Следующий шаг вычисление производных, используя выражения приведенные ниже.

Теплопотери через ограждение теплицы:

, Дж, (3.9)

где - разность температур, ?С.

Тепловой поток через форточную вентиляцию:

, Дж, (3.10)

где - разность температур, ?С;

- степень открытия форточки, град.

Расход тепла на испарение:

. (3.11)

Поток тепла от нагревателей:

. (3.12)

Тепловой поток через принудительную вентиляцию:

, Дж, (3.13)

где - разность температур, ?С.

Код макроблока приведен в приложении 3.

Остальная часть программы реализована на блоках отношений и логики. Для регулирования положения форточки использован таймер задержки, ограничивающий время работы линейного актюатора.

Готовая программа на языке FBD приведена в приложении 4.

4. Разработка инструкций по эксплуатации

4.1 Назначение СУ

СУ климатом теплицы предназначена для оптимизации выращивания биологических объектов в теплице площадью 18 м2 с начала апреля по конец октября, путем уменьшения трудозатрат по регулированию температуры и влажности воздуха.

Температура и влажность воздуха задается пользователем при помощи кнопок расположенных на панели управления и контролируется на дисплее.

В системе используется пять датчиков для контроля внутренних и внешних параметров климата.

В процессе работы контроллер согласно программе производит управление исполнительными системами (обогревом, СИОД, форточной и принудительной вентиляцией), обеспечивая стабильность заданных параметров.

4.2 Состав СУ

В состав СУ входят:

1) Управляющий контроллер, объединенный с панелью оператора (SMH 2010 C2010C-7121-01-5);

2) Релейный блок (RPS 2014 B);

3) Кабель сопряжения релейного блока с ПЛК (CB2014-DB9-8);

4) Плата согласования датчиков;

5) 2-а датчика температуры (AD22100S);

6) 2-а датчика относительной влажности (HIH-4000-003);

7) Датчик освещенности(ФС-3);

8) Потенциометр.

9) 2-а инфракрасных нагревателя мощностью 2000Вт.

10) Магнитный пускатель (ES 220);

11) 4-е линейных актюатора (САНВ-10);

12) Вентилятор (EAF-100);

13) СИОД (ND-15).

14) Блок питания.

15) Соединительные провода.

4.3 Размещение элементов СУ

Блок питания, релейный блок, магнитный пускатель, плата согласования датчиков размещены в электрощите 4. Блок контроллера размещен на крышке электрощита. Электрощит расположен внутри теплицы на специальной стойке, за которой находится емкость для СИОД. Допускается размещение электрощита с внешней стороны теплицы в специальной пристройке (тамбуре).

Датчики температуры и влажности наружного воздуха размещены в вентилируемой ячейке под козырьком боковой стены теплицы 6.

Датчики температуры, влажности и освещенности, предназначенные для измерения параметров микроклимата внутри теплицы, закреплены в специальной вентилируемой ячейке, установленной на кронштейне в центре теплицы 5. Потенциометр положения форточек выполнен заодно с линейным актюатором.

Инфракрасные нагреватели закреплены в верхней части теплицы на расстоянии 0,5 м от боковых стен 1.

Линейные актюаторы связаны с соответствующими форточками, выполненными сверху теплицы 3.

Вентилятор врезан сверху в одну из боковых стен теплицы 2.

СИОД монтируется согласно инструкции по эксплуатации.

Размещение основных компонентов системы показано на рисунке 4.3.1.



Рисунок 4.1 - Размещение элементов СУ

4.4 Монтаж СУ

Устанавливаем исполнительные механизмы, ячейки с датчиками электрощит согласно схеме приведенной на рисунке 4.1.

Проводим кабельные трассы к исполнительным механизмам и датчикам. Провода размещаем в цилиндрических кабельканалах, которые при помощи нейлоновых стяжек, крепим к каркасу теплицы.

4.5 Запуск и настройка СУ

Перед запуском СУ необходимо убедиться в правильности монтажа всех элементов системы. Особое внимание обратить на высоковольтные цепи питания. После проверки и устранения выявленных недочетов, заполняем емкость СИОД и включаем сеть.

После инициализации контроллера устанавливаем требуемые температуру и влажность. Настройка системы завершена.

Заключение

В настоящей дипломной работе разработана система управления климатом небольшой индивидуальной теплицы. В понятие климат включены два параметра: температура и влажность воздуха. Выбор параметров регулирования определен степенью их важности для выращивания биологических объектов в защищенном грунте.

В ходе работы решены следующие задачи:

1. Проведен анализ современных решений автоматизации теплиц и выявлены основные пути их развития.

Современные системы автоматизации теплиц представляют собой сложные системы, в основе которых лежит связка: управляющий контроллер - персональный компьютер агронома. Такая схема, наряду с большим количеством различных датчиков и исполнительных систем, позволяет оперативно задавать стратегию управления, в реальном времени изменять регулируемые параметры, накапливать большие количества информации для анализа и использования программным обеспечением для прогноза изменения климата тем самым создавать оптимальные условия для выращиваемых растений и получать максимальные урожаи. Также большое количество решений предлагается для снижения затрат при выращивании биологических объектов в защищенном грунте.

В настоящее время в системах автоматизации теплиц просматривается увеличение количества измеряемых и регулируемых параметров и ужесточение требований к их точности и стабильности.

2. Разработана структурная схема системы управления температурно-влажностным режимом малогабаритной индивидуальной теплицы. Ядром системы является управляющий контроллер, сопряженный с устройством ввода-вывода и устройством управления. Согласно структурной схеме, контроллер получает информацию с датчиков, расположенных как внутри, так и снаружи теплицы, обрабатывает, поступившие данные, согласно заложенному алгоритму и выдает управляющие воздействия на исполнительные механизмы.

3. Выбран промышленный контроллер.

В разработанной системе, применен ПЛК SMH C2010C-7121-01-5, который обладает необходимыми техническими характеристиками и имеет меньшую стоимость по сравнению с аналогичными предложениями других фирм.

4. Подобраны датчики для измерения внутренних и внешних параметров.

В СУ использованы аналоговые датчики для измерения температуры, влажности и освещенности. Для согласования выходов датчиков с входами контроллера разработана схема согласования.

5. Выбраны необходимые исполнительные механизмы.

В СУ использованы четыре исполнительные системы: обогрева, туманообразования, принудительной вентиляции, форточной вентиляции с контролем положения форточек.

В системе обогрева использованы инфракрасные обогреватели общей мощностью 4 кВт. Такой мощности будет достаточно для поддержания минимальной допустимой температуры в теплице при весенних (осенних) похолоданиях.

Система туманообразования выбрана, из предложенных на рынке, по геометрическим параметрам теплицы.

Принудительная вентиляция выполнена на основе, вытяжного электровентилятора достаточной производительности.

Форточки выполнены сверху теплицы и приводятся в действие линейными актюаторами один из которых имеет датчик положения. Актюаторы соединены параллельно, что гарантирует их синхронную работу.

6. Проведен анализ алгоритмов, используемых в системах управления теплицами, и с учетом математической модели, базирующейся на уравнении теплового баланса, разработан алгоритм управляющей программы.

7. Разработана программа управления.

Программа управления выполнена на языке функциональных блоковых диаграмм (FBD). Язык позволяет в наглядной форме и достаточно быстро писать программы для ПЛК, а среда программирования SMLogix поставляемая производителем контроллера, позволяет выполнить все необходимые действия для работы с контроллером.

8. Разработана инструкция по эксплуатации.

Список использованных иточников

1. Система для управления микроклиматом в теплицах FC-403-65. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.:, 2009.

2. Тигранян Р. Микроклимат в теплице. Советы профессионалов №6, 2004.

3. Логинов В. В. Повышение эффективности работы электрооборудования для систем поддержания микроклимата в защищенном грунте. / В. В. Логинов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Москва, 2016г.

4. Кошкин Д. Исследование динамических характеристик системы управления микроклиматом теплицы. Motrol, 2011.

5. Сайт сети Internet. Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/

6. Программируемые логические контроллеры серии SMODE. Паспорт и руководство по эксплуатации. - С-Пб.:, 2009.

7. Сайт сети Internet. Режим доступа: http://www.fips.ru/

8. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. - М.: Мир,1989. - 196 с., ил.

9. Коу Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. - М.: Машиностроение, 1986. - 447 с., ил.

Размещено на Allbest.ru