Разработка автоматизированной системы управления теплицей (стр. 1 из 5)
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 2
1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 4
1.1.Характеристика технического объекта……………………………………4
1.2. Расчёт параметров настройки регулятора………………………………..5
2. ВЫБОР ДАТЧИКОВ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ 7
2.1. Датчик влажности воздуха…………………………………………….…..7
2.2. Датчик расхода воды на распыление…………………………………….11
2.3. Исполнительный механизм……………………………………………….13
3. РАСЧЁТ ПОГРЕШНОСТЕЙ 15
3.1. Разрядности АЦП и ЦАП………………………………………………… 15
3.2. Трансформированная погрешность………………………………………16
3.3. Инструментальная погрешность…………………………………………. 16
4. ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА 18
5. ВЫБОР БАЗОВОГО КОМПЛЕКСА 22
5.1. Микроконтроллер……………………………………………………….... 22
5.2. Аналого-цифровой преобразователь…………………………………… 24
5.3. Цифро-аналоговый преобразователь………………………………….... 26
6. СТРУКТУРА АСУТП 28
6.1. Назначение системы……………………………………………………… 28
6.2. Архитектура системы………………….………………………………….28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 31
ВВЕДЕНИЕ.
С каждым годом в тепличных предприятиях все большее внимание уделяется качественному поддержанию микроклимата. Правильно выбранная технология поддержания микроклимата - одна из важнейших составляющих, позволяющих повысить урожайность. А эффективное использование энергоресурсов - дополнительная возможность существенно уменьшить себестоимость производимой продукции. Современная автоматизированная система управления микроклиматом должна поддерживать не только заданный режим, но и максимально эффективно использовать возможности исполнительных систем.
В настоящее время ведется активная модернизация теплиц, связанная с повышением количества исполнительных систем: разделение контуров, модернизация форточной вентиляции, установка систем зашторивания, установка вентиляторов. И чем больше исполнительных систем имеет теплица, тем важнее для нее выбор критерия, определяющего стратегию поддержания микроклимата. Например, одним из наиболее популярных критериев управления является экономия теплоресурсов. В данном случае целесообразнее активно использовать нижние контура обогрева, т.к. они меньше всего отдают тепла внешней среде. Другой подход к выбору критерия предполагает поддержание температуры у точки роста выше, чем у корней растения и тем самым подразумевает активное использование верхних контуров обогрева. Еще один критерий управления основывается на том, что нижний контур должен поддерживать в корневой зоне постоянную температуру, так называемый оптимум, и лишь при исчерпанных ресурсах других исполнительных систем отклоняться от него.
Опыт внедрения автоматизированных систем управления показывает, что на этапе проектирования системы достаточно сложно выбрать единый критерий управления. Поэтому в системе управления должна существовать возможность оперативно задать критерий во время эксплуатации, причем методы его задания должны в наглядной форме отражать агрономические, экономические и технические требования, предъявляемые к системе. Таким образом, современная система управления должна позволять задать не только один из вышеперечисленных критериев управления или их комбинацию, но и любой другой возникающий в процессе производства, предоставляя агроному-технологу широкие возможности в выборе метода поддержания температурно-влажностного режима в теплице.
Одной из основных характеристик системы управления является ее надежность. Поэтому в качестве аппаратно-технической базы системы был выбран контроллер, который содержит современные средства защиты от сбоев: копию основных параметров работы системы в энергонезависимой памяти, средство защиты от зависаний и т.д. Помимо контроллера автоматизированная система управления микроклиматом включает в себя набор датчиков для измерения параметров внутри теплицы. Для передачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы система включает в себя блок релейной коммутации с возможностью ручного управления.
Важным элементом системы управления является диагностика неисправностей и возможностей системы управления. Иногда в процессе эксплуатации случаются непредвиденные ситуации, связанные с нестабильностью температуры подаваемой воды, повышенным износом и люфтом исполнительного механизма или связанные с другого рода ограничениями, накладываемыми на исполнительные системы. Заложенные в систему методы диагностики должны выявлять нестандартные ситуации и своевременно перестраивать алгоритмы управления, поддерживая при этом параметры микроклимата с минимально возможным отклонением. При невозможности разрешения ситуации без участия человека, система выдает соответствующее аварийное сообщение.
1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
1.1.Характеристика технического объекта
Выращивание сельхозпродукции в тепличных условиях требует поддержания микроклимата в теплице, к основным параметрам которого относятся:
· Температура и влажность воздуха в теплице;
· Температура и влажность почвы.
Числовые значения всех перечисленных выше параметров определяются типом выращиваемой культуры. В частности, для земляники, в зависимости от фазы диапазон изменения влажности воздуха составляет 65 – 80%. При этом точность поддержания заданной влажности должна составлять ±3%. Кроме регулирования система должна предусматривать контроль расхода воды на распыление.
Рис.1. Структурная схема ОУ.
Передаточная функция ОУ определяется следующим выражением:
где
.Y1(t) – сигнал с датчика для регулируемой переменной ОУ;
Y2(t) – сигнал с датчика по каналу контроля.
1.2. Расчёт параметров настройки регулятора
Исходя из особенностей разрабатываемой системы, к которой предъявляется требование повышенной точности отработки заданных воздействий, регулятор должен реализовать пропорционально-интегральный закон управления. Параметры ПИ-регулятора определяются требованиями к качеству переходного процесса:
· нулевая статическая ошибка;
· величина перерегулирования не более 5%;
· длительность переходного процесса не более постоянной времени ОУ.
С помощью моделирования системы в пакете Simulinkопределяем параметры настройки регулятора.
Рис.2. Схема модели цифровой системы.
Рис.3. Графики сигнала рассогласования 
управляющего воздействия 
и регулируемой переменной 
для случая входного воздействия в виде скачка 
.
Таблица параметров дискретного ПИД регулятора.
| Параметр | Значение |
 | 0,3 |
 | 560 |
2. ВЫБОР ДАТЧИКОВ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
2.1. Датчик влажности воздуха
По требуемой точности измерения, которая определяется точностью поддержания влажности
и коэффициентом 
: 
и заданному диапазону изменения регулируемой переменной выбираем датчик HIH-3602-Lфирмы Honeywell.
 |
Рис.4. 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 поддержаниезаданных 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 (рис.5), 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.