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

ВУЗ: Не указан

Категория: Реферат

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.10.2023

Просмотров: 326

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


Расчет экономического эффекта.

В данной работе расчет годового экономического эффекта может быть произведен:

– от применения новых технологических процессов, механизации и автоматизации производства, способов организации производства и труда при выпуске одной и той же продукции;

– от производства и использования новых средств труда с улучшенными качественными характеристиками (долговечность, производительность, издержки эксплуатации и т.п.);

– от производства продукции повышенного качества для удовлетворения нужд населения.

      1. Расчет годового экономического эффекта от применения новых технологических процессов, механизации и автоматизации производства, способов организации производства и труда.

Определение годового эффекта основывается на сопоставлении приведенных затрат по базовой и новой технике. Приведенные затраты представляют собой сумму себестоимости и нормативной прибыли:
(11)

где З – приведенные затраты единицы продукции (работы), руб.; С – себестоимость единицы продукции, руб.; К – удельные капитальные вложения в производственные фонды на единицу продукции (работ); Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный 0.15.

Годовой экономический эффект от применения новых технологических процессов, механизации и автоматизации производства, способов организации производства и труда, обеспечивающих экономию производственных ресурсов, на машиностроительных заводах, определяется по формуле:

(12)
где Э – годовой экономический эффект, руб.; З1, З2 – затраты, приведенные к единице продукции (работы), производимой с помощью базовой и новой техники, определяемые по формуле: А – годовой объем производства продукции (работы) с помощью новой техники в расчетном году, в натуральных единицах.

      1. Расчет величины капитальных затрат.

Приведенные затраты на годовой выпуск продукции (работы), определяются как сумма себестоимости годового выпуска продукции, полученной по базовому и проектируемому процессу, и нормативных отчислений капитальных вложении на ее изготовление. В состав капитальных вложений включают:


- стоимость оборудования;

- затраты на проектирование;

- стоимость необходимость производственных площадей.

Две составляющих капитальных вложении были рассчитаны выше. Рассчитаем последнюю составляющую капитальных вложений.

Производственная площадь базового и проектируемого оборудования равна 24 м2. Стоимость 1 м2 участка земли в Красноярске составляет 1500 руб., следовательно, стоимость участка теплицы равна: 24*1500 = 36000 руб.

Расчет величины капитальных затрат сводим в таблицу 9.

Таблица 9. Капитальные затраты.



п/п

Виды затрат

Стоимость ед. баз. оборудования, руб. (К1)

Стоимость ед. проект. оборудования, руб. (К2)

1

Стоимость оборудования

75000

170554

2

Затраты на проектирование




52680

3

Стоимость производств. площадей

36000

36000

4

Итого

111000

259234

      1. Расчет затрат на содержание и текущий ремонт.

Годовые затраты для базовой техники:

75000·0.05 = 3750 руб.

Годовые затраты для проектируемой техники будут складываться из затрат для базовой техники +5% от стоимости покупных изделий и приборов без транспортно-заготовительных расходов.

Годовые затраты проектируемой техники:

3750 + 170554* 0.05 = 12277 руб.

Результаты расчетов сводим в таблицу 10.

Таблица 10. Расчет затрат на содержание и текущий ремонт.

Техника

Количество

Годовые затраты,

руб.

Базовая

1

3750

Проектируемая

1

8527

Перерасход




4777


      1. Расчет амортизационных отчислении.

Расчет затрат на амортизацию сводим в таблицу 11.

Таблица 11. Расчет амортизационных отчислений от стоимости оборудования.

Техника

Стоимость оборудования,

руб.

Норма амортизации,

%

Сумма амортизац. отчислений, руб.

Базовая

75000

10

7500

Проектируемая

170554

10

17055,4

Перерасход







9555

      1. Расчет затрат на электроэнергию.

Стоимость затрат на электроэнергию рассчитывается по формуле:
(13)
где Кус – установленная мощность оборудования, кВт; Ксп – коэффициент спроса, показывающий долю потребляемой мощности от установленной; Фвр – фонд рабочего времени (в год); Ц – цена одного кВт.часа; J – КПД двигателя (насоса).

Зэ (баз) = (3 0.9 4000 5.47)/0.9 = 65640 руб.

При учёте солнечного тепло нагревателя фонд рабочего времени падает. Исходя из статистики солнечных дней в Красноярске 37% дней солнечных или обычных. Учитывая удерживаемую теплоту в баке можно приравнять замену рабочих часов на 40%. Отсюда фонд рабочих часов для проекта составит:

Фвр = 4000 0,4 = 2400.

Зэ (проект) = (3 0.9 2400 5.47)/0.9 = 39384 руб.

Расход воды для полива в день составит около 12 литров. Стоимость кубометра теплой воды в Красноярске 134 руб.

Звода(баз) = (12*365)/1000*134 = 580 руб.

Звода(проект) = (12*365)/1000*134 = 580 руб.

Таким образом затраты на воду и электроэнергию на год работы составят:


Зэ(баз)+ Звода(баз)= 66220 руб.

Зэ(проект)+ Звода(проект) = 39964 руб.

В итоге себестоимость годовой выработки (табл. 12), состоящая из затрат на амортизацию оборудования, затрат на электроэнергию и воду составит:

Таблица 12. Себестоимость годовой выработки.

№ п/п

Статьи затрат

Базовая

техника (С1)

Проектируемая техника (С2)

Экономия(-), перерасход(+)

1

Амортизация оборудования

7500

17055,4

-9555

2

Содержание и ремонт

оборудования

3750

8527

-4777

Продолжение таблицы 12.

3

Затраты на электроэнергию и воду

66220

39964

26256




итого

77470

65546

11924

Подведя расчеты по капитальным вложениям и себестоимости годового выпуска продукции по изменяющимся статьям затрат, можно рассчитать годовой экономический эффект, срок окупаемости и другие показатели проекта.

    1. Расчет годовой экономической эффективности

Годовую экономическую эффективность рассчитывают по формуле:
(14)
где С1, С2 себестоимость годовой выработки станции для базовой и новой техники соответственно, руб.; К1, К2 – капитальные затраты в базовом и новом вариантах соответственно, руб.; Ен – нормативный коэффициент эффективности (Ен = 0.15).

ΔС=С1-С2 = 11924 руб.,

ΔК=К1-К2 = 148234 руб.,

Э = 11924 + 0.15·148234 = 34159 руб.


Предполагаемый экономический эффект от введения автоматической системы регулирования в тепличном комплексе составит 34159 рубля.

    1. Расчет срока окупаемости

Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений рассчитываем по формуле:
(15)

где ΔК – дополнительные капитальные вложения, руб.; ΔС – снижение себестоимости, руб.

Т =22235/11924 = 1 год 10 месяцев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
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.

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.

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.