Автоматизированная система управления климатом в тепличных хозяйствах

- Отопление и вентиляция (СНиП II-33-75);

- Электротехнические устройства (ОНТП-СХ.10-81).

4.1 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 грунт, необходимо предусматривать вентиляционные проемы.

4.2 Водопровод

Нормы и режим водопотребления, качество и температуру воды для полива и других технологических целей следует принимать в соответствии с требованиями ОНТП-СХ. 10-81.

При проектировании систем водоснабжения теплиц и парников необходимо руководствоваться указаниями СНиП 2.04.01-85 и СНиП 2.04.02-84 с учетом требований настоящего раздела. Для полива в теплицах и для других производственных целей допускается при обосновании подавать воду питьевого качества. Если в сеть производственного водопровода подаются удобрения или другие вещества, он должен присоединяться к хозяйственно-питьевому водопроводу с разрывом струи не менее 50 мм от максимального уровня воды в баке или в резервуаре до низа подающего трубопровода. Предусматривать внутреннее и наружное пожаротушение теплиц и парников не следует. Внутренний водопровод теплиц должен присоединяться к наружному, как правило, одним вводом. Водопровод в теплицах должен быть оборудован форсунками или капельницами для полива почвы, форсунками для увлажнения воздуха, а также кранами для полива, мытья проездов и других технологических целей. В теплицах, предназначенных для выращивания овощей на искусственных субстратах, водопровод должен быть оборудован в соответствии с требованиями технологии. Водопровод парников должен иметь краны для полива.

Постоянный свободный напор воды в трубопроводах у форсунок и капельниц, зоны их действия и другие характеристики, необходимые для проектирования, следует принимать по данным заводов-изготовителей. Краны для полива должны иметь условный диаметр 20 мм. Радиус зоны обслуживания одним краном не должен быть более 45 м.

Внутренние сети водопровода и водостоков теплиц следует проектировать, как правило, из неметаллических труб; гребенки, фасонные части, их соединения и при обосновании магистральные трубопроводы, прокладываемые по коридорам и теплицам, - из металла.

Внутренние сети водопровода и водостоков теплиц допускается прокладывать по поверхности земли и в земле.

Трубопроводы должны иметь устройства для опорожнения.

На вводах в теплицы следует предусматривать установку водомеров. Допускается установка водомеров на группу или блок теплиц.

Запорную арматуру необходимо устанавливать на вводах в теплицы и на ответвлениях от магистральных трубопроводов теплиц и парников.

Управление поливом следует предусматривать, как правило, дистанционным по заданной программе. Категория надежности систем водоснабжения теплиц должна быть не ниже II, парников - не ниже III согласно классификации СНиП 2.04.02-84.

Многопролетные зимние теплицы следует проектировать, как правило, с внутренними водостоками для отвода атмосферных осадков из лотков покрытия. Многопролетные весенние и однопролетные весенние и зимние теплицы необходимо проектировать без внутренних водостоков.

Расчетные расходы дождевых вод при гидравлическом расчете лотков на кровлях теплиц и сетей внутренних водостоков следует определять по методу предельных интенсивностей. При этом период однократного превышения интенсивности дождя в расчетах внутренних водостоков необходимо принимать, как правило, равным 0,5 года.

В зависимости от гидрогеологических условий площадки строительства необходимо предусматривать закрытый дренаж в зимних грунтовых теплицах и в рассадных отделениях весенних теплиц.

Расстояние от проектной отметки поверхности почвы до верха дренажа должно быть не менее 0,7 м. Устройство дренажа в парниках не допускается.

Дренаж должен обеспечивать оптимальный воздушно-влажностный режим корнеобитаемого слоя, своевременное отведение дренажных стоков согласно требованиям ОНТП-СХ.10-81, а также предотвращение загрязнения грунтовых вод пестицидами и минеральными удобрениями.

4.3 Отопление и вентиляция

Отопление и вентиляцию теплиц и парников следует проектировать в соответствии с указаниями СНиП II-33-75 и с учетом норм настоящего раздела.

Отопление и вентиляция теплиц и парников совместно с другими системами должны обеспечивать в них параметры микроклимата (температуру воздуха и почвы, относительную влажность и скорость движения внутреннего воздуха), установленные требованиями ОНТП-СХ.10-81. Теплицы должны быть оборудованы системой вентиляции. Необходимость устройства системы отопления теплиц и парников, а также ее мощность следует определять расчетом. Теплоснабжение теплиц и парников должно осуществляться за счет вторичных энергоресурсов, тепла геотермальных вод, при отсутствии указанных источников - от ТЭС, АЭС и ТЭЦ или собственных источников тепла.

При использовании для отопления теплиц вторичных энергоресурсов допускается применять схемы теплоснабжения с использованием пиковой котельной. Расчетные параметры внутреннего воздуха и температуру почвы теплиц следует принимать в соответствии с требованиями ОНТП-СХ.10-81. Расчетные параметры наружного воздуха следует принимать согласно СНиП 2.01.01-82:

а) в холодный период года для зимних теплиц - среднюю температуру наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,92, среднюю относительную влажность наиболее холодного месяца и среднюю скорость ветра за январь; для весенних теплиц - среднюю температуру наиболее холодного месяца за период эксплуатации, сниженную на половину максимальной суточной амплитуды температуры воздуха, среднюю относительную влажность и среднюю скорость ветра в этом месяце;

б) в теплый период года (для всех теплиц) - среднюю температуру и среднюю относительную влажность самого жаркого месяца, среднюю скорость ветра за июль.

Отопление и вентиляцию теплиц и парников следует проектировать с учетом поступлений тепла, аккумулированного почвой в дневное время (холодный период года) и от солнечной радиации (теплый период года).

При расчете водяного отопления необходимо учитывать лучистую составляющую теплоотдачи нагревательными приборами (трубами) и изменение теплоотдачи по их длине.

В зимних теплицах следует предусматривать водяное отопление или водяное в сочетании с воздушным (комбинированное отопление) и водяной обогрев почвы. Комбинированную систему отопления необходимо предусматривать, как правило, в зонах с наружной температурой наиболее холодных суток минус 20 °С и ниже, в остальных районах ее применение должно быть обосновано. Тепловую мощность воздушного обогрева в системе комбинированного отопления следует принимать в однопролетных теплицах равной 35-50%, в многопролетных - 20-40 % общего расхода тепла в расчетный период.

Проемы для естественной вентиляции (притока и удаления воздуха) в многопролетных теплицах шириной свыше 25 м следует располагать в покрытии - вдоль коньков, во всех однопролетных и многопролетных шириной менее 25 м - в наружных стенах (для притока) и в покрытии (для удаления). Открывание и закрывание вентиляционных проемов должно быть механизировано. В теплицах с воздушным отоплением необходимо предусматривать использование вентиляторов отопления для вентиляции в теплый период года. Вентиляция парников осуществляется подниманием (открыванием) парниковых рам или покрытия из пленки. В однопролетных теплицах площади приточных и вытяжных проемов для естественной вентиляции следует определять расчетом. В многопролетных теплицах, предназначенных для выращивания овощей, общую площадь проемов для естественной вентиляции необходимо принимать: в районах севернее 60° с. ш. - не менее 10%, в остальных районах - не менее 20 % общей поверхности ограждения теплиц. В многопролетных теплицах, предназначенных для выращивания рассады (высаживаемой в открытый грунт), общую площадь проемов для естественной вентиляции следует принимать в соответствии с требованиями технологии.



4.4 Электротехнические устройства

Электротехнические устройства следует проектировать в соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) Минэнерго СССР. Категории электроприемников по обеспечению надежности электроснабжения теплиц и парников необходимо принимать в соответствии с требованиями ОНТП-СХ.10-81. В проездах теплиц и коридорах следует предусматривать искусственное освещение преимущественно люминесцентными лампами; освещенность на уровне пола должна быть не более 10 лк. Облучение растений должно осуществляться высокоэффективными облучательными устройствами в соответствии с требованиями ОНТП-СХ.10-81. Расстояние между облучательными устройствами и высота их подвески должны определяться расчетом. Прокладку распределительных сетей в теплицах из кабелей и проводов в пластмассовых трубах следует выполнять открыто на лотках.



5. Описание разработанного решения системы управления, обеспечивающего выполнение требований технического задания

5.1 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.

5.2 Оборудование тепличного хозяйства

В электрощитовом зале насосной станции второго подъема будет установлен шкаф с оборудованием, отвечающим за управление частотными регуляторами, измерение расхода и давления воды на выходе насосной станции, измерение уровня воды в резервуаре, а также за включение/отключение и измерение токов пожарных насосов.

Для управления влажностью и температурой применяются спринклеры (4191 компании JHi I.S) для опрыскивания почвы и воздуха, а также водяная система отопления (подача нагретой воды с котельной).

В качестве датчика влажности воздуха используется датчик HIH-3602-L фирмы Honeywell.

Датчик ДРК-4 предназначен для измерения расхода и объема воды в трубопроводах.

Выходные сигналы с датчиков уровня, давления и тока поступают на промышленный контроллер Modicon 984 - 685.

Оборудование смонтировано в шкафу Schroff размером 600 - 600 - 320 /1/.

5.3 Центральный пост оператора

Центральный пост оператора - комплекс технических средств, находящийся в операторской комнате. Он включает в себя шкаф с оборудованием, монитор и консоль управления.

В качестве управляющего в системе используется промышленный компьютер, имеющий в своем составе корпус РАС-40Н с пассивной объединительной платой, процессорную плату РСА-6154 с флэш-диском DiskOnChip, 32 Мбайт ОЗУ и процессором Pentium 150 МГц.

В шкафу монтируются промышленный компьютер с коммуникационными платами, устройство бесперебойного питания.

Электрощитовая связана с центральным постом оператора каналом RS-485.



6. Описание видов обеспечения

Исходя из технического задания можно выделить следующие основные виды обеспечения разрабатываемой АСУ:

- математическое;

- информационное;

- обеспечение сохранности информации;

- программное;

- техническое;

Далее будут рассмотрены математическое и информационное, т.к. в проекте они практически явно не выражены.

6.1 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.

6.2 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.



7. Разработка базы параметров контроля и регулирования

Все основные и вспомогательные параметры, используемые при управлении АСУ ККТХ, сведены в таблице 7.1. В таблице указаны верхние и нижние границы их предельных значений, единицы измерения, контроллеры, используемые для первичного преобразования и фильтрации параметров и их количество.

Таблица 7.1 - Измеряемые физические величины АСУ ККТХ

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	м3	0	20	ДРК-4-ОП	1



8. Описание схемы функциональной электрической автоматизации

Автоматическую систему мониторинга и управления водозаборным узлом можно условно разбить на три составляющих:

- система управления ТХ;

- рабочее место оператора.

Первая подсистема изображена на функциональной схеме автоматизации в явном виде, последняя - в виде табличного обозначения ЭВМ. Оборудование включает в себя датчики, устанавливаемые по месту, исполнительные устройства, приборы, устанавливаемые на щите.

Все условные обозначения приборов и средств автоматизации исполнены в соответствии с ГОСТ 21.404-85.



9. Выбор и обоснование отдельных узлов и элементов

9.1 Датчик влажности воздуха

По требуемой точности измерения, которая определяется точностью поддержания влажности и коэффициентом :

и заданному диапазону изменения регулируемой переменной выбираем датчик HIH-3602-L фирмы Honeywell (рис. 9.1).

Рисунок 9.1 - Внешний вид датчика влажности

Датчики этой серии предназначены для использования в многоканальных автоматизированных системах контроля параметров микроклимата на базе ПЭВМ, которые осуществляют непрерывные круглосуточные измерения относительной влажности воздуха и поддержание заданных режимов.

В настоящее время на практике для измерения относительной влажности применяется несколько технологий, использующих свойство различных структур изменять свои физические параметры (емкость, сопротивление, проводимость и температуру) в зависимости от степени насыщения водяным паром. Каждой из этих технологий свойственны определенные достоинства и недостатки (точность, долговременная стабильность, время преобразования и т.д.).

Среди всех типов емкостные датчики, благодаря полному диапазону измерения, высокой точности и температурной стабильности, получили наибольшее распространение, как для измерения влажности окружающего воздуха, так и применения в производственных процессах.

Компания Honeywell производит семейство емкостных датчиков влажности, применяя метод многослойной структуры, образуемой двумя плоскими платиновыми обкладками и диэлектрическим термореактивным полимером, заполняющим пространство между ними. Термореактивный полимер, по сравнению с термореактивной пластмассой, обеспечивает датчику более широкий диапазон рабочих температур и высокую химическую стойкость к таким агрессивным жидкостям и их парам, как изопропил, бензин, толуол и аммиак. В дополнение к этому датчики на основе термореактивного полимера имеют самый большой срок службы в этиленоксидных стерилизационных процессах.

Таблица 9.1

Характеристика	Величина
Активный материал	термореактивный полимер
Подложка	керамическая или кремниевая
Изменяющийся параметр	ёмкость
Измеряемый параметр	% RH
Диапазон измерения	0…100% RH
Точность	±1…±5%
Гистерезис	1,2%
Линейность	±1%
Время отклика	5…60 сек
Диапазон рабочих температур	-40…+1850 С
Температурный эффект	-0,0022% RH/0 С
Долговременная стабильность	±1% RH/5 лет
Стойкость к загрязнению	отличная
Стойкость к конденсату	отличная

В процессе работы водяной пар проникает через верхнюю пористую обкладку конденсатора и уравновешивается с окружающим газом. Одновременно эта обкладка защищает электрические процессы, протекающие в полимерном слое, от внешних физических воздействий (света и электромагнитного излучения). Слой полимера, покрывающий пористый платиновый электрод сверху, служит защитой конденсатора от пыли, грязи и масел. Такая мощная фильтрационная система, с одной стороны, обеспечивает датчику длительную бесперебойную работу в условиях сильной загрязненности окружающей среды, с другой - снижает время отклика.

Выходной сигнал абсорбционного датчика влажности представляет собой функцию от температуры и влажности, поэтому для получения высокой точности измерения в широком диапазоне рабочих температур требуется температурная компенсация характеристики преобразования. Компенсация особенно необходима, когда датчик используется в индустриальном оборудовании для измерения влажности и точки росы (рис. 9.2).

Рисунок 9.2 - Метод многослойной структуры, применяемый при изготовлении датчиков влажности

Датчики влажности Honeywell - это интегрированные приборы. Помимо чувствительного элемента, на той же подложке расположена схема обработки сигнала, которая обеспечивает преобразование сигнала, его усиление и линеаризацию. Выходной сигнал датчика Honeywell является функцией от напряжения питания, окружающей температуры и влажности. Чем выше напряжение питание, тем больше размах выходного сигнала и, соответственно, чувствительность.

Связь же между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой показана на объемной диаграмме (рис. 9.3).

Рисунок 9.3 - Связь между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой

Она легко аппроксимируется с помощью комбинации двух выражений:

1. Прямая наилучшего соответствия при 25 °C (жирная линия на диаграмме), описывается выражением Uвых = Uпит (0,0062 · (%RH25 ) + 0,16). Из этого уравнения определяется процент RH25 при температуре 25 °C.

2. Далее производится температурная коррекция и вычисляется истинное значение RH: RHистинная = (%RH25 ) · (1,0546 - 0,00216T), где T измеряется в °C.

Выражения выше соответствуют характеристикам реальных датчиков со следующими отклонениями:

- для

- для

- для

Модели HIH-3602-L и HIH-3602-L-CP выполнены в корпусе TO-39 со щелевым отверстием. Они предлагают оптимальное соотношение цена/надежность. Эти датчики нашли широкое применение в метеорологическом оборудовании и системах климат-контроля.

9.2 Датчик расхода воды на распыление

Датчик ДРК-4 предназначен для измерения расхода и объема воды в трубопроводах и имеет следующие технические характеристики:

1) Измеряемая среда - вода с параметрами:

- температура от 1 до 150°С;

- давление до 2,5 МПа;

- вязкость до 2·106 м2 /с

2) Диаметр трубопровода Dу 80...4000 мм

3) Динамический диапазон 1:100

4) Пределы измерений 2,7...452 400 м3 /ч

5) Выходные сигналы: токоимпульсный (ТИ); унифицированный токовый 0…5, 4…20 мА;

6) Предел допускаемой относительной погрешности измерений объема и расхода по импульсному сигналу и индикатору:

±1,5% при скоростях потока 0,5...5 м/с;

±2,0% при скоростях 0,1?V<0,5; 5<V?10 м/с.

7) Предел допускаемой относительной погрешности измерения времени наработки ±0,1%;

8) 1 или 2 канала измерения расхода;

9) Формирование почасового архива значений объема и расхода;

10) Самодиагностика.

Принцип действия датчиков ДРК-4 основан на корреляционной дискриминации времени прохождения случайными, например, турбулентными флуктуациями расстояния между двумя парами ультразвуковых акустических преобразователей АП1-АП4, АП2-АП3. Это время транспортного запаздывания и является мерой расхода контролируемой среды, движущейся по трубопроводу. Во время работы акустические преобразователи (АП1-АП4), возбуждаемые генераторами ультразвуковой частоты (ГУЧ1 и ГУЧ2), излучают ультразвуковые колебания. Эти колебания, пройдя через поток жидкости, порождают вторичные электрические колебания на АП. Из-за взаимодействия встречных ультразвуковых лучей с неоднородностями потока, обусловленными, например, турбулентностью этого потока, электрические колебания на АП оказываются модулированными. Эти колебания поступают на фазовые детекторы (ФД1 и ФД2) и далее на корреляционный дискриминатор (КД), управляемый микропроцессором.

В результате корреляционной обработки определяется время транспортного запаздывания, по которому микропроцессор производит вычисление периода выходных импульсов и их формирование. Далее КД определяет объем нарастающим итогом, мгновенный расход, время наработки и выводит информацию на индикатор. Выходные импульсы преобразователя

ДРК-4ЭП могут передаваться для дополнительной обработки на тепловычислитель, счетчик-интегратор либо оконечный преобразователь ДРК-4ОП, который формирует унифицированный токовый выходной сигнал 0…5, 4…20 мА, пропорциональный мгновенному расходу.

Конструктивно датчик ДРК-4 состоит из комплекта первичных преобразователей ДРК$4ПП, электронного преобразователя ДРК-4ЭПХХ и оконечного преобразователя ДРК-4ОП. Комплект первичных преобразователей состоит из 4-х акустических преобразователей ДРК-4АП с соединительными кабелями длиной 3 м и 4-х штуцеров для монтажа их на трубопроводе.

Контроллер блока индикации суммирует входные импульсы, вычисляет накопленный объем нарастающим итогом и мгновенный расход, выводит эту информацию на индикатор, формирует двоичный код, характеризующий мгновенный расход, который вводится в ЦАП, формирует архив.

Основные преимущества:

· отсутствие сопротивления потоку и потерь давления;

· возможность монтажа первичных преобразователей на трубопроводе при любой ориентации относительно его оси;

· коррекция показаний с учетом неточности монтажа первичных преобразователей;

· сохранение информации при отключении питания в течение 10 лет;

· беспроливной, имитационный метод поверки;

· межповерочный интервал - 4 года.

9.3 Исполнительный механизм

В качестве исполнительного механизма синтезируемой системы используется миниспринклер 4191 компании JHi I.S., который специально разработан для поддержания постоянной влажности, уменьшения высоких температур в жарком климате за счет испарения и для орошения растений в специальных условиях. Миниспринклер обеспечивает туманообразование с очень мелким размером капелек - приблизительно от 50 до 250 микрон при давлении 3.0 Атм. Уникальная конструкция исключает образование крупных капель и капание на растения при размещении спринклеров сверху. Миниспринклер работает в широком диапазоне давления воды. Поднимая давление и используя спринклеры с меньшим расходом воды, можно получить минимальный размер капель. Минимальное давление, при котором закрывается предохранительный клапан, равно приблизительно 2.5 Атм. Миниспринклеры могут устанавливаться как на стойках, так и подвешиваться в случае верхней разводки воды.



Таблица 9.2

Материал	Полиацетат
Расход воды	12,20,35,50,70,90,160,180 литров в час
Рабочее давление	1,0…4,0 атм.
Диаметр орошения	2,0…4,0 м
Угол раскрытия факела воды	Круговой, примерно 310°
Направление распыления	Горизонтальное/вертикальное
Размер капель	50-150 крон при давлении 3,0 атм.

9.4 Датчик уровня воды в резервуаре ADZ - Floater Probe SML - PS 1 «NAGANO»

Таблица 9.3

Наименование параметра	Величина
Диапазоны измерения давления, бар	0-25
Выходной сигнал, мА	4-20
Схема включения	Двухпроводная
Питание, В	10-32
Температура, оС	+5…+70
Точность измерения, %	0,5

9.5 Датчик влажности почвы Gardena

Для учета влажности почвы в автоматическом управлении поливом. Долговечность и надежность работы за счет термоэлектрического измерения разности температур в почве. Требуемая влажность задается с помощью вращающегося регулятора. Индикация актуального значения влажности почвы. Укомплектован соединительным кабелем 5 м со штекером.

9.6 Датчик температуры в помещении теплицы KTY 81-210

Датчики температуры серии KTY81-2 имеют положительный температурный коэффициент сопротивления и хорошо подходят для измерительных устройств, а также для систем контроля и управления. Датчики помещаются в специальный освинцованный пластиковый корпус.

Технические характеристики:

- нижний порог измеряемой температуры - -55 С;

- сопротивление, соответствующие нижнему порогу - 1980 Ом (при 1 мА);

- верхний порог измеряемой температуры - 150 С;

- сопротивление, соответствующие верхнему порогу - 2020 Ом (при 1 мА);

- максимальная сила тока на выходе - 10 мА;

- температурный коэффициент - 0,79;

- тепловая постоянная времени - 30 с на открытом воздухе;

- ошибка - ±3,02 С.

9.7 Датчик температуры воды в резервуаре numerix ETF01

Погружные датчики температуры устанавливаются непосредственно в трубопровод для измерения температуры воды (или другого теплоносителя) в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Длина от 50 до 400 мм

Диапазон измеряемых температур - от -30 до +150 градусов

Чувствительные элементы: Pt100, Pt1000, Ni1000, Ni1000 TK5000, NTC 1,8кОм, KTY81-210, NTC 10К, 20K, 30K, 50K и 10K Precon, LM235Z

Латунная (ETF01) или стальная гильза (ETF02)

Посадочная резьба гильзы 1/2 дюйма

Подключение - по двухпроводной схеме (трехпроводные и четырехпроводные варианты - под заказ)

Измерительный ток - 1 мА

Клеммник - до 1,5 кв. мм

Температура эксплуатации - от -20 до +100 градусов Цельсия

Корпус - пластик. Класс защиты - IP43

Защёлкивающаяся крышка

Размеры 65*59*36 мм

9.8 Промышленный контроллер Modicon 984 - 685

Промышленные контроллеры от Modicon серии 984 являются совместимыми между собой устройствами с широкой функциональностью, каждое из которых имеет свой круг задач. Каждая система на основе такого контроллера состоит из ПЛК (программируемый логический контроллер, от английского PLC - Programmable Logic Controller), соединенного с модулями ввода и вывода. Эти модули, в свою очередь, подключаются к датчикам и исполнительным устройствам. На основании полученных от них данных, контроллер и управляет производственным процессом. Модули ввода преобразовывают сигналы от датчиков в вид, необходимый для обработки их в ЦП. Модули вывода получают сигналы от ЦП и преобразовывают в напряжение или ток, необходимые для управления исполнительными устройствами.

Системная память контроллеров 984-й серии основана на технологии CMOS (complementary metal-oxide semiconductor или комплиментарный метало - оксидный полупроводник) с резервным элементом питания для обеспечения сохранности информации при отключении питания. В контроллере используется два типа памяти: ПЗУ, для хранения системной информации, и ОЗУ, защищенная резервным элементом питания, для хранения пользовательской программы.

Периферийные устройства, к которым можно отнести и ведущий ПК, могут подключаться непосредственно к ПЛК 984-й серии через встроенные порты Modbus. Modbus это коммуникационный протокол, основанный на RS232, использующийся для сбора данных, редактирования программ и загрузки их в ПЛК.

Промышленный контроллер 984-685 предназначен для построения средних и больших систем управления. Он поддерживает до 5 локальных модулей ввода вывода 800й серии и до 31 модуля удаленного ввода-вывода. Для обеспечения удаленного ввода-вывода необходим дополнительный процессор S908.

ПЛК 984-685 оснащен двумя порами Modbus и одним портом Modbus Plus.

Таблица 9.4 - Технические характеристики контроллера

Архитектура
Память
Пользовательская логика	16к
Регистры	9999
Всего	26к
Система Ввода-вывода
Макс. цифровых каналов	8192 вх./8192 вых
Макс. аналоговых каналов	1088 вх./1088 вых
Локальный ввод-вывод
Максимальное кол-во бит вв/выв	1024 вх/1024 вых
Максимальное кол-во блоков вв/выв	5
Удаленный ввод-вывод
Максимальное кол-во бит вв/выв	1024 вх/1024 вых или 1024 вх/1024 вых
Максимальное кол-во блоков вв./выв	31	16
Быстродействие	1 мс/к
Коммуникационные порты	2 Modbus
1 Modbus Plus
Электрические характеристики
Энергопотребление	115В или 230В постоянного, 24В переменного тока
Климатические характеристики
Допустимая температура окружающего воздуха	0…60 С
Допустимая влажность окружающего воздуха	0…95%
Допустимые перегрузки	10 G (11 мс)
Физические характеристики
Габариты
W x H x D	39,4 x 266 x 203 мм

Таблица 9.5 - Технические характеристики модуля дискретных входов

ТХ AS-B825-016
Тип	24В Дискретный ввод
Активный уровень	Высокий
Количество входов	16
Рабочее напряжение	20…28В
Количество групп входов	1
Количество входов в группе	16
Максимальное входное напряжение
импульс	500В < 3мс
постоянное	30В
Ток обтекания	6 мА (24 В)
Номинальное время переключения	2.5 мс
Питание
+5 В	27мА
+4.3 В	2мА
5В	15мА
Внешний источник питания	24В 200мА
Габариты
занимаемое место	1 разъем
Вес	1.25 кг

Таблица 9.6 - Технические характеристики модуля дискретных выходов

ТХ AS-B826-032
Тип	24В Дискретный выход
Активный уровень	Высокий
Количество входов	32
Рабочее напряжение	20…28В
Количество групп входов	1
Количество входов в группе	32
Выходной ток
макс. на один выход	0.25 А
макс. на одну группу	8 А
макс. на модуль	8 А
Ток обтекания	0.1 мА (24 В)
Питание
+5 В	90мА
+4.3 В	1мА
5В	0мА
Внешний источник питания	24В, 600мА
Габариты
занимаемое место	1 разъем
Вес	1.16 кг

Таблица 9.7 - Технические характеристики модуля аналоговых входов

ТХ AS-B872-200
Тип	Ц/А; 10В, ± 5В, 0…10В, 0…5В
Количество каналов	4
Диапазон входного напряжения	-10…10В, -5…5В, 0…5В, 0…10В
Разрядность	12 Бит
Точность	0.1% при 25С
0.17% при 0-60С
Линейность	0-60С, ±1 МЗР
Частота обновления	<1мс все 4 канала
Питание
+5 В	750мА
+4.3 В	5мА
5В	0мА
Габариты
занимаемое место	1 разъем
Вес	1.4 кг

9.9 Консольный насос К 200-150-250/4-5

Консольный насос представляет собой, с точки зрения гидравлики, характерный тип центробежного насоса, рабочим органом которого является центробежное колесо.

Центробежное колесо состоит из двух дисков, между которыми, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса.

При вращении колеса на каждую частицу жидкости, находящуюся внутри колеса, действует центробежная сила, прямо пропорциональная расстоянию частицы от центра колеса и квадрату угловой скорости вращения колеса.

Под действием этой силы жидкость выбрасывается в напорный трубопровод из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разряжение, а периферийной его части - повышенное давление.

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и в центральной области колеса, где имеется разрежение.

В насосах типа К подвод крутящего момента от вала электродвигателя на вал насоса происходит через упругую муфту. В насосах типа КМ рабочее колесо установлено на конце удлиненного вала электродвигателя.

Назначение и технические характеристики насосных частей К и КМ идентичны, при этом насосные агрегаты типа КМ имеют меньшие габаритные размеры и массу.

Технические характеристики двигателя:

- мощность двигателя - 30 кВт;

- номинальная подача - 315 м3/ч;

- частота вращения - 1450 об/мин;

- номинальный напор - 20 м.



10. Выбор и описание контура регулирования

Схема используемого цифрового ПИД - регулятора представлена в соответствующем документе (структурная схема - на рисунке 10.1). На его вход подаются два сигнала: задающий, и сигнал обратной связи, приведенные к условному максимуму в 5 В. Для выделения ошибки, сигнал ОС предварительно инвертируется, после чего уже идет на сумматор. Ошибка проходит на три параллельно соединенных усилителя, отвечающих за отработку пропорционального, интегрального и дифференциального коэффициентов усиления.

Рисунок 10.1 - Структурная схема цифрового ПИД - регулятора

Для реализации схем задержек типа и используются развязки, изображенные на рисунке 10.2 (схемы соответствуют порядку следования передаточных функций в тексте).

В качестве звена задержки используется интегральная микросхема, позволяющая задерживать аналоговый сигнал, дискретный, представляемый в последовательном или параллельном виде. Микросхема также позволяет программно менять время задержки.



Рисунок 10.2 - Способы реализации передаточных функций звеньев задержки

Как видно, вся принципиальная схема строится на операционных усилителях (используются для реализации усилителей, сумматоров и инверторов), интегральных микросхемах задержки и резисторах.

На принципиальной электрической схеме также изображена схема дистанционного управления электроприводом регулирующего устройства (например, автоматического клапана, для отключения насосов от водопроводной сети).

Схема обеспечивает движение регулирующих устройств только во время подачи командных сигналов. Ограничение хода регулирующих устройств в конечных положениях обеспечивается соответствующими конечными выключателями.

Для предотвращения одновременного включения обеих катушек реверсивного магнитного пускателя, помимо механической блокировки, которой снабжен пускатель, в схеме предусмотрена электрическая блокировка с помощью размыкающих блок -контакторов ПМЗ и ПМО.

Электропривод снабжен потенциометрическим датчиком ПД, движок которого механически связан с редуктором привода. Датчик ПЛ подключается к устанавливаемому на щите управления блоку указателя положения БУП, состоящему из трансформатора питания, выпрямителей, подгоночного резистора и стрелочного прибора УП, шкала которого имеет градуировку 0 - 100%, пропорционально напряжению, снимаемому с потенциометрического датчика. Контакторы используются для отключения цепей управления при воздействии на привод ручным способом с помощью маховика.



11. Расчет параметров настройки контура регулирования

Поскольку вывод передаточной функции трехфазного двигателя достаточно громоздкий, предположим, что в погружных насосах скважин используются двигатели постоянного тока. Рассчитаем параметры цифрового ПИД - регулятора такого двигателя.

Двигатель постоянного тока как динамическая система описывается следующими уравнениями в операторной форме:

, (11.1)

где - напряжение питания двигателя; - ток якоря; - активное сопротивление якоря; - среднее значение ЭДС вращения; - индуктивность обмоток двигателя; - мощность двигателя.

,(11.2)

- коэффициент, зависящий от конструктивных параметров двигателя;

- круговая частота вращения двигателя.

Выражения для электромагнитного момента:

,(11.3)

,(11.4)

где - внешний момент, или момент нагрузки;

- момент инерции двигателя.

На основании этих уравнений может быть построена структурная схема двигателя как динамической системы (рисунок 11.1).

Входным сигналом для этой системы является напряжение питания, выходным - круговая частота вращения двигателя.

Дополнительное возмущение системы вноситься внешним моментом.

Рисунок 11.1 - Структурная схема двигателя

Из структурной схемы можно получить передаточные функции двигателя относительно круговой частоты вращения или тока:

, (11.5)

, (11.6)

где - коэффициент передачи; - постоянная времени якоря; - электромеханическая постоянная времени.

Рассчитаем коэффициенты цифрового ПИД - регулятора, управляющим пуском или остановом двигателя постоянного тока с конструктивными параметрами, аналогичными параметрам двигателя погружного насоса (таблица 11.1).



Таблица 11.1 - Паспортные данные двигателя постоянного тока

Характеристика	Значение	ед. изм.
Номинальная мощность	30	кВт
Номинальное напряжение	380	В
Номинальный ток	85	А
Сопротивление обмотки якоря	30	Ом
Индуктивность обмотки якоря	0,5	Гн
Частота вращения	152	рад/с
Момент инерции	0,3	кг/см2
Конструктивный параметр	2,5	Вс
Эм. постоянная времени	6,5

Переход к передаточной функции приведенной непрерывной части двигателя осуществляется по следующей формуле:

,(11.7)

где - исходная передаточная функция двигателя.

С учетом технических характеристик двигателя, его передаточные функции примут вид:

,(11.8)

.

Передаточная функция цифрового ПИД регулятора имеет следующий вид:

,(11.9)

где - коэффициент усиления пропорциональной составляющей;

- коэффициент усиления интегральной составляющей;

- коэффициент усиления дифференциальной составляющей;

- период дискретизации (принимаем равным 0,2 с).

Интегральная составляющая определяется из следующего соотношения:

,(11.10)

где - коэффициент добротности по скорости (выбирается произвольно в рамках от 1 до 10. В данном случае примем равным 1,2);

- передаточная функция скорректированной системы.

,(11.11)

.(11.12)

Остальные коэффициенты усиления цифрового ПИД регулятора можно получить из следующей системы уравнений:

, (11.13)

где B и С - коэффициенты, выбираемые из .

Эта система, с учетом уже известных переменных может быть представлена в виде:



, (11.14)

откуда получаем ,. Переходные характеристики двигателя без регулятора и с ним, представлены на рисунке 11.2. Окончательные значения коэффициентов усиления цифрового ПИД регулятора сведены в таблицу 11.2.

Рисунок 11.2 - Переходные характеристики двигателя с регулятором и без

Таблица 11.2 - Значения коэффициентов цифрового ПИД регулятора

Коэффициент	Обозначение	Рассчитанное знач.	Результирующее знач.
Пропорциональный	Kp	19,3852	19,3852
Интегральный	Ku	3,0023	0,30023
Дифференциальный	Kd	-0,56	-2,8

11.1 Расчет параметров узлов принципиальной схемы

Структурная схема цифрового ПИД регулятора содержит как минимум три усилителя (для реализации пропорционального, интегрального и дифференциального коэффициентов усиления), и два сумматора. Типовая схема усилителя представлена на рисунке 11.3, активные сопротивления резисторов - в таблице 11.3.

Рисунок 11.3 - Типовая схема усилителя

Коэффициент усиления можно рассчитать по следующей формуле:

,(11.15)

здесь R3 используется для уменьшения дрейфа нуля, и принимается равным:

.(11.16)

Таблица 11.3 - Сопротивления резисторов усилителей

Элемент	Коэффициент	Сопротивление (КОм)	В соответствии с рядом Е192
R1	Kp	1	1
R2	Kp	19,3852	19,3
R3	Kp	0,95	0,96
R1	Ku	1	1
R2	Ku	0,3	0,301
R3	Ku	0,231	0,232
R1	Kd	1	1
R2	Kd	2,8	2,8
R3	Kd	0,736	0,732



Типовая схема сумматора представлена на рисунке 11.4.

Его выходное напряжение можно рассчитать по следующей формуле:

,(11.17)

если принять R1=R2=R3=Rос, то получим:

.(11.18)

Рисунок 11.4 - Типовая схема сумматора

11.2 Разработка АРМ

Требования к компьютеру связаны с большим объемом обрабатываемой информации и необходимостью представления информации графически. LAN связывает АРМ операторов и АРМ главных специалистов (Главный инженер, агроном, начальник службы).

Выбрав нужное отделение, оператор или другой пользователь системы имеет возможность переключиться на режим контроля. Оператор переключается на него после выбора необходимого ему отделения.

Журнал системных сообщений необходим при проведении повторных запусков системы, при ее настройке и наладке. Он позволяет отслеживать в режиме реального времени включение датчиков и других устройств системы, производить анализ отказов устройств и их диагностику.

Из окна журнала сообщений пользователь может распечатать все системные сообщения за указанный период времени.

Режим настройки системы параметров регулирования используется при проведении пусконаладочных работ, а также при проведении профилактической работы специалистами службы. Он позволяет учесть технологические особенности конкретных исполнительных устройств и устанавливать необходимые поправочные коэффициенты для улучшения качества регулирования. Вход в это окно доступен только для специалистов фирмы и для службы Заказчика.

Таким образом, основными достоинствами информационно-управляющего комплекса АСУКК ТХ являются:

- уменьшение на 15-20% расхода тепло- и энергоносителей;

- точность поддержания температуры воздуха в теплице ± 0,5°С;

- поддержание оптимального микроклимата в теплице и увеличение возможности влияния на урожайность культивируемых культур;

- высокая надежность;

- возможность проведения замеров температуры и влажности возле контрольных растений.

Рекомендуется проводить поэтапную реконструкцию тепличных хозяйств. Это позволит уменьшить первоначальные затраты на проект. Первый этап - диспетчеризация. На этапе диспетчеризации собирается аналитическая и статистическая информация о работе теплицы. После окончания работ по диспетчеризации и анализа информации, полученной при работе с комплексом, выдаются рекомендации по "термодинамике" и гидродинамике в теплице. Это необходимо для обеспечения равномерного теплового поля в теплице и создания оптимальных условий роста растений. Второй этап - поэтапный переход на автоматический контроль и регулирование. Постепенный переход на автоматический контроль и регулирование позволит более гибко подходить к каждой конкретной теплице.



Заключение

В данном курсовом проекте была синтезирована двухуровневая АСУТП, которая осуществляет дискретное регулирование влажности воздуха и контроль расхода воды на распыление в теплице. По заданным параметрам ОУ путём моделирования были определены параметры настройки ПИ-регулятора, который обеспечивает необходимую точность регулирования и качество отработки входных воздействий (здесь - задание величины влажности). Используя алгоритмы первичной обработки, исследовалось влияние их параметров на характеристики сигнала с датчика влажности. Исходя из условия величины погрешност...