Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

«Киевский Политехнический Институт»

Кафедра автоматики и управления в технических системах

Курсовой проект

Автоматизированная система управления климатом в тепличных хозяйствах

По дисциплине «Проектирование компьютеризированных систем управления»

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 Общие сведения

Настоящее техническое задание разработано согласно ГОСТ 34.602-89 "Информационная технология. Техническое задание на создание автоматизированной системы".

Наименование системы

Автоматизированная система управления и контроля климата в тепличных хозяйствах. Условное обозначение – АСУ ККТХ.

Шифр работы

ИА63.061100.005 ТЗ

Организации - участники разработки

Заказчик – НТУУ «КПИ», ФИВТ, кафедра АУТС.

Разработчики АСУ ККТХ: ст. гр. ИА-63, Левичев А., Мельник М.

Основание для разработки

Основаниями для разработки АСУ ККТХ являются:

• Учебный план специальности «Системы управления и автоматики» (шифр 7.0914.01);

• Рабочая программа по курсу «ПКСУ»;

• Задание на курсовое проектирование, выданное руководителем.

Сроки начала и окончания разработки АСУ ККТХ

Начало работ - 01.09.09 г.

Окончание работ - 30.01.10 г.

Примечание:

В случае изменения технологической схемы объекта срок окончания работ подлежит корректировке.

Порядок контроля и приема

Оформленный курсовой проект подписывается исполнителем, проверяется и подписывается руководителем и представляется к защите в установленном порядке.

Изменения и дополнения

Настоящее ТЗ может быть уточнено в процессе разработки и проектирования АСУ ТП путем выпуска дополнений, утвержденных в установленном порядке.

1.2 Назначение АСУ ККТХ

Назначение АСУ ККТХ

АСУ ККТХ 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.

Цели создания АСУ ККТХ

Целями создания АСУ ККТХ 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.

1.3 Общая характеристика объекта управления

Краткие сведения об объекте автоматизации

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 СО;

• 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.

1.4 Требования к системе

Требования к структуре системы

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

По иерархическому принципу АСУ ККТХ должна подразделяться на уровни:

нижний уровень:

• измерительные преобразователи параметров почвы;

• 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 ККТХ 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.

Требования к функционированию системы

АСУ ККТХ 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.

Требования к численности и квалификации персонала

АСУ ККТХ 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 ККТХ и выполнения ремонта при круглосуточной работе оборудования.

Требования к Показателям назначения

АСУ ККТХ 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%.

Требования к надежности

АСУ ККТХ должна быть многоканальной, многофункциональной системой длительного пользования и являться ремонтопригодным объектом с периодическим техническим обслуживанием. Требования к показателям надёжности системы устанавливаются в соответствии с ГОСТ 24.701-84.