Дипломная работа на тему "Распределенная автоматизированная система управления"

ГлавнаяКоммуникации и связь → Распределенная автоматизированная система управления




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Распределенная автоматизированная система управления":


Содержание

Содержание

Введение

1. Общая и иерархическая структуры тепличного комбинатов.

2. Смесительное устройство

2.1. Математическая модель смесительного устройства

2.2. Синтез замкнутой системы управления смесительным устройством

2.2.1. Настройка и моделирование отдельных контуров системы

2.2.1 Исследование взаимного влияния контуров

2.3. Учет влияния возмущений

2.4. Разработка функциональной схемы

2.5. Выбор исполнител ьных устройств

2.6. Выбор датчиков

2.7. Выбор микроконтроллера

2.8. Разработка принципиальной схемы.

3. Сопряжение верхнего и нижнего уровней АСУ тепличного комбината

3.1. Выбор сети

3.2. Выбор типа линии связи

3.3. Идентификация устройств в сети MicroLAN

3.4. Выбор топологии сети

Заказать дипломную - rosdiplomnaya.com

Актуальный банк готовых защищённых на хорошо и отлично дипломных работ предлагает вам приобрести любые работы по требуемой вам теме. Профессиональное написание дипломных проектов под заказ в Ижевске и в других городах России.

3.5. Принципы работы однопроводной сети MicroLAN

3.6. Программное обеспечение сети MicroLAN

3.7. Выбор ведущего адаптера 1-Wire линии

3.8. Выбор ведомых устройств

3.9. Выбор приборов для ветвления сети

4. Визуализация и архивирование технологического процесса

4.1. Выбор SCADA системы

4.2. SCADA система TRACE MODE

4.2.1 Общая структура и возможности TRACE MODE

4.2.2. Исполнительные модули TRACE MODE

4.2.3. TRACE MODE 6: синтез новых технологий

4.3. Графическое отображение состояния производственных процессов.

4.3.1. Назначение программы

4.3.2. Требования к аппаратным и программным ресурсам

4.3.3. Схема работы и возможности программы графического отображения состояния производственных процессов.

4.3.4. Запуск и работа программы графического отображения

4.3.5. Графический интерфейс оператора

4.3.6. Система архивов TRACE MODE

5. Сервер производственного контроля

5.1. Назначение сервера

5.2. Анализ информационных потребностей фирмы

5.3. Выбор сетевой ОС

5.4. Выбор сетевых протоколов

5.4.1. Протокол 1-Wire

5.4.2. Стек протоколов TCP/IP

5.4.3. Протокол РРР

5.5. Web-сервер

5.6. Информационная безопасность

К сожалению, описание всех применяемых методик и средств защиты информации выходит далеко за рамки дипломной работы.

5.7. Резервное копирование

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1. Анализ основных потенциально опасных факторов

6.2. Оценка факторов, влияющих на окружающую среду и оператора при работе с компьютером

6.3. Оценка интерфейса разрабатываемой программы и среды разработки

6.4. Пожарная безопасность

6.5. Экологичность работы

7. Технико-экономическое обоснование проекта

7.1. Выбор и обоснование аналога

7.2. Расчет интегрального показателя качества

7.3. Функционально-стоимостной анализ

7.4. Расчет затрат на конструкторскую и технологическую подготовку производства

7.5 Определение показателей экономической эффективности для потребителя

7.6. Расчет себестоимости и определение показателей экономической эффективности для производителя.

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Выращивание сельскохозяйственной продукции в тепличных условиях представляет собой достаточно сложную технологическую проблему. На величину будущего урожая влияет много факторов, и не последнюю роль при этом играет точность поддержания температурного режима в зависимости от внешних погодных условий, вида выращиваемой культуры и степени её зрелости. Температурный режим, в свою очередь, зависит от температуры и давления теплоносителей, исправности исполнительных механизмов и трубопроводов, ценности материала теплиц, квалификации и дисциплины обслуживающего персонала.

Внедрение автоматизированной системы управления тепличным хозяйством имеет следующие основные преимущества:

1.  Точность поддержания климата увеличивает объем и повышает качество продукции, сокращает непроизводительные расходы ресурсов (газ, электроэнергия, вода и т. п.).

2.  Возможна круглосуточная работа системы в автоматическом режиме, что значительно уменьшает затраты на обслуживающий персонал.

3.  Звуковое и визуальное (графическое) оповещение о нештатных ситуациях (выход значений контролируемых параметров за технологические границы, выход из строя оборудования и т. п.) сводит к минимуму потери от аварий и нарушений технологического режима.

Целью дипломного проекта является создание верхнего уровня АСУ тепличного комбината, рассмотреть проблемы визуализации и архивирования технологического процесса, сопряжения нижнего и верхнего уровней АСУ тепличного комбината. Также необходимо алгоритмическую и техническую структуры САУ смесительного устройства.

1. Общая и иерархическая структуры тепличного комбината.

В состав тепличного комбината входят две теплицы и два подсобных помещения. В одном из этих помещений размещается смесительное устройство, а в другом - автоматизированное рабочее место оператора.

В теплицах могут выращиваться такие культуры, как клубника, огурцы (короткоплодный и длинноплодный), томаты, баклажаны. В зависимости от вида выращиваемой культуры система поддержания (контроля) микроклимата считывает задания из базы данных vegetables, расположенной на сервере производственного контроля. По желанию заказчика в базу данных могут быть добавлены и другие культуры.

Система контроля и стабилизации микроклимата представляет собой нижний уровень автоматизированной системы управления тепличным комбинатом. Данная система обеспечивает поддержание требуемых значений контролируемых параметров микроклимата, таких как температура и влажность воздуха, влажность почвы.

Для поддержания требуемой влажность воздуха и почвы в теплицах комбината, необходимо периодически распылять воду. Чтобы уменьшить влияние распыляемой воды на температуру воздуха и почвы в теплице, необходимо, чтобы её температура была равна температуре воздуха в теплице. Для получения воды необходимой температуры используется смесительное устройство, представляющее собой емкость объемом Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Все необходимые технологические режимы работы теплицы задаются оператором непосредственно с автоматизированного рабочего места (АРМ) и оперативно контролируются в зависимости от протекающих производственных процессов.

В качестве верхнего уровня автоматизированной системы будет использоваться, информационный комплекс, который реализует следующие основные функции:

1.  Регистрация и отображение значений контролируемых параметров (температура и влажность воздуха и почвы, положения регулирующих клапанов, форточек, освещенность и т. д.) в виде мнемосхем, на которых размещены: планы объектов, изображения приборов и установок, шкалы, положения регулирующих клапанов, движущиеся агрегаты и т. п.

2.  При возникновении нештатных ситуаций может производиться фокусировка на любом объекте, звуковое оповещение, всевозможные графические эффекты (например, появление предупреждающих объектов).

3.  Запись всех параметров в базу данных реального времени. По запросу оператора из базы может быть считана информация за произвольный период с необходимой детализацией и обработкой (суммирование, усреднение и т. п.). Результаты выводятся в виде графиков и таблиц, что даёт возможность сравнить несколько параметров одновременно. Запрос информации о произошедших событиях позволяет отслеживать нарушения технологического процесса как для отдельного параметра, так и для группы параметров и выявления причины их возникновения.

4.  Ручное (оператором с компьютера) или автоматическое регулирование температуры и влажности, управление прочими устройствами (освещение, регулирующие клапаны и т. д.).

Предлагаемая структура системы мониторинга, диспетчеризации и автоматизации тепличного хозяйства построена по принципу максимального приближения локальных управляющих устройств к объекту управления и называется распределённой системой. Распределённая система позволяет значительно снизить затраты на монтажные работы, кабельную продукцию и время производства работ.

Персональный компьютер АРМ оператора и микроконтроллеры через блоки согласования объединены в общую сеть и работают под управлением сети MicroLAN. Блок согласования подключается к последовательному порту компьютера и выполняет функции преобразователя интерфейсов 1-Wire в RS-232 и наоборот. По интерфейсу 1-Wire происходит опрос входных параметров сетевых контроллеров для диспетчеризации и управления.

2. Смесительное устройство

Для поддержания требуемой влажности воздуха и почвы в теплицах комбината, необходима вода для полива. Чтобы уменьшить влияние распыляемой воды на температуру воздуха и почвы в теплице, необходимо, как уже отмечалось, распылять воду, с температурой которой равной температуре воздуха в теплице. Для получения воды необходимой температуры используется смесительное устройство.

2.1. Математическая модель смесительного устройства

Смесительное устройство представляет собой емкость объемом Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.1. Смесительное устройство.

Бак наполняется с помощью двух потоков горячей и холодной воды, имеющих переменные мгновенные расходы Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. Температуры входных потоков равны соответсвенно Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. Выходной поток имеет массовую скорость истечения Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. Содержимое бака перемешивается так, что температура выходного потока должна составлять Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Уравнения баланса масс для бака имеют следующий вид [3]:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Мгновенный расход выходного потока зависит от высоты Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. следующим образом:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - экспериментальная константа. Так как бак имеет постоянную площадь поперечного сечения Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., то можно записать:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

тогда уравнения баланса масс примут следующий вид:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рассмотрим случай установившегося состояния, когда все величины являются постоянными: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - расходы, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - объем и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - температура воды в баке. Тогда выражения (2.4), (2.5) и (2.6) можно записать в следующем виде:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Предположим, что возникли небольшие отклонения от установившегося состояния:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - входные переменные (управляющие воздействия), а Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - переменные состояния. Полагая, что указанные параметры являются малыми, линеаризируя (2.5) и (2.6), получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Подставляя (2.7) в уравнения (2.8) и (2.9), получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Введем параметр время заполнения бака, равный:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Запишем систему в переменных состояния:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Если определить выходные переменные в виде:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

то можно записать уравнение выходной переменной:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Матрицы А, В и С будут иметь следующий вид:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Так как расходы потоков равны: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., а температуры - Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., то

согласно формуле (2.10) Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Подставляя численные значения параметров в (2.12), получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Представим объект управления в виде структурной схемы:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.2. Структурная схема объекта управления.

Как видно из рис. 2.2 смесительное устройство является многосвязным объектом.

2.2. Синтез замкнутой системы управления смесительным устройством

Регулирование смесительным устройством, производится следующим образом. Расход выходного потока регулируется расходом потока 2 холодной воды. Если выходная температура отличается от желаемого значения, регулируется расход потока 1 горячей воды.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.3. Схема замкнутой системы управления смесительным устройством.

На рис. 2.3 показана блок-схема системы управления. Так как поток 1 имеет более высокую температуру, то температура воды в баке более чувствительна к регулированию потока 1. В результате расходом потока холодной воды более удобно регулировать выходной расход. Однако, поскольку расход потока горячей воды также воздействует на выходной поток, а расход холодной воды - на его температуру, то необходимо учитывать взаимное влияние контуров.

С учетом изложенного выше структурная схема объекта управления имеет следующий вид:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.4. Преобразованная структурная схема объекта управления.

Как видно из рис. 2.4 передаточные функции объекта управления представлены следующими выражениями:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

2.2.1. Настройка и моделирование отдельных контуров системы

В ряде практических случаев реальные контуры системы управления электропривода (СУ ЭП) могут быть сведены к простейшим контурам второго или третьего порядка. В этом случае применим метод настройки на оптимум по модулю. Смысл термина “настройка на оптимум по модулю” состоит в том, что стремятся в широкой полосе частот сделать модуль АЧХ замкнутой системы близким к единице [4].

Вначале рассмотрим контура замкнутой системы без учета взаимного влияния. Структурные схемы контуров представлены на рис. 3.5, 3.6.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.5. Структурная схема контура стабилизации температуры выходного потока.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.6. Структурная схема контура стабилизации расхода выходного потока.

Так как объект управления по каждому из контуров представляет собой инерционное звено первого порядка, то в этом случае необходимо и достаточно использовать ПИ-регулятор с передаточной функцией:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Произведем расчет передаточных функция и коэффициентов усиления всех блоков, входящих в состав замкнутой системы.

Так как максимальное напряжение на входе АЦП Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., то коэффициент передачи усилителя напряжения (УН) составит:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Передаточная функция сервопривода имеет вид:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. определяется как:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.- коэффициент усиления датчика положения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Подставляя (2.16) в (2.15), получим

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

постоянную времени сервопривода найдём следующим образом:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.- номинальное время полного хода выходного вала, с, следовательно

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Подставляя (2.17) и (2.18) в (2.14) получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Коэффициент передачи регулирующего органа равен:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

Так как расход выходного потока равен:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

то коэффициент пересчёта равен:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Согласно формулам (2.13) и (2.19) и с учетом того, что Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Моделирование производилось в среде SIMULINK 4 пакета прикладных программ MATLAB версии 6.1.0.450 Release 12. К моделированию была представлена схема, изображенная на рис. 3.8.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.7. Схема для исследования работы контуров без учета взаимного влияния.

Результаты моделирования отдельных контуров представлены на рис. 2.8, 2.9.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.8. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры без учета взаимного влияния контуров.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.9. Переходной процесс в контуре стабилизации расхода выходного потока без учета взаимного влияния контуров.

2.2.1 Исследование взаимного влияния контуров

Так как контура исследуемой системы находятся во взаимном влиянии, то при учете этого обстоятельства структурная схема принимает следующий вид:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.10. Схема для исследования взаимного влияния контуров.

В этом случае результаты моделирования имеют вид, представленный на рис. 2.12, 2.13.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.11. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с учетом взаимного влияния контуров.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.12. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с учетом взаимного влияния контуров.

По переходным характеристикам системы представленной на рис. 2.11 можно сделать вывод о том, что учет взаимного влияния контуров приводит к резкому увеличению перерегулирования в контуре стабилизации температуры выходного потока.

Для компенсации взаимного влияния контуров используется корректирующие перекрёстные связи Wрк1 и Wрк2 между каналами регулирования, которые компенсируют перекрёстные связи объекта управления рис. 2.4 [5].

Для определения передаточных функций компенсационных регуляторов Wрк1 и Wрк2 , воспользуемся формулой Мейсона. Запишем передаточную функцию замкнутой системы для канала 1-2 , из точки Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в точку Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.[1].

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – передаточная функция i-го прямого пути из точки Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в точку Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

k – число прямых путей из точки Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в точку Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – передаточная функция j-го замкнутого контура;

m – число замкнутых контуров.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.13. Структурная схема управления смесительным устройством.

Рассматриваемая система имеет два прямых пути из точки Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в точку Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

и пять замкнутых контуров:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Подставляя (2.24)-(2.30) в (2.23) и решая полученное уравнение относительно Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Так как Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., то из (2.31) имеем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Аналогичным образом находится передаточная функция Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.14. Схема для исследования компенсации взаимного влияния контуров.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.15. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с компенсацией взаимного влияния контуров.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.16. Переходной процесс в контуре стабилизации расхода выходного потока с компенсацией взаимного влияния контуров.

2.3. Учет влияния возмущений

На вход системы управления смесительным баком действуют возмущения в силу того, что расходы и температуры потоков Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. не постоянны. Обычно возмущения не превышают 10% полезного сигнала. В связи с этим обстоятельством добавим на вход системы возмущающее воздействие [5].

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.17. Схема для исследования влияния возмущений на работу системы.

При моделирование схемы, представленной на рис. 2.17, получили следующие переходные характеристики.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.18. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с учетом возмущений.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.19. Переходной процесс в контуре стабилизации расхода выходного потока с учетом возмущений.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.20. Ошибка в установившемся режиме в контуре стабилизации температуры выходного потока с учетом возмущений.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.22. Ошибка в установившемся режиме в контуре стабилизации расхода выходного потока с учетом возмущений.

Как видно из результатов моделирования (рис. 2.18 – 2.22), замкнутая система, оснащенная компенсационными регуляторами, в установившемся режиме обеспечивает точность, удовлетворяющую техническому заданию.

Так как замкнутая система сама по себе хорошо сглаживает входные помехи, то в данном случае нет необходимости в синтезе наблюдателя Калмана-Бьюси.

Структурная и функциональная схемы САУ смесительного устройства представлены в приложении (ЦТРК 2101.980901.0000 Э01, ЦТРК 2101.980901.0000 Э01)

2.4. Разработка функциональной схемы

Сигналы от датчиков температуры и расхода выходного потока смесительного устройства 1а, 2а, установленных на выходной трубе смесительного устройства, поступают на преобразователи 1б и 2б, соответственно. Затем сигналы попадаются на устройства управления 1в и 2в, которые через магнитные пускатели 1г и 2г и двигатели 1д и 2д воздействует на регулирующие органы, изменяющие расходы, поступающих в смеситель потоков горячей и холодной воды.

2.5. Выбор исполнител ьных устройств

Исполнительные устройства (ИУ) состоят из двух функциональных блоков: регулирующего органа (РО), непосредственно действующего на процесс изменением количества подаваемого вещества или энергии, и исполнительного механизма (ИМ), предназначенного для управления регулирующим органом в соответствии с командной информацией, получаемой от управляющего устройства. Выходным параметром ИУ является расход вещества или энергии. Для регулирующих органов, которые управляют расходом вещества, используются однооборотные или многооборотные исполнительные механизмы. Момент, развиваемый ИМ должен быть больше реактивного момента, обусловленного стремлением потока закрыть заслонку. Превосходство момента исполнительного механизма над реактивным моментом объясняется необходимостью учёта трения в сальниках и подшипниках скольжение регулирующего органа.

Таким образом:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - коэффициент, зависящий от угла поворота заслонки,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - максимальный угол, обеспечивающий максимальный расход вещества,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.- перепад давления на диске заслонки.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - диаметр заслонки.

Подставив численные значения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

найдём момент, развиваемый ИМ:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

В качестве исполнительного механизма будем использовать однооборотные двигатели МЭО, предназначенные для приведения в действие и перемещения различных регулирующих органов: задвижек, заслонок, затворов, клапанов, кранов и др.

Отличительными характеристиками таких двигателей являются:

- большой пусковой момент на выходном валу Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., что обеспечивает высокие динамические характеристики механизма;

- малый выбег выходного вала механизма, за счёт самотормозящейся передачи;

- малый люфт выходного вала, что обеспечивает высокую точность регулирования во времени;

- возможность кратковременной работы двигателя в стопорном режиме за счёт специальной конструкции двигателя, что позволяет повысить живучесть объекта управления в аварийных ситуациях;

- наличие в составе механизма датчика положения выходного вала (токовый, индуктивный или реостатный), концевых и путевых микропереключателей с серебряными контактами, что позволяет формировать дискретную информацию о крайних и промежуточных положениях рабочего органа арматуры и аналоговую (цифровую) информацию о динамики его перемещения;

- наличие в составе механизма механических ограничителей полного хода выходного органа позволяет предохранить арматуру от механических повреждений при отказе концевых микропереключателей.

Структура ИМ состоит из усилителя мощности, электрического двигателя, редуктора, датчика положения.

По результатам расчётов был выбран следующий тип двигателя:

Для стабилизации влажности воздуха Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Этот двигатель обладает следующими техническими характеристиками:

1.  Номинальный крутящий момент на выходном валу: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

2.  Полный ход выходного вала: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

3.  Номинальное время полного хода выходного вала: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

4.  Напряжение питания: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. или Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

5.  Потребляемая мощность: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

6.  Габаритные размеры: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

7.  Масса: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Работа такого исполнительного механизма осуществляется в “старт-стопном” режиме. При этом в МК вычисляется направление и требуемый угол поворота заслонки и включается двигатель, который начинает поворачивать регулирующий орган. Одновременно с этим, происходит измерение текущего положения заслонки и сравнение его с заданным. Как только угол поворота достигнет требуемого значения, двигатель будет остановлен.

2.6. Выбор датчиков

Датчики предназначены для измерения параметров, подлежащих контролю или управлению. В системе управления смесительным устройством используются датчики расхода воды и температуры.

В качестве датчика температуры используется ТСМ-012, предназначенный для измерения температуры жидких и газообразных сред.

Основные технические характеристики:

1.  Диапазон измерения:Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

2.  Сопротивление:Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

3.  Основная погрешность: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

4.  Класс допуска: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

5.  Показатель термической активности: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

6.  Давление рабочей среды: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

7.  Номинальная статическая характеристика: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

8.  Выходной сигнал:

В качестве датчика расхода воды используется вихреакустический преобразователь объемного расхода с ультразвуковым детектированием вихрей Метран-ЗООПР. Предназначен для технологического и коммерческого учета расхода и объема воды и водных растворов в составе теплосчетчиков или счетчиков-расходомеров, а также в составе систем АСУТП и АСКУЭ.

Основные технические характеристики:

1.  Измеряемые среды: вода (питьевая, теплофикационная, техническая, речная и т. п.) и водные растворы, кроме абразивных, с вязкостью до 2-10 6 м2/с (2 сСт).

2.  Диапазон температур измеряемой среды: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

3.  Избыточное давление измеряемой среды в трубопроводе: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

4.  Диаметр условного прохода Dy трубопровода: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

5.  Пределы измерений: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

6.  Динамический диапазон: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

7.  Предел относительной погрешности измерений объема: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

8.  Выходной сигнал:Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

2.7. Выбор микроконтроллера

Центральным узлом блока нижнего уровня является микроконтроллер, который управляет всеми функциональными частями блока, а также выполняющий функции предварительной обработки сигнала. Выбор его должен осуществляться исходя из требований к точности представления и обработки сигнала, а также требований к наличию в его составе некоторых дополнительных возможностей, необходимых для реализации блока нижнего уровня СУУ.

Компания ATMEL — один из мировых лидеров в производстве широкого спектра микросхем энергонезависимой памяти, FLASH-микроконтроллеров и микросхем программируемой логики, взяла старт по разработке RISC-микроконтроллеров в середине 90-х годов, используя все свои технические решения, накопленные к этому времени [8].

AVR-архитектура, объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения, каждый из которых может работать как регистр - аккумулятор, и развитую систему команд фиксированной 16-бит длины. Большинство команд выполняются за один машинный такт с одновременным исполнением текущей и выборкой следующей команды. 32 регистра общего назначения образуют регистровый файл быстрого доступа, где каждый регистр напрямую связан с АЛУ. За один такт из регистрового файла выбираются два операнда, выполняется операция, и результат возвращается в регистровый файл. Все микроконтроллеры AVR имеют встроенную память программ с возможностью внутрисхемного программирования через последовательный интерфейс.

Для целей управления микроконтроллеры AVR делает привлекательным их хорошо-развитая периферия, которая включает в себя: таймеры-счётчики, широтно-импульсные модуляторы, поддержку внешних прерываний, аналоговые компараторы, встроенный АЦП, параллельные порты ввода и вывода, интерфейсы, сторожевой таймер и устройство сброса по включению питания. Компания ATMEL предлагает бесплатную программную среду AVR-studio для отладки программ в режиме симуляции на программном отладчике, а также для работы непосредственно с внутрисхемным эмулятором.

Все эти качества превращают AVR-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения современных, высокопроизводительных и экономичных контроллеров различного назначения.

В рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три подсемейства:

- Classic AVR — основная линия микроконтроллеров с производительностью отдельных модификаций до 16 MIPS;

- mega AVR для сложных приложений, требующих большого объема памяти;

- tiny AVR — низкостоимостные микроконтроллеры в 8-выводном исполнении.

Для выбора конкретного микроконтроллера из всего модельного ряда AVR проанализируем техническое задание и структурную схему. Микроконтроллер должен содержать: аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) для возможности получения задания через потенциометр; USART (универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик) для связи контроллера с автоматизированным рабочим местом (ЭВМ); таймер с режимом широтно-импульсной модуляции.

Встроенные АЦП появились только в микроконтроллерах AT90S8534 и AT90S8535, семейства classic AVR, следовательно, младшие микроконтроллеры не пригодны для использования в данном проекте. Однако существующий у этих микроконтроллеров режим ШИМ имеет один существенный недостаток: частота ШИМ может принимать только несколько фиксированных значений в зависимости от предделителя. Так же необходимо отметить, что это последние микроконтроллеры данного семейства и компания ATMEL их больше не производит.

Все вышесказанное заставляет нас обратиться к семейству mega AVR, где самым подходящим (т. е. обладающий всеми перечисленными свойствами) является микроконтроллер ATmega 16.

Перечислим его основные свойства:

- память программ 16 Кб (10000 циклов перезаписи);

- память данных 512 б;

- 32 8-разрядных регистров общего назначения;

- 2 востренных перемножителя;

- 2 8-разрядных таймера с раздельными предделителями;

- 1 16-разрядный таймер с раздельным предделителям и режимом захвата;

- программируемый сторожевой таймер;

- 4 канала ШИМ;

- 8-канальный встроенный АЦП;

- 4 порта ввода-вывода

- USART (универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик);

- SPI (последовательный периферийный интерфейс).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис 2.23. Разводка контактов для ATmega 16 в корпусе PDIP

Внешние выводы микроконтроллера:

- VCC и GND (общий) – клеммы подключения источника питания цифровых элементов;

- AVCC, AGND (общий провод для аналоговых входов АЦП), AREF – питание и опорное напряжение АЦП и его мультиплексора;

- RESET – сигнал внешнего сброса (низкий уровень длительностью более 50 нс), при включении питания сброс микроконтроллера производится автоматически

- XTAL1 и XTAL2 – соответственно вход и выход тактового генератора (для подключения частотозадающего кварцевого резонатора и общей синхронизации с другими устройствами), аналогичные электроды вспомогательного генератора асинхронного режима таймера 2 – выводы PC6 и PC7;

- PA0-PA7, PB0-PB7, PC0-PC7, PD0-PD7 – 32 линии ввода-вывода, объединены в 4 восьмиразрядных порта (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD. Их функции дублируются входами и выходами встроенных в микроконтроллер периферийных устройств.

- AREF - опорное напряжения АЦП.

Альтернативные функции выводов микроконтроллера:

- Т0, Т1 – входы таймерв/счетчиков от внешнего источника импульсов,

- AIN0, AIN1 – положительный и отрицательный выходы аналогового компаратора,

- SS, MOSI, MISO, SCK – выводы для подключения SPI устройств,

- RXD, TXD – вход и выход блока UART,

- INT0, INT1 – входы для внешних источников прерываний,

- OC1B, OC1A, OC2 – выходы таймеров/счетчиков,

- ICP – вход защелки (ловушки) таймера/счетчика,

- ADC0-ADC7 – входы каналов АЦП,

- TOSC2, TOSC1 – входы внешних осцилляторов для таймеров/счетчиков.

Имеет Flash-память объемом 8 Кбайт, а также встроенную EEPROM-память объемом 512 байт и такую же по объему SRAM-память. Все это позволяет создавать на его основе достаточно эффективные приложения, с возможностью сохранять некоторые параметры процесса в энергонезависимой памяти [8].

Таймер T/C1 – 16-битный. Он обладает хорошими возможностями для использования его в качестве широтно-импульсного преобразователя (ШИМ). Для его настройки используются несколько регистров. В них мы можем задать режим работы таймера, скважность генерируемых импульсов, частоту синхронизации и т. д. Временные диаграммы работы счетчика в режиме широтно-импульсного преобразователя приведены на рис. 2.24.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.24. Временные диаграммы работы счетчика в режиме ШИМ.

Поясним кратко его работу. 16-разрядный счетчик подсчитывает каждый импульс, поступающий на его вход с делителя частоты. При этом сначала он считает вверх (то есть, прибавляя единицу на каждом шаге), а по достижении верхнего значения FF он начинает считать вниз (то есть, вычитая единицу на каждом шаге). При этом если значение в регистре TCNT1 меньше OCR1, на выходе ШИМ преобразователя (PWM Output) устанавливается единица. Если же значение регистра TCNT1 превышает содержимое OCR1, на выходе ШИМ преобразователя устанавливается логический ноль. Это позволяет генерировать импульсы с заданной частотой и скважностью для управления аналоговыми исполнительными механизмами. В нашем случае к его выходу подключается усилитель мощности, питающий ИМ.

2.8. Разработка принципиальной схемы.

Так как датчики ТСМ-012 и Метран-ЗООПР имеют токовый выход с максимальным значением 20мА. Поэтому перед подачей на вход микроконтроллера его необходимо преобразовать в напряжение и нормализовать. Схема блока согласования уровней сигналов приведена на рис. 2.26. В качестве ОУ используется прецизионный операционный усилитель К140УД17 с низким дрейфом нуля и малым напряжением смещения [10].

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.25. Операционный усилитель К140УД17.

Таблица 2.1. Основные параметры ОУ К140УД17.

--------------------------------------------------

Напряжение питания, UП

| ±15В±10% |
---------------------------------------------------------
Коэффициент усиления | 200000 |
---------------------------------------------------------
Сопротивление нагрузки |

>1000Ом

|
---------------------------------------------------------
Напряжение смещения | ±2мВ |
---------------------------------------------------------

Частота единичного усиления, f1

| 0,4 МГц |
---------------------------------------------------------

Разность входных токов, DIВХ

| 0,2 нА |
---------------------------------------------------------

Температурный дрейф разности входных токов DIВХ /DT

| не более 0,12 нА/C° |
---------------------------------------------------------
Синфазное напряжение | ±6 В |
---------------------------------------------------------

Температурный коэффициент напряжения смещения, DUСМ/DT

| не более 3 мкВ/C° |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 3.25. Схема блока согласования.

Операционный усилитель К140УД17 требует для своего питания стабильного напряжения номиналом Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В., поучаемой с помощью трансформатора с двумя вторичными обмотками, выпрямителя VD7, VD8, VD9, VD10 и двух идентичных стабилизаторов напряжения.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.27. Схема стабилизатора напряжения на Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В.

Исполниетельные механизмы требуют для своей работы высокого напряжения 220В, а также потребляют достаточно большую мощность. Для формирования рабочих напряжений на них необходимо использовать соответствующие усилители мощности, реализованные на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

IGBT представляют собой гибрид биполярного и полевого транзистора и сочетают в себе все их положительные качества. IGBT имеют большую коммутируемую мощность, высокие рабочие частоты, малые статические и динамические потери, малую мощность управляющего сигнала. Несмотря на то, что скорости переключения IGBT достаточно высоки, они включаются все же медленней, чем МОП-транзисторы. IGBT имеют затяжку тока при выключении, что ограничивает частоты переключения с ШИМ и в других ключевых схемах пределом около 50кГц.

Во входной цепи IGBT-транзисторов присутствует достаточно большая емкость, наличие которой связано с технологией производства подобных приборов. Для ее перезаряда требуется специальным образом сформированное напряжение. Для этих целей промышленностью выпускаются специализированные микросхемы драйверов. Их главное назначение – обеспечение выходного тока, достаточного для быстрого перезаряда входных емкостей транзистора, и как следствие, транзистор может работать на больших частотах. В качестве драйвера предлагается использовать микросхему IR2118 от фирмы International Rectifier.

Для питания выходных каскадов силовой части блока необходимо наличие постоянного напряжения величиной 220 В, которое формируется с помощью двухполупериодного выпрямителя, оснащенного сглаживающим фильтром, выполненном на электролитическом конденсаторе.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.28. Схема выпрямителя.

Основное питающее напряжение схемы +5 В. Для его формирования используется схема представленная на рис. 3.30.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.29. Схема стабилизатора +5В.

АЦП микроконтроллера ATmega 16 требует присутствия внешней схемы, обеспечивающей стабильное напряжение UAREF=4,096В. В качестве источника опорного напряжения используется микросхема TL431 (рис.3.31) – прецизионный регулируемый источник опорного напряжения, имеющий в своем составе достаточно сложную схему термокомпенсации, и позволяющий получить точно заданное значение выходного опорного напряжения, стабильное в широком диапазоне температур [10].

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис. 2.30. Микросхема TL431.

Принципиальная схема САУ смесительного устройства представлена в приложении (чертеж ЦТРК 2101.980901.0000.Э03).

3. Сопряжение верхнего и нижнего уровней АСУ тепличного комбината

Одной из составных частей современного электронного оборудования стали коммуникационные сети. Они занимают серьезное место в области использования персональных компьютеров, периферийных устройств, офисного оборудования, управления инженерным оборудованием зданий, контроля производственных процессов и даже в таких областях, как управление различными приборами автомобилей и управление бытовой техникой. Однако, в зависимости от области применения требования к сетям совершенно различны. Так как между нижним и верхним уровнями АСУ тепличного комбината происходит постоянный обмен информацией о ходе технологического процесса, поэтому необходимо организовать её надежную передачу.

3.1. Выбор сети

Одним из важных параметров любой сети является скорость передачи информации, выражаемая в битах в секунду [bps], Если в течение долей секунды должны быть переданы миллионы бит информации, как в случае использования компьютерных сетей, то необходимо использование высокоскоростной архитектуры, поддерживающей передачу данных со скоростями порядка 10 миллионов бит в секунду. Такие задачи чаще всего решаются путем использования сети ETHERNET. Сети ETHERNET могут расширяться фактически бесконечно, однако практически размеры сети ограничены финансовыми параметрами, такими как стоимость репиторов, мостов и маршрутизаторов, а также увеличивающейся с ростом сети нестабильностью ее работы и увеличением времени отклика. Существуют также и другие системы, позволяющие обеспечить близкие параметры по скорости передачи информации. Одним из таких примеров являются системы, построенные на основе интерфейса RS485.

Одно из важных свойств сети состоит в минимальных затратах, необходимых для прокладки линий связи, по которым информация из различных точек будет поступать на центральный пульт управления. С центрального пульта может осуществляться контроль за состоянием различных датчиков и, наоборот, могут пе

Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Распределенная автоматизированная система управления". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 473

Другие дипломные работы по специальности "Коммуникации и связь":

«Реклама и связи с общественностью», «Маркетинг»

Смотреть работу >>

Ремонт системы управления видеокамер аналогового формата

Смотреть работу >>

Теория электрических цепей

Смотреть работу >>

Роботизированные комплексы (РТК) предназначенные для технологического процесса сборки

Смотреть работу >>

Моделирование и методы измерения параметров радиокомпонентов электронных схем

Смотреть работу >>