CC BY
16
УДК 621.3.064.3
В. И. Чарыков, А. Н. Шабуров
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ НА БАЗЕ ПРОГРАММИРУЕМОГО РЕЛЕ ПР-7
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА»
V. I. Charykov, A. N. Shaburov AUTOMATION OF TECHNOLOGICAL PROCESSES IN ANIMAL HUSBANDRY ON THE BASIS OF PROGRAMMABLE PR-7 RELAY
FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»
Аннотация. Изложены результаты разработки программируемого реле с использованием микроконтроллера Atmega-328 и возможностью дистанционного управления через оператора сотовой связи стандарта GSM 900/1800 МГц. Реле (условное название ПР-7) позволяет подключать нагрузку напрямую, через выходные релейные элементы. Выходные элементы позволяют коммутировать нагрузку 220 В, 10 А переменного тока. Реле имеет дискретные (6 шт.) и аналоговые входы (2 шт.) для подключения различных видов датчиков.
Ключевые слова: программируемое реле; микроконтроллер; блок логики; автоматизация; технологический процесс; животноводство.
Виктор Иванович Чарыков
Victor Ivanovich Charykov доктор технических наук, профессор
viktor52-chimesh@ya.ru
Введение. Автоматизация технологических процессов в животноводстве - это использование автоматических устройств и систем с целью частичного или полного освобождения человека от работы. Такие технологические процессы включают в себя управление и контроль при обработке, получении, передаче и использовании информации. Автоматизация сельскохозяйственного производства позволяет повысить производительность труда, а также способствуют увеличению производства продукции сельского хозяйства, повышению ее качества. Животноводческие комплексы оснащаются автоматизированными линиями первичной обработки молока и доения коров, а также линиями приготовления и раздачи кормов. В помещениях для животных автоматика осуществляет контроль над микроклиматом. Системы вентиляции, водоснабжения и отопления помещений также могут полностью контролироваться автоматикой [1; 2].
Целью работы является разработка программируемого реле для управления различными процессами в животноводстве.
Summary. The results of development of programmable relay with microcontroller Atmega-328 and the possibility of remote control via the GSM 900/1800 MHz standard cellular operator. Relay (code name PR-7) can be connected directly to the load through the output relay elements. Output switch elements allow the load 220V, 10A AC. Relays have discrete (6 pieces) and analog inputs (2 pieces), for connecting different types of sensors.
Keywords: programmable relay; microcontroller; logic block; automation; technological process; animal husbandry.
Александр Николаевич Шабуров
Alexander Nikolaevich Shaburov alex38779@gmail.ru
Задачи исследования:
1 Анализ применения автоматизированных систем в животноводстве.
2 Определение основных компонентов, входящих в схему программируемого реле.
3 Разработка и настройка программируемого реле.
Материалы и методы. Схемотехника реле. Реле
ПР-7 имеет семисегментный дисплей, на котором организован пользовательский интерфейс для работы с программируемым реле. Имеются 6 кнопок управления для работы с меню и ПР-7 [3].
Описание кнопок управления.
1 Старт-Меню, данная кнопка переводит ПР-7 в режим работы либо в режим настройки (осуществляется доступ к настройке ПР-7).
2 ТТ, данная кнопка подтверждает введенные настройки.
3 Вперед, переход на один уровень по меню выше, увеличение параметров.
Вестник Курганской ГСХА № 1, 2017 Теаш^ские науки 79
4 Назад, переход на один уровень меню ниже, уменьшение параметров.
5 Выход, на один уровень меню назад.
6 Зарезервированная кнопка, не используется.
Описание схемы. Для более понятного понимания устройства ПР-7 схема разбита на отдельные части (рисунок 1) [4; 5].
Модуль обработки аналоговых датчиков
Кнопки управления
Модуль обработки
дискретных
датчиков
Интерфейс для связи с ПК
О
Интерфейс для связи с перефирийными устройствами
Микропроцессор А1:теза8
Блок управления индикацией
Блок управления реле
Рисунок 1 - Блок-схема программируемого реле ПР-7
Основная часть, блок микроконтроллера, состоит из микроконтроллера Л1теда-328 (Л1теда8), стабилизатора питания на 5 вольт, кнопок управления, разъемов для связи с компьютером, различными устройствами, светодиодов для индикации работы реле, семисег-ментного индикатора.
Блок логики состоит из 4 микросхем сдвиговых регистров - 74НС595, и одной микросхемы драйвера - ЫЬ Ы2003Л. Драйвер позволяет подключать нагрузку до 30 В, 500 мА постоянного тока. ^Ы2003Л был установлен взамен транзисторной схемы управления выходными элементами. Без применения ^Ы2003Л было установлено 7 транзисторов и 7 резисторов, что позволило сократить количество элементов и упростить разводку схемы.
Релейный блок. Состоит из выходных элементов -реле, на реле установлены диоды параллельно обмотке для защиты от обратного тока во время отпускания
реле. На стороне нагрузки установлены керамические конденсаторы для уменьшения подгорания контактов.
Данное реле ПР-7 позволяет подключать нагрузку напрямую, через выходные релейные элементы. На данный момент выходные элементы позволяют коммутировать нагрузку 220 В, 10 А переменного тока. Также имеются дискретные (6 штук) и аналоговые входы (2 штуки), для подключения различных видов датчиков. Дискретные входы служат для подключения датчиков типа - кнопка управления (кнопочная станция), концевые выключатели, различные электромеханические приборы (манометры, термометры, реле давления). Аналоговые входы служат для подключения электронных датчиков с выходом 0-5 вольт.
Результаты исследований. Рассмотрим пример подключения ПР-7 для автоматизации систем телятника (рисунок 2). Основные процессы, требующие автоматизации:
Рисунок 2 - Монтажная схема подключения ПР-7
- поддержание температуры воды на определенном уровне (установлен датчик температуры), бак с водой должен быть полным (в баке стоит поплавок, замыкающий контакты на определенном уровне);
- поддержание определенной температуры помещения;
- автоматическое включение и выключение освещения.
Схема подключения. К дискретным выходам подключаем датчик уровня воды в баке.
На выходные каналы реле подключаем нагревательный элемент для подогрева воды в баке, управление запуском насоса подкачки воды, системы отопления и магнитный пускатель включения реле.
В меню ПР-7 производится настройка датчиков и выходных каналов. Соответствующие датчики привязываются к соответствующим каналам ПР-7. Канал
освещения настраивается по времени (в настройках устанавливаем время включения и отключения канала освещения). После настройки переводим реле в режим работы.
К аналоговым выходам подключают датчики температуры воды и температуры помещения. К дискретным выходам подключается датчик уровня воды в баке [6].
В реле возможна установка интегрированного gsmgprs модуля серии sim, например sim900, позволяющего устройству работать с любым оператором сотовой связи стандарта GSM 900/1800 МГц. Для дистанционного управления реле необходимо установить в него активированную SIM-карту с отключенным PIN-кодом, после чего станет возможна передача и прием SMS-сообщений.
Разработка печатной платы реле. Разработанная печатная плата и ее внешний вид представлены на рисунке 3 [7].
Рисунок 3 - Программируемое реле ПР-7
Вывод. Применение устройств для автоматизации процессов в животноводстве позволяет улучшить условия труда в агропромышленном комплексе, таких как автоматизация нагрева воды для технологических нужд,
освещение в телятнике при помощи реле ПР-7, и дает возможность управления процессами через операторов сотовой связи.
Список литературы
1 Фоминых А. В., Фомина С. В., Мялин М. И. Технологическая линия приготовления сухой окары для приготовления комбикормов // Вестник Курганской ГСХА. - 2016. - № 3 (19). - С. 78-80.
2 Фоминых А. В., Овчинников Д. Н. Линия производства гуминосодержащего препарата // Главный зоотехник. - 2016. - № 12. - С. 39-43.
3 Шустов М. А. Практическая схемотехника. Цифровые устройства. - М. : Альтекс - А, 2002. - 184 с.
4 Микушин А. В., Сажнев А. М., Сединин В. И. Цифровые устройства и микропроцессоры. - СПб. : БХВ-Петербург, 2010. - 325 с.
5 Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. - СПб. : БХВ-Санкт-Петербург, 2001. - 216 с.
6 Газиев А. Х., Чарыков В. И. Моделирование и анализ электрических схем в Electronics Workbench. // Материалы учебно-методической конференции «Современные информационные технологии в высшем профессиональном образовании». - Курган : КГСХА, 2009. - С. 17-19.
7 Медведев А. М. Технология производства печатных плат. - М. : Техносфера, 2006. - 148 с.
