Электрификация птичника с разработкой САР освещения в условиях ООО "Колмогоровский бройлер"

На пятом этапе (детализации) разработка аппаратной части завершается составлением функциональной схемы УСО на уровне, позволяющим выбрать элементную базу, оценить объём аппаратных затрат и перейти к составлению принципиальной схемы. Составленная на этом этапе рабочая программа позволяет оценить требуемый объём вычислительных затрат (объём ОЗУ, ПЗУ, время вычислений и т.п.) и перейти к трансляции программы на язык машинных кодов МП.

На шестом этапе осуществляется при необходимости корректировка функциональной схемы или рабочей программы, структуры системы, алгоритма, метода или задачи. Корректировка схемы или рабочей программы применяется, если требуется незначительное сокращение аппаратных или вычислительных затрат. Корректировка структуры проводится, когда обнаружено существенное несоответствие её основных характеристик предъявляемым требованиям, которое не может быть устранено на этапе детализации.

Варианты решений здесь представлены следующие: выполнение части вычислительных операций аппаратным путём в связи с малым быстродействием МП; замена некоторой аппаратурной реализации на программную в связи с избытком быстродействия МП; изменение способа обмена данными между внешними устройствами и МП из-за больших затрат времени или объёма памяти; выбор более подходящей микроЭВМ (комплекта МП) и элементной базы для аппаратурной части.

Корректировка алгоритма бывает необходима, если выясняется, что выбранный алгоритм нельзя реализовать на основе имеющейся элементной базы, или его реализация не удовлетворяет заданным техническим требованиям.

Проводится анализ возможности упрощения и видоизменения алгоритма. Если же анализ показывает, что никакие упрощения и видоизменения неприемлемы, то необходима корректировка метода решения задачи и постановки самой задачи.

Обоснование структуры ПСУ. Могут быть выделены четыре типа наиболее характерных схем функциональной структуры ПСУ технологическими процессами:

1) МПС (микроЭВМ) ПСУ выполняет только информационные функции, управляющие функции реализуются локальными системами автоматического контроля, регулирования и управления (САК, САР, САУ);

2) ПСУ выполняет те же функции, что ПСУ 1 - го типа, но имеет ещё блок 5 -советчик (рис.8, а);

3) МПС (микроЭВМ) ПСУ выполняет информационные функции, настраивает локальные системы, советует, рассчитывает и выдаёт управляющие воздействия для участков производства;

4) МПС (микроЭВМ) ПСУ выполняет информационные и полностью управляющие функции в режиме прямого цифрового управления ТП (Рис. 8,б). При централизованной структуре ПСУ все подсистемы расположены в одном месте предприятия и на одном АРМ диспетчера, УВК которого связан каналами передачи с отдельными ТП участков.

В функционально-распределенной ПСУ все функциональные подсистемы распределены между несколькими управляющими вычислительными комплексами (УВК), размещёнными в одном месте предприятия. Территориально-распределённая ПСУ построена по следующему принципу: система разбивается на ряд взаимосвязанных территориально-распределённых подсистем (производственных станций управления).

Территориально и функционально распределённые ПСУ - это совокупность функциональных устройств, управляемых своими микроконтроллерами, центрального процессора, управляющего всей системой в целом и магистрали (линии связи), связывающей между собой разнесённые по производственным помещениям станции системы управления. Комбинированные ПСУ содержат элементы территориально и функционально распределённых систем.



Рис. 9.3 - Структуры ПСР ТП, построенных по территориальному принципу (а - централизованная; б - территориально-распределённая; в - территориально- и функционально-распределенная; г - комбинированная): С,С0,С1,…,Сn - централизованная система и её подсистемы; Р1,…, Рn -участки ТП; СУП - станции управления процессом; ГСУ. ЦСУ - групповые и центральные станции управления

Выбор технических средств, входящих в ПСУ. Все средства, образующие ПСУ, распадаются на три вида по своему отношению к двунаправленному потоку информации, связывающему оператора с объектом: средства обмена информацией, средства управления, обработки и хранения информации и вспомогательные средства, которые обеспечивают функционирование первых двух видов.

При рассмотрении ПСУ выделяют конструктивные, энергетические и информационные структуры. Структура конструкции системы содержит информацию о механическом взаимодействии её элементов (компонентов схемы, плат, модулей блоков, каркасов, стоек и т.д.). Структура энергетических связей содержит информацию об источниках и потребителях электрической энергии, необходимой для работы элементов системы. Структура информационных связей содержит информацию о том, как происходит обмен информацией между элементами системы, объектом и системой, оператором и системой. Она является наиболее важной и первичной по отношению к другим структурам. Поэтому важнейшими свойствами ПСУ является её способность обеспечения в нужной форме в заданное время требуемой информации с заданными характеристиками, а критерием качества системы могут служить минимальные суммарные затраты на достижение этой цели.

Внутренняя структура системы должна строиться так, чтобы обеспечить преобразование потока информации, получаемого от объекта, в требуемую для оператора форму. Это общее условие распадается на ряд частных требований, связанных с количественными и качественными показателями конкретного источника информации. Удовлетворение этих частных требований и определяет информационную структуру системы. Решение задачи системного обмена информацией обеспечивается выбором эффективных методов обмена информацией между элементами системы, оптимальным выбором алгоритмов и средств её обработки, уменьшающих интенсивность информационных потоков.

Количественную сторону системного обмена информацией характеризуют следующие показатели: количество источников и потребителей (приемников) информации; расположение источников и приемников в пространстве; мощность входных и выходных потоков информации; интенсивность информационных потоков и др.

Графически информационная структура системы изображается в виде соединения прямоугольников, внутри которых имеется название или условное обозначение устройств, составляющих систему. Двойными линиями со стрелками показываются информационные связи, по которым идёт обмен дискретными (кодовыми) сигналами, а одинарными - связи, по которым идёт обмен аналоговыми или импульсными сигналами.

ПСУ чаще всего выполняются так же, как и измерительно-вычислительные комплексы (ИВК), на базе управляющих вычислительных комплексов (УВК), которые включают в себя средства управления, обработки и хранения информации, оперативно-диспетчерское оборудование для обмена информацией с персоналом (рис. 9.4).

Рис. 9.4 - Структурная схема измерительно-вычислительного комплекса: УВК - управляющий вычислительный комплекс; КВ - контроллер ветви; А - адаптер; КА - коллективный адаптер; 1 - устройство вывода информации дискретных сигналов; 2 - устройство ввода кодов сигнала; 3, 5 - устройства выдачи аналоговых сигналов на объект управления; 4 - устройство сопряжения с объектом; 6 - 9 - средства измерений аналоговых сигналов; 10, 11 - оперативно-диспетчерское оборудование; 12 - сервисное устройство

Остальные аппаратные средства, входящие в ПСУ, служат для получения информации об объекте и её преобразования для подачи в микроЭВМ (МП). Если устройство не может быть непосредственно подключено к магистрали, оно связывается через согласующее устройство-адаптер (А). Применяются также коллективные адаптеры (КА), обслуживающие несколько устройств. Непрерывные и дискретные сигналы могут поступать непосредственно на устройства, связанные с магистралью, или через устройства, работающие в автономном режиме. К магистрали ветви могут подключаться устройства, выполняющие функции обмена с персоналом, и вспомогательные устройства.

На рисунке 9.4 в качестве примера к магистрали ветви подключены устройства вывода 1, ввода 2, выдачи 3 и 5 (через адаптер А), причём устройство 3 выдает на объект сигналы через автономное устройство сопряжения 4.

Средства измерений 6 - 8 подключены к магистрали ветви через КА. Кроме того, к ней подсоединены измерительное устройство 9, оперативно-диспетчерское оборудование 10, 11 (через А) и сервисное устройство 12.

Программное обеспечение (ПО) УВК, т.е. совокупность программных средств, позволяющих пользователю применить микроЭВМ (МПС) и все входящие в УВК устройства, состоит из внутреннего и внешнего: внутреннее ПО включает систему автоматизации программирования, операционные системы, систему функционального контроля; внешнее ПО образует пакеты прикладных программ и специализированные программные системы.

Средства системного обмена делятся на три группы: средства межмашинной связи (СМС), контроллеры ветвей (КВ), адаптеры (А). СМС и КВ связывают между собой системные магистральные или радиальные интерфейсы, адаптеры - системный интерфейс с прибором или периферийным устройством.

Способы и алгоритмы передачи управления ветвью зависят от вида интерфейса ветви и конкретной реализации аппаратурных и программных средств, обеспечивающих работу контроллера. КВ выполняет функции управления интерфейсом ветви в объёме, предусмотренном спецификациями интерфейса. Структура КВ определяется требованиями согласования контроллера с интерфейсом ветви, которые реализуются на нескольких иерархических уровнях. Первый уровень - физический - обеспечивает со6людение требований интерфейса ветви в отношении параметров принимаемых и выдаваемых электрических сигналов. Второй - логический (канальный) - обеспечивает требуемые логические и временные соотношения между сигналами в магистрали при обмене информацией, а также приёме и передаче управления магистралью ветви. Третий - управляющий - организует системное функционирование КВ.

Адаптеры различаются по типам интерфейсов, согласование с которыми они обеспечивают, по объёму выполняемых интерфейсных функций, по конструктивному исполнению. Кроме основной, адаптер может выполнять ряд вспомогательных функций (диагностика, контроль передаваемой информации, преобразование форматов данных). Характеристиками адаптера являются: быстродействие, объем передаваемой или принимаемой информации, приоритетность этой информации в системе и т.д. Структура любого адаптера состоит из двух основных частей: интерфейсной - непосредственно связанной с интерфейсом ветви, и приборной - связанной с входом (выходом) подключаемого периферийного устройства. Конструктивно адаптеры могут выполняться в виде модулей, входящих в каркас и связанных с магистральным интерфейсом; в виде узлов, подключаемых устройств и сменных блоков.

Оперативно-диспетчерское оборудование обеспечивает решение следующих задач: ввод, редактирование и отладка программ; ручное управление процессом получения и обработки измерительной информации; считывание результатов испытаний, контроль и диагностика работоспособности системы. Средства ручного ввода информации в системах извлечения информации представлены различными клавиатурами, регулировочными органами и т.д. Алфавитно-цифровые (символьные) клавиатуры обладают универсальностью, имеют стандартный состав и взаимное расположение клавиш, хорошие эргономические характеристики при размещении клавишного поля под углом 5 - 15⁰ по отношению к горизонтальной плоскости. Большинство серийно выпускаемых клавиатур обеспечивает ввод информации в устройство обработки в стандартных кодах обмена информацией. В случае, когда число вариантов вводимых сообщений невелико, целесообразно применение функциональных клавиатур, обладающих лучшими эргономическими характеристиками при числе вводимых сообщений (функций) не более 40-50, не требующих жестких ограничений на размещение клавишного поля (оно может быть размещено под оптимальным для оператора углом 0-75⁰).

В большинстве современных средств отображения информации используется растровый принцип формирования изображений, обеспечивающий по сравнению с сегментным, более высокую надежность, лучшие эргономические характеристики, универсальность, он пригоден для отображения информации в символьной и графической форме.

Быстродействие современных систем обработки сигналов ограничивается скоростью обмена данными между объектом и микроЭВМ. Сбор и обработка измерительных данных в таких системах могут производиться в двух основных режимах: в реальном масштабе времени и в режиме с разделением времени. В первом случае измерительная информация поступает непосредственно с аналого-цифрового преобразователя - АЦП (под АЦП в данном случае подразумевается любой вид преобразования исходного сигнала в коды микроЭВМ) или с АЦП через коммутатор в запоминающее устройство микроЭВМ (МПС), где подвергается обработке по заданному алгоритму. Во втором случае результаты измерений поступают на промежуточное буферное ЗУ (ОЗУ, магнитные диски), где запоминаются на определённое время. Передача данных на микроЭВМ (МПС) производится либо в ручном (путём постановки соответствующего диска), либо в автоматическом (через соответствующий интерфейс) режиме после накопления определённого объёма информации или по команде оператора.

Основными достоинствами систем, работающих в реальном масштабе времени, являются сравнительно низкая стоимость и простота конструктивного исполнения. В системах с разделением времени необходимо использование дополнительных ЗУ. Скорость обмена информацией между буферным ЗУ и микроЭВМ (МПС) при этом уже не так критична, поэтому такая структура системы является более предпочтительной при обработке быстропротекающих (переходных и импульсных) процессов, если достаточна ёмкость ЗУ. В современных системах анализа переходных процессов применяются обычно способы запуска АЦП по заданным параметрам его выходного сигнала.

Применение серийных цифровых приборов, обеспечивающих преобразование аналогового сигнала в коды машин (цифровые вольтметры, мультимеры, частотомеры и др.), в ПСУ, хотя и обеспечивает более высокие метрологические показатели, однако резко увеличивает стоимость систем. Модульные средства измерений, входящие в ИВК, выполняют те же функции, что и приборы. Они делятся на две группы: нормирующие преобразователи и АЦП. Нормирующие преобразуют сигналы от датчиков неэлектрических величин в унифицированный сигнал напряжения или тока (применяются при необходимости нормирующие преобразователи электрических сигналов). Они могут иметь несколько входов и выходов, которые подключаются к входу другого преобразователя, коммутатора или АЦП. Сигнал с выхода АЦП в виде дискретных сигналов (кодов) поступает на магистраль ИВК либо непосредственно через интерфейсный узел, либо через устройство гальванической развязки. При необходимости между магистралью и выходом АЦП устанавливается буферное ЗУ.

Классификация алгоритмов функционирования ПСУ. Основные классификационные признаки алгоритмов функционирования ПСУ даны на рисунке 9.5. Логические алгоритмы ограничиваются выполнением операций сравнения контролируемых параметров с допустимыми пределами их измерения и некоторых логических операций. Вычислительные алгоритмы наряду с логическими обеспечивают выполнение математических операций: экстраполяцию, интерполяцию, линеаризацию, интегрирование, все арифметические действия и др.



Рис. 9.5 - Классификационные признаки алгоритмов функционирования микропроцессорных ПСУ

Адаптивные алгоритмы реализуют функции самообучения и оптимизации процесса обработки информации в зависимости от изменения внешних факторов и внутренней структуры объекта контроля. Они обеспечивают исправление ошибок, заложенных в исходных алгоритмах, и некоторую оптимизацию процесса контроля и управления.

Эти алгоритмы могут изменяться в зависимости от предшествующих результатов.

Алгоритмы функционального контроля не предусматривают количественной оценки с установленной заранее погрешностью, а состояние объекта оценивается по некоторым качественным реакциям на внешние или искусственные (тестовые) воздействия.

Непрерывные алгоритмы присущи встроенным системам контроля сложных автоматически восстанавливаемых систем.

Главная цель - обнаружить неисправность за время выполнения объектом основной задачи и автоматически включить резерв или провести регулировку параметра, значение которого вышло за допустимое, или в случае невозможности восстановления в заданное время дать информацию о необходимости передачи выполнения задания другому объекту.

Алгоритм функционирования систем контроля связан с проблемами алгоритмизации задач контроля и с построением оптимальной с точки зрения технико-экономических критериев аппаратуры контроля.

9.3 Разработка производительной системы управления технологическими процессами в птичнике

При применении датчиков (первичных измерительных преобразователей) вид поступающей информации - аналоговый, хотя могут быть применены и датчики, выдающие информацию непосредственно в дискретном виде.

Значение F_C определяется верхней частотой неравномерности вращения коленчатого вала, _C - длительностью переходного процесса выбег-разгон

Входные величины датчиков при динамическом методе являются преимущественно временными (зависимости (t), (t)), пространственными (зависимости ()) или пространственно-временными (например, зависимость (t, )), а также преимущественно активными. Они могут быть как непрерывными, так и дискретными (например, при применении фотоэлектрических датчиков угла).

Пропускная способность канала передачи информации с этого датчика с погрешностью =0,1% должна быть:

бит/с.

Так как для обработки сигналов в микроЭВМ (МПС) используется двоичное или блочное кодирование, то аналоговые сигналы с датчиков необходимо преобразовать с помощью аналого- и время-цифровых преобразователей в код. Обработка сигнала блочным кодированием в последнем случае практически невозможна. В то же время при двоичном кодировании f_а=1/а₀=50-100кГц; f_В=5-10МГц, что вполне реально. Задержка в обработке двоичного сигнала при кодировании и декодировании равна _за=2₀=20мкс; _зв=0,2 мкс.

Расчёт показателей МПС. В соответствии с методикой (глава 8) определим требуемые параметры (в скобках даны параметры для передвижной системы на базе микроЭВМ INTEL 8089: К_мнi= 3 (3); К_кнi= 2 (2); К_трi= 2 (2); К_ддi=1,6 (1); К_сввi= К_свывi= 0,6 (0,6); К_ввij= 0,9 (1); К_вывi= 0,9 (0,9); Т_зд= 300с (180с); N_по= 80 (100).

Следовательно, при измерении временных интервалов (при применении 16 - разрядного время-кодового преобразователя) объём вводимой информации _ВВ=106Кбит, при съёме с фотоэлектрического датчика _ВВ=1,6Мбит. В этом случае при применении 10-разрядного АЦП объём _ВВ=300Кбит. Объём вводимых данных с ПЗУ значительно ниже (около 30 Кбайт).

Требуемая скорость обработки входной информации составляет: v_ввn=6000 измерений/с (12000 измерений/с) или при 16-разрядных (10-разрядных) числах v_ввn= 0,1 Мбит/с (0,12 Мбит/с).

Скорость ввода данных с ПЗУ: с накопителя на магнитных дисках составляет v_ввn=0,05Мбит/с; быстродействие программного ввода v_ввn=20 Кбайт/с; (Для БК-0010 - быстродействие канала прямого доступа в память v_ввnд=150 Кбайт/с (v_г=300 Кбайт/с)).

Ввод данных осуществляется с устройства сопряжения с объектом и с ПЗУ (рабочие программы, программы прерывания, стандартные программы, константы), т.е. n_ij= 2(2). При работе ИЭС в режиме с разделением времени устройства ввода данных в микроЭВМ работают поочерёдно, т.е. N_ввij= 1. Необходимо ориентировочно выполнить следующее число операций: ввод с входного порта с учётом объёма _вв - N_поп30000 (30000); ввод с накопителя N_пон 5 (5); сложение- вычитание N_пос 300000 (300000), умножения N_поу 60000 (60000). Общее число операций N_по 400000 (400000). Принимаем K_по =1 (1) сложения с плавающей запятой t_кпу = 218 мкс

Для оценки требуемого быстродействия и объёма вычислений определим расчётные показатели.

1. Время ввода информации при съёме сигнала непосредственно с датчиков:

.

.

2. Среднее быстродействие датчиков:

- при применении операций с плавающей запятой:

v_эвмп =1/(0,75·218·10 - ⁶ + 0,15·360·10 - ⁶)=4,6·10³ операций/с.

3. Время выполнения первичной обработки. Так как требуемое быстродействие ниже чем у серийных микроЭВМ, то целесообразно принять значение v_эвм, равным быстродействию последних. Тогда имеем:

- на базе INTEL 8089 при съёме сигнала с датчика:

Т_по = N_по к_по /v_эвм.

Т_по = 4·10⁵/2·10⁵=2,0с.

4. Время вычисления и формирования выходных данных для датчиков на базе INTEL 8089:

Т_пр =_выв K_трi N_пр /K_бд v_эвм.

Т_пр = 50001001,5/2200000=1,9 с.

5. При оценке объёма памяти ОЗУ для систем на базе серийных микроЭВМ достаточно определить объём ОЗУ пользователя, который для 16 - разрядных входных и выходных величин равен:

N_озуп=1,4(2a+b).

N_озуп=1,4(230000+5000)=86 16-разрядных чисел или 172Кбайт.

Определение требуемой длины разрядной сетки при обработке аналоговых сигналов.

Определение длины разрядной сетки можно осуществить исходя из точности измерения входных данных. При применении стандартных АЦП добиваются, чтобы входной сигнал х изменялся от 0 до х_m. Если х₀ необходимо измерить с погрешностью х₀, то масштаб единицы младшего разряда равен hх_m/2^п. При этом погрешность представления непрерывной величины х в дискретном виде будет 0х₁h. Известно, что погрешность х₁ является равномерно распределённой случайной величиной:

Для выбора h необходимо, чтобы средняя квадратическая погрешность дискретизация _х1 была бы меньше требуемой средней квадратической аппаратурной погрешности измерения х₀, т.е. _х1< _х0 или _х1 = к_х0, где 0<к<1. Так как для равномерно распределённой случайной величины:

,

где ent - целая часть числа.

Например, при _хи=0,1% получим R=9.

В микропроцессорном исполнении системы целесообразно выбирать разрядность, кратную восьми. В данном случае необходимо выбирать R=16.

9.4 Обоснование выбора технических средств, сбора и обработки информации, промышленный вычислительный комплекс

Промышленная рабочая станция с 10,4 ЖК-дисплеем и объединительной платой с шиной PCI

Общие сведения:

AWS - 842 представляет собой промышленную рабочую станцию с ярким цветным DSTN или TFT - дисплеем (диагональ 10,4 разрешение 640Ч480 пикселей), специально разработанную для применение в промышленных условиях.

AWS - 842 может поставляться с объединительной платой с восемью слотами ISA или ISA/PCI.

Технические данные:

§ Лицевая панель: алюминиевая, степень защиты соответствует NEMA4 или IP 65,

§ Конструкция: высокопрочное шасси из нержавеющей стали

§ Отсек для дисководов содержит один малогабаритный 3,5 РГМД, один 3,5 НЖМД и один малогабаритный CD-ROM (CD-ROM и НЖМД устанавливаются по заказу),

§ Видеоплата: РСА - 6653 (ISA) с установленным на плате 1Мбайт видеопамяти и БИС CHIPS 65545 с одновременной поддержкой ЭЛТ и плоских панелей,

§ Система охлаждения: один вентилятор на задней панели с производительностью 82 м³/ч, и один в источнике питания,

§ Мембранные клавиатуры: одна с 60 клавишами для ввода данных, одна с 10 функциональными клавишами и 10 программируемыми функциональными клавишами макрокоманд,

§ Соединитель клавиатуры: 5 - контактный соединитель типа DIN с пыленепроницаемой заглушкой,

§ Индикаторы: светодиоды включения питания и доступа к НЖМД,

§ Сенсорный экран (по заказу): аналоговый резистивный с контроллером, подключенным через порт RS - 232, ресурс - 35 мил. касаний

§ Диапазон рабочих температур: 0…+ 50^оС,

§ Относительная влажность: 5…85% 50^оС без конденсации влаги,

§ Диапазон температур хранения: - 40…+ 60 ^оС,

§ Относительная влажность (в нерабочем состоянии): 5…95% без конденсации влаги.

§ Габаритные размеры: 482Ч307Ч266 мм.,

§ Вес 15 кг.,

§ Нормы безопасности: UL/CSI/TUV, CE, FCC, BCIQ,

Пассивные объединительные платы

§ PCA - 6108P3: 4 ISA, 3 PCI, 1 CPU - слот

§ PCA - 6108С: 8 ISA - слотов

Источник питания:

§ Входное напряжение: 180…260 В переменного тока частотой 47 - 63 Гц.

§ Выходное напряжение: +5В - 25А; +12В - 9А; -5В - 0,5А; -12В - 25А.

§ Средняя наработка на отказ 100 000 часов.

§ Нормы безопасности: UL/CSA/TUV

Таблица 9.1 - Жидкокристаллические дисплеи

Модель	AWS-842 TPB	AWS-842 SB
Тип дисплея	10,4 цветной TFT	10,4 цветной DSTN
Максимальная разрешающая способность	640Ч480
Максимальное число цветов	256 К	4096
Размер точки растра, мм	0,33Ч0,33
Яркость, кд/м2	250	130
Угол обзора	90о
Рабочий диапазон температур	0..50 оС	0…45 оС
Подстройка параметров	Яркость	Контрастность
Средняя наработка на отказ для ЖКИ	50 000 часов
Средняя наработка на отказ для системы задней подсветки	20 000 часов	25 000 часов
Установленная видеоплата	PCA-6653	PCA-6654LB
Объединительная плата	PCA-6108С	PCA-6107P2
Одновременный режим	Есть

Преимущества IBM PC совместимых промышленных рабочих станций:

§ Микропроцессоры IBM РС оптимальны по соотношению цена - производительность;

§ Рабочие станции не являются простой заменой панели оператора, они поддерживают такие функции, как объединение сетей промышленных контролеров (ПЛК), регистрация параметров;

§ Стандартные операционные системы позволяют выбирать инструментальные средства разработки прикладного программного обеспечения от множества независимых фирм - поставщиков, возможна также разработка заказных прикладных программ, написанных для удовлетворения потребностей пользователя;

§ Цены на компоненты для IBM РС совместимых компьютеров ниже, чем для систем с другой архитектурой;

§ IBM РС широко распространены;

§ Применение рабочих станций;

§ Автоматически передают данные, как оператору, так и от него;

§ Хранят и анализируют информацию;

§ Представляют информацию в удобном формате;

§ Предоставляют возможность оператору непосредственно управлять производственным процессом;

§ Самостоятельно управляет процессом.

Рабочие станции обеспечивают безопасность, регистрируя на определенные ситуации подачей многократных сигналов тревоги. Сигналы тревоги могут быть поданы быстро с помощью графики и автоматических сообщений оператору. Рабочая станция может быть полезным средством в процессе решения задачи сокращения времени простоя предприятия до минимума.

Информация с различных этапов технологического процесса может быть отображена в реальном времени, сохранена или сделана доступной для организации управления через сеть. Рабочая станция может организовать взаимодействия с любым оборудованием, от ПЛК до универсальных вычислительных машин.

PCL -735 12 - канальная плата дискретного ввода/вывода с релейными выходами

Плата PCL-735 (Рис.9.6) идеально подходит для управления исполнительными устройствами и коммутации сигналов и имеет 12 каналов дискретного вывода, использующих электромагнитные реле с переключающим контактом.

Каждое реле на плате имеет светодиодный индикатор состояния для облегчения отладки и предотвращения повреждения реле. Также есть возможность считывания текущего состояния реле.

Рис. 9.6 - PCL -735 12 - канальная плата дискретного ввода/вывода

Основные характеристики:

§ 12 выходных реле

§ Светодиодный индикатор состояния

§ Возможность считывания текущего состояния реле

§ Ответный соединитель DB-37 в комплекте

Область применения:

§ Промышленная автоматизация

§ Релейное управление

§ Коммутация сигналов

Технические данные:

§ Релейный ввод

§ Тип реле: с переключающим контактом

§ Тип контактов: каналы 0-11 - нормально замкнутые или нормально разомкнутые

§ Нагрузка: переменный ток до 125 В 0,6 А; постоянный ток до 100В 0,6А

§ Напряжение пробоя: не менее 1000 В

§ Время замыкания 3 мс; время размыкания 3 мс

§ Общее время переключения 10 мс

§ Сопротивление изоляции не менее 1000 мОм

§ Ресурс: не менее 500 000 срабатываний при нагрузке 30В 2А не менее 2 мил. при 30В 1А

Общие параметры:

§ Требование по питанию: +5В 200мА (мин); +12В 270мА (макс)

§ Диапазон рабочих температур 0 - 60^оС

§ Диапазон температур хранения -20 - +70 ^оС

§ Относительная влажность воздуха 5 - 95% без конденсации влаги

§ Порты ввода/вывода область из двух портов ввода/вывода в диапазоне от 200h до 3f8h; размеры 155Ч100 мм.

10. Организация эксплуатации и ремонта электрооборудования птичника

На современном этапе, для хозяйства наиболее предпочтительна планово-предупредительная работа, которая включает кроме обкатки машин, ежедневные и периодические (плановые) технические (ТО-1, ТО-2) обслуживания, а так же сезонное обслуживание.

Основной вид технического обслуживания - ежедневный (ежемесячный) - ЕТО. Без проведения ЕТО запускать машину в работу запрещается. ТО-1 и ТО-2 проводят после наработки определенного количества часов.

Для транспортеров ЕТО начинают с проверки состояния каналов, ограждений приводов, скребков транспортера. После этого механизм включают. В конце работы канал, и цепь надо очистить и проверить состояние узлов цепи. ТО-1 проводят через 90 часов работы. Сначала необходимо выполнить ЕТО, затем проверить натяжение цепей привода и транспортера, при необходимости отрегулировать, смазать подшипники скольжения поворотных роликов, механизмов приводной станции натяжного винта, укомплектовать цепь недостающими скребками. Проверить состояние электрооборудования. ТО-2 проводят через 270-300 часов. Сначала надо выполнить ТО-1, снять и разобрать цепи промыть их в дизельном топливе, дефектные детали заменить или восстановить, затем собрать цепи, промыть редуктор, проверить состояние зубчатых пар. Обнаруженные неисправности устранить, износившиеся клиновые ремни заменить, транспортер собрать и отрегулировать. Проверить состояние заземления.

Внутренние электропроводки в помещениях с нормальными условиями осматривают не реже одного раза в шесть месяцев, а в особо опасных помещениях не реже одного раза в три месяца. Осматривая электропроводки, проверяют состояние изоляции, прочность крепления проводов и контактов с электроприемниками.

При эксплуатации осветительных электроустановок необходимо периодически осматривать и очищать осветительные приборы от пыли и грязи, своевременно заменять перегоревшие лампы и систематически проводить планово-предупредительные ремонты осветительных установок. При приемке в эксплуатацию осветительных установок необходимо проверить соответствие проекту всех элементов электроосветительного оборудования, мощность установленных ламп, надежность контактов, крепление светильников, выключателей и других элементов электроосветительных установок, заземление металлических деталей, которые в процессе эксплуатации могут оказаться под напряжением.

Для улучшения освещения в помещении желательно их стены и потолки красить в светлые тона, так как такие поверхности лучше отражают свет. В светильниках надо устанавливать лампы определенной мощности; установка ламп большей мощности ведет к перегреву светильника, патрона и проводов, что может вызвать сгорание изоляции и короткое замыкание, разрушение патрона и затенителя. При проверке и отчистке светильников необходимо обратить внимание на заземление их металлических частей, состояние контактов, изоляцию проводов и устранить недостатки. Осмотры и ремонт установок должны производиться при снятом напряжении. В птицеводческих помещениях светильники очищают от пыли и грязи не реже чем 2 раза в месяц.

ТО электродвигателей в пыльных, сырых и особо сырых помещениях с химически активной средой 1 раз в 18 месяцев. При этом осматривают состояние подшипников и подшипниковых щитов, состояние обмоток ротора, статора. Проверяют крепление двигателя. Осматривают станину на наличие механических повреждений.

При осмотре электрокалориферных установок проверяют работу ТЭНов, контакты, целостность силовых проводов.

При осмотрах проверяют состояние заземляющей проводки, шкафа управления и электрических щитков. Во время осмотров восстанавливают окраску труб, заземления и так далее.

Согласно системе ППРЭсх предусмотрены текущий и капитальный ремонты электромашин.

Для ремонта электрооборудования в АО «Птицевод» имеется специальный цех для ремонта электрооборудования.

Текущий ремонт электродвигателей проводят через 24 месяца. Периодичность капитальных ремонтов не регламентируется, так как в зависимости от условий среды и режимов работы сроки службы электродвигателей колеблются от 1,5…2 и до нескольких лет. Зная реальные сроки эксплуатации двигателей, используемых в конкретных технологических процессах, определяется число капитальных ремонтов с учетом типоразмеров электродвигателей, и обеспечивают на данный период необходимый резервный фонд.

Текущий ремонт электромашин проводят электрики хозяйства. Перед текущим ремонтом электродвигатель очищают от пыли и грязи, отъединяют от питающих проводов, рабочей машины, заземляющей шины и пускового реостата (двигатель с фазным ротором), снимают с фундамента и доставляют в мастерскую. Здесь проводят дефектацию электродвигателя, разбирают его, очищают отдельные сборочные единицы, обмотки и ремонтируют их; пропитывают и сушат обмотки, если это необходимо; ремонтируют контактные кольца и щеточный механизм; проверяют подшипники и заменяют неисправные; ремонтируют или заменяют детали; собирают и испытывают электродвигатель.

После покраски двигатель доставляют на место, монтируют, проверяют его под нагрузкой вместе с рабочей машиной.

При капитальном ремонте все работы проводят на специализированных предприятиях. При капитальном ремонте выполняют все операции текущего ремонта и, кроме того, устраняют дефекты обмоток (или полностью заменяют их) статоров, а так же проверяют и при необходимости заменяют вал ротора. Если ремонт не целесообразен (машина морально устарела, значительно повреждена активная сталь статора или ротора, нет лап и др.), то ремонтное предприятие вправе составить с хозяйством двусторонний акт о неремонтопригодности машины и ее списание.

У применяемых в хозяйстве установках ультрафиолетового излучения в процессе эксплуатации уменьшается поток излучения в результате старения и загрязнения источников облучения. Поэтому периодически очищают облучатели и светильники от пыли и грязи и своевременно заменяют лампы при отключенном напряжении.

11. Охрана труда

Охрана труда - это система законодательных, социально-экономических, гигиеничных и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность и сохранение здоровья трудящихся в процессе труда, их право на труд и отдых.

В ОАО «Птицефабрика «Колмогоровский бройлер» действует система управления охраной труда, проводится аттестация рабочих мест.

Особое внимание уделяют очистки электрооборудования. Не допускается образования слоя пыли на корпусе электродвигателя, это приводит к перегреву и возникновению пожара. Электродвигатели используются специального сельскохозяйственного исполнения типа 4А…СХ.

При ремонтных работах корпус батареи заземляют.

Категорически запрещается работать при неисправном оборудовании и отсутствии ограждений, регулировать, смазывать, очищать при работающих механизмах.

Выполняя ремонтные и регулировочные работы, отключают общий рубильник на силовом щите и вывешивают плакаты «Не включать - работают люди» Кроме того, снимаются предохранители силового щита. Возникшие в технологическом оборудовании неисправности оператор устраняет, соблюдая правила ТБ.

Строго следят за исправностью тары для переноски птицы, перемещать тару надо в рукавицах, соблюдая нормы переноски тяжестей. Обязательно соблюдать меры безопасность при перемещении инвентаря.

С охраной труда тесно связаны пожарная безопасность, потому что пожары на производстве и в быту угрожают не только материальным ценностям, но и жизни людей. В каждом птичнике находиться пожарный щит. На нем располагают: багор, топор, ведра для переноса воды, лом. Так же возле щита находиться ящик с песком. На территории сооружен пожарный резервуар. Разработка противопожарных норм, правил и инструкций по проектированию, строительству и эксплуатации зданий и установок, а так же надзор за соблюдением правил ведет Управление пожарной охраны МЧС.

Уровень производственного травматизма и профзаболеваний на предприятии. Данные по состоянию производственного травматизма и профзаболеваний в ООО «Птицефабрика «Колмогоровский бройлер» за последние три года представлены в таблице 11.1.

Таблица 11.1 - Уровень травматизма

Показатели	Год
	2007	2008	2009
Среднесписочное число работников	260	238	223
Число травмированных за период	5	4	2
Число смертельных травм	0	0	0
Коэффициент частоты травматизма	16,6	13,3	4,9
Коэффициент тяжести травматизма	16	28,3	14
Коэффициент потерь рабочего времени	266,7	389,9	68,9
Коэффициент летальности	0	0	0
Количество заболеваний	179	161	182
Затраты на охрану труда, тыс.рублей	13,5	15,6	17,8

Следовательно, в ООО Птицефабрика «Колмогоровский бройлер» строго соблюдаются: правила пожарной безопасности; правила устройства электроустановок; правила технической эксплуатации электроустановок и общие правила охраны труда.

Разработаны и доведены до сведения всего персонала безопасные маршруты следования по территории к месту работы и планы эвакуации на случай пожара и аварийной ситуации.

За нарушение требований инструкции работник несет ответственность в соответствии с действующим законодательством.

Для помещения содержания птицы рассчитано освещение: п.6.

В соответствии с ГОСТом нормированная освещенность Е для птичников составляет 30Лк.

Также рассчитана вентиляция и отопление в птичнике п.5,1;п.5,2.

Для вентиляции птицеводческих помещений используются оборудование «Климат - 4». Вентиляция птицеводческих помещений применяется для поддержания в допустимых нормами пределах влажности, температуры и содержание вредных газов.

Из расчетных данных наибольшее значение требуемого часового воздухообмена L = 41000 м³/ч, с учетом равномерного распределения вентиляторов в птичнике. Выбирают вентиляторы ВО5 с подачей L₁ = 6000 м³/ч при давлении 19,6 Па. Число вентиляторов n = L/L₁ = 41000/6000 = 6,83. Принимают n = 7.

Для создания оптимального микроклимата выбраны две калориферных установки СФОЦ - 100/0.5Т. Общая мощность каждой P_о = 94 кВт, мощность электрокалорифера P_к = 90 кВт, число секций - 3, 36 нагревателей. Подача вентилятора при температурном перепаде 51…30 °С 1,25…2,5 м²/с двигатель Да112М4С.

Третью установку СФОЦ - 60/0.5Т, общая мощность P_о = 69 кВт, мощность калорифера P_к = 67,5 кВт, 3 секции, 27 нагревателей, при температурном перепаде 50…30°С подача вентилятора 0,9…1,6 м²/с, тип двигателя Да9014С. Калориферные установки размещают в специальных помещениях с торцов здания. С одной стороны устанавливают одну установку СФОЦ - 100/0.5Т, с другой две другие.

Для защиты от поражения электрическим током применяется защитное заземление, защитное зануление.

11.1 Расчет заземления

В соответствии с ГОСТом 12.1.030-81 для защиты от поражения током при повреждении изоляции необходимо применять защитное заземление. Защитное заземление - это соединение с землей всех нормально не находящихся под напряжением металлических частей электроустановок, могущих оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

Заземление предназначено для обеспечения работы электроустановок, как в нормальных, так и в аварийных режимах. Сопротивление контура заземления не должно превышать 4Ом. Принимают для расчета r_з = 4Ом. Выполняют заземление уголка 50 Ч 50мм, длиной 5м, заглубленными на 0,7м от поверхности земли и связанными между собой стальной полосой сечением 40 Ч 4мм.

Расчетное сопротивление грунта с учетом сезонного коэффициента:

С_расч = k_с · k₁· с,

где k_с = 1,35 [7, табл. 27.2] и k₁ = 1 [7, табл. 27.3], глина с = 150 Ом·м.

С_расч = 1,35 · 1 · 150 = 202,5 Ом·м.

Сопротивление уголка (при глубине заложения h_ср = 0,7 + 5/2 =3,25м):

R_в = 0,366 · с_расч[lq (kl/d) + lq(4h_ср+ l )/( 4h_ср - l)], [7, 27.3]

где с - расчетное удельное сопротивление грунта, Ом·м; k - числовой коэффициент вертикального заземлителя (для уголков k = 2,1); d - ширина полки, м; h_ср - глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины стержня, м.

R_в = 0,366·205,5·[lq (2,1·5/0,05)+0,5lq (4·3,2+5)/(4·3,2-5)]/5=37 Ом.

Расчетное сопротивление полосы связи:

R_г = 0·366с_рач· lq [(k · l²)/(dh)]/l, [7, 27.6]

где с_расч = k_сk₁с_изм = 4,4 · 1 · 150 = 660 Ом·м; l - длина горизонтального заземлителя, l = (96 + 18) · 2=228 м; k - коэффициент формы горизонтального заземлителя (для прямоугольного k = 2); d - ширина полосы прямоугольного сечения, м; h - глубина заложения горизонтального заземлителя, м.

R_г = 0,366 · 660 · lq[(2 · 228²)/(0,04 · 0,82)]/228 = 6,8 Ом.

Теоретическое число уголков: n_т = 37/4 = 9,25 ? 10.

Расстояние между уголками: a = l228 / 10 = 22,8 м.

При n_т = 10 и а/l = 22,8 / 5 = 4,5 находим по кривым [7, рис.27.1] з_в = 0,9 и з_г = 0,7 и определяем действительное число уголков:

n_д = R_вз_г/з_в[1/(r_зз_г) - 1/R_г]/з_в. [7, 27.12]

n_д = 3,7 · 0,7[1 / (4 · 0,7) - 1 / 6,8] / 0,9 = 7,2.

Принимаем к монтажу 8 уголков и выполняем поверочный расчет при n=8; а = 228 / 8 = 28,5; a/l = 28,5 / 5 = 5,7 и з_в = 0,9; з_г = 0,8.

Расчетное сопротивление заземляющего устройства:

r_расч. = R_вR_г/(R_гnз_в + R_вз_г).

r_расч. = 37 · 6,8 /(6,8 · 8 · 0,9 + 37 · 0,8) = 3,2 Ом;

3,2 Ом < 4 Ом, т.е. условие r_расч ? r_з выполняется.

Расчет заземления выполнен верно.

Занулением называется преднамеренное металлическое соединение частей электроустановок, нормально не находящихся под напряжением, с заземленной нейтралью трехфазного генератора или трансформатора, или с заземленным выводом источника однофазного тока, или с заземленной средней точкой источника в сети постоянного тока. Эти заземленные точки часто называют нулевыми, а проводники, которые от этих точек отходят нулевыми проводниками.

Нулевые рабочие проводники используют для питания электроприемников, а нулевые защитные проводники - для зануления. Разрешается применять нулевой рабочий проводник в качестве защитного.

Магистральным нулевым защитным проводником называется такой, у которого имеются два или более ответвлений к зануляемым частям электроприемников.

11.2 Охрана природы

Охрана природы - это разработка и осуществление мероприятий по охране окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов.

Разрушение сложившихся систем и взаимосвязей в биосфере Земли может быть следствием распашки земельных массивов, использования земель под пастбища, вырубки лесов, сооружение плотин и каналов, применение удобрений и ядохимикатов. Каждое предприятие должно выполнять некоторые требования по охране труда. Так, например каждое предприятие должно быть ограждено и по периметру обсажено большекронными деревьями. В ООО «Птицефабрика «Колмогоровский бройлер» это требование выполнено частично, так как оно только с одной стороны защищено деревьями.

Огромную роль в охране природы играет переработка и утилизация помета.

Птичий помет - высококонцентрированное и быстродействующее удобрение, которое можно применять на любых почвах и под все сельскохозяйственные культуры. Поскольку вносить помет в почву можно только в определенный период года, возникает необходимость хранения его в специальных хранилищах. Важно четко установить сроки хранения помета и время его использования. Сроки внесения помета обуславливаются агротехническими требованиями, почвенными и погодными условиями, местными особенностями, указаниями санитарно-гигиенической службы и работников водного хозяйства. Так, нельзя вносить помет в мерзлую почву, непосредственно примыкающую к водным источникам, так как возможно их загрязнение пометными массами при поверхностном стоке воды.

При организации хранения помета соблюдены санитарные нормы и охрана окружающей среды, созданы благоприятные технологические условия для транспортировки, погрузки помета и внесения его в почву при наименьших затратах.

Помет птицы, полученный после термической переработки, хранят в специальной таре или насыпью в закрытых гидроизолированных помещениях.

12. Экономическое обоснование

В данном дипломном проекте предлагается модернизация отдельных установок на базе существующих машин и агрегатов в ООО «Птицефабрика «Колмогоровский бройлер».

Целесообразность автоматизации технологических процессов определяется расчетом экономической эффективности, который производится по технико-экономическим показателям предприятия в расчетном году. Достоверность определения экономического эффекта во многом зависит от методики его расчета и правильности выявленных внутрипроизводственных резервов (увеличение производительности оборудования, уменьшение потерь, энергозатрат и др.), реализация которых возможна с помощью автоматизации.

Для определения экономического эффекта сравним затраты двух САУ - контактно-релейной и микропроцессорной.

1) Определим затраты при использовании контактно-релейных схем управления:

Определим затраты на электроэнергию:

С_э1=T_с •Д_г•Т_ээ•?Р_н•К_з/з,

где Т_с - часов в сутки-24ч; Д_г - дней вгоду-365; Т_ээ - тариф на электроэнергию-1,82р; ?Р_н - номинальная мощность-2,3кВт; К_з - коэффициент загрузки-0,3; з - КПД установки-1.

С_э1= 24 •365•1,82•2,3•0,3/1=11000,8 руб.

Затраты на обслуживание (ремонт, ТО), следуя из отчетных данных, будут равны Зо1=7837 руб.

2) Определим затраты при использовании новой САУ:

Для определения стоимости оборудования составляем смету.

Таблица 12.1 - Смета оборудования

Наименование	Ед. измерения	Кол.	Стоимость, р.	Сумма, р.
PCL -735	шт.	1	3750	3750
Промышленная рабочая станция.	шт.	1	45880	45880
Итого:	49630

Определим общие затраты.

Затраты на монтажные работы (К_о - стоимость оборудования):

К_м=0,2•К_о,

К_м=0,2•49630=9926 руб.

Затраты на транспортные работы:

К_т=0,1•К_о.

К_т=0,1•49630=4963 руб.

Затраты на проектирование:

К_п=0,015•(К_о+К_м+К_т).

К_п=0,015•(49630+9926+4963)=967р.

Итого капиталовложений:

К=К_м+К_т+К_п.

К=49630+9926+4963+967=65468 руб.

Определим затраты на электроэнергию:

С_э2=T_с •Д_г•Т_ээ•?Р_н•К_з/з,

где Т_с - часов в сутки-24ч; Д_г - дней вгоду-365; Т_ээ - тариф на электроэнергию - 1,82 руб.; ?Р_н - номинальная мощность-0,64кВт; К_з - коэффициент загрузки-0,3; з - КПД установки-1.

С_э2= 24 •365•1,82•0,64•0,3/1=3061,09 руб.

Затраты на обслуживание:

З_о2=7837/1,5=5224,7 руб.

Рассчитаем экономию от внедрения новой САУ:

Экономия затрат электроэнергии:

Э_эл=С_{э1 -} С_э2.

Э_эл=11000,8 - 3061,09=7939,7 руб.

Экономия затрат на обслуживание:

Эо=Зо1-Зо2.

Э_о=7837 - 5224,7=2612,3 руб.

Рассчитаем срок окупаемости:

Q=К/?Э,

где К - капиталовложения; ?Э - экономия.

Q=65486/10552=6,2лет.

Таблица 12.2 - Расчетные данные

Наименование	Промышленная рабочая станция	PCL -735	Экономия (р.)
Затраты на электроэнергию (р.)	11000,8	3061,09	7939,7
Затраты на обслуживание (р.)	7837	5224,7	2612,3
ИТОГО	18837,8	8285,8	10552

Следовательно, при внедрении новой САУ процессами в птичнике, значительно снизились энергозатраты, затраты на обслуживание и трудоемкость, повысилась надежность электрооборудования.

Срок окупаемости составил 6 лет, что является вполне приемлемым, поэтому проект является экономически выгодным.

Таким образом, при установке нового оборудования, мы предполагаем снижение смертности падежа птицы, что даст возможность увеличения прибыли предприятия, а, значит, в свою очередь, уменьшится и срок окупаемости вложений.

Заключение

В данном дипломном проекте рассмотрен вопрос улучшения управления, регулирования и контроля процессами в птичнике путем использования новой системы автоматического управления и регулирования, их параметров на базе микропроцессорной техники. Рассмотрены вопросы, связанные с влиянием новейшей микропроцессорной техники на производительность процессов уборки помета, кормораздачи, микроклимата и других параметров, необходимых для качественного содержания птицы.

Произведены анализ систем САУ и оборудования для создания экономичности, расчеты освещения, вентиляции, отопления, выбор и расчет пускозащитной аппаратуры. В проекте рассмотрены вопросы, связанные с безопасностью использования данной разработки и ее экономическая эффективность.

Внедрение данной системы в производство позволит значительно улучшить условия производства, уменьшить затраты на содержание производства, исключит необходимость постоянного контроля за состоянием оборудования со стороны обслуживающего персонала. Предлагаемая САУ окупается за срок 6 лет и является вполне доступной в плане капитальных вложений для ООО «Птицефабрика «Колмогоровский бройлер».