Разработка системы климат-контроля на базе микроконтроллера

метки: Система, Контроль, Разработка, Микропроцессорный, Климат, Датчик, Описание, Осуществляться

2. Описание объекта автоматизации и алгоритма его функционирования

Наименование системы . Автоматизированная система управления и контроля климата в тепличных хозяйствах. Условное обозначение — АСУ ККТХ.

Организации — участники разработки :

Заказчик — АУЭС, ТЭФ, кафедра ИК.

Разработчик: ст. гр. АУТ-11-3, Мухамбетов А.Б.

Основание для разработки :

Основаниями для разработки АСУ ККТХ являются:

• учебный план специальности «Автоматизация управления»;
• рабочая программа по курсу «АОТэс»;
• задание на курсовое проектирование, выданное руководителем.

Сроки начала и окончания разработки АСУ ККТХ :

Начало работ — 01.09.11 г.

Окончание работ — 30.01.11 г.

Примечание: В случае изменения технологической схемы объекта срок окончания работ подлежит корректировке.

Назначение АСУ ККТХ . АСУ ККТХ предназначена для выполнения комплекса информационных и управляющих функций, обеспечивающих:

• задание суточного цикла влажности и поддержание необходимого климатического режима (при изменении задания система обеспечивает плавный переход из одного состояния в другое);
• контроль расхода воды в канале распыления;
• сбор, обработку и хранение архивных данных;
• представление технологической информации в удобном для оперативного персонала виде;
• регистрация событий и ведение журнала тревог (например, при выходе значения влажности за пределы установленного диапазона);
• обеспечение возможности калибровки измерительных датчиков;
• повышение производительности теплицы за счёт жесткого автоматического поддержания требуемых параметров;
• обеспечение возможности постепенной модернизации и усложнения системы за счёт введения новых аппаратных и программных модулей.

Цели создания АСУ ККТХ . Целями создания АСУ ККТХ являются:

• внедрение высокоэффективной, современной автоматизированной системы управления, которая обеспечивает поддержание необходимого климатического режима за счет использования оптимальных контуров ПИД-регулирования;
• обеспечение плавности перехода из одного состояния в другое при отклонении климатических условий от нормы или при возникновении такой необходимости;
• обеспечение достоверности и достаточности информации о технологическом процессе и состоянии технологического оборудования;
• сокращение затрат на обслуживание и ремонт;
• обеспечение высокой надежности и ремонтопригодности систем управления и защиты;
• оперативная отчетность об экономических показателях работы водозаборного узла;
• накопление информации о технологическом процессе и о работе технологического оборудования.

Общая характеристика объекта управления.

В состав водозаборного узла входят следующие основные технологические установки и системы:

Разработка системы удобрения в хозяйстве

... т.д.) каждого хозяйства при любой обеспеченности ими. Задачи системы удобрения в каждом хозяйстве (Дудина Н.Х.,1991) решаются при успешной разработке и реализации её и заключаются в следующем: ... высоким обеспечением Р и К, по гранулометрическому составу среднесуглинистые. Все з/б требовательны к условиям увлажнения, поэтому их высевают в возможно ранние сроки (Власюк П.А.,1971). Корневая система ...

• кондиционер;
• система отопления помещения;
• системы мониторинга климатических условий в помещении;
• блоки питания для систем мониторинга и контроля;
• датчики температуры, влажности, уровня СО;
• пульт управления оператора;
• фильтр;
• насос;
• управляющий;
• Сведения об условиях эксплуатации объекта автоматизация и характеристиках окружающей среды.

В отношении электробезопасности все блоки и отсеки блочного оборудования теплицы, согласно ПУЭ, относятся к взрывобезопасным помещениям с нормальной средой категории Д.

Операторная комната и помещение для микропроцессорных контроллеров также относятся к взрывобезопасным помещениям с нормальной средой категории Д.

Требования к структуре системы . Автоматизированная система управления и контроля климата в тепличных хозяйствах должна быть распределенной и выполнена на базе микропроцессорной техники.

По иерархическому принципу АСУ ККТХ должна подразделяться на уровни: климат контроль автоматизация алгоритм

нижний уровень:

• измерительные преобразователи параметров почвы;
• измерительные преобразователи параметров воздушной среды;
• измерительные преобразователи параметров сети водоснабжения;
• регулирующие и другие исполнительные механизмы;

верхний уровень:

• операторская станция (рабочее место оператора);
• Автоматизированный контроль и управление климатом теплицы должен осуществляться из центрального пульта управления без постоянного присутствия эксплуатационного персонала в зоне размещения технологического оборудования.

Связь между компонентами системы должна осуществляться по физическим и интерфейсным каналам.

АСУ ККТХ должна быть подключена к гарантированной системе электропитания с использованием агрегатов бесперебойного питания.

Каждая операторская станция должна включать:

ЭВМ стандартной конфигурации:

• ОЗУ 128 Мб, накопитель на гибких дисках, накопитель на жестком диске емкостью 10-20 Гб;
• один цветной монитор;
• технологическую клавиатуру;
• манипулятор типа «мышь».

Технологическая клавиатура предназначена для оперативного управления процессом и должна иметь набор функциональных клавиш, программно привязанных к видеограммам дисплея и позволяющих однозначно выполнять команды управления технологическим процессом. Клавиатура должна быть удобной и простой в использовании.

Контрольная работа: Системы управления автоматизированным технологическим ...

... заготовки. Аналоговые системы управления классифицируют на следующие типы: замкнутые, незамкнутые, копировальные со следящим приводом. Системы управления замкнутого типа осуществляют контроль исполнительного органа ... в области числового программного управления металлорежущим оборудованием устанавливает ГОСТ 20523-80. Числовое программное управление станком (ЧПУ) — управление обработкой заготовки на ...

Требования к функционированию системы . АСУ ККТХ должна:

• обеспечивать эффективную работу технологического оборудования без постоянного присутствия эксплуатационного персонала в зоне размещения оборудования с минимальным количеством ручных операций и безопасными условиями труда;

— обеспечивать высокую надежность автоматического регулирования и управления технологическим процессом за счёт применения современных технических средств и программного обеспечения;

• облегчать работу обслуживающему персоналу за счёт упрощения процедуры пуска оборудования, ведения технологического процесса, перехода с одной скважины на другую и т.д.;
• обеспечивать взаимодействие с:
• системами сбора и обработки информации — по сети RS-485;
• исполнительными механизмами и агрегатами — по физическим каналам связи;
• системой автоматического управления исполнительными устройствами — по сети RS-485.

Операторская станция должна быть оборудована системой экстренного останова для возможности корректного останова агрегатов при отказе каналов связи с микропроцессорной техникой.

2. Описание объекта автоматизации и алгоритма его функционирования

Архитектура разрабатываемой системы имеет два уровня: нижний — подсистема управления (датчики, микроконтроллер, исполнительные механизмы и оборудование) и верхний — пост оператора (персональный компьютер).

Связь между уровнями осуществляется по интерфейсу RS-485. Реализация алгоритмов управления осуществляется с помощью автоматизированного модуля верхнего уровня, который также отвечает за интерфейс на посту оператора (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 — Мнемосхема АСУТП

В состав тепличного хозяйства входят следующие основные технологические установки и системы:

• кондиционер;
• система отопления помещения;
• системы мониторинга климатических условий в помещении;
• блоки питания для систем мониторинга и контроля;
• датчики температуры, влажности;
• пульт управления оператора;
• фильтр;
• насос;
• управляющий контроллер.

Требования к структуре системы. Автоматизированная система управления и контроля климата в тепличных хозяйствах выполнена на базе микропроцессорной техники.

По иерархическому принципу АСУ ККТХ должна подразделяться на уровни:

нижний уровень:

• регуляторами форсунок увлажнения, открытия клапана подачи воды, включения и выключения отопительной системы, и кондиционера;
• датчики температуры воздуха, влажности;
• устройства световой и звуковой сигнализации несанкционированного проникновения на территорию теплицы;
• регулирующие и другие исполнительные механизмы;
• микропроцессорные контроллеры мониторинга и управления регуляторами форсунок увлажнения, открытия клапана подачи воды, включения и выключения отопительной системы и кондиционера.

верхний уровень:

• операторская станция (рабочее место оператора).

Автоматизированный контроль и управление оборудованием контроля климата в тепличных хозяйствах может осуществляться без постоянного присутствия эксплуатационного персонала в зоне размещения технологического оборудования.

Системы автоматического контроля очистки сточных вод

... основных затрат на систему управления При определении экономической эффективности внедрения средств механизации и автоматизации должны быть получены ... производства определенных видов продукции или выполнения однородных работ. Принцип пропорциональности заключается в закономерном сочетании отдельных ... руб.; затраты на коммунальные услуги (электроэнергию, воду и т.п.), руб.; годовые затраты на материалы ...

Связь между компонентами системы должна осуществляться по физическим и интерфейсным каналам.

АСУ ККТХ должна быть подключена к гарантированной системе электропитания с использованием агрегатов бесперебойного питания.

Каждая операторская станция должна включать:

ЭВМ стандартной конфигурации:

• ОЗУ 128 Мб, накопитель на гибких дисках, накопитель на жестком диске емкостью 10-20 Гб;
• один цветной монитор;
• технологическую клавиатуру;
• манипулятор типа «мышь».

Технологическая клавиатура предназначена для оперативного управления процессом и должна иметь набор функциональных клавиш, программно привязанных к видеограммам дисплея и позволяющих однозначно выполнять команды управления технологическим процессом. Клавиатура должна быть удобной и простой в использовании.

Требования к функционированию системы. АСУ ККТХ должна:

• обеспечивать эффективную работу технологического оборудования без постоянного присутствия эксплуатационного персонала в зоне размещения оборудования с минимальным количеством ручных операций и безопасными условиями труда;
• повышение производительности теплицы за счет жесткого автоматического поддержания требуемых параметров микроклимата;
• обеспечивать высокую надежность автоматического регулирования и управления технологическим процессом за счёт применения современных технических средств и программного обеспечения;
• обеспечивать обслуживающий персонал своевременной и достоверной информацией о ходе технологического процесса;
• обеспечение персонала достоверной и своевременной технологической информацией;
• обеспечивать снижение энергопотребления;
• обеспечивать световую и звуковую аварийную сигнализацию при несанкционированном проникновении на территорию ВЗУ, в павильоны скважин, а также снятии люков с резервуара.

АСУ ККТХ также должна обеспечивать взаимодействие с:

• системами сбора и обработки информации — по физическим каналам связи.
• исполнительными механизмами и агрегатами — по физическим каналам связи;
• пультом управления оператора — по сети RS-485.

4. Обзор существующих решений и обоснование выбора принятого принципа построения проектируемой системы

Практически все тепличные хозяйства строятся по единой схеме: теплоизолированное помещение, в котором к нужным значениям с помощью системы обогрева, системы опрыскивания растений, датчиков температуры воздуха и воды (для полива), влажности почвы, и воздуха.

Тепличные хозяйства различаются лишь в зависимости от объекта культивирования. Т.е. различие системе технического обогрева помещения, системе увлажнения и пр. Сбор информации будет проходить по всем основным ОУ, необходимым для успешного выполнения поставленных задач. По этим параметрам оператор будет принимать решения по управлению.

Эффективность работы АСУ ККТХ в большей степени будет зависеть от того как она будет спроектирована. Тепличное хозяйство будет полностью автоматизировано за исключением случаев либо слишком сильного не предусмотренного воздействия на данную систему, либо при случаях несанкционированного вмешательства в работу системы.

Системы управления ККТХ могут отличаться между собой лишь уровнем автоматизации, т.е. количеством и качеством регулируемых параметров объекта. Схема же систем в большинстве случаев остается постоянной. Это в значительной степени обусловлено радом требований к АСУ ВЗУ со стороны ГОСТов и СПИНов.

Общие положения. Теплицы следует проектировать однопролетными или многопролетными. Тип теплиц для каждой зоны определяется технико-экономическим обоснованием. Парники следует проектировать с односкатным или двускатным покрытием.

Вспомогательные помещения для работающих в теплицах и парниках следует проектировать в соответствии с требованиями СНиП II-92-76. Геометрические параметры теплиц и парников должны назначаться в соответствии с технологической частью проекта. Теплицы следует проектировать с деревянным или металлическим каркасом в соответствии с требованиями ТП 101-81. Парники необходимо проектировать с деревянным или железобетонным каркасом.

Светопрозрачные ограждения зимних теплиц следует проектировать из стекла или пленки, как правило, двухслойными или однослойными с дополнительной трансформирующейся шторой или теплозащитным экраном, а весенних теплиц — из пленки, снимаемой на зимний период. В стенах теплиц, предназначенных для выращивания рассады, высаживаемой в открытый ґрунт, необходимо предусматривать вентиляционные проемы.

Оснащение тепличного хозяйства. Для обеспечения выполнения требований технического задания, предлагается обеспечить надежное централизованное управление при помощи датчиков, которые связаны напрямую с промышленным контроллером и элементы регулирования.

Измерение температуры воздуха будет осуществляться с помощью датчиков KTY-81-210. Датчики помещаются в специальный освинцованный пластиковый корпус. Данные датчики имеют небольшой уровень погрешности и подходят для данного проекта. Измерение температуры воды в резервуаре будет осуществляться с помощью датчиков numerix ETF-01. Погружные датчики температуры устанавливаются непосредственно в трубопровод для измерения температуры воды (или другого теплоносителя) в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Сигналы с датчиков уровня воды, температур воздуха и воды, влажности почвы и воздуха, расхода воды, а также уровня воды резервуаре поступают на промышленный микроконтроллер Modicon 984-685 модуль. Питание датчиков обеспечивается дополнительным блоком питания.

Измерение влажности воздуха будет осуществляться с помощью датчиков Honeywell HIH-3602. Датчики осуществляют непрерывные круглосуточные измерения относительной влажности воздуха и поддержание заданных режимов.

Измерение влажности почвы будет осуществляться с помощью датчиков Gardena. Требуемая влажность задается с помощью вращающегося регулятора. Индикация актуального значения влажности почвы. Укомплектован соединительным кабелем 5 м со штекером.

Для регулирования влажности воздуха и почвы используются спринклеры. Для поддержания нормального температурного режима используется центральное водное отопление.

Математическое обеспечение. Математическое обеспечение микропроцессорного контроллера должно обеспечивать выполнение следующих функций первичной обработки аналоговых сигналов:

• расчет действительных значений;
• фильтрация сигналов (усреднение);
• сравнение с уставками (технологические границы);
• формирование дискретных сигналов нарушений;
• формирование массива текущих значений параметров.

Первые два пункта обеспечиваются модулями аналоговых входов управляющих контроллеров. Последние — самими контроллерами, в соответствии с записанной рабочей программой.

Математическое обеспечение микропроцессорных контроллеров, кроме функций по обработке текущей информации, выполняет также управляющие и противоаварийные функции, в состав которых входят:

• автоматический программный пуск оборудования;
• автоматическое регулирование технологических параметров;
• дистанционное управление регулирующим оборудованием.

Настройка систем регулирования производится заданием соответствующих коэффициентов.

Математическое обеспечение, кроме указанных задач, обеспечивает выполнение основных функций АСУ ККТХ, функций хранения и представления информации. Для этого реализуются алгоритмы:

• функционирования АСУ ККТХ;
• автоматического пуска оборудования ТХ;
• автоматического управления спринклерами;
• автоматического управления подачей воды в резервуар;
• создания базы данных о технологическом процессе;
• сбора и первичной обработки аналоговой информации;
• усреднения и интегрирования параметров;
• технологического контроля;
• учета состояния оборудования;
• отображения информации оператору-технологу;
• опроса микропроцессорных контроллеров;
• выдачи заданий микропроцессорному контроллеру;
• диагностики микропроцессорных контроллеров.

Информационное обеспечение. База данных АСУ ККТХ формируется путем заполнения стандартных форм на экране видеотерминала на основании перечня каналов контроля и регулирования. Вызов форм осуществляется при помощи системы вложенных меню. Меню обеспечивает:

• описание системы;
• описание контроллера;
• описание системы отображения;
• описание аналоговых сигналов;
• описание протоколирования;
• описание подсистемы оповещения и сигнализации.

Описание аналоговых сигналов должно определять подключение сигнала в системе, параметры обработки сигнала, признаки усреднения, включения значений параметра в рапорт-отчет, формирования истории параметров контура на указываемом временном интервале, контроля на достоверность. Описание протоколирования и печати должно содержать описание таблицы нарушений, описание рапорта-отчета, описание архивного тренда, описание протоколирования значений параметров, заносимых оператором в оперативную память контроллера.

Также предусматривается протоколирование действий оператора по изменению задания, режима работы контуров управления, выдаче дискретных управляющих воздействий (пуск, останов, открытие, закрытие) и запись протокола на носители ПЭВМ.

Используемые мнемосхемы могут строиться из следующих элементов:

• алфавитно-цифровые символы;
• стандартные технологические символы (клапаны, насосы, емкости и т.д.);
• графические символы;
• векторы, дуги, окружности;
• заштрихованные участки.

Для конфигурирования системы и формирования базы данных предусмотрены режимы корректировки базы данных. Корректировка базы данных выполняется в автономном режиме работы ПЭВМ или на инструментальной ПЭВМ.

Параметр регулирования	Ед. изм.	Мин.	Макс.	Контроллер	Количество
Влажность воздуха	%	0	100	HIH-3602	1
Влажность почвы	%	0	40	GARDENA	8
Температура воздуха	t°	0	70	KTY-81-210	1
Температура воды в резервуаре	t°	0	60	ETF01	1
Уровень воды в резервуаре	м	0	3	SML-PS1	1
Расход воды	м 3	0	20	ДРК-4-ОП	1

• обеспечение плавности перехода из одного состояния в другое при отклонении климатических условий от нормы или при возникновении такой необходимости;

— обеспечение достоверности и достаточности информации о технологическом процессе и состоянии технологического оборудования.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/razrabotka-mikroprotsessornoy-sistemyi-klimat-kontrolya/

1. www.wikepedia.org

2. Угрюмов Е. Цифровая схемотехника. — СПб.: БХВ — Петербург, 2002. — 528 с.

3. Костров Б.В. Микропроцессорные системы и микроконтроллеры. — М.: «ТехБук», 2007. — 320 с.

4. asutp.dugoba.kz.