Автоматизация обогрева почвы и воздуха в теплице

Размещено на http://www.allbest.ru/

Департамент образования Вологодской области

БПОУ ВО «Тотемский политехнический колледж»

Специальность 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

Курсовая работа

Автоматизация обогрева почвы и воздуха в теплице

По МДК 01.02 «Системы автоматизации сельскохозяйственных организаций»

Выполнил

Беднягин В.С.

Тотьма 2022 г.

Содержание

• Введение
• 1. Теоретическая часть
• 1.1 Описание работы технологической схемы
• 1.2 Описание работы принципиальной схемы
• 2. Практическая часть
• 2.1 Принципиальная электрическая схема управления с использованием современных средств автоматизации
• 2.2 Расчет и выбор элементов, схемы управления объектов автоматизации
• 2.3 Описание работы принципиальной и технологической схемы на всех режимах, заложенных в данный комплекс оборудования
• 2.4 Адресная схема подключений и компоновка щита управления
• Заключение
• Список литературы

• Введение
• Автоматизация сельскохозяйственного производства позволяет повысить производительность труда, увеличивает количество и повышает качество продукции, повышает надежность и продлевает срок работы оборудования, облегчает и оздоровляет условия труда, повышает его безопасность, сокращает текучесть рабочей силы и экономит затраты труда, ускоряет процесс стирания различий между трудом умственным и физическим, промышленным и сельскохозяйственным.
• Управление тепловым режимом может быть ручным: переключение нагревательных элементов на разные напряжения, включение отдельных групп нагревателей и т.п. Однако автоматическое управление температурой в парниках предпочтительное: только затраты электроэнергии по сравнению с ручным управлением сокращаются на 15 - 20%. Теплицы, как объекты управления температурным режимом, относят к наиболее сложным объектам автоматизации, а определение их характеристик сопряжено с известными трудностями, вытекающими из особенностей.
• Электрические нагревательные установки обладают высоким коэффициентом полезного действия, просты по конструкции и надежны в эксплуатации, компактны, легко поддаются автоматизации, обеспечивают высокий уровень технологического процесса, требуют меньших затрат труда обслуживающего персонала, менее опасны в пожарном отношении, наиболее полно отвечают требованиям производственной гигиены и санитарии.
• Актуальность: Автоматизация направлена на снижение человеческих ошибок, поэтому использование автоматического управления климатом в парниках позволит более точно сохранять среду обитания растений.
• Объект исследования: автоматизация управления климатом в теплицах.
• Предмет исследования: автоматизация обогрева почвы и воздуха в теплицах.
• Цель: разработать проект автоматизации управления климатом в теплицах с применением современных средств автоматизации.
• Задачи:

1. Произвести анализ технологического процесса.

2. Выполнить модернизацию технологической схемы.

3. Разработать принципиальную схему управления, с применением современных средств автоматизации.

4. Произвести расчет и выбор элементов.

5. Разработать программное обеспечение современных средств автоматизации.

6. Разработка монтажной схемы.

Методы:

-теоретические: анализ, синтез, идеализация, моделирование;

-эмпирические: метод математической обработки данных.

• 1. Теоретическая часть

1.1 Описание работы технологической схемы

Рисунок 1. Принципиальная схема управления температурой в парниках с почвенно-воздушным электрообогревом.

Самый распространённый способ автоматического управления температурой в парниках основан на периодическом включении и отключении нагревательных элементов при помощи магнитных пускателей. Электрическая схема управления режимом работы нагревательных элементов для одной группы, состоящей из четырёх парников, показана на рисунке 1. Нагревательные элементы переводят с одного напряжения питания на другое (220 или 380В) переключателями SA1 и SA2. Ручной режим задают, ставя тумблер SA3 в положение Р, автоматический - в положение А; отключённому состоянию нагревателей соответствует положение 0. Для автоматического управления тепловым режимом в воздушном пространстве одного из четырёх - шести последовательно соединённых парников устанавливают датчик температуры ВК.

В парниках только с почвенным обогревом на группу парников ставят один датчик температуры почвы. Его углубляют в почву парника на глубину около 0,1 м. Переключателем SA1 включают нагревательные элементы для обогрева воздуха, а переключателем SA2 - элементы обогрева почвы. При низкой температуре регулятор температуры в автоматическом режиме работы контактами SK включает магнитный пускатель КМ одновременно с подачей напряжения 380/220 В. По мере повышения температуры до заданной контакты SK размыкаются, и пускатель КМ отключает нагревательные элементы.

Широко распространено комплектное оборудование КП-1, предназначенное для автоматического управления температурой воздуха и почвы в парниках с почвенным и воздушным электрообогревом. Это оборудование можно применять и в плёночных теплицах площадью до 0,5 га. Электрообогрев осуществляется от шести параллельно соединённых рядов стального неизолированного провода диаметром 6 мм, уложенного на глубине не менее 0,25 м в парнике с расстоянием между проводами 0,25 м. Для обогрева воздуха нагревательные провода монтируют на внутренних боковых стенках парника.

Датчики устанавливают в одном из парников расположенных в центре каждого участка: в почве на глубине 0,1 м - датчик температуры почвы, а на боковой стенке парника - датчик температуры воздуха.

Электрообогревательные элементы подключают к понижающему трансформатору типа ТМОБ - 63. Для питания четырёх таких трансформаторов устанавливают электрическую подстанцию, мощностью не менее 250 кВ*А. Понижающие трансформаторы в режиме начального обогрева парника включают по схеме «звезда - звезда», а в режиме длительного обогрева - по схеме «звезда - треугольник». Трёхфазное линейное напряжение на вторичной стороне можно устанавливать переключение ответвлений трансформатора: в первом режиме 125, 103, и 85 В, во втором - 70, 60 и 49 В.

1.2 Описание работы принципиальной схемы

Рисунок 2. Принципиальная электрическая схема комплекта оборудования типа КП-1

Принципиальная электрическая схема комплекта оборудования с одним понижающим трансформатором изображена на рисунке 2. Оборудование может работать в ручном режиме при установке универсального переключателя SA1 в положение Р или автоматическом - при установке SA1 в положение А. Ручное включение и отключение трансформатора и электронагревателей ЕК1…ЕК4 осуществляют дистанционно при помощи кнопок «Пуск» (SB2) и «Стоп» (SB1), предварительно включив соответственно рубильники SA6 и SA9 обогрева почвы и воздуха, а также автомат QF.

Автоматическое управление осуществляется при помощи логометров Р1 и Р2, выполняющих одновременно функции регулятора и измерительного прибора для визуального контроля фактической температуры почвы и воздуха в парниках. В измерительные цепи логометров включены по мостовой схеме термометры сопротивления типа ТСМ, служащие датчиками температуры почвы ВК2, ВК4 и воздуха ВК1 и ВК3.

Мостовая схема уравновешивается при заданной температуре. Если фактическая температура ниже заданной, то замыкаются контакты Р1 или Р2 и включаются магнитным пускателем КМ трансформатор ТV и электронагревательные элементы. При повышении температуры до заданной размыкаются контакты Р1 и Р2, а магнитный пускатель КМ отключает электропитание. Переключателями SA1, SА2 и рубильниками SA6, SA9 включают обогрев почвы или воздуха. К штепсельному разъёму ШР подключают электрифицированные механизмы для обработки почвы и ухода за растениями. Силу тока и значение напряжения во всех фазах контролируют с помощью амперметра и вольтметра с переключателями SA4 и SA5. Точность регулирования температуры составляет 1,5 С.

• 2. Практическая часть

2.1 Принципиальная электрическая схема управления с использованием современных средств автоматизации

Рисунок 3- Принципиальная электрическая схема управления обогрева воздуха и почвы с контролёром ONI.

• Данная схема содержит: программируемый контроллер ONI, 1 электродвигатель, 1 Электронагреватель, 2 автоматических выключателя, 2 магнитных пускателя, 2 сигнальных лампы, датчик температуры и др.
• 1. Автоматический выключатель (QF) - выполняет функцию коммутации и защиты силовых цепей.
• 2. Токовое реле (KA)- используются для защиты сети и источника питания при перегрузке по току или вследствие короткого замыкания.
• 3. Электронагреватели (EK1 - ЕК4) - предназначены для нагрева грунта и воздуха за счет энергии получаемой из электросети.
• 4. Сигнальные лампа (HL1) - сигнализирует о включении нагревательных элементов.
• 5. Программируемый контроллер ONI- предназначен для построения наиболее простых программируемых устройств автоматического управления.
• 6. Кнопки (SB1-SB2) - предназначены для запуска и остановки нагревательной установки.
• 7. Твердотельное реле (А2) - служит для включения и выключения высокомощной цепи.

8. Измерительный преобразователь температуры (А3) - является аналоговым измерительным преобразователем температуры для датчиков термосопротивлением Pt100.

9. Потенциометр (СМ)- предназначен для определения напряжения.

10. Датчики измерения температуры (SK1, SK2) - предназначены для измерения температуры в воздухе и грунте теплицы.

• 2.2 Расчет и выбор элементов, схемы управления объектов автоматизации
• Для расчета автоматического выключателя QF надо знать номинальные и пусковые токи электронагревателей
• Номинальный ток рассчитываем по формуле:
• Iном.EK=P/(1,73*U*cos?*?), где (1)
• напряжение
• мощность
• коэффициент мощности
• коэффициент полезного действия
• Пусковой ток рассчитываем по формуле:
• Iп.EK=*Ki, где(2)
• Iном - номинальный ток электронагревателя
• Ki - коэффициент использования
• Общая мощность нагревателя и двигателя составляет 11,6 кВт, двигатель и электронагреватель расписаны в таблице 1.

• Таблица 1-Характеристика потребителей для силового оборудования

Номер на схеме	Наименование оборудования	Марка оборудования	Номинальная мощность (кВт)	Iном, А	Iп, А	КПД, з, %	Cos ц	Кi	Примечание
EK	Электронагреватель	ЧТКОГР20000 0,5ГА	20	30,42	30,42	100	1	1	-

• Так как пусковые токи у данного электронагревателя равны номинальному, выбираем автоматический выключатель:
• Под наши параметры подходит автоматический выключатель ВА47-29 3P 32А хар - ка «В»
• Рисунок 4. ВА47-29 3P 32А хар-ка «B»
• Произведем выбор магнитных пускателей КМ1 - КМ5 для электронагревателей ЕК1 - ЕК2.
• Магнитный пускатель выбирается согласно 3 условиям:
• Условие 1:
• Iном.м.п>Iном.ЕК*1,2, где(7)
• Iном.м.п - номинальный ток магнитного пускателя
• Iном.ЕК - номинальный электронагревателя
• Условие 2:
• Iмакс.м.п>Iп.ЕК, где (8)
• Iмакс.м.п - максимальный ток магнит. пуск.
• Iп.ЕК - макс. пусковой ток двигателя
• Условие 3:
• Uном.катушки =Uном, где (9)
• U_(ном.катушки )- номинальное напряжение катушки управления;
• U_(ном.)- номинальное напряжение сети.
• Проверка условий:
• 1.32A>30,42*1(30,42)
• 2.32A>30,42A
• 3. Uном.катушки=230В
• Значит выбираем КМИ-10911 32А 230В/АС3;1НЗ IEK
• Рисунок 5. Магнитный пускатель КМИ-1091132А 230В/АС3;1НЗ IEK

• Таблица 2 - Спецификация оборудования

Буквенное обозначение	Наименование	Марка оборудования	Количество	Примечание	Габаритные размеры
QF	Автоматический выключатель	ВА47-29 3P 32А хар-ка «B»	1	-	53,4*79*73,6
KM 1 - КМ5	Магнитный пускатель	КМИ-10910 32А 230В/АС-3 1НО ИЭК	5	-	45*75*48
А1	Программируемый контролер	ONI PLR-S-CPU-1206	1	-	95*90*58
SB1,2	Кнопки	KE-011 исполн.2	2	Черная	d=30,5
KA	Токовое реле	РТ-15М	1	-	17,5*90*65
XT-EKT	Клемные колодки	ЗНИ 4	3	Серые	41,5*45,6*6,3
XTM	Клемные колодки	ЗНИ 4	3	Серые
А2	Твердотельное релеТвердотельное реле	TSR-40DA	1	-	75*25*53
А3	Измерительный преобразователь температуры	HSM-U	1	-	100*75*30
СM	Потениометр	Сm22 4-20ma	1	-	22
HL	Сигнальная лампа	AL-22	1	-	D=30
SK1, SK2	Датчик измерения температуры	2ТРМ0	2	-	14*20*10мм

• Главным элементом в схеме является программируемый контролер ONI - имеет несколько каналов ввода-вывода и релейных выходов. Применяется для управления электроприводами мощностью до 4 кВт. Так же контролёр имеет 38 встроенных функций, поддерживает десять языков на панели текстового дисплея и многие другие функции.
• Данный контролёр находит область применения в управлении технологическим оборудованием, системами отопления и вентиляцией, управлением освещения, управлением коммутационной аппаратурой, конвейерной системой, управлением подъёмниками и т.д.
• Контролёр ONI - является законченным изделием, предназначенным для построения наиболее простым программируемым устройством автоматического управления, основными плюсами которого являются простота обслуживания, удобное и простое программирование, включающее в себя дистанционное программирование.
• ONI - уникальный логический модуль компании, включающий в себя следующие возможности:
• *Органы управления
• *Панель оператора и дисплей с фоновой подсветкой
• *Источник питания
• *Интерфейс для моделей расширения
• *Интерфейс для карты памяти, карты аккумулятора, комбинированной карты памяти и аккумулятора или кабеля ПК ONI или USB - кабеля ПК.
• *Интерфейс для дополнительного модуля текстового дисплея (TD)
• *Предварительно настроенные стандартные функции, например, задержка включения и выключения, импульсное реле и программируемая клавиша.
• *Таймеры.
• *Цифровые и аналоговые флаги.
• *Входы и выходы в соответствии с типом устройства.
• В основном данные контролёры предназначены для построения простейших устройств автоматики с логической обработкой информации. Алгоритм функционирования модулей задаётся программой, составленной из набора встроенных функций. Программирование модулей Лого может производиться с их клавиатуры без использования дополнительного программного обеспечения.
• Модуль процессора оснащён небольшим монохромным LCD. На нём отображаются меню, нужные при загрузке программы, сообщения при работе программы. Выпускаются так же модули не имеющие экрана, но экран необходим для возможности копирования модуля памяти. Модуль питается от сети 220В и имеет восемь дискретных выхода (реле) и двенадцать дискретных входов. Дискретный выход представляет собой реле с нагрузочной способностью до 10А при напряжении до 240В, дискретный вход допускает подключение цепей переменного тока напряжением 220В.
• Рис.5- Контролер ONI PLR-S-CPU-1206

Силовая схема защищена автоматическим выключателем марки IEK, рисунок 6.



Рисунок 6. Автоматический выключатель

Для запуска электронагревателя используем контакторы марки IEK, рисунок 7.

Рисунок 7. Магнитный пускатель.

Для присоединения нулевых и защитных проводников выбираем шину сборную нулевую IEK YND10-2-07-100, рисунок 11.



Рисунок 8. Шина нулевая

Для безопасного и компактного подключения фазных и защитных проводников используем набор клемных колодок ЗНИ-4, рисунок 9.

Рисунок 9. Клемная колодка ЗНИ-4

Для управления схемы КЭВ-3 используем кнопки КЕ-011, рисунок 10.

Рисунок 10. Выключатель кнопочный



Для контролирования механической перегрузки главного электродвигателя используем реле тока РТ-15М, рисунок 17. Реле РТ-15М предназначено для контроля тока в электрических цепях. Срабатывание реле происходит с регулируемой временной задержкой при величине тока выше установленного значения.

Особенности: Питание осуществляется от провода с контролируемым переменным током, который пропускается через боковое отверстие в корпусе реле.

Рис.11 - Реле тока РТ-15М

Для включения и выключения высокомощной цепи используется твердотельное реле TSR-40DA, рисунок

Рис. 12- твердотельное реле TSR-40DA



Преобразовывает температуру для датчиков термосопротивлением Pt100.

Рис.13- Измерительный преобразователь температуры HSM-U

Для определения напряжения нужен потенциометр.

Рис.14- Потенциометр cm22 4-20ma

Для измерения температуры воздуха и грунта нужен данный измеритель



Рисунок 15. 2ТРМ0 двухканальный измеритель с интерфейсом RS-48

2.3 Описание работы принципиальной и технологической схемы на всех режимах, заложенных в данный комплекс оборудования

Следующим действием будет написание программы для контролера ONI. Для этого мы будем использовать программу ONI PLR Studio. Данная программа идет вместе с самим контролером ONI в комплекте. Сама программа состоит из логических элементов, из которых и происходит написание программы. С помощью данной программы можно написать программу работы любого электрооборудования на предприятии, программу для включения электронагревателя, уличного освещение и так далее. Это является одной из причин, почему мы будем использовать данный контролер. С его помощью, мы можем задать любой режим работы электрооборудования, для этого нам понадобится только компьютер, программа ONI PLR Studio и кабель для прошивки самого контролера ONI



Рисунок 16 - Программа управления обогревом почвы и воздуха

Описание работы программы управления контролером ONI

Пуск SB1 и стоп SB2 программы производится с помощью с RS триггера. Затем для контролирования механической перегрузки электродвигателя используем реле тока которое подключается через с RS триггер. Для контроля включения и выключения нагревателей используем RS триггер, к которому подключены измерители температуры. Для выставления температуры ставиться измерительный преобразователь температуры, выставленная температура показывается на дисплее. Затем данные блоки подключаются к блоку «И», после чего к первому магнитному пускателю и сигнальной лампе.

2.4 Адресная схема подключений и компоновка щита управления

Заключительным действием будет составление компоновки щита управления для схемы сушильной установки с контроллером ONI.



Рисунок 17. Компоновка щита

Исходя из указанных размеров элементов на рисунке 17, расстояния, которое должны соблюдаться между рядами, выбираем щит управления из каталога фирмы IEK, марки ЩМП-5-0 36 УХЛ3 IP31, рисунок 18.

Рисунок 18. Корпус металлический настенный ЩМП-5-0 36 УХЛ3 IP31 IEK



Заключение

В процессе разработки курсовой работы по автоматизации управления обогрева почвы и воздуха, мы провели большую работу по разработке схемы автоматизации. Был составлен план курсовой работы, сделан анализ технологической и принципиальной электрической схемы, произведён расчёт и выбор оборудования для системы управления, составлена принципиальная электрическая схема с программируемым контролером ONI.

Цель работы достигнута - разработан проект автоматизации управления обогрева почвы и воздуха с применением современных средств автоматизации. Задачи, которые я поставил для достижения данной цели, были выполнены.

автоматизация парник почвенный электрообогрев



Список литературы

1. Бородин И.Ф. Автоматизация технологических процессов / Ю.А. Судник. - Колос: 2018 - 336стр.

2. Бутузов В. А. Будет ли развиваться производство солнечных коллекторов в России // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2017г. - №11 - с. 12

3. Девесилов В.Д. Охрана труда. - Форум - инфо -М, 2018 - 445 стр.

4. Ерошенко Г. П. Эксплуатация электрооборудования / А.П. Коломинец, Н. П. Кондратьев и др. - М.: Колосс, 2018 г.

5. Киреева Э. А. Возможные неисправности силовых трансформаторов и их ремонт// Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2018. - №1 - с.52.

6. Киреева Э. А. Сухие силовые трансформаторы: перезагрузки и условия эксплуатации // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2017г. - №4. - с.14

7. Леонидов С. Л. Об источниках бесперебойного питания и заземления// электрооборудование эксплуатация и ремонт. - 2017. - №4. - с.25.

8. Лепешкин Н.И. Программное обеспечение для разрабатывания документации на ремонт электротехнических машин // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2018. - №2 - с.48.

9. Селевцов Л.И. Автоматизация технологических процессов / А.Л. Селевцов. - Academa. - 2016 - 350 стр.

10. Строганов Ю. П. Мониторинг трансформаторного оборудования // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2019г. - №2. - с. 36

11. Строганов Ю. П. Снижение шума и вибрации трансформаторов и реакторов в эксплуатации // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2018г. - № 10. - с.9

12. Шишмарев В. Ю. Электроизмерения / В. И. Шанин - Академия - 2019г. - 331 стрю

13. Юндин М. А. Курсовое и дипломное проектирование по электроснабжению сельского хозяйства / А.М. Королев - Лань: 2019 -317 стр.

14. Янсюкевич В. Методика проведения испытаний силовых трансформаторов всех напряжений и мощностей // с/х техника.- 2019. - №7. - с. 34-41

15. Янукович Г. И. Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственного оборудования. / Д. Г. Янукович, Е.А. Ермолов и др. - Минск «Ураджай» 2019 г.

Размещено на Allbest.ru

...