosti na koncentraci CO 2 v mechanickém rezonátoru. Jejich výhodou je dlouhodobá stabilita bez nutnosti opětovné kalibrace.
Použité vzorce Přepočet mezi hodnotami v ppm a mg/m 3 kde X je koncentrace [ppm], C je množství CO 2 [mg/m 3 ], X = 24.45 C μ µ = 44 kg/kmol molární hmotnost oxidu uhličitého CO 2. Literatura [1] Portál TZB-info. [cit. 3. ledna 2012]. http://vetrani.tzb-info.cz/vnitrni-prostredi/5827-pracujeteve-zdravem-prostredi [2] Portál Stavebnictví. [cit. 3. ledna 2012]. http://www.stavebnictvi3000.cz/clanky/vydychany-vzduch-a-jak-hospravnevyvetrat/ [3] Portál Tecomat. [cit. 3. ledna 2012]. http://www.tecomat.cz