Распределенная автоматизированная система управления - Дипломная работа

К сожалению, описание всех применяемых методик и средств защиты информации выходит далеко за рамки дипломной работы. Безопасность и экологичность проекта Анализ основных потенциально опасных факторов Оценка факторов, влияющих на окружающую среду и оператора при работе с компьютером Оценка интерфейса разрабатываемой программы и среды разработкиЧтобы 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.Бак наполняется с помощью двух потоков горячей и холодной воды, имеющих переменные мгновенные расходы и . Выходной поток имеет массовую скорость истечения . Уравнения баланса масс для бака имеют следующий вид [3]: Мгновенный расход выходного потока зависит от высоты следующим образом: , где - экспериментальная константа. тогда уравнения баланса масс примут следующий вид: Рассмотрим случай установившегося состояния, когда все величины являются постоянными: , и - расходы, - объем и - температура воды в баке. Полагая, что указанные параметры являются малыми, линеаризируя (2.5) и (2.6), получим: Подставляя (2.7) в уравнения (2.8) и (2.9), получим: Введем параметр время заполнения бака, равный: Запишем систему в переменных состояния: где и .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. Однако, поскольку расход потока горячей воды также воздействует на выходной поток, а расход холодной воды - на его температуру, то необходимо учитывать взаимное влияние контуров.В ряде практических случаев реальные контуры системы управления электропривода (СУ ЭП) могут быть сведены к простейшим контурам второго или третьего порядка. 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]. Структурные схемы контуров представлены на рис. 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: Произведем расчет передаточных функция и коэффициентов усиления всех блоков, входящих в состав замкнутой системы. Так как максимальное напряжение на входе АЦП , то коэффициент передачи усилителя напряжения (УН) составит: Передаточная функция сервопривода имеет вид: , где определяется как: , - коэффициент усиления датчика положения: , Подставляя (2.16) в (2.15), получим постоянную времени сервопривода найдем следующим образом: , - номинальное время полного хода выходного вала, с, следовательно Подставляя (2.17) и (2.18) в (2.14) получим: , Коэффициент передачи регулирующего органа равен: ;Так как контура исследуемой системы находятся во взаимном влиянии, то при учете этого обстоятельства структурная схема принимает следующий вид: Рис. В этом случае результаты моделирования имеют вид, представленный 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 перекрестные связи Wpk1 и Wpk2 между каналами регулирования, которые компенсируют перекрестные связи объекта управления рис. Запишем передаточную функцию замкнутой системы для канала 1-2 , из точки в точку [1]. где - передаточная функция i-го прямого пути из точки в точку ;На вход системы управления смесительным баком действуют возмущения в силу того, что расходы и температуры потоков и не постоянны. Обычно возмущения не превышают 10% полезного сигнала. В связи с этим обстоятельством добавим на вход системы возмущающее воздействие [5]. При моделирование схемы, представленной на рис. Ошибка в установившемся режиме в контуре стабилизации температуры выходного потока с учетом возмущений.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.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. Для регулирующих органов, которые управляют расходом вещества, используются однооборотные или многооборотные исполнительные механизмы. Превосходство момента исполнительного механизма над реактивным моментом объясняется необходимостью учета трения в сальниках и подшипниках скольжение регулирующего органа.

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 исполнительных 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

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

В данном дипломном проекте были разработаны верхний уровень автоматизированной системы управления тепличным комбинатом, а также система автоматического управления смесительным устройством. Была выведена математическая модель смесительного устройства и для нее синтезированы законы управления, посредством типовых регуляторов. Была произведена настройка регуляторов на оптимум по модулю. По результатам моделирования видно, что синтезированная замкнутая система управления смесительным устройством полностью удовлетворяет требованиям, прдъяваленным в техническом задании. Так как объект управления является многосвязным, то была рассмотрена проблема взаимного влияния контуров. Были разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы САУ смесительного устройства.

На базе SCADA системы TRACE MODE разработана программа графического отображения производственных процессов, а также рассмотрена проблема архивация значений контролируемых параметров. Используемая SCADA система TRACE MODE по своему инновационному характеру превосходит все существующие аналоги.

В дипломном проекте рассмотрена проблема сопряжения верхнего и нижнего уровня АСУ тепличного комбината. Связь уровней АСУ реализована с помощью однопроводной сети MICROLAN, разработана структурная схема однородной сети АСУ тепличного комбината. В последнее время все больше разработчиков проявляют интерес этой технологии, что связанно, со следующими особенностями: несложный протокол, простая структура линии связи, легкое изменение конфигурации сети, значительная протяженность линий связи, исключительная дешевизна всей технологии в целом.

Также была рассмотрена проблема настройки сервера производственного контроля. В качестве сетевой операционной системы выбрана OC ASPLINUX 7.3, что значительно повысило надежность всей системы в целом и значительно уменьшило ее себестоимость.

Было установлено, что данная разработка полностью удовлетворяет всем требования по безопасности и экологичности.

В экономической части проекта были произведены оценка интегрального показателя качества, функционально-стоимостной анализ, расчет эффектов потребителя и производителя.

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 ее 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 ее температура была равна температуре воздуха в теплице. Для получения воды необходимой температуры используется смесительное устройство, представляющее собой емкость объемом .

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 дает 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 распределенной системой. Распределенная 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.1. «Математические основы теории систем автоматического управления», А.Р. Гайдук, Москва, 2002.

2. Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта по дисциплинам «Автоматизированное управление в технических системах» и «Проектирование микропроцессорных систем промышленной электроники», Т.А. Пьявченко, Таганрог, 1999.

3. «Управление технологическими процессами производства микроэлектронных приборов», В.А. Пузырев, Москва, 1984.

4. П.И. Черныш «Локальные системы управления», Таганрог, 1993.

5. «Цифровые системы управления», П. Изерман, Москва, 1984.

6. Методические указания по разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов и производств в курсовых и дипломных проектах, А.С. Клюев, Иваново, 1993.