Автоматизированная система управления микроклиматом в крольчатнике

Жидченко Татьяна Викторовна; Жидченко Алексей Анатольевич; Строителев Артем Львович

Information about the authors

Voronin Sergey Michailovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the power engineering department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd).

Phone: 8(86359)42-4-00.

Taran Andrey Alexandrovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the department of theoretical basis of electrical techniques and agricultural electrical supply, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)35-6-55.

УДК 681.5

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МИКРОКЛИМАТОМ

В КРОЛЬЧАТНИКЕ

Рассмотрена система контроля температуры в крольчатнике с помощью ПИД-регулятора с универсальным входом ОВЕН ТРМ101.

Показано, что созданная АСУ микроклиматом в крольчатнике имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с устоявшейся системой содержания кроликов на ферме.

Ключевые слова: система управления, микроклимат, крольчатник, контроль температуры, регулятор.

Automated system of the microclimate control in the rabbit-hutch by means of the PID-regulator with OVEN TRM101 universal input is considered.

This created microclimate control system in the rabbit-hutch has some essential advantages in comparison with the available rabbit-keeping system at the farm.

Key words: control system, microclimate, rabit-hutch, temperature control, regulators.

Автоматизация - один из важнейших путей ускорения научно-технического прогресса, качественного преобразования производительных сил. Применение автоматизированных технических средств позволяет освободить работников не только от физического труда, но и от функций контроля над машинами, оборудованием, производственными процессами и операциями. Автоматизация способствует значительному повышению производительности труда, улучшению качества продукции и условий труда людей [5].

Целью исследования является реализация на основе применения современных аппаратных средств и SCADA-системы автоматизированной системы управления микроклиматом в крольчатнике.

Под микроклиматом понимают совокупность физических свойств и химического состава воздушной среды: температуры, влажности воздуха и скорости его движения, концентрации газов, содержания

микроорганизмов и освещенности. От величины указанных параметров микроклимата во многом зависят продуктивность, показатели воспроизводства кроликов и состояние их здоровья. Так как по сравнению с шедами крольчатники представляют собой более капитальные, почти не продуваемые ветром сооружения, то воздух в них довольно быстро насыщается влагой и вредными газами, которые неблагоприятно влияют на здоровье и продуктивность животных. В холодное же время года в крольчатниках благодаря отоплению можно поддерживать положительную температуру. Следовательно, здесь можно получать окролы в течение круглого года, чего почти невозможно сделать в условиях наружноклеточной и шедовой систем содержания кроликов. Учитывая это, при содержании кроликов в механизированных крольчатниках важно поддерживать в помещениях оптимальные параметры микроклимата.

АСУ микроклиматом является информационно-измерительной системой с функциями управления и архивирования. При ее разработке была поставлена задача

- обеспечить возможность полноценного контроля над функционированием и состоянием оборудования микроклимата, включая силовое и вспомогательное электротехническое оборудование.

Все снятые значения поступают на компьютер оператора. На контроллер поступает значение от датчика температуры в помещении. Контроллер контролирует значение температуры в помещении на заданном уровне и через блок управления симисторами подаёт сигналы на управляющие электроды симисторов, которые включены в силовую цепь ТЭНов. В зави-

симости от тока управления меняется напряжение, подаваемое на ТЭНы, а значит и их мощность. Текущее значение контролируемых величин поступает на компьютер оператора. Так же компьютер контролирует влажность и загазованность в помещении, отключая или подключая приточную и вытяжную вентиляцию. Если значения влажности или загазованности существенно превышают установленные значения, то система сообщает об аварийной ситуации.

Исходя из описания технологического процесса управления микроклиматом в крольчатнике, была разработана обобщенная модель технологического объекта управления (рис. 1) [1, 5].

Рис. 1. Обобщенная модель ТОУ: пжив - число животных; т 1жив - масса одного животного; і - время;

0нар - температура воздуха на улице; фнар - влажность воздуха на улице;

0 - температура воздуха в помещении; А1...А3 - содержание аммиака в воздухе в трёх контрольных точках; F1.Fi - влажность воздуха в трёх контрольных точках;

Ртена - мощность ТЕНа

В АСУТП промышленный компьютер (ПК) будет выполнять следующие действия [1, 2, 5]:

- ПК задаёт алгоритм автоматизации процесса, за исключением температурного режима;

- наглядное отображение на экране происходящего процесса в крольчатнике, т.е. отображение работы приточных вытяжных вентиляторов, работы водяного насоса, представление на экране данных о содержании аммиака в воздухе и влажности воздуха, положении заслонки, работе освещения;

- информирование оператора об аварийных ситуациях;

- создание отчёта об авариях;

- возможность управления уборкой помёта при помощи ПК не только в автоматическом режиме, но и ручном.

Для контроля температуры в крольчатнике используем ПИД-регулятор. При увеличении температуры сигнал от датчика поступает на регулятор, который выдает сигнал на изменение мощности ТЭНов. Прибор выполняет следующие функции:

- измерение температуры при помощи датчика;

- регулирование температуры ПИД;

- автонастройка ПИД-регулятора на объекте;

- ручное управление выходной мощностью ПИД-регулятора;

- определение аварийной ситуации при выходе температуры за заданные границы и при обрыве в контуре регулирования;

- обнаружение ошибок работы и определение причины неисправности;

- работа в сети, организованной по стандарту RS-485.

АСУ будет выполнять следующие функции:

- включение и выключение приточных и вытяжных вентиляторов, в том числе при режиме «АВАРИЯ» и при превышении какого-либо из контролируемых параметров;

- включение и выключение рабочего и дежурного освещения в заданное время суток;

- включение и выключение уборки помёта в заданное время суток, а также в ручном режиме;

- включение и выключение водяного насоса для заполнения ванн при недостаточной влажности;

- открытие и закрытие заслонки для спуска воды при избыточной влажности.

В соответствии с изложенными выше действиями был разработан алгоритм работы системы управления (рис. 2).

Для данной АСУ одним из центральных звеньев является компьютер, который будет безотказно работать на протяжении долгого времени. Следовательно, оптимальным вариантом будет выбор промышленного компьютера [3, 4].

Выберем для АСУ персональный компьютер, отвечающий следующим требованиям:

- безотказность работы на протяжении длительного времени;

- длительный гарантийный срок эксплуатации:

- пыле- и влагозащищенность:

Для иерархической АСУ ТП выбираем ПК средней мощности: ТРС-1260Т с 12,1" TFT дисплеем фирмы «ADVANTECH», предлагаемый фирмой «Прософт».

Компьютер для панелей управления ТРС-1260Т, выполненный на базе процессора Transmeta Crusoe 5400 и 12,1-дюймового TFT, дисплея с разрешением 800*600 точек, имеет низкое энергопотребление при тактовой частоте процессора 533 МГц и снабжен четырьмя последовательными портами ввода-вывода (три RS-232 и один RS-232/422/485) [3, 4].

Для сбора информации с датчиков используем модуль аналогового ввода ОВЕН МВА8, к нему будут подключаться 3 датчика загазованности (для контроля содержания аммиака), 3 датчика влажности и 1 датчик уровня. Модуль ввода аналоговый измерительный МВА8 предназначен для построения автоматических систем контроля и регулирования производственных технологических процессов в различных областях промышленности, сельском, коммунальном и других отраслях народного хозяйства.

Для подключения модуля аналогового ввода к ПК необходим преобразователь интерфейса RS-485 в RS-232, используем адаптер АС3 ОВЕН [3, 4]. Прибор предназначен для преобразования сигналов ведущего устройства с интерфейсом RS-232 (СОМ-порта компьютера) в сигналы, предназначенные для удаленных устройств (терморегуляторы, счетчики и др.) с ин-

терфейсом RS-485. АС3 используют для построения сетей, предназначенных для контроля и управления различными устройствами. Прибор позволяет подключать до 32 устройств, имеющих свой уникальный сетевой адрес. Протокол обмена данными в сети не влияет на работу прибора, направлением потока данных управляет сигнал RTS ведущего устройства.

Рис. 2. Схема алгоритма управления

Для выдачи двухпозиционных сигналов управления был принят модуль вывода управляющий ОВЕН МВУ8. К нему можно подключить до восьми электромагнитных реле на 220 В и 4 А. Этого достаточно для того, чтобы подключить к нему непосред-

ственно катушки пускателей, которые будут замыкать силовую цепь питания электродвигателей вентиляторов, освещения, водяного насоса и питания электромагнитной заслонки спуска воды с ванн.

Конфигурирование МВУ8 осуществляется на ПК через адаптер интерфейса ОВЕН АС3 с помощью бесплатной программы «Конфигуратор МВУ8», входящей в комплект поставки.

Для контроля температуры в крольчатнике примем ПИД-регулятор с универсальным входом ОВЕН ТРМ101 [3, 4]. Это позволит выбрать любой датчик измерения температуры, так как вход данного прибора универсальный. Приборы ТРМ101 в комплекте с первичным преобразователем предназначены для измерения физического параметра контролируемого объекта, отображения измеренного параметра на встроенном цифровом индикаторе, а также для формирования сигналов управления встроенными выходными устройствами, которые осуществляют регулирование измеряемого параметра.

Приборы ТРМ101 могут быть использованы в системах контроля и регулирования при выполнении технологических процессов в разных отраслях промышленности и сельском хозяйстве.

ПИД-регулятор выдает сигнал в аналоговой форме 4...20 мА. Так как необходимо управлять мощностью ТЭНов калорифера, то это можно сделать с помощью включения в каждую фазу ТЭНов сими-стора, а управление ими будет осуществляться через блок управления симистора-ми, который преобразует аналоговый сигнал с выхода ПИД-регулятора в сигнал, необходимый для управления симистора-ми. Примем для этих целей БУСТ фирмы ОВЕН. Прибор предназначен для управления мощностью в активной нагрузке, включенной «звездой», совместно с подключаемыми к прибору тиристорами или симисторами. Прибор применяется в качестве задатчика мощности нагревателя с ручным управлением, а также для автоматического поддержания температуры объекта совместно с терморегуляторами.

Реализация системы с выбранными техническими устройствами представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Функциональная схема АСУ микроклиматом в крольчатнике

44

Для наглядного отображения переменных технологического процесса и удобного управления системой создан графический интерфейс оператора, состоящий из совокупности экранных форм. Экранные формы позволяют оператору следить за ходом процесса и осуществлять управление его параметрами в процессе исполнения стратегии. Каждая экранная форма состоит из мнемосхемы (графического изображения технологической линии или ее технологической функциональной схемы) и типовых элементов управления и отображения.

В главном окне интерфейса оператора отображается информация о величине загазованности (содержании аммиака) и влажности в крольчатнике. Кроме этого информация отображается не только численно, но и графически. При снижении или повышении влажности относительно допустимого предела загорается индикатор состояния влажности (надпись «Ниже нормы!!!» и «Выше нормы!!!» желтого цвета соответственно). Индикатор также информирует оператора при аварийном повыше-

Ыкмнеии рабочее иі_»еіцгииг

нии содержания аммиака и влажности в крольчатнике (надпись «АВАРИЯ!!!» красного цвета и мерцание индикатора). Оператор может в реальном времени контролировать работу оборудования крольчатника. Для этого на схеме главного окна интерфейса предусмотрены сигнальные лампы. Они также дублируются индикаторами в правой части окна оператора. При запуске какого-либо устройства на схеме загорается сигнальная лампа и соответствующий ей индикатор.

У оператора есть возможность вручную управлять уборкой навоза (кнопка «Ручная уборка навоза») в любое удобное время, а также вручную изменять положение заслонки (кнопка «Заслонка») только при величине влажности выше по сравнению с допустимой (на индикаторе влажности надпись «Выше нормы!!!»).

Для удобства контроля в нижнем правом углу размещены поля текущего времени и текущего оператора АСУ. Оператор имеет возможность переходить из одной экранной формы в другую, нажав соответствующую кнопку (рис. 4).

Нар аяе«р Саапиае Значение

Снержімик ІММММКЯ Норма 0.0

Олйжншк Норма 660

1!иі««ИП* всиїимци* Пняичгна

ИрМІО'ІМЛА »еитммция Отели чен*

Насос 0 ткліа'»єн

Іасаоика Іакрмга

Грамсиофгср Оісеїечги

Иуммм уСорьл міми

.Іасаимка

Текущее »ре«*

„ I N0« 28 17:5919

Окно ноагаиров нм«*

ОиерВГРр

Иванов

Рис. 4. Форма отображения главного окна интерфейса оператора

Выводы:

Созданная АСУ микроклиматом в крольчатнике имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с устоявшейся системой содержания кроликов на ферме. Она позволяет:

- повысить производительность труда;

- улучшить качество продукции за счет более точного регулирования параметров микроклимата;

- повысить продуктивность животных;

- получать окролы круглый год;

- существенно улучшить условия труда для персонала фермы.

Литература

1. Лебедев, К.Н. Автоматизированные системы управления технологическими процессами: учебное пособие / К.Н. Лебедев. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2008. - 117 с.

2. Лебедев, К.Н. Лабораторный практикум по дисциплине "Автоматизированные системы управления технологически-

ми процессами" / К.Н. Лебедев. - Зерно-град: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2009. - 87 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Каталог продукции фирмы ОВЕН.

- Москва: ОВЕН, 2005. -184 с.

4. Краткий каталог продукции. 7.0 -Москва: Прософт, 2001. - 256 с.

5. Морозевич, А.Н. Применение управляющих вычислительных машин: учебное пособие / А.Н. Морозевич. -Минск: Высшая школа, 1988. - 74 с.

Сведения об авторах Жидченко Татьяна Викторовна - канд. техн. наук, доцент кафедры информационных технологий и управляющих систем Азово-Черноморской государственной агроинже-нерной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)43-3-38. E-mail: [email protected].

Жидченко Алексей Анатольевич - подполковник, старший преподаватель филиала Нижегородского военного института инженерных войск (г. Нижний Новгород).

Строителев Артем Львович - инженер.

Information about the authors

Zhidchenko Tatiana Victorovna - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the technology information and control systems department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-3-38. E-mail: [email protected].

Zhidchenko Alexei Anatolievich - Lieutenant-colonel, assistant professor of the Branch of the Military Institute of the Engineers Forces (Nizhniy Novgorod).

Stroitelev Artem Lvovich - engineer.

УДК 631.37.001.42

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДОСТАВКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕЛКОПАРТИОННЫХ ГРУЗОВ В УСЛОВИЯХ КУРОРТНОГО ГОРОДА

Изложены методы организации процесса доставки разнородных мелкопартионных грузов в условиях курортного города (в данном случае г. Геленджик Краснодарского края). Задача усложняется тем, что поставщики и потребители не могут быть взаимозаменяемы. Многие предприятия осуществляют решение данных задач лишь частично либо только на основе предыдущего опыта работы, что не всегда эффективно, так как точки маршрутной сети и номенклатура грузов часто меняются. В статье предлагаются алгоритмы, разработанные на основе методов линейного программирования, которые реализованы в Excel.

Ключевые слова: грузы, моделирование, оптимизация, комплектация, маршрут, курортный город, эффект.

Automated system of the microclimate control in the rabbit-hutch

Текст научной работы на тему «Автоматизированная система управления микроклиматом в крольчатнике»