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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Реферат

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.10.2023

Просмотров: 322

Скачиваний: 16

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

«Московский государственный образовательный комплекс»

Дипломная работа на тему

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ Тема разработки автоматизированной системы ухода за растениями в наши дни является по-прежнему актуальной, так как сельское хозяйство является одной из важнейших отраслей экономики России и имеет большое значение для обеспечения продовольственной безопасности населения. В условиях изменения климата и увеличения населения мира, повышение эффективности производства продуктов питания является необходимым условием для удовлетворения растущего спроса на продукты питания. Умная теплица может существенно улучшить производственные процессы в сельском хозяйстве, что позволит повысить урожайность, снизить затраты и улучшить качество продукции. Кроме того, разработка умных теплиц может стать одним из направлений развития инновационных технологий в сельском хозяйстве, что будет способствовать его модернизации и конкурентоспособности. Автоматизированные системы ухода за растениями могут также помочь снизить нагрузку на фермеров и садоводов, облегчив их труд и повысив эффективность работы. Кроме того, такие системы могут быть полезны в городском озеленении, что поможет улучшить экологическую ситуацию в городах и сделать их более комфортными для жизни.Одним из преимуществ автоматизированной системы управления тепличным комплексом является возможность удаленного управления. Система позволяет контролировать и управлять процессами в теплице с помощью мобильного приложения или веб-интерфейса. Это позволяет операторам быстро реагировать на изменения климата и других параметров и принимать необходимые меры.Еще одним преимуществом системы является возможность сбора и анализа данных. Система собирает данные о климатических условиях, уровне влажности почвы, подсветке и других параметрах. Эти данные могут быть использованы для анализа производительности тепличного комплекса и оптимизации процессов.Цель работы заключается в том, чтобы оптимизировать и облегчить работу мехатронной системы по выращиванию растений в теплице. Уникальность заключается в экономичности использования энергии при поддержании условий для роста растений. Актуальность заключается в эксплуатации автоматической системы в холодном климате. В состав необходимого оборудования для умной теплицы входят: система автоматического полива, система отопления, система освещения и система вентиляцииСпроектировать все необходимые схемы включает в себя разработку электрических и механических схем для каждой системы, а также схему общей системы управления и контроля.Алгоритм работы системы будет включать автоматический контроль температуры и влажности почвы. Система автоматического полива будет запускаться по достижении определенного уровня влажности почвы. Система освещения будет регулироваться в зависимости от времени суток.Задачи: Составить список необходимого оборудования Спроектировать все необходимые схемы Построить алгоритм работы системы Произвести экономический расчёт 1 Теоретическая часть 1.1 Требования к системеАвтоматическая теплица должна будет работать в автономном режиме. Температура для роста клубники должна быть постоянной и держаться на отметке от 20 до 28 градусов. Процент влажности почвы должен быть не менее 60% и не более 75%. Освещение растений должно осуществляться на протяжении 12 часов. При плохом дневном свете должны включаться светодиодные лампы. Ночью растения должны отдыхать. Орошение должно производится по мере засухи почвы, в свою очередь которую будут обнаруживать датчики влажности почвы. Вентиляция теплицы должна работать по принципу естественного проветривания. Энергию система будет получать из солнечного водонагревателя и заменять работу нагревателя в солнечные дни. 1.2 Подбор оборудования Основные устройства Контроллер – представлен на рисунке 1. Задача контроллера состоит в исполнении вшитого в него алгоритма действий. Модель: «Arduino Uno R3». Я выбрал стандартную модель, потому что количество аналоговых и цифровых входов и выходов хватает для эксплуатации автоматической теплицы с небольшим запасом.Пройдемся по основным характеристикам данного контроллера, для этого обратимся к таблице 1. Таблица 1 – Краткое описание контроллера «Arduino Uno R3»

Практическая часть

2.1 Гидравлическая схема

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

2.2 Схема оборудования





Рисунок 16 – Пластиковая труба

  1. Расширительный бак. Модель: «STH-0006».

Расширительный бак — элемент жидкостной системы отопления, предназначенный для приёма избытка теплоносителя, возникающего при его тепловом расширении в результате нагревания.

В теплице с отапливаемой почвой данное устройство незаменимо. В качестве жидкости хранящийся в расширительном баке будет использоваться теплоноситель.



Рисунок 17 – Расширительный бак

  1. Металлическая бочка.

Стальная бочка из оцинкованной стали на 50 л. В автоматической теплице используется для хранения воды. Бочка подвязана к системе орошения, при помощи циркуляционного насоса вода будет прогоняться через оросительную сеть и увлажнять почву.



Рисунок 18 – Стальная бочка

  1. Фильтр сетчатый. Модель: «IFYCVCILM2S0N».

Фильтр универсального применения с прочным полипропиленовым корпусом. Крышка с 3-им патрубком для организации промывки противотоком. Сфера применения - системы водоснабжения и ландшафтного орошения. Возможность быстро и без использования инструмента осуществить извлечение и промывку картриджа.

Фильтр применяется для отчистки воды, которая в последующем будет использована в оросительной системе.

  1. Солнечный водонагреватель.

Солнечный коллектор применяется для обеспечения горячей водой и отоплением частных домов, гостиниц, коттеджей, домов отдыха и любых других отдельно стоящих построек. Система эффективно сохраняет накопленную энергию. Вакуум удерживает до 95% полученного в трубках тепла. Нагрев воды в баке солнечного водонагревателя осуществляется с помощью вакуумных трубок, работающих по принципу теплообмена между конденсаторами-теплообменниками вакуумных трубок двойного вакуумирования (DVT) и водой в баке-термосе. Пропилен гликоль в вакуумных трубках DVT нагревается от солнца, и при +35ºС испаряется, тем самым нагревая жидкость в баке.



Рисунок 19 – Фильтр

  1. Солнечный водонагреватель.

Солнечный коллектор применяется для обеспечения горячей водой и отоплением частных домов, гостиниц, коттеджей, домов отдыха и любых других отдельно стоящих построек. Система эффективно сохраняет накопленную энергию. Вакуум удерживает до 95% полученного в трубках тепла. Нагрев воды в баке солнечного водонагревателя осуществляется с помощью вакуумных трубок, работающих по принципу теплообмена между конденсаторами-теплообменниками вакуумных трубок двойного вакуумирования (DVT) и водой в баке-термосе. Пропилен гликоль в вакуумных трубках DVT нагревается от солнца, и при +35ºС испаряется, тем самым нагревая жидкость в баке.

Данное оборудование будет использовано в качестве вспомогательного механизма в определенных случаях, когда нагревательным элементом можно пренебречь. Обычно в солнечные дни и после, тепло будет оставаться в течении 2-3 дней. Теплую воду необходимо будет потихоньку замещать с циркулирующей по трубам через почву. Таким образом, достигая нужной температуры в почве.



Рисунок 20 – Солнечный водонагреватель

  1. Термопривод. Модель «400С».

Автомат проветривания теплицы Термопривод 400С без участия человека проветривает и поддерживает оптимальную температуру в теплице..
Никаких регулировок. При температуре ниже +20 градусов термопривод закрыт, при +26 открыт. Качественное уплотнение делает тугим ход штока, препятствует раскачиванию створки ветром, обеспечивает мощность изделия и длительный срок службы. При охлаждении гидроцилиндра шток не втягивается, для его утапливания требуется внешнее усилие 0,2 - 5 кг., которое создаётся пружиной. Корпус светлого цвета не нагревается солнцем, точно поддерживает заданную температуру в теплице. Хромированный шток не ржавеет. Качественные комплектующие позволяют термопривод оставлять на зиму в теплице.

В теплице участвуют всего два цилиндра. Один находится с нижней стороны теплицы, второй находится в верхней части. Такое расположение цилиндров, засчёт естественного проветривания, позволяет воздуху охлаждать и замещать свежий воздух с воздухом в теплице. Данное устройство работает без участия контроллера.



Рисунок 21 – Термопривод

1.3 Описание технологического процесса

Запускается контроллер. По кнопке включения включается дисплей и показывается главное меню рисунок 22.



Рисунок 22 – Главное меню

Работа с дисплеем должна производится посредством нажатия кнопок на панели управления.

С помощью кнопок вверх и вниз будет производится перемещение стрелки для выбора. Кнопка «ok» запускает выбранную функцию.

Во вкладке «Programs» рисунок 23 находятся все программы, загруженные в контроллер, по которым система должна будет осуществлять определенный алгоритм. Программа может быть построена как для выращивания каких-либо ягод, так и для выращивания овощей. В контроллер для лучшего ориентирования будет установлена всего одна программа для выращивания клубники.



Рисунок 23 – Первая страница

Во вкладке «Status» рисунок 24 находятся все динамические параметры системы, такие как влажность воздуха снаружи, влажность воздуха внутри, температура почвы и т. Д. Под надписью “Status” должно быть написано название запущенной программы.



Рисунок 24 – Вторая страница

Вкладка «exit» нужна для выхода из дисплея, но в программе должно быть предусмотрено выключение экрана по истечению 3 минут, если никакого воздействия на экран не происходит.

После запуска выбранной программы во вкладке “Programmes” автоматическая теплица начинает свою работу. Состоит вся программа из нескольких функций. Программа будет проверять состояние теплицы и вносить корректировки в систему, проходясь по списку функций.

Функция освещенности

Фоторезистор фиксирует количество попадаемого света в теплицу. С самого начала таймер начинает отсчет на 12 часов, в течении этого времени растения должны находится в светлой среде. Если количество света в люксах будет ниже 10000 в течении 5 минут, то включается искусственное освещение. Включаются две светодиодные лампы. Процесс будет происходить с 7:00 до 19:00.

Функция влажности

Датчики влажности почвы считывают показания на двух зонах выращивания. Уровень влажности должен быть не меньше 60%. Если присутствуют отклонения, то производится капельный полив по контуру где присутствуют отклонения. Ток подается на соленоид в распределителе, и вода начинает поступать по шлангу с распылителями. Полив производится до тех пор, пока процент влажности не дойдет до отметки в 70%.


Функция температуры

Считываются показания датчика температуры почвы в первой зоне выращивания и на второй. Если температура почвы ниже 20 градусов и температура в теплице хотя бы ниже 25, то включается система отопления. Запускается насос и включается нагревательный элемент. При условии, если количество люксов превышает значение 30000, тогда включается насос, открывается клапан, отвечающий за работу солнечного нагревателя в системе. Работа основного нагревателя отключена. Отапливается теплица до тех пор, пока температура почвы не будет превышать 28 градусов.
  1. 1   2   3   4   5

Практическая часть


2.1 Гидравлическая схема

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. 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. 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. 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.

Смотрите также файлы