Автоматизированная система управления микроклиматом в крольчатнике

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 40

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:

п жив — число животных; т_1жив - масса одного животного; t - время;

Ө нар - температура воздуха на улице; ф нар - влажность воздуха на улице;

Ө - температура воздуха в помещении; A1...A3 - содержание аммиака в воздухе в трёх контрольных точках; F1...F3 - влажность воздуха в трёх контрольных точках;

Р тена - 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: ТPC-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 AC3 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 измеря- емого параметра.

Приборы ТРМ101 могут быть использованы в системах контроля и регулирования при выполнении технологических

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 объ- екта совместно с терморегуляторами.

Реализация системы с выбранными техническими устройствами представлена на рисунке 3.

процессов в разных отраслях промышлен- ности и сельском хозяйстве.

Рис. 3. Функциональная схема АСУ микроклиматом в крольчатнике

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- 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).

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.