Файл: Разработка автоматизированной системы управления тепличным комплексом на примере компании ооо Завод готовых теплиц г. Москва.docx

«Московский государственный образовательный комплекс» 1

Дипломная работа на тему 1

ВВЕДЕНИЕ 7

1 Теоретическая часть 9

2Практическая часть 30

2.1 Гидравлическая схема 30

В теплице вся гидравлика состоит из двух модулей. Чтобы это наглядно показать во FluidSim-H была создана схема рисунок 25. Первый модуль (M1) отвечает за орошение теплицы. Второй модуль (M2) отвечает за подогрев почвы в теплице. Визуализация теплицы находится за модулями. 30

Черный треугольник, который находится за модулем не является элементом системы, он служит постоянным насосом, чтобы программа могла работать. Во FluidSim связать мотор с насосом, чтобы управлять им – невозможно. Поэтому было принято решение сымитировать работу насоса, создав модуль с распределителем и насосом. 30

Первый модуль (M1) на схеме, в соответствии с рисунком 25, расположен слева. Он состоит из двух электромагнитных клапанов (1QM1, 1QM2), одного насоса (1P1), фильтра (1F1) и водяного бака (1R1). Каждый электромагнитны клапан отвечает за подачу воды в свою зону выращивания. Насос активируется во время полива, изначально настроенный на заданную скорость. Фильтр необходим для отчистки воды от загрязнений. Водяной бак хранит воду. 30

Второй модуль на схеме (M2), также в соответствии с рисунком 16, расположен справа. Состоит из трёх электромагнитных клапанов (2QM1, 2QM2, 2ЙЬ3), двух пружинных обратных клапанов (2SV1, 2SV2), одного насоса (2P1), нагревательного элемента (2H1), солнечного водонагревателя (2H2) и водяного бака (2R1). Два электромагнитных клапана работают в своей зоне отапливания. Последний отвечает за использование теплой воды из солнечного водонагревателя. Пружинные обратные клапаны, пропуская воду только в одну сторону, не позволяют воде по трубам двигаться хаотично. Насос запускается вовремя отапливания. Солнечный водонагреватель не нуждается в поддержании работоспособности, наоборот он включается в работу при необходимости, когда температура в его баке достаточно хорошая для использования. Тогда Нагревательный элемент не участвует в работе. Нагревательный элемент нагревает воду в малом участке трубы, позволяя жидкости, проходящей через него, нагреться. Расширительный бак хранит теплоноситель. 30

Всего 8 управляемых элементов. Все они будут представлены в Arduino на схеме оборудования рисунок 17, но уже в другой форме. 31

31

2.2 Схема оборудования 31

Следующая схема построена в «tinkercad» на рисунке 26. В качестве контроллера для моделирования был выбран Arduino uno. Ниже на рисунке показаны наименования всех элементов системы. Каждый исполнительный элемент подключен к своему реле, а те в свою очередь подсоединены к портам (0 – 9). Всего 8 портов на выход. Все датчики подключены к аналоговым портам (A0 – A5), а на кнопки остается 3 порта (10 – 12). Кнопки подключены через заземление, таким образом, что по нажатию они выдают сигнал. Всего 9 портов на вход и 10 на выход. Дисплей подключается через дополнительные 2 порта (SCL, SDA). 31

32

Так как на данном эмуляторе не так много устройств, то мне пришлось сделать имитацию необходимого оборудования. На представленной ниже схеме на рисунке 27, были сымитированы порядка 5 компонентов: питание от 220 V, светодиодная лампа, нагревательный элемент, электромагнитный клапан и насос. Вместо датчика влажности и температуры «DHT22» был выбран обычный датчик температуры, поэтому считывать он может только температуру. Также вместо ЖК дисплея 20x4 мне пришлось поставить 16x2. Электрическая схема представлена в «ПРИЛОЖЕНИЕ А». 32

33

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56

При создании мехатронной системы её основной задачей было облегчить и оптимизировать процесс выращивания различных культур. В ходе роботы акцент был смещен на экономию электроэнергии системы. Таким образом, что в систему необходимо было внедрять новое оборудование, которое могло бы потреблять меньше аналогов. Однако, было решено добавить устройство способное производить энергию из внешней среды, чтобы понизить энергозатраты. Также изначально было создана система вентиляции, входящая в состав мехатронной системы, однако в течении разработок эта система была модернизирована. Вентиляция работает отдельно от мехатронной системы и построена на физическом процессе, который способен влиять на движение механизма с изменением температуры. 56

В итоге имеется мехатронная система, которая тесно связана с гидравлической системой. Контроллер способен взаимодействовать с 12 различными оборудованиями. Создана такая система, при которой можно создать комфортные условия жизни для различных растений. Система специально создана так, чтобы грядками можно было управлять по-разному. В одной грядке можно выращивать один вид растений, во второй другой вид. Программировать данную систему можно по-разному. 56

Алгоритм зашитый на контроллер имеет внутренний таймер. Засчёт ожидания после каждого действия переменная запоминает накопленное время. И при помощи этого в нужный момент режим меняется с дневного на ночной. Это позволяет лампам гореть в нужное время суток, не создавая лишней нагрузки на растения. В алгоритме построены три функции, они выполняются по-очереди. В алгоритме есть возможность выйти из текущей запущенной программы. После проверки компилятора всех трёх функций, система ожидает 5 минут. В течении этого времени возможно выйти их запущенной программы. Для предварительной остановки на панели управления присутствует кнопка вкл/выкл. 56

Был произведен расчёт экономичности использования внедренной системы. Расчёт экономичности происходит между автоматической теплицой с резервной энергией и без резервной энергии. Разница между ними такова, что общие затраты на электроэнергию у теплицы с резервом за год на 35% ниже. 57

Срок окупаемости системы по сравнению с системой без резерва составил 1 год и 10 месяцев. 57

На основании своей работы можно сказать, что система может быть эксплуатирована в холодном климате, особенно в городах с низким показателем урожайности. 57

Специальная (научная) и периодическая литература 58

1. А. В. Чигарев, К. Циммерманн, В. А. Чигарев. Введение в мехатронику: учебное пособие, Минск : БНТУ, 2019 58

2. Б. М. Готлиб, А. А. Вакалюк. Введение в специальность «Мехатроника и робототехника» : курс лекций, Екатеринбург : УрГУПС, 2019 58

3. С. В. Пономарев. Компоненты приводов мехатронных устройств: учебное пособие, Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2021 58

4. Д. А. Колесниченко, Н. М. Колесниченко. Мехатроника и робототехника: лабораторный практикум: учебно-методическое пособие, Вологда: ВоГУ, 2018 58

5. О.И. Максимычев, А.В. Либенко, В.А. Виноградов. Программирование логических контроллеров (PLC): учеб. пособие /, М.: МАДИ, 2020 58

6. В.А. Трубецкой, В.А. Медведев, С.С. Ревнёв. Проектирование исполнительных систем роботов: учебное пособие, Воронеж: ФГБОУ ВО, 2021 58

7. Юревич Е.И. Сенсорные системы в робототехнике : учеб. Пособие, СПб., Изд-во Политехн. ун-та, 2021 58

8. Белов А. В. Программирование микроконтроллеров для начинающих и не только, СПб.: Наука и Техника, 2022 58

9. Шошиашвили М.Э., Шошиашвили И.С. Проектирование мехатронных систем: учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2019 58

10. Лукинов А. П. Проектирование мехатронных и робототехнических устройств: Учебное пособие, СПБ.: Издательство «Лань», 2019 58

11. Готлиб Б. М. Проектирование мехатронных систем: курс лекций для студентов специальности «Мехатроника». - Екатеринбург: УрГУПС,2019 58

12. Ливенец М.А., Ярмахов Б.Б. Программирование мобильных приложений в MIT App Inventor, СПБ.: Издательство «Лань», 2021 59

13. Иванова Г.С. И201 . Технология программирования: Учебник для вузов, М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022 59

14. Егоров О.Д., Подураев Ю.В. Мехатронные модули. Расчет и конструирование: Учебное пособие, М: МГТУ «СТАНКИН», 2019 59

15. Подураев Ю.В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие для студентов вузов, М.: Машиностроение, 2020 59

16. Шварц Марко, Интернет вещей с ESP826, СПб.: БХВ-Петербург, 2019 59

17. Гололобов В.Н. ARDUINO для любознательных, СПб, Наука и Техника, 2018 59

18. Дж. Фрайден, Современные датчики. Справочник, Москва: Техносфера, 2021 59