Автоматизация микроклимата

Особенности управления микроклиматом помещений, относящихся к административным зданиям. Необходимость организации управления микроклиматом. Разработка нечетких, нейронечетких контроллеров систем автоматизации зданий, их структурные и принципиальные схемы.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка автоматизированной системы управления микроклиматом жилых и общественных зданий

Работа содержит 108 страниц, 42 таблицы, 60 рисунков, список источников из 23 наименований.

МИКРОКЛИМАТ, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ, ПОМЕЩЕНИЕ, СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, НЕЧЕТКАЯ ЛОГИКА, НЕЙРО-НЕЧЕТКИЕ СЕТИ. микроклимат помещение здание автоматизация

Разработана автоматизированная система управления микроклиматом жилых и общественных зданий.

В работе рассмотрены особенности управления микроклиматом помещений, относящихся к административным зданиям. Обоснована необходимость организации управления микроклиматом. Выполнена разработка нечетких, нейро- нечетких контроллеров систем автоматизации административных зданий, проведены экспериментальные исследования в среде моделирования MATLAB.Выполнена техническая реализация элементов автоматизированной системы управления с применением современных аппаратных средств, приведены структурные и принципиальные схемы.

В первом разделе данной работы рассматриваются основные понятия и определения микроклимата, приведены его основные показатели, перечень комфортных значений параметров микроклимата помещений.

Второй раздел посвящен выбору метода реализации системы эксплуатации здания. Выполнен анализ методов реализации систем управления. Приведены основные понятия и определения аппарата нечеткой логики, нейро-нечетких сетей.

Третий раздел посвящен разработке нечетких, нейро-нечетких контроллеров систем автоматизации здания. Осуществлен синтез терм-множеств лингвистических переменных, баз управляющих правил, обучающих выборок. Выполнено имитационное моделирование в среде Matlab.

Четвёртый раздел посвящен аппаратной реализации системы управления. Выполнен выбор аппаратных средств: вычислительных устройств, датчиков и др. Приведены структурная и принципиальная схемы.

Пятый раздел посвящен экономическому обоснованию разработки.

Шестой раздел посвящен оценке экологической безопасности разработки.

Особенностью человека является то, что он всегда стремится к организации комфортных условий для своей трудовой деятельности, жизни и отдыха. Такая тенденция возникла на заре становления человеческого общества и на сегодняшний день не исчерпала себя, с появлением современных средств автоматизации стала еще более ощутимой.

В процессе нашей жизни большинство людей сталкивается с необходимостью времяпрепровождения в промышленных, офисных и жилых зданиях. Это обусловлено особенностью организации пространства современных городских поселений, где наблюдается острый недостаток площадей.

Современные здания из бетона и стали представляют собой отдельные с точки зрения микроклимата объекты, управление которыми необходимо для обеспечения безопасной и комфортной работы, жизни и отдыха человека. Микроклимат _ это относительно сложное понятие, которое характеризует совокупность некоторых факторов, которые в свою очередь определяют такие параметры как температура, влажность окружающей среды, наличие вредных газообразных примесей в воздухе и мн. др.

Управления микроклиматом может быть организовано с применением различных методов теории автоматического управления, например, аппарата нечеткой логики.

Целью выпускной квалификационной работы являетсяразработка и исследование методов автоматизации систем управления микроклиматом административных зданий для обеспечения ресурсосбережения

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МИКРОКЛИМАТЕ, ОСВЕЩЕНИИ ПОМЕЩЕНИЙ

1.1 Понятие о микроклимате помещений

Здание представляет собой совокупность помещенийограниченного объема, в пределах которого протекает жизнедеятельность человека. В процессе свой жизнедеятельности человек взаимодействует со средой помещения. Безопасные и эффективных условия пребывания человека в помещениях и здании в целом обеспечиваются правильной организацией их пространства.

Автоматизация поддержания параметров микроклимата в животноводческом помещении

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

По дисциплине «Автоматизация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве»

Тема: «Автоматизация поддержания параметров микроклимата в животноводческом помещении»

Отопление помещения — воздушное от приточных систем П1 и ГО.

Отопительно-вентиляционная установка П1 представлена тепловентилятором типа ТВ-9, в комплект которого входит: вентилятор центробежный с двухсторонним всасыванием воздуха, водяной, биметаллический калорифер КСк4/8 со спиральнонакатным оребрением и жалюзийный блок.

Рисунок 1 — Технологическая схема воздухозабора

(Рн1,Рн2 — 1,1 кВт, Рн4 — 2,2 кВт, Рн3 — 7,5 кВт)

Тепловентилятор ТВ-9 укомплектован двухскоростными электродвигателями, управление подачей воздуха обеспечивается переключением электродвигателя с одной скорости на другую и изменением угла открытия жалюзи.

Отопительно-вентиляционная установка П2 представлена вентиляторным агрегатом типа А2.5 105-1, состоящим из вентилятора центробежного ВЦЦ-70 и электродвигателя 4А56А4; пластинчатым, стальным калорифером КВСБ-П.

• в связи с изменением интенсивности дыхания животных и птицы ночью вентиляцию воздуха уменьшают.

С учетом выполнения требования многовентиляторности в животноводческих помещениях, при превышении кратности воздухообмена более двух, схема воздухораспределения представлена на рис. 4.63.

Приточные системы вентиляции с механическим побуждением, как правило, совмещаются с системой воздушного обогрева.

В зависимости от климатических условий, наличие местных источников энергии, типа и внешности зданий, вида и возраста животных и птицы, технологии содержания применяют централизованные или децентрализованные системы обогрева.

Техническое задание (требования к схеме управления)

Наименование системы управления: Система автоматического управления процессом поддержания параметров микроклимата в животноводческом помещении.

Область применения: помещения для содержания КРС.

Основание для разработки: приказ.

Цель разработки: автоматизация процесса поддержания параметров микроклимата в животноводческом помещении.

Стадии и этапы: строительный проект

Источники разработки: нормативные документы, патенты, научная литература.

Режимы работы объекта: автоматический, ручной.

Условия эксплуатации системы управления:

– ППО помещения с повышенной опасностью

– сырые помещения

– помещения с химически активной и органической средой.

Технические требования к системе управления:

– управление оборудованием линии поддержания параметров микроклимата в животноводческом помещении

– Защита калорифера от замерзания

– Разделение процессов работы

– Аварийная, технологическая сигнализация

Вид применяемой энергии: электрическая

Параметры регулирования: температура, влажность, концентрация вредных веществ.

Параметры управления: приводом заслонки жалюзи, вентилятора 1, вентилятора 2.

Параметры контроля: датчики.

Параметры сигнализации: сигнализация замерзания калорифера.

Требования к точности системы:

Требования к надежности:

Требования к безопасности: щитовые, защищенные помещения.

Экономические показатели: срок окупаемости системы.

Алгоритм функционирования системы:

В зависимости от температуры внешней среды требуется обеспечить работу тепловентиляторов в двух режимах: без теплоносителя в калориферах (летний) и с теплоносителем (зимний).

В режиме без теплоносителя вентилятор работает на максимальной частоте вращения, то есть жалюзи калорифера и обводного канала открыты. При отклонении температуры в помещении ниже заданной вентилятор автоматически переключается на минимальную частоту вращения, жалюзи обводного канала прикрываются исполнительным механизмом по команде регулятора температуры. При этом угол поворота исполнительного механизма пропорционален разности температур внутри помещения и заданной.

В режиме с теплоносителем вентилятор работает на минимальной частоте вращения, жалюзи калорифера открыты, обводного канала закрыты. При отклонении температуры в помещении выше или ниже заданной жалюзи автоматически обеспечивают изменение подачи теплоты при постоянной подаче воздуха, при дальнейшем повышении температуры вентилятор автоматически переключается на максимальную частоту вращения.

Так как необходимо контролировать температуру в животноводческом помещении, устанавливаем датчик температуры c4. При запуске установки поддержания параметров микроклимата с помощью кнопки a, срабатывает датчик температуры c1 (зимний период), затем одновременно срабатывает x1 привод заслонки (жалюзи), привод вентилятора П2 x4 и привод клапана x5. Срабатывает датчик положения жалюзи b1 (закрыто) и b2 (открыто). Выключается привод заслонки (жалюзи) x1. Срабатывает датчик температуры c4, затем одновременно срабатывает привод заслонки жалюзи x2 и реле времени z1. Выключается датчик положения заслонки b2. Срабатывает контакт реле времени z1′. Выключается привод заслонки x2. Выключается датчик температуры c4. Затем одновременно выключаются реле времени z1 и включается привод заслонки x1. Выключается контакт z1′. Снова срабатывает датчик положения заслонки b2 (открыто), выключается привод x1 заслонки (жалюзи), выключается датчик температуры c1 (зимний период). Срабатывает датчик температуры c2 (переходной период), затем одновременно срабатывает привод вентилятора П1 x3, выключение приводов вентилятора П2 x4 и привода клапана x5 и включение привода заслонки x2. Происходит выключение датчика положения заслонки (жалюзи) b2. Затем отключается датчик положения заслонки b1, который, в свою очередь, отключает привод заслонки (жалюзи). Выключается датчик температуры c2 (переходной период). Срабатывает датчик температуры c3 (летний период), срабатывает привод вентилятора П2 x4. Выключается датчик температуры c3 (летний период), затем одновременно выключаются приводы x4 вентилятора П2 и x3 вентилятора П1. Выключаем установку с помощью кнопки a.

Разработка алгоритма управления оборудованием технологической линии

Как видно из анализа описания процесса поддержания параметров микроклимата в животноводческом помещении, для реализации управления, необходимо предусмотреть следующий объем технических средств автоматики:

– датчик положения заслонки, для контроля поступаемого воздуха из окружающей среды.

– датчик температуры для контроля температуры воздуха в помещении.

– суточное реле времени, функцию которого будет выполнять контроллер.

Словесное описание алгоритма управления приведено в разделе 3. Но его недостаточно для разработки структуры управления. Для этого требуется алгоритм представить символической записью. Для составления символической записи алгоритма управления примем следующие обозначения:

На основании вышеизложенного, составляем алгоритм управления, при этом примем следующие обозначения:

a – кнопка запуска процесса

b1 – датчик положения жалюзи (закрыто)

b2 – датчик положения жалюзи (открыто)

x1, x2 – привод заслонки (жалюзи)

x3 – вентилятор П1

x4 – вентилятор П2

x5 – привод клапана

c4 – датчик температуры в помещении

с1 соответствует зимнему периоду <0°C

с2 соответствует переходному периоду =8°C

z1 – реле времени

z1′ – контакт реле времени

a1^ – ^ – ^ – — -^ – – – – ^ — – – – – – – – – — –

1) Алгоритм составлен верно, так как конечное весовое состояние равно нулю;

2) Алгоритм реализуем, так как повторений значений весового состояния на протяжении цикла алгоритма нет.

Разработка структуры управления в автоматическом режиме работы оборудования

Разработку начинаем с составления структурной формулы. Для этого воспользуемся таблицами частных включений исполнительных механизмов. В нее входят: само исполнительное устройство, контакты командного аппарата, включающего исполнительный механизм, и контакты аппаратов, срабатывающих и обеспечивающих выполнение всех условий, предъявляемых к данной технологической линии.

Структурная схема исполнительного элемента X1

Из анализа весового состояния видно, что схему можно реализовать без дополнительных элементов.

Из структурной теории релейных устройств известна следующая структурная формула для определения первоначальной структуры элемента Х:

где fср(х) ? логическое произведение контактов элементов в такте отпускания, обеспечивающих замкнутую цепь элемента, для которого определяется структурная формула(контакт элемента в fср не входит).

fотп(х) ? логическое произведение контактов элементов в такте отпускания, обеспечивающих замкнутую цепь элемента, для которого определяется структурная формула (контакт элемента в fотп не входит).

Используя закон де Моргана, преобразуем полученное выражение:

Рис. 5 Формула управления, выраженная структурой

Для упрощения первоначальных структурных формул элемента можно воспользоваться таблицей покрытий. Она позволяет исключить из первоначальной структурной формулы лишние слагаемые, которые либо не реализуют какие-либо такты или реализуют их с помощью дополнительных слагаемых структурной формулы.

Рисунок 5.1 – Структурная схема управления ИЭ Х1

Проводим аналогичные операции и расчеты для остальных элементов. Структурные формулы и схемы включения для этих элементов сведем в таблицу 8.

Таблица 8 – Структурные формулы и схемы включения

На основании полученных частных структурных схем всех элементов составим полную структурную схему управления технологическим процессом. При ее составлении произведем минимизацию схемы управления.

Рисунок 6 – Полная структурная схема управления технологическим процессом

6. Выбор средств автоматизации