Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

Анотація

Перелік прийнятих позначень

Вступ

1. Аналіз зрошування тропічних рослин

2. Аналіз автоматичних систем поливу

3. Аналіз та характеристика об'єкта автоматизації

3.1 Конструкція та експлуатаційні характеристики системи Автоматичного поливу АкваДуся Плюс крапельного виду

4. Пропозиції по розв'язанню поставленого завдання автоматизації

4.1 Вирішення питань пов'язаних з незручністю управління декількома системами одночасно

4.2 Контроль порушення температурних умов

4.3 Розробка функціональної схеми автоматизованої системи керування поливу тропічних рослин

Висновки

Напрямки подальших досліджень

Список інформаційних джерел

АНОТАЦІЯ

В роботі розглядаються задачі автоматизованого керування системами поливу тропічних рослин, зокрема основними технологічними та допоміжними операціями. Для вирішення поставленої задачі, зокрема для автоматизованого керування системами поливу тропічних рослин, пропонується використовувати програмуючі модулі та датчики, зокрема контролер марки Овен. Переваги методу реалізації схеми управління на промисловому контролері: гнучке застосування програм, широкий діапазон можливостей, простота конструкції, відносна дешевизна, довговічність, низьке споживання електроенергії, збільшення надійності схеми.

АННОТАЦИЯ

В работе рассматриваются задачи управления системами полива тропических растений, в частности основными технологическими и вспомогательными операциями. Для решения поставленной задачи, в частности для управления системами полива, предлагается использовать программирующие модули и датчики, в частности контроллер марки Овен. Преимущества метода реализации схемы управления на промышленном контроллере: гибкое применение программ, широкий диапазон возможностей, простота конструкции, относительная дешевизна, долговечность, низкое потребление электроэнергии, увеличения надежности схемы.

ПЕРЕЛІК ПРИЙНЯТИХ ПОЗНАЧЕНЬ

ЕК - Електромагнітній клапан;

ЕБК - електронний блок керування;

БКЗ - Блок керування засувом;

ДВҐ - датчик вологості ґрунту;

ДТП - датчик температури повітря;

ДАТ - датчик вологості повітря;

ПЛК ? програмований логічний контролер;

АЦП - аналого-цифровому перетворенню;

ПК - персональний комп'ютер;

САП - система автоматичного поливу;

ТР - тропічні рослини;

ВСТУП

Автоматизація виробництва - один із важливих напрямків науково-технічного прогресу, який характеризується поступовим процесом вдосконалення знарядь праці, методів виробництва та наукових досліджень передових технологічних процесів.

Автоматизація повсюдно рахується головним, найбільш перспективним напрямком в розвитку промислового виробництва. Завдяки звільненню людини від безпосередньої участі у виробничих процесах, а також високій концентрації основних операцій на одному технологічному обладнанні (ТО), що зменшує витрати часу на зміну ТО, значно поліпшуються умови праці і економічні показники виробництва.

Метою роботи є підвищення якості роботи САП і збільшення продуктивності праці. Також розробка програми поливу для різних типів тропічних рослин, контроль порушення температурних умов та зменшення затрат на вирощування. зрошування рослина тропічний крапельний

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішено наступні задачі:

1. Проаналізовано попит на автоматизовані системи поливу.

2. Розроблено принципову схему автоматизованої системи АкваДуся плюс.

3. Розроблено блок-схему системи автоматичного поливу тропічних рослин.

4. Розроблено структурна схема поливу рослин .

5. Розроблено функціональну схему поливу рослин.

1. АНАЛІЗ ЗРОШУВАННЯ ТРОПІЧНИХ РОСЛИН

Світ тропічних та субтропічних рослин цікавий і неповторний, вони дивують і викликають захоплення своїм різноманіттям і незвичайністю. Тому не дивно, що людина завжди бажала створити красу навколо себе за допомогою саме таких, не схожих на інші рослин. Але тропічні рослини не здатні витримувати суворі кліматичні умови нашої країни. Тому для їх захисту люди почали будувати скляні оранжереї, де постійно підтримувався сприятливий для них мікроклімат.

Більшість тропічних рослин прийшли до нас із далеких країн. Одним рослинам потрібно багато сонця, щоб не порушити процес фотосинтезу. Тропічна вологість, яка здається нам задушливою і неприємною, для інших рослин буде справжнім раєм. У кожного свій характер і вимоги. Одним рослинам потрібно багато води.

Правильний догляд за тропічними рослинами вимагає професійних знань. Як правило, рослині завжди можна допомогти, якщо знати чого вона потребує та від чого потерпає.

Основними факторами, які впливають на нормальний ріст і розвиток рослин, є світло, повітря, тепло, вода і поживні речовини в ґрунті. Особливо вимогливі тропічні рослини, які походять із країн із субтропічним кліматом, до світла, тепла і вологи. Частота поливу визначається станом рослини і зовнішніми умовами (тепло, вологість ґрунту і повітря, інтенсивність освітлення і т.д.). Земля повинна, як правило, знаходитися в помірно вологому стані. Не можна допускати різких переходів від недоліку вологи до її надлишку. Це означає, що полив має бути регулярним і рівномірним.

Правильний догляд складається з 6-ти показників:

1. Полив

Недостатній полив і надмірний полив може згубно позначитися на тропічних рослинах. Кращий спосіб визначити, це перевірити вологість ґрунту.

Більшість тропічних рослин повинні бути доведені до відповідного рівня сухості між поливами, хоча кількість поливів значно варіюється залежно від виду. Вологість ґрунту може бути від злегка вологою до дуже сухою. Полив рослин за календарем не рекомендується.

2. Світло

У процесі фотосинтезу, рослини перетворюють енергію сонячного світла в хімічну енергію, яка підживлює зростання рослини. Тому освітлення має бути від 8 до 16 годин на добу. Вікна є поширеним джерелом світла для тропічних рослин. Тривалість освітленості буде визначати, як росте рослина. Штучні джерела можуть бути добрим доповненням до віконного освітленню.

3. Ґрунт

Тропічних рослини вирощують в спеціалізованих ґрунтах. Гарна суміш з компосту включає в себе ґрунтові кондиціонери, які забезпечують рослину живильними речовинами і підтримують необхідне дренування і аерацію. Більшість компостів містять комбінацію торфу і вермикуліту або перліт. Екологічне пошкодження торфовищ, призвело до заміни торфу кокосовим волокном, яке є стійким ресурсом.

4. Температура

Більшість тропічним рослинам необхідна температура від 15° С до 25° С. Регулювання температури для рослин з різними вимогами, вимагають особливої уваги до нагрівання або охолодження місця де вони знаходяться.

5. Вологість

Вологість дещо складніше контролювати, ніж температуру. Найбільш часто використовувані кімнатні рослини можуть знаходиться при низькій вологості, поки їх коріння зрошуються належним чином. Більшість рослин ростуть у відносній вологості 80%. Найбільш популярні методи використовуються для підвищення вологості навколишнього середовища є запітніння і галькові лотки (це неглибокий піддон покритий галькою і заповнений водою, яка випаровується і збільшує вологість повітря).

6. Добрива.

Ґрунт через деякий час виснажується і з'являється необхідність у штучному додаванні поживних речовин необхідних рослинам. Добриво має містити однаковий відсоток азоту, фосфору і калію, які необхідні для росту рослин. Калій необхідний для сильних коренів і збільшення поглинання поживних речовин. Азот необхідний для кольору і росту рослини. Фосфор для цвітіння і плодоношення. Внесення добрив може варіюватися від разу до двох разів на тиждень, кожні три місяці.

2. АНАЛІЗ АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ ПОЛИВУ

Автоматичні системи поливу не вимагають участі людини у зрошенні. Хіба що восени, коли систему потрібно "законсервувати", і навесні і "розконсервувати". На полив не потрібно витрачати ні часу, ні сил: система сама включиться, поллє в потрібному обсязі рослини і відключиться. Кількість води дозується, а сам процес поливу контролюється комп'ютером.

Більшість знають, що існують різні способи поливання рослин, основними з яких є поверхневе зрошення, дощування й мікрозрошення.

1. Поверхневе зрошення ? найпоширеніший у всьому світі спосіб зрошування. В цьому разі вода розподіляється поверхнею ґрунту у вигляді суцільного шару або окремих струменів. Залежно від характеру розподілу поливної води полем й способу перетворення в ґрунтову вологу, поверхневе зрошення поділяється на три основні види: поливання по борознах, поливання по смугах і поливання затопленням.

За поливання по борознах вода рухається спеціально нарізаними поливними борознами. Застосовують його для поливання переважно широкорядних посівів просапних культур, а також плодових, ягідних і лісових насаджень.

За поливання по смугах вода рухається шаром 2-3 см поливними ділянками зрошуваної площі, які обваловані тимчасовими земляними валиками заввишки 15-25 см. Поливання по смугах застосовують для культур переважно суцільного та вузькорядного посівів.

Поливання затопленням застосовують для зрошення рису, промивання засолених ґрунтів, а також для поливання луків, пасовищ і лісових масивів. Цей спосіб потребує мінімальних витрат ручної праці та енергоресурсів, але тут одночасно потрібне й оперативне проведення циклу поливань ? скидання води.

Рис. 2.1 Приклад поверхневого зрошення

Переваги поверхневого зрошування:

? простота й надійність в експлуатації;

? можливість поливати за сильного вітру;

? порівняно із системами дощування та краплинного поливання, невеликі витрати на будівництво.

Найдоцільніше поверхневе зрошування застосовувати на середніх і слабких за водопроникністю ґрунтах з рівною поверхнею поля (з переважаючими ухилами 0,002 ? 0,01%) із заляганням ґрунтових вод на глибині не менше 4-5 м від поверхні, а також для створення запасів вологи в ґрунті.

Недоліки поверхневого зрошування:

? забагато ручної праці;

? великий обсяг планувальних робіт за складного мікрорельєфу;

? руйнування структури ґрунту й потреба в додатковому розпушенні міжрядь;

? нерівномірність зволоження ґрунту вздовж поливних борозен і смуг;

? висока ймовірність підняття рівня ґрунтових вод із засоленням або заболоченням зрошуваних ділянок.

2. Переважну більшість поливних площ в Україні зрошують дощуванням. За дощування вода з допомогою дощувальних апаратів розбризкується в повітрі.

Основними параметрами для штучного дощу є розмір його крапель, інтенсивність і рівномірність.

Краплі штучного дощу мають бути завбільшки 1-2 мм. Більші руйнують агрегати ґрунту та ущільнюють його, а дрібніші зносяться вітром та швидше випаровуються.

Інтенсивність ? шар опадів, що випадає на одиницю площі за одиницю часу. Інтенсивність штучного дощу має бути такою, щоб дощову воду максимально використовували рослини, не спричинюючи поверхневого стоку й ерозії ґрунту.

Для більшості дощувачів вона становить менше 0,4 мм/хв (для порівняння: середня інтенсивність природного дощу ? 0,004-0,1 мм/хв, для злив середня інтенсивність сягає 2-10 мм/хв).

Довідка. 1 мм опадів дорівнює 10 м³/га.

Під час дощування для збереження структури та оптимальної аерації ґрунту потрібно, щоб на важких ґрунтах інтенсивність дощу не перевищувала 0,1-0,2 мм/хв, на середніх ? 0,2-0,3 мм/хв, і на легких ? 0,5-0,7 мм/хв.

Рівномірність штучного дощу є важливою характеристикою. Коефіцієнт рівномірності для природних дощів навіть за сильного вітру (5-6 м/с) становить не менше 0,86-0,91. На практиці дощувальними машинами створюється дощ із коефіцієнтом рівномірності поливання до 75%.

Залежно від комплектації дощувальними машинами й установками, дощувальні системи поділяють на стаціонарні, напівстаціонарні та пересувні. У стаціонарних дощувальних системах дощувальні апарати встановлено на нерухомих або висувних стояках, рівномірно розміщених по полю. В напівстаціонарних дощувальних системах частина елементів нерухома, частину можна пересувати. В пересувних ? усі елементи можна переміщати для поливання різних зрошувальних площ. Такі системи формують із пересувних насосних станцій, швидкорозбірних трубопроводів і різного типу пересувних дощувальних машин.

Поливання в дощувальних системах проводять машинами фронтальної та кругової дії, а також дощувальними установками й машинами барабанного типу. Дощувальна машина фронтальної дії переміщується полем під прямим кутом до лінії розподільного трубопроводу й зрошує прямокутну ділянку відносно рівної площі. Можна використовувати тільки на рівному полі.

Дощувальна машина кругової дії ? автоматизована дощувальна машина, приєднана до гідранту закритої зрошувальної мережі, здійснює поливання під час обертання навколо гідранту.

Дощувальна установка. На гідранті закритої зрошувальної мережі встановлено пристрій для позиційного поливання дощуванням, який працює від тиску води в мережі. Дощувальна машина барабанного типу ? пересувна зрошувальна машина із стаціонарним барабаном, на який намотується шланг, що тягне візок і подає воду до двоконсольної ферми або далекоструминного дощувального апарата. На противагу машинам фронтальної дії, машина зі стаціонарним барабаном може здійснювати поливання на полях із нерівною поверхнею.

Рис. 2.2 Приклад поливу дощуванням

Переваги дощування, порівняно з поверхневим способом зрошення, такі:

? сприятливіша дія на ґрунті рослини;

? економія поливної води;

? менша загроза вторинного засолення;

? можливість застосування в умовах складного рельєфу поля;

? економія ручної праці;

? мобільність.

Недоліки дощування:

? значна вартість побудови стаціонарних систем і витрати енергії для створення тиску в зрошувальній мережі порівняно з поверхневим способом зрошення;

? поливання секторами із зонами повторного поливу та сухих ділянок (за кругового способу);

? під час поливання утворюються краплі-лінзи, які створюють умови для розвитку хвороб;

? неефективний розподіл води (поливаються також міжряддя);

? перевитрата води порівняно із системами краплинного зрошення.

3. Краплинне зрошення ? спосіб локального зрошування ґрунту через краплинні водовипуски (крапельниці) в зоні розміщення кореневої системи рослин.

Розрізняють стаціонарні, сезонно ? стаціонарні та сезонні системи краплинного зрошення.

Стаціонарні системи мають мережу магістральних і розподільних трубопроводів, прокладених під землею, а ділянкові та поливні трубопроводи розміщені під/над землею і мають бути виконані з труб довготермінового використання. Такі системи використовують для зрошення виноградників і плодових насаджень. У системах сезонно ? стаціонарного типу мережу магістральних і розподільних трубопроводів монтують стаціонарно з підземним розміщенням для багаторічного використання, а ділянкові та поливні трубопроводи ? сезонної дії. Системи сезонного типу монтують на початку, а демонтують у кінці періоду вегетації. Параметри системи краплинного зрошення (витрата, тиск, діаметри й кількість труб, а також їхню вартість) визначають залежно від розмірів і конфігурації ділянки, рельєфу, схеми сівби (висаджування) культур, джерела зрошення та режиму управління процесом поливання.

Важливою особливістю систем краплинного зрошення є висока вимогливість до якості поливної води. Від цього показника суттєво залежать надійність роботи та строк експлуатації поливних трубопроводів. Тому одним із важливих елементів системи краплинного зрошення є фільтр для очищення води від механічних і біологічних забруднень. У системах краплинного зрошення зазвичай, застосовують одно- і двоступеневе очищення води з використанням сітчастих, дискових та піщано-гравійних фільтрів.

Переваги краплинного зрошення:

? обережне, без травмування рослин, поливання;

? не створює крапель-лінз на рослинах, тому поливати можна протягом доби;

? економія води;

? економія електричної енергії, якщо порівняти з дощуванням, за рахунок зменшення робочого тиску зрошувальної мережі в три ? п'ять разів;

? на 30-50% підвищення ефективності засвоєння добрив завдяки їх внесенню з поливною водою під/на кореневу систему.

Рис. 2.3 Приклад поливу крапельним поливом.

Один із бар'єрів для придбання системи краплинного зрошення ? ціна. Але, як свідчить досвід професійних овочівників, додатковий урожай, вирощений завдяки використанню цієї системи, за одну ? дві вегетації повністю окуповує систему краплинного поливання

Підсумовуючи викладене, слід зауважити, що для правильного вибору способу зрошення потрібно визначити: по-перше, тип сівозміни та видовий склад культур у господарстві з поправкою на погодні умови регіону та склад ґрунтів. По-друге, "прив'язати" покупку та монтаж системи до довгострокових планів виробництва, інакше вийти на заплановану окупність у певний час не вдасться. Паралельно слід шукати покупців на додаткову продукцію. По-третє, розуміти, що поливання ? це інтенсивний крок у виробництві, тому його економічно невигідно використовувати за низького рівня удобрення, захисту та агротехніки.

Всі системи автоматичного поливу складаються з чотирьох основних функціональних елементів: насоса, дощувателів (поливальних головок), електронного мікропроцесора (контролера) і електромагнітних клапанів. Також зазвичай передбачається накопичувальна ємність. Зрозуміло, не обійтися і без системи трубопроводів, традиційно виконуваних з пластика.

За допомогою насоса в системі на основі дощування вода надходить з пластикових трубопроводах до зрошувачів (вони ж дощувачі, спринклери, розбризкувачі).

Блок управління (контролер) ? центральний елемент системи автоматичного поливу. З його допомогою можна, скажімо, виконувати високоточне зрошення квіткових клумб за окремим графіком, незалежно від поливу газону. Крім того, контролер дозволить відключати обладнання для автополиву в дощ або при спрацьовуванні датчиків вологості, що сприяє економії води (таку опцію, наприклад, має ізраїльське пристрій GALCON 9001). В залежності від складності системи можлива наявність інших функцій.

Сучасні контролери поставляються з елементом незалежного живлення, що дозволяє захистити пам'ять пристрою і зберегти запрограмований час у разі збою подачі електроенергії в мережі. Блоки управління можуть встановлюватися як поза приміщенням, так і всередині нього. Контролери прості у використанні завдяки наявності відповідних графічних підказок на дисплеї пристрою.

При бажанні до блоку управління підключаються допоміжні прилади: датчики дощу, вітру, заморозків і т.д. Вони вносять коректування в роботу системи поливу в автоматичному режимі.

Контролер працює "в зв'язці" з електромагнітними клапанами, до яких він передає сигнал до наступної складової системи поливу. Клапани монтуються на кожну зону зрошення і, відповідно до програми поливу, відкривають доступ води безпосередньо до зрошувача.

Зазвичай клапани встановлюються в спеціальні захисні короби, колір яких можна вибрати залежно від ландшафту і вимог власника ділянки.

Після проведеного аналізу прийшли до висновку, що для тропічних рослин найкращим буде крапельний полив, оскільки при крапельному поливі рослинами краще засвоюються добрива. Також вода не потрапляє на листя рослин, тим самим менше впливаючи на їх розвиток.

3. АНАЛІЗ ТА ХАРАКТЕРИСТИКА ОБ'ЄКТА АВТОМАТИЗАЦІЇ

3.1 Конструкція та експлуатаційні характеристики системи Автоматичного поливу АкваДуся Плюс крапельного виду

Найбільш економічно вигідним і практичним варіантом зрошення теплиць площею до 36 м² є застосування комплекту автоматизованого поливу АкваДуся Плюс. Така система дає можливість підтримувати стан вологості ґрунту на рівні близько 85%, який необхідний для повноцінної життєдіяльності тропічних рослин. Приведено в табл. 3.1 технічні дані системи автоматичного поливу АкваДуся Плюс

Табл. 3.1

Витрати л/год	0.75…30
Площа зрошування м2	До 36
Число водовипусків, шт	60
Об'єм накопичувальної ємності, л	300
Корисний об'єм накопичувальної ємності, л	260
Тривалість робочого циклу, год	3…12
Водоподача, л/м2 за добу	150...390
Маса устаткування, кг	19.5

3.2 Аналіз принципової схеми систем крапельного поливу АкваДуся Плюс

Рис. 3.1 Принципова схема систем крапельного поливу АкваДуся Плюс

1. Водозабірний вузол

2. Насос

3. Центральний засув

4. Фільтр

5. Лічильник розходу води

6. Манометр

7. Канали зв'язку

8. Магістральний трубопровід

9. Дистанційно керований засув

10. Розподільчий трубопровід

11. Поливний трубопровід

12. Блок управління засувом

13. Капельниця

14. Датчик вологості.

15. Пульт керування

Принцип роботи системи крапельного зрошення дозволяє істотно економити воду при поливі. З поливного трубопроводу вода надходить в крапельницю, проходить через дросель і, витікаючи краплями назовні, зволожує ґрунт на глибину 1 м у зоні зволоження шириною до 2,6 м.

При цьому ґрунт в міжряддях залишається сухою. Кількість крапельниць залежить від виду рослини, схеми посадки, витрати води на одну рослину.

Дуже важливо розрахувати витрата води крапельницею, кількість і схему розташування точок водоподачі в зоні зволоження, рівномірність розподілу зрошувальної води крапельницями, виходячи з площі зволоження. Форма і розміри зони зволоження залежать від водно-фізичних властивостей ґрунту, передполивною її вологості, витрати води, що подається в контур зволоження, тривалості поливу, інтенсивності випаровування, схеми розташування точок водоподачі в зоні зволоження.

Головними елементами в системі крапельного зрошення є крапельниці, що подається воду шланг, мастерблок і перемикачі.

Крапельниця ? являє собою невеликий пристрій, який необхідно урізати в подаючий шланг безпосередньо поблизу кожної рослини. Пристрій починає подавати певний обсяг необхідної рослині води прямо до коріння цієї рослини. Подача води здійснюється по одній краплі. Крапельниці бувають декількох видів: розбірні і нерозбірні, кінцеві і прохідні, а так же настроюються і не настроюються. Крім цього крапельниці прийнято поділяти на такі види:

? Компенсовані крапельниці і звичайні. У першому випадку крапельницю можна налаштувати самому під можливе підвищення або ж пониження тиску на певний діапазон. Такі крапельниці підходять для складних ландшафтів, в яких багато рівнів перепадів. Якими б не були висотні перепади, крапельниці будуть постачати рослини необхідної їм водою.

? Діляться залежно від обсягів води, що подається. Мінімальний об'єм води один літр за годину.

? Крапельниці з дозатором "павук". За допомогою дозатора полив може здійснюватися відразу на кілька рослин розташованих в різних точках.

? Не обладнані і обладнані системою СNL крапельниці.

Подає воду шланг ? виглядає у вигляді трубки або спеціальної стрічки. Трубка виконується з ПВХ і має діаметр близько шістнадцяти або двадцяти міліметрів. Стрічки або як їх по-іншому називають лінії, випускаються з поліетилену. Такий поліетилен, щоб він був міцніший, згортають у трубку, а потім в такому положенні склеюють його. Найбільші виробники крапельних ліній налагодили випуск суцільнотягнутих крапельних ліній. Такі лінії зовсім не мають швів. Внутрішні мікропори, що знаходяться в лініях служать своєрідним лабіринтом, що змінює потік води, і створюють там турбулентність, яка необхідна для визначення точного дозування об'єму води. Крапельна стрічка повинна бути оснащена кількома вбудованими крапельницями розташованими один від одного в кроці від ста міліметрів і більше. Товщина всіх стінок крапельних ліній вказується в міліметрах. Найтоншою стінкою є стінка в 5 міліметрах. А самій найбільшою товщиною визнана стінка в 15 міліметрах

За допомогою перемикачів регулюється подача води для тієї чи іншої крапельної лінії.

Майстер блок ? представляє собою цілий комплекс з фільтру і насоса. За допомогою насоса при необхідності буде знижуватися тиск води. Якщо використовувати водонапірну ємність, то обов'язковою умовою буде і наявність фільтра для води. Крім цього для повного комплекту системи крапельного зрошення потрібно придбати кілька трійників і з'єднувачів. Так само будуть потрібні муфти і адаптери. Важливим нюансом тут є те, що вони повинні бути виконані з пластика, так як жоден інший матеріал не підходить, так як іржа швидко виведе з ладу не пластикові елементи.

Проектування даної системи

Перш ніж узятися за установку крапельного зрошення обов'язковою умовою є складання проектного плану на папері. Обов'язково складається точна схема здійснення поливу. З щонайменшої точністю вимальовуються все грядки які кресляться розташовані на них рослини, при цьому обов'язково потрібно вказувати точні розміри. Потім поетапно відображається вся схема зрошення. Початок схеми має бути з відправної точки, якою природно служить місце розташування джерела з водою. При використанні будь-якої ємності, в якій знаходиться вода, її необхідно підняти над землею приблизно на два метри. Це необхідно щоб досягти тиску води в самій системі. Не дивлячись на якість води, встановлюється в систему водяний фільтр. Обов'язково потрібно підрахувати, скільки води буде витрачено за 1:00 годину. Кожна модель крапельниці може видавати за годину різний об'єм води. Так середній обсяг дорівнює 6 літрів. Для того щоб встановити обсяг розраховують крок крапельниці і загальне число крапельниць в результаті виходить видається обсяг.

Шланги з крапельними стрічками або ж крапельницями з'єднуються з магістральними трубами через кран. Якщо необхідно розширення системи, то в шланг врізається трійник або з'єднувач. Дуже важливо, щоб всі елементи в системі були зроблені з пластику. Кінці крапельних стрічок і кінець від магістрального шланга необхідно заглушити. Для цього використовують спеціальні заглушки, або застосовують гумовий джгут. У тому випадку якщо рельєф має якісь нахили, то встановлюються краплинні стрічки і шланги, а під рівну горизонтальну поверхню укладаються магістральні шланги. Крапельну стрічку і шланг необхідно заглибити до 150 міліметрів. Точно так само їх можна укласти на ґрунт або підвісити на спеціальних опорах. При заглибленні, стінки крапельниць повинні бути товстими, адже вони будуть проходити нарівні з корінням рослини. У тому випадку якщо шланг і крапельниця встановлюється над землею, то їх стінки мають бути насиченого кольору у виключенні цвітіння води.

Монтаж крапельної лінії.

Перш ніж приступити перевіряється заздалегідь складений план і у випадку схожості приступають до робіт.

1) Укладається магістральна труба, виготовлена з ПВХ. Кроїти трубу потрібно точно в згоді з планом. Різка труби проводиться спеціальними ножицями суворо поперек. Після різання трубу залишають на сонці протягом декількох годин.

2) Труба збирається і з'єднується з джерелом води. Важливо не забути використовувати фільтр. Отвори на кінцях залишаються відкритими.

3) Монтаж самої краплинної стрічки. Стрічки забороняється розтягувати, тягнути або волочити по землі. Стрічки з'єднуються з фітингами, протилежні кінці заглушаються.

4) Система запускається пробно. Вода пускається по магістральних трубах черзі перемикаючись. Перевіряється глибина зволоженою ґрунту, а так само її рівномірність. Встановлюється періодичність поливання.

Правильна експлуатація системи.

Головною проблемою, яка може виникнути у будь-якого садівника, що користується крапельним поливом, є засмічення в крапельницях і шлангах. Визначити наявність засмічення досить легко. Досить придивитися до землі під крапельницями. При робочому стані на землі буде видно волога пляма. Якщо такої плями немає, отже, в крапельниці сталося засмічення, що заважає виходу крапель води. При наявності засмічення тільки в одній крапельниці, її зазвичай замінюють на нову. Засмічення може виникнути з біологічним, хімічним і механічним причин. З механічними причинами, наприклад, засміченням піском або мулом справляються встановлені фільтри. Фільтр бажано прочищати хоча б раз на місяць, а точну періодичність прочистки покаже час. Біологічне засмічення, наприклад, слиз і водорості, усуваються шляхом ретельної прочищення і промивання водою під тиском. Дуже добре використовувати метод хлорування. Причина хімічного зараження виникає через жорсткості води та змішування з водою різних добрив для рослин. З засміченням даного роду допомагають боротися різні кислотні добавки. Працюючи на грядках потрібно бути гранично обережним і уважним, тому що можна зачепити і пошкодити крапельну лінію.

Недоліки системи Автоматичного поливу АкваДуся Плюс крапельного виду:

1. незручність управління декількома системами одночасно;

2. обмеженість кількості зрошувальних пристроїв;

3. закінчена система автоматизованого поливу, не можлива модернізація без використання допоміжних засобів (наприклад контролерів).

4. ПРОПОЗИЦІЇ ПО РОЗВ'ЯЗАННЮ ПОСТАВЛЕНОГО ЗАВДАННЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Розглянуто основні технічні рішення при автоматизації систем поливу тропічних рослин.

Для вдосконалення роботи даної системи було проаналізовано вище сказаних недоліки робота автоматизованої системи крапельного поливу АкваДуся плюс.

4.1 Вирішення питань пов'язаних з незручність управління декількома системами одночасно

Системи АкваДуся Плюс створені для поливу не великих за площею територій. Для великих теплиць було запропоновано Об'єднання 3 ? 5 Систем АкваДуся одним контролером у якому буде проводитись повне автоматичне управління усіма системами разом, а також кожної окремо. А також контролер був під'єднаний до ПК з якого и буде іти керування усіма система.

Структура і пристрій ПЛК.

Рис 4.1 Структурна схема підключення Систем поливу АкваДуся до програмованого логічного контролеру.

ПЛК програмований логічний контролер, являють собою мікропроцесорний пристрій, призначене для збору, перетворення, обробки, зберігання інформації і вироблення команд управління, що має кінцеве кількість входів і виходів, підключених до них датчиків, ключів, виконавчих механізмів до об'єкта управління, і призначений для роботи в режимах реального часу.

Елементи входу:

Д0 ? датчик температури води в накопичувальний ємності

Д1 ? датчик вологості для першої ділянки рослин

Д2 ? датчик вологості для другої ділянки рослин

Д3 ? датчик вологості для третьої ділянки рослин

Елементи виходу:

ПК1 ? пульт керування для першої ділянки рослин

ПК2 ? пульт керування для другої ділянки рослин

ПК3 ? пульт керування для третьої ділянки рослин

На цій схемі видно що датчики вологи и пульти керування АкваДуся були підключені до контролера, який під'єднаний до ПК з різними програмами поливу тропічних рослин.

Принцип роботи ПЛК дещо відрізняється від «звичайних» мікропроцесорних пристроїв. Програмне забезпечення універсальних контролерів складається з двох частин. Перша частина це системне програмне забезпечення. Проводячи аналогію з комп'ютером можна сказати, що це операційна система, тобто управляє роботою вузлів контролера, взаємозв'язку складових частин, внутрішньої діагностикою. Системне програмне забезпечення ПЛК розташоване в постійній пам'яті центрального процесора і завжди готове до роботи. З включення живлення , ПЛК готовий взяти на себе управління системою вже через кілька мілісекунд. ПЛК працюють циклічно за методом періодичного опитування вхідних даних.

Робочий цикл ПЛК включає 4 фази:

1. Опитування входів.

2. Виконання користувальницької програми.

3. Установку значень виходів.

4. Деякі допоміжні операції (діагностика, підготовка даних для відладчика, візуалізації і т. д.).

Виконання 1 фази забезпечується системним програмним забезпеченням. Після чого управління передається прикладної програмі, тій програмі, яку ви самі записали на пам'ять, за цією програмою контролер робить те що ви побажаєте, а по її завершенню управління знову передається системного рівня. За рахунок цього забезпечується максимальна простота побудови прикладної програми ? її творець не повинен знати, як здійснюється управління апаратними ресурсами. Необхідно знати з якого входу приходить сигнал і як на нього реагувати на виходах

Очевидно, що час реакції на подію буде залежати від часу виконання одного циклу прикладної програми.

Маючи пам'ять, ПЛК залежно від перед історії подій, здатний реагувати по-різному на поточні події. Можливості перепрограмування, управління з часу, розвинуті обчислювальні здібності, включаючи цифрову обробку сигналів, піднімають ПЛК на більш високий рівень на відміну від простих комбінаційних автоматів.

Розглянемо входу і виходу ПЛК. Існує три види входів: дискретні, аналогові і спеціальні.

Один дискретний вхід ПЛК здатний приймати один бінарний електричний сигнал, описуваний двома станами ? включений або виключений. Всі дискретні входи (загального виконання) контролерів зазвичай розраховані на прийом стандартних сигналів з рівнем 24В постійного струму. Типове значення струму одного дискретного входу (при вхідній напрузі 24 В) складає близько 10 мА.

Аналоговий електричний сигнал відображає рівень напруги або струму, відповідний деякої фізичної величиною, в кожен момент часу. Це може бути температура, тиск, вагу, положення, швидкість, частота і т. д.

Оскільки ПЛК є цифрової обчислювальної машиною, аналогові вхідні сигнали обов'язково піддаються аналого-цифровому перетворенню (АЦП). В результаті, утворюється дискретна змінна певної розрядності. Як правило, в ПЛК застосовуються 8 ? 12 розрядні перетворювачі, що в більшості випадків, виходячи з сучасних вимог по точності управління технологічними процесами, є достатнім. Крім цього АЦП вищої розрядності не виправдовують себе, в першу чергу через високий рівень індустріальних перешкод, характерних для умов роботи контролерів.

Практично всі модулі аналогового введення є багатоканальними. Вхідний комутатор підключає вхід АЦП до необхідного входу модуля.

Стандартні дискретні і аналогові входи ПЛК здатні задовольнити більшість потреб систем промислової автоматики. Необхідність застосування спеціалізованих входів виникає у разі, коли безпосередня обробка деякого сигналу програмно утруднена, наприклад, вимагає багато часу.

Найбільш часто ПЛК оснащуються спеціалізованими рахунковими входами для вимірювання тривалості, фіксації фронтів і підрахунку імпульсів.

Наприклад, при вимірюванні положення і швидкості обертання валу дуже поширені пристрої, що формують певну кількість імпульсів за один оберт ? поворотні шифратори. Частота проходження імпульсів може досягати декількох мегагерц. Навіть якщо процесор ПЛК володіє достатнім швидкодією, безпосередній підрахунок імпульсів у користувача програмі буде дуже марнотратним за часом. Тут бажано мати спеціалізований апаратний вхідний блок, здатний провести первинну обробку і сформувати, необхідні для прикладної задачі величини.

Другим поширеним типом спеціалізованих входів є входи здатні дуже швидко запускати задані користувальницькі завдання з перериванням виконання основної програми ? входи переривань.

Дискретний вихід також має два стани ? включений і виключений. Вони потрібні для управління: електромагнітних клапанів, котушок, пускачів, світлові сигналізатори і т.д. Загалом сфера їх застосування величезна, і охоплює майже всю промислову автоматику.

Рис. 4.2 Програмований логічний контролер ПЛК63

Залежно від контролера встановлюється до двох USB портів.

Так само в контролерах даної лінійки підтримана можливість роботи з будь-якого нестандартного протоколу по будь-якому з портів, що дозволяє підключати пристрої з нестандартним протоколом (електро-, газо-, водолічильники, зчитувачі штрих ? кодів і т.д.).

4.2 Контроль порушення температурних умов

До контролера, який підключений до систем АкваДуся також є можливість підключення додаткових датчики збору інформації і системи керування кліматичними установками. До нашої системи ми додатково підключаємо датчик вологості і температури P18 він захищає нашу теплицю від аварійних ситуацій.

Датчик вологості і температури P18 ? пристрій, призначений для безперервного вимірювання і перетворення відносної вологості і навколишньої температури в цифровий сигнал, а також в стандартний сигнал напруги або струму.

Датчик вологості, температури P18 ? температурний діапазон -30 ... +85 ° С, відносної вологості 0 ... 100%.

Прикладні захисні покриття датчика дозволяють застосовувати датчик вологості і температури P18 в різних навколишніх умовах і завданнях: для автоматизації будівель, для контролю сушіння при хімічному виробництві, в сільському господарстві.

Рис 4.3 Способи підключення зовнішніх сигналів з виходами напруги

Основні параметри вказані в табл. 4.1.

Табл. 4.1

? діапазон вимірювання відносної вологості (RH)	0…100%, без конденсації
? основна похибка для перетворення вологості	± 2% диапазона для RH = 10…90% ± 3% для решти діапазону
? зона нечутливості при вимірюванні вологості	± 1% RH
? основний діапазон вимірювання вологості	? 20…60?С
основна похибка для розрахунку перетворення по температурі	± 0.5% діапазону абсолютної вологості (а) [g/m3] точки роси (Td) [?С]
вплив температури	± 25% основної похибки /10?С

Обслуговування. Після підключення кабелів зовнішніх сигналів, закриття кришки корпусу і включення в мережу, датчик P18 готовий до експлуатації із заводськими налаштуваннями.

Можливе програмування датчика через інтерфейс RS - 485.

Наступні параметри датчика можуть бути задані:

- комунікаційні параметри;

- час усереднювання виміру;

- індивідуальна характеристика перетворення для аналогових;

- виходів(для варіанту виконання приладу з аналоговими виходами).

Існує можливість підключення датчика через інші канали передачі даних, такі як ETHERNET, USB за допомогою конвертерів виробництва LUMEL S.A.

Датчик P18 оснащений одним двоколірним світлодіодом, встановленим усередині корпусу.

Мигання світлодіода означає:

- зеленим кольором - процес вимірів протікає нормально

- червоним кольором - забезпечено коректне з'єднання через інтерфейс RS - 485.

Функції датчика P18

- розрахунок непрямих фізичних величин(температури точки роси абсолютній вологості);

- перетворення вимірюваних значень у вихідний сигнал на основі індивідуальної лінійної характеристики;

- пам'ять максимальних і мінімальних значень для вимірюваних і розрахункових величин;

- завдання часу усереднювання вимірів;

- послідовний інтерфейс RS - 485, MODBUS, формат RTU.

4.3 Розробка функціональної схеми автоматизованої системи керування технологічним процесом

Функціональна схема містить інформацію про способи реалізації пристроєм заданих функцій. За такою схемою можна визначити, як здійснюються перетворення і які для цього необхідні функціональні елементи. Кожен функціональний елемент містить лише ті входи і виходи, які необхідні для його коректної роботи. Дана схема розробляється на основі структурної схеми для кожного блоку, в результаті з окремих функціональних елементів складається загальна функціональна схема об'єкту.

На основі функціональної та структурної схем розробляється принципова схема.

Також функціональні схеми можуть застосовуватися у програмуванні для візуалізації алгоритмів і спрощення обчислення їх складності, однак у цій сфері форма створення -- довільна

Функціональними схемами користуються для вивчення принципу роботи виробів (устаткування), а також при їх налагодженні, контролі чи ремонті. На такій схемі зображують всі функціональні частини виробу та основні зв'язки між ними. Функціональні частини на схемі зображують у вигляді умовних графічних позначень згідно з вимогами державних стандартів. Дозволяється окремі функціональні частини, на яких немає умовних графічних позначень, зображувати у вигляді прямокутників, а також розкривати до рівня принципових схем.

Розглянемо призначення кожного елементу функціональної схеми.

Перший блок АкваДуся

Комплект 1. Виконання алгоритму зняття показань.

1.1- датчик вологості;

2.1- датчик вологості;

3.1- датчик вологості;

4.1- датчик вологості;

5.1- датчик вологості;

6.1- датчик вологості;

T1- датчик вологості;

1.2- магнітний пускач.

Другий блок АкваДуся

Комплект 2. Виконання алгоритму зняття показань.

7.1- датчик вологості;

8.1- датчик вологості;

9.1- датчик вологості;

10.1- датчик вологості;

11.1- датчик вологості;

12.1- датчик вологості;

T2- датчик вологості;

2.2 - магнітний пускач.

Третій блок АкваДуся

Комплект 1. Виконання алгоритму зняття показань.

13.1- датчик вологості;

14.1- датчик вологості;

15.1- датчик вологості;

16.1- датчик вологості;

17.1- датчик вологості;

18.1- датчик вологості;

T3- датчик вологості;

3.2 - магнітний пускач.

ВИСНОВКИ

1. Після установки програмованого логічного контролеру є можливість підключення разом 3-5 систем крапельного поливу АкваДуся в одній теплиці.

2. З'явилась можливість масштабування нашої системи і для набагато більших теплиць.

3. Після встановлення контролера цю систему є можливість и дали вдосконалювати(управління кліматичними установками в теплиці, автоматична система подачі добрив).

4. Порівняно з великими промисловими системами автоматичного поливу ця система є набагато економічно вигідною так як включає в себе дешеві системи АкваДуся, які з'єднані одним контролером).

5. Після проведеної нами роботи з ПК и контролером ми можемо проводити індивідуальний полив для кожного з блоків рослин, при цьому керуючи:

1. температурою у теплиці;

2. вологістю ґрунтів;

3. контроль часу полива для різних типів тропічних рослин.

НАПРЯМКИ ПОДАЛЬШИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

1. Розробка принципової електричної схеми з'єднання елементів, написання програми для програмуючих модулів.

2. Кліматичне управління теплицею, управління освітлення для різних типів рослин.

3. Проведення розрахунків та вибір елементів системи автоматичного поливу, розрахунки надійності системи.

4. Економічне обґрунтування доцільності використання автоматизованої системи поливу тропічних рослин.

СПИСОК ІНФОРМАЦІЙНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Букович Н.П. Автоматика електроенергетичних систем/ Букович Н.П./ Львів: Бескид Біт, 2003.- 224 с.

2. Головко Д.Б. Автоматика і автоматизація технологічних процесів: Підручник/ Д.Б. Головко, К.Г. Рего, Ю.О. Скрипник.- К.: Либідь, 1997.- 232 с.

3. Теоретична електротехніка/ Львів: ЛНУ, 2002.- 185 с.

4. Малинівський С.М. Загальна електротехніка/ Малинівський С.М./ Львів: Вид-во "Бескид Біт", 2003.- 640 с.

5. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум/ Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г./ К.: Каравела, 2003.- 368 с.

6. Автоматизовані системи управління і нові інформаційні технології: Збірник наукових праць. Вип.1/ Відп.ред. Пономаренко Л.А/ К.: Академперіодика, 2003.- 144 с

7. Навчальний посібник з дисципліни "Автоматизовані системи управління експериментом"/- Запоріжжя: ЗДУ, 2004.- 52 с.

8. Прищепа, Микола Михайлович Мікроелектроніка: Навч. посібник. У трьох частинах. Ч.1. Елементи мікроелектроніки/ М.М.Прищепа, В.П.Погребняк/ К.: Вища школа, 2004.- 432 с.

9. Функціональна мікроелектроніка. Опто-і акустоелектроніка: Навчальний посібник для вузів/ Ред. Хорунжий В.А./ Харків: Основа, 1995.- 136 с

10. Готра З.Ю., Лопатинський І.Є., Лукіянець Б.А., Микитюк З.М., Петрович І.В. Фізичні основи електронної техніки./ Львів: Вид-во "Бескид Біт", 2004.- 880 с.

11. Тимченко А.А. Основи системного проектування та системного аналізу складних об'єктів: Основи системного підходу та системного аналізу об'єктів нової техніки. Навчальний посібник./ Тимченко А.А./ К.: Либідь, 2004.- 288 с.

Размещено на Allbest.ru

...