Фитотрон

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕРМИНОЛОГИЯ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
2. СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ
3. СИСТЕМА УВЛАЖНЕНИЯ
4. СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ
5. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ТЕРМИНОЛОГИЯ

Фитотрон
(от фито... и греч. thronos - местопребывание, средоточие), подробнее см. здесь

Поток излучения
Энергия электромагнитных волн, проходящая за единицу времени через площадку облучаемой поверхности. Поток излучения характеризует мощность излучения и измеряется в ваттах. Поток зависит от ориентации площадки.

Световой поток
Выделенная из потока излучения мощность, на которую реагирует глаз человека. Измеряется в люменах (лм).

Освещенность
Световой поток, падающий на единичную площадку некоторой поверхности. Обозначается буквой Е. Единица измерения - люкс (лк). 1 лк = 1 лм/м².

Коэффициент мощности
Значение фазокомпенсации для пуско-регулирующей аппаратуры (ПРА) газоразрядных ламп. Чем больше коэффициент, тем больше КПД светильника, то есть при сохранении характеристик лампы из сети потребляется меньший ток. У современных электронных ПРА коэффициент мощности более 0,9, в то время как у старых электромагнитных ПРА этот параметр не превышал 0,5.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Автоматизированная система управления вегетационной климатической установкой (фитотроном) представляет собой комплекс программных и технических средств. Основное назначение системы - поддержание заданных оператором параметров окружающей среды (температура, влажность, освещенность).

Технологический процесс заключается в поддержании заданных параметров среды: влажности, температуры и освещенности. При управлении освещенностью имитируется цикл день/ночь, то есть лампы включаются днём и выключаются ночью (хотя возможны и другие режимы). Параметры среды задаются оператором в пределах, указанных в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Диапазоны значений параметров среды.

№	Параметр	Значение
1	Освещенность, люкс	5 000 ... 30 000
2	Температура, ^оС	15 ... 40
3	Влажность, %	45 ... 95

Данные параметры требуется поддерживать в помещении 5х6 м с высотой потолков 3 м. То есть площадь помещения 30 м², объём помещения - 90 м³.

На объекте имеются два стеллажа размером 2900х2000 каждый для размещения вегетационных сосудов. На каждый стеллаж устанавливается 96 сосудов. Над каждым из этих стеллажей размещены по 6 ламп на расстоянии 2 м от стеллажей.

Список оборудования объекта приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Оборудование объекта.

№	Оборудование	Назначение	Количество
1	Светильник (лампы ДНаТ-400)	Освещение	12
2	Вытяжной вентилятор	Вентиляция помещения (температурный режим)	2
3	Приточный вентилятор	Вентиляция помещения (температурный режим)	2
4	Увлажнитель	Обеспечение заданной влажности	1
5	Система управления	Управление освещенностью, температурой и влажностью	1
6	Электрошкаф	Размещение элементов системы управления и силовой автоматики	1

Основные задачи системы управления перечислены ниже:

Поддержание заданной освещенности
Поддержание заданной влажности
Поддержание заданной температуры
Визуализация технологического процесса
Визуализация состояния системы и оборудования
Автоматическое управление оборудованием системы
Ручное управление любым оборудованием системы с одного рабочего места оператора
Диагностика и анализ состояния оборудования (только программными средствами)
Ведение журнала событий
Ведение журнала режимов работы оборудования
Ведение базы данных наблюдения за процессами (опция)
Формирование отчетов

2. СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ

Для нормального развития растений необходима интенсивность освещения в пределах 20000 ... 30000 люкс, что достигается при использовании ламп ДНаТ-400 (по 6 штук на стеллаж, см. рис. 2.1 и 2.2), монтируемых на потолке на расстоянии не менее 2 м от стеллажа. Таким образом, на объекте установлено 12 ламп. Светильники разбиты на 4 группы по 3 светильника в каждой.

Рис. 2.1. Светильники.

Рис. 2.2. Стеллажи.

Освещенность каждого стеллажа регулируется независимо, по одинаковым алгоритмам, но с разными входными параметрами (время включения/выключения, освещенность). Например, для стеллажа 1 можно установить такой режим работы: начало облучения - 8:00, период облучения - 10 часов, освещённость - 15000 Люкс. В этом примере лампы стеллажа 1 будут включаться ежедневно в 8:00 и оставаться включенными 10 часов. То есть выключаться лампы будут в 16:00. Если освещённость 15000 Люкс будет достигнута тремя лампами, то оставшиеся 3 лампы не будут включены. Иначе будут включены все 6 ламп.

3. СИСТЕМА УВЛАЖНЕНИЯ

Система увлажнения состоит из цистерны, насоса (рис. 3.1) и увлажнителя (рис. 3.2).

Рис. 3.1. Цистерна и насос.

Использование цистерны решает две задачи:

Вода в цистерне отстаивается и нагревается до комнатной температуры
В случае перебоев с подачей воды от системы центрального водоснабжения поддержание влажности может продолжаться значительное время за счёт накопленной в цистерне воды

Система непрерывно измеряет влажность с помощью двух датчиков, каждый из которых расположен в районе соответствующего стеллажа. Из результатов измерений двух датчиков выводится среднее значение, которое используется для принятия решения о включении или выключении увлажнителя и насоса.

Рис. 3.2. Увлажнитель.

4. СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ

Система непрерывно измеряет температуру с помощью двух датчиков, каждый из которых расположен в районе соответствующего стеллажа. Из результатов измерений двух датчиков выводится среднее значение, которое используется для принятия решения о включении или выключении вентиляторов (рис. 4.1). Алгоритм управления температурой приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Упрощенный алгоритм управления температурой.

№	Температура*	Действие
1	t	Выключить все вентиляторы
2	t + t_П	Если температура повышается, то включить приточные вентиляторы. Здесь t_П - абсолютная погрешность датчика температуры.
3	t + dt1	Если температура повышается, то включить все вентиляторы. Здесь dt1 - параметр, который задается в настройках программы и хранится в ПЗУ ПЛК.
4	t2	Включить все вентиляторы и выключить все лампы, включить звуковую сигнализацию. Здесь t2 - параметр, который задается в настройках программы и хранится в ПЗУ ПЛК.
5	t3	Критическая ситуация (возможно пожар). Выключить все оборудование, остановить систему. Здесь t3 - параметр, который задается в настройках программы и хранится в ПЗУ ПЛК.

* Среднее значение показаний двух датчиков.

Если температура в помещении опускается ниже минимально допустимого предела, то включаются все светильники независимо от установленного графика работы светильников.

Рис. 4.1. Вентиляторы.

5. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Система управления построена на программируемом логическом контроллере ПЛК 100-24.К.M производства компании ОВЕН. Аналоговые сигналы датчиков поступают на модуль ввода-вывода МВА8 (производство ОВЕН). Все приборы электроавтоматики смонтированы в шкафу с классом защиты IP54 (рис. 5.1). Монтаж выполнялся "своими силами" заказчика. Сил было много, а опыта не очень. Поэтому получилось не так красиво, как на чертежах)))).

Основные кнопки управления расположены на двери электрошкафа. Там же расположены переключатели режимов работы оборудования. Все настройки выполняются с помощью компьютера (см. раздел "6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ").

Рис. 5.1. Электрошкаф.

6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Программное обеспечение компьютера предназначено для дистанционного наблюдения за ходом выполнения техпроцесса и для выполнения различных настроек, таких как заданная влажность/температура, коррекция погрешностей датчиков и т.п.

Главное окно программы (рис. 6.1) предоставляет пользователю все основные элементы управления оборудованием.

Рис. 6.1. Главное окно.

Состояние оборудования отображается на экране независимо от режима работы системы и от того, вошёл пользователь в систему или нет. Изображение устройства может менять цвет в зависимости от состояния устройства:

Серый - устройство выключено (исправные датчики всегда отображаются в сером цвете).
Зелёный - устройство включено (работает).
Жёлтый - устройство блокировано пользователем. Если блокированы светильники, вентиляторы или увлажнитель/насос, то данное устройство исключено из автоматического управления (управляется вручную). Если блокирован датчик, то данный датчик исключается из диагностики и его показания не принимаются во внимание при работе системы.
Красный - авария устройства.

Диагностика оборудования основана на анализе показаний датчиков и состояния переменных, связанных с оборудованием.

Права пользователей разграничены. То есть выполнять те или иные действия (например, пуск системы) может только пользователь, обладающий соответствующими правами.

Параметры техпроцесса устанавливаются в окне, показанном на рис. 6.2. После нажатия на кнопку ПРИМЕНИТЬ данные передаются в контроллер и записываются в его ПЗУ. После этого контроллер может работать самостоятельно. Компьютер нужен только для визуализации процесса и фиксации событий (сообщений об ошибках, неисправностях и т.п.) в базе данных.

Рис. 6.2. Окно ввода параметров техпроцесса.

Оборудованием можно управлять вручную. Для этого требуется щёлкнуть мышью по изображению устройства. Это действие вызывает окно управления оборудованием (рис. 6.3). Здесь же можно заблокировать неисправное или разблокировать исправное устройство.

Рис. 6.3. Окно управления оборудованием.