Система управления климатом на предприятии

         блок сигнализации нарушений  энергоснабжения;

         блок электронных часов;

         блоки питания.

           Перечисленные функциональные блоки позволяют реализовывать системы обеспечения микроклимата в теплицах различной степени сложности, комплектация которых теми или иными блоками зависит еще и от конкретных климатических условий окружающей среды.

           Функциональные блоки состоят из первичных преобразователей информации — датчиков, специальных устройств, преобразующих неэлектрические величины (температуру, влажность и т. д.) в электрические сигналы (напряжение, ток), анализирующих устройств, воспринимающих и усиливающих эти сигналы и формирующих из них командные сигналы для коммутации нагрузок (вентилятор, калорифер, лампы подсветки и т. д.) с помощью электронных включателей.

           Такая организация позволяет не только использовать различную схемотехнику, но и унифицировать отдельные узлы функциональных блоков.

       Поскольку описанные далее гидропонные  установки и системы обеспечения  микроклимата разработаны с учетом возможности их повторения желающими, то прежде чем переходить к детальному ознакомлению с ними, необходимо познакомимся с некоторыми техническими приемами конструирования, сборки и наладки отдельных узлов и обладать элементарными знаниями по электронике и монтажу, необходимыми для создания систем своими руками. 

1.3. Требования к структуре и функционированию системы.

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

По иерархическому принципу АСУ ТКГМК должна подразделяться на уровни: 

●нижний уровень: 

-измерительные преобразователи параметров питательного раствора; 

-измерительные преобразователи параметров воздушной среды; 

-измерительные преобразователи параметров сети водоснабжения; 

-регулирующие и другие исполнительные механизмы; 

●верхний уровень: 

-операторская станция (рабочее место оператора); 

          Автоматизированный контроль и управление климатом теплицы должен осуществляться из центрального пульта управления без постоянного присутствия эксплуатационного персонала в зоне размещения технологического оборудования. Связь между компонентами системы должна осуществляться по физическим и интерфейсным каналам.

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

          Каждая операторская станция должна включать: 

ЭВМ стандартной  конфигурации:  

-  ОЗУ  128 Мб, накопитель на гибких дисках, накопитель на жестком диске емкостью 10-20 Гб; 

-  один  цветной монитор; 

-  технологическую  клавиатуру; 

-  манипулятор  типа "мышь". 

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

●АСУ ТКГМК должна:

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

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

-  облегчать  работу обслуживающему персоналу  за счёт упрощения процедуры  пуска оборудования, ведения технологического  процесса, перехода с одной скважины на другую и т.д.; 

●обеспечивать взаимодействие с: 

-  системами  сбора и обработки информации - по сети RS-485; 

-  исполнительными  механизмами и агрегатами - по  физическим каналам связи; 

-  системой  автоматического управления исполнительными устройствами – по сети RS-485. 

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

          АСУ ТКГМК должна обслуживаться персоналом, прошедшим обучение на специальных курсах подготовки и имеющим удостоверения на право работы со средствами вычислительной техники или соответствующими специалистами. Численность и режим работы обслуживающего персонала должны быть достаточными для технического обслуживания АСУ ТКГМК и выполнения ремонта при круглосуточной работе оборудования.

           АСУ ТКГМК должна позволять производить корректировку алгоритмов управления в случае изменения структуры объекта. Для этого: 

-  Использовать программные методы централизованного контроля и управления; 

-  Предусмотреть  резерв по входным и выходным  сигналам на уровне – не  менее 10%; 

-  Предусмотреть  запас по объёму памяти ОЗУ  на уровне – не менее 15%;  

-  Предусмотреть  запас по нагрузке по выходным сигналам - на уровне 30%; 

Предусмотреть свободные места для расширения системы - не менее 10%.  
2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ РАЗРАБОТОК АСУ ТК. 
 

2.1. Назначение системы. 

АСУ ТКГМК  предназначена для выполнения комплекса  информационных и управляющих функций, обеспечивающих:

-  задание суточного цикла влажности, и поддержание необходимого климатического режима (при изменении задания система обеспечивает плавный переход из одного состояния в другое);

-  контроль расхода воды в канале распыления;

-  сбор, обработку и хранение архивных данных;

-   представление технологической информации в удобном для оперативного персонала виде;

-  регистрация событий и ведение журнала тревог (например, при выходе значения влажности за пределы установленного диапазона);

-  обеспечение возможности калибровки измерительных датчиков;

-  повышение производительности теплицы за счёт жесткого автоматического поддержания требуемых параметров;

-  обеспечение возможности постепенной модернизации и усложнения системы за счёт введения новых аппаратных и программных модулей;

- регламентированный  доступ к базе данных;

- контроль PH и наличия питательного раствора;

 

-контроль  содержания СО2 в воздухе; 

            Проект управления и контроля климата в тепличных хозяйствах является типовым. В помещении площадью 80 на 60 метров с хорошей термоизоляцией выращиваются цветы, которые требуют некоторых постоянных климатических условий или плавное их изменение. Температура, влажность и уровень CO измеряются с помощью датчиков и с помощью контура ПИД-регулирования вычисляются и формируются корректирующие управляющие воздействия, которые реализуются с помощью отопительной системы, кондиционера, системы подачи газа CO. В помещении также находится пульт управления оператора и системы сбора информации. При отклонении значений климатических условий от нормы, автоматически принимаются управляющие воздействия. При изменении нормальных условий с помощью пульта оператора принимаются управляющие воздействия, которые возвращают систему в нормальный режим.  

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

-  Кондиционер; 

-  Система  отопления помещения; 

-  Системы  мониторинга климатических условий  в помещении; 

-  Блоки  питания для систем мониторинга  и контроля; 

-  Датчики температуры, влажности, уровня СО2; 

-  Пульт  управления оператора; 

-  Фильтр; 

-  Насос; 

-  Управляющий; 

Сведения  об условиях эксплуатации объекта автоматизация  и характеристиках окружающей среды 

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

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

2.2. Цель создания системы.

Целями  создания АСУ ТКГМК являются:

     -  Внедрение высокоэффективной, современной  автоматизированной системы управления, которая обеспечивает поддержание  необходимого климатического режима  за счет использования оптимальных  контуров ПИД-регулирования;

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

     -  Обеспечение достоверности и  достаточности информации о технологическом  процессе и состоянии технологического оборудования;

     -  Сокращение затрат на обслуживание  и ремонт;

     -  Обеспечение высокой надежности  и ремонтопригодности систем  управления и защиты;

     -  Оперативная отчетность об экономических  показателях работы водозаборного узла;

     -  Накопление информации о технологическом  процессе и о работе технологического  оборудования.

     2.3. Обзор и сравнительные  характеристики существующих  автоматизированных систем управления тепличными комплексами(АСУТК ГМК)

         В настоящее время производители предлагают различные автоматизированные системы управления технологическими процессами в тепличных комплексах. В процессе проектирования была выполнена вариантная проработка применения подобных систем автоматизации на данном объекте, изучены их технические характеристики и выполнен сравнительный анализ.

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.