КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Х.М. БЕРБЕКОВА ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И РОБОТОТЕХНИКИ КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИИ ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ ОТЧЕТ по учебной практике по получению первичных профессиональных умений и навыков студента 1-го курса магистратуры, специальности УвТС, направления подготовки: 27.04.04 Кишева М.А. Руководитель практики: Д.В.Хатухова, ассистент кафедры ИТ в УТС Нальчик 2019 г. Содержание Введение……………………………………………………………………..…….3 1. Общая характеристика объекта управления………………………………..5 1.1. Характеристика условий окружающей среды в теплице………………5 1.2. Требования, предъявляемые к современным автоматизированным системам управления микроклиматом………………………………………6 1.3. Обобщенная архитектура автоматизированного комплекса поддержания параметров микроклимата……………………………………7 1.4. Функциональные возможности комплекса, цель и задачи работы…...9 2. Модель аппаратно–программного комплекса автоматического контроля параметров микроклимата теплицы……………………………………………10 2.1 Структурная схема АПК контроля параметров теплицы………….10 2.2 Логическая схема взаимодействия компонентов комплекса……….12 2.3 Выбор аппаратных компонентов комплекса………………………...14 2.4 Командная архитектура комплекса…………………………………..15 2.5. Разработка алгоритмов взаимодействия компонентов комплекса...16 Заключение………………………………………………………………………21 Список использованных источников…………………………………………..22 2 Введение Компьютеры позволяют автоматизировать огромное количество операций, которые ранее были под управлением людей. Скорость обработки данных компьютерами раскрывает широкие возможности, применимые в различных сферах человеческой деятельности, оставляя людям лишь самые важные функции по настройке и управлению различных цифровых систем. Современные аппаратно-программные комплексы - (АПК) позволяют оптимизировать не только отдельные операции, но и целые рабочие процессы, состоящие из множества действий. Формально под определение аппаратно - программного комплекса подпадает огромное количество различных цифровых систем, начиная от простых персональных компьютеров, заканчивая объемными хранилищами данных и комплексными системами безопасности. Минимальной частью системы является устройство, в зависимости от сложности оснащённое встроенным программным обеспечением или просто соединённое с центром обработки сигналов. Несколько устройств, объединённых общей задачей, с единым узлом сбора и обработки информации, уже можно назвать полноценным АПК. Области применения АПК довольно обширны: Управление базами данных. Медицинские исследования. Производственная сфера. Производство сельхозпродукции. Системы безопасности и т. п. Успехи использования аппаратно-программных комплексов, которые существенно изменили нашу жизнь, могут служить основанием для более интенсивного их внедрения в народное хозяйство. Например, по разработке новых комплексов объединённых общим названием «Умная теплица». IT-специалист способен разработать и развернуть собственный комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих обмениваться и обрабатывать практически любые виды информации для технологических задач, выполнение которых требует автоматизации. Также существуют и готовые решения от различных производителей, активно внедряемые в различные сферы деятельности. Преимущества и недостатки готовых АПК перед комплексами собственной сборки. Плюсы: 1. Готовое оборудование, на развёртывание которого уйдёт минимум времени. Все компоненты комплекса проходят многоступенчатое 3 тестирование на совместимость и отказоустойчивость. Специалисты компаний, выпускающих АПК, используют оригинальное ПО для максимальной оптимизации взаимодействия всех частей комплекса. 2. Минимальное количество обслуживающего персонала. Многие АПК не требуют от пользователя глубоких знаний IT-технологий, а техподдержка от производителей, способна помочь в решении большинства типовых проблем без вызова специалиста. 3. Гибкость. Готовый комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих выполнять расширенный спектр операций в своей области, привлекает покупателей универсальностью. Минусы: 1. Стоимость готовых решений может быть выше, чем разработанные для конкретного процесса аппаратно-программных комплексов от ITспециалистов внутри компании. 2. Гибкость сборных АПК может быть недостаточна для решения определённых задач, где требуется уникальный подход. Поэтому разработка и исследование аппаратно-программных комплексов, для решения определенных задач является актуальностью в наше время Целью проведенной работы является разработка системы и исследование в системе SCADA результатов испытания аппаратно программного комплекса с сохранением данных проекта ARDUINO с использованием SD CARD. 4 1. Общая характеристика объекта управления. 1.1 Характеристика условий окружающей среды в теплице. В большинстве районов нашей страны выращивание продукции в естественных климатических условиях возможно лишь в течение шести месяцев, а в остальное время осуществляется процесс производства овощной продукции в закрытом грунте. В процессе производства растений в защищенном грунте необходимо учитывать следующие факторы, оказывающие непосредственное влияние на рост, развитие и урожайность овощных культур: – температурные параметры микроклимата помещения; – освещенность; – влажность внутри помещения. Требовательность возделываемых овощных культур к температурным параметрам окружающей среды зависит от периода их жизненного цикла. Требование растений к освещенности также необходимо учитывать при выращивании рассады овощных культур в закрытом грунте. Параметры влажности внутри теплицы необходимо контролировать круглосуточно, поскольку у овощных культур разная потребность во влаге в зависимости от времени суток. Особое внимание этому параметру следует уделять в период прорастания семян, когда недостаточное увлажнение может стать причиной низкой всхожести растений. Влажность также оказывает значительное влияние на урожайность в период цветения. Пересохшая пыльца не может опыляться и как следствие – наличие пустых кистей без завязи, а пересушенный воздух способствует появлению насекомых–вредителей. Для предотвращения данных проблем необходимо поддерживать влажность воздуха внутри теплицы в дневное время в пределах 60–75%, а влажность почвы – 65–80% (в зависимости от выращиваемой культуры). В ночное время, когда температурные параметры микроклимата уменьшаются значение влажности следует минимизировать для предотвращения развития фитофторы. Таким образом, нарушение параметров микроклимата при выращивании овощных культур в теплице приводит к снижению урожайности и ухудшению качества готовой продукции, что в свою очередь вызывает необходимость использования химических препаратов и влечет дополнительные денежные затраты. 1.2 Требования, предъявляемые к современным автоматизированным системам управления микроклиматом. Неотъемлемой частью современных тепличных комплексов по круглогодичному выращиванию овощеводческой продукции являются 5 автоматизированные системы управления микроклиматом теплиц. Это обусловлено наличием большого количества исполнительных механизмов, а также высокими требованиями, предъявляемыми к качеству их функционирования. При этом следует учесть влияние внешних параметров окружающей среды на внутренние параметры микроклимата. Основные требования, предъявляемые к современным автоматизированным системам, учитывают размер теплицы и функциональное назначение. При выборе автоматизированных систем управления микроклиматом в теплицах также следует учитывать следующие факторы: 1. Стоимость системы управления, которая определяется индивидуально для каждой теплицы в зависимости от применяемых технологических систем и набора функциональных возможностей. Такая система включает в себя силовые, интеллектуальные и вспомогательные компоненты: силовые компоненты включают в свой состав блоки питания, коммутирующее и защитное оборудование, звуковую и световую сигнализацию и органы аварийного ручного управления; интеллектуальные компоненты состоят из основного и периферийного оборудования, которое включает в себя как аппаратную, так и программную части; вспомогательные компоненты, представленные линиями проводной или беспроводной связи с учетом распределительного, соединительного и согласующего оборудования. 2. Функциональные возможности системы, обеспечивающие регулирования параметров микроклимата в заданных пределах. Здесь следует учитывать наличие существующих исполнительных устройств и их согласованное управление в зависимости от заданных параметров производства продукции. 3. Степень автоматизации и методы управления, которые определяют степень участия оператора в технологическом процессе. Системы, функционирующие в автоматическом режиме, исключают участие оператора на всем цикле производства продукции. Автоматизированные системы предполагают наличие оператора и проведение текущих мероприятий оперативного контроля. 4. Техническую базу системы управления, включающую в себя средства ввода и контроля данных, их обработку и преобразование, а также управляющие воздействия на интеллектуальную и силовую составляющие. Основные характеристики технического обеспечения следующие: 6 структура системы управления, учитывающая в своем централизованность технических средств, количество уровней управления и структуру построения сети передачи данных; надежность исполнительного оборудования и применяемой элементной базы; реализация возможности улучшения количественных показателей и увеличение набора функциональных возможностей. 5. Удобство эксплуатации и обслуживания, определяемое наличием паспортов оборудования, полных комплектов инструкций по эксплуатации, принципиальных электрических схем, иной технической и технологической документации. 1.3 Обобщенная архитектура автоматизированного комплекса поддержания параметров микроклимата Обобщенная архитектура автоматизированного комплекса поддержания параметров микроклимата в теплице, представленная на рис. 1, представляет собой систему, состоящей из следующих уровней: – нижний уровень; – верхний уровень (серверная часть); – клиентское устройство. Нижний уровень выполнен на основе микропроцессорной платформы и обеспечивает реализацию следующих функций; сбор данных от датчиков, расположенных внутри помещения и передачу этой информации через верхний уровень клиентскому устройству в режиме реального времени; осуществление управляющих воздействий на исполнительные устройства обеспечения микроклимата. Реализация программного обеспечения нижнего уровня может быть реализовано по двум направлениям: обеспечение контрольно–управляющих взаимодействий; обеспечение связи с верхним уровнем. Верхний уровень представляет собой информационную систему, устанавливаемую на сервере и клиентских устройствах и обеспечивающую обратную связь между оператором и компонентами нижнего уровня используемого комплекса. Система реализована на клиент-серверной архитектуре. 7 Рисунок 1.1 – Обобщенная архитектура поддержания параметров микроклимата в теплицах. Основные функции серверной части: прием и обработка информации нижнего уровня о текущем состоянии комплекса; хранение полученной информации; взаимодействие с клиентским программным обеспечением; транзит команд от оператора к микропроцессорному устройству нижнего уровня; хранение и передача оптимальных значений параметров микроклимата в зависимости от выращиваемой культуры и ее жизненного цикла; 8 слежение за оптимальными показателями микроклимата в режиме реального времени и принятие мер оповещения в случае возникновения аварийных ситуаций. Клиентское устройство может реализовываться на персональном компьютере, планшете или мобильном телефоне и взаимодействовать с сервером используя локальную сеть или Интернет. К основным функциям клиентской части можно отнести: – запрос данных с сервера или передача команд нижнему уровню системы; – визуализация данных; – оповещение оператора в случае возникновения критической ситуации. Данная архитектура наряду со многими преимуществами имеет высокую стоимость входящих в нее компонентов, что не может обеспечить ее применение в малых тепличных комплексах на основе существующего оборудования поддержания параметров микроклимата производственных помещений. 1.4 Функциональные возможности комплекса, цель и задачи работы Для определения цели курсовой работы необходимо сформулировать требования, предъявляемые к аппаратно–программному комплексу контроля параметров в теплице как к сложному технологическому объекту. Основной задачей, решаемой на объекте, является поддержание заданных параметров микроклимата при использовании интенсивных методов производства на основе современных компьютерных технологий управления. Такие методы выращивания овощной продукции включают следующие технологические элементы: специальное программное обеспечение для поддержания заданных параметров микроклимата; автоматизированные установки для подачи сбалансированных по микро- и макроэлементам водных растворов питательных веществ; системы капельного полива с определением рН в подаваемой воде и дренажах; искусственное освещение, компенсирующее недостаток естественного солнечного света; поддержание оптимальных температур в зависимости от возделываемой культуры, месяца и времени суток; использование современных методов вентиляции и углекислотных подкормок для повышения урожайности и качества готовой продукции 9 Рабочий процесс комплекса должен осуществляться в автоматическом режиме с периодическим контролем температурных и влажностных параметров внутри помещения, а также контроля параметров герметичности. При этом необходимо предусмотреть реализацию текущей (оперативной), автоматической коррекции, температурно–влажностных параметров внутри теплицы в случае их отклонения от заданных. В случае отсутствия герметичности помещения (открытые двери) необходимо подавать оповещающий сигнал. При этом следует предусмотреть возможность отключения датчиков герметичности (например, в случае проведения подготовительных мероприятий к очередному циклу производства продукции). Данный аппаратно–программный комплекс должен обеспечивать возможность его использования при температуре окружающей среды от –40 до +50оС, и предоставлять возможность поддержания внутренней температуры в пределах от +1 до +30оС. Так же в комплексе следует предусмотреть возможность автоматического поддержания параметров влажности воздуха в заданных пределах вне зависимости от параметров влажности наружного воздуха. На основании вышеизложенных функциональных требований целью данной работы является разработка аппаратно–программного комплекса автоматического поддержания параметров микроклимата в теплице. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: Разработать системно–алгоритмическую модель нижнего уровня комплекса с обоснованием её структуры и определением логических связей между блоками; Выбрать аппаратные компоненты разработанной модели и привести алгоритмическую модель их взаимодействия; Произвести программную реализацию взаимодействия аппаратных компонентов; Провести экономическую оценку принятых решений и обосновать безопасные приемы работы на ЭВМ. 2. Модель аппаратно–программного комплекса автоматического контроля параметров микроклимата теплицы.онтроль 2.1 Структурная схема АПК контроля параметров теплицы Начальным этапом разработки модели аппаратно–программного комплекса контроля параметров теплицы является определение количества функциональных блоков и разработка структурных связей между ними. 10 Исходя из рекомендаций для надежного функционирования АПК необходимо иметь следующие группы оборудования: исполнительное оборудование, представленное осветительными приборами (для поддержания заданных параметров освещенности), нагревательными элементами (для поддержания заданных параметров температуры), вентиляционным оборудованием (для поддержания влажностных параметров и уровня углекислого газа), а также системы полива (для поддержания влажностного баланса как почвы, так и воздуха); измерительное оборудование, представленное датчиками для измерения освещенности, температуры и влажности воздуха, влажности почвы и содержания углекислого газа в составе воздуха; микроконтроллерного блока управления, считывающего текущие показания датчиков, расположенных внутри теплицы, производящего обработку этой информации и по её результатам производящего управление исполнительным оборудованием; Для определения структурной организации комплекса рассмотренное оборудование необходимо скомпоновать в функциональные блоки по типу решаемых задач. Таким образом, структурную организацию системы можно представить в следующем функциональных блоков, которые выполняют однотипные задачи: блока управления исполнительным оборудованием (лампочками, нагревательными элементами, вентиляторами, водяным насосом, испарителями); блока датчиков (освещенности, температуры, влажности, содержания углекислого газа, закрытии дверей); блок управления; блок ввода и отображения информации; Структурная организация комплекса представлена на рис. 2.1. Блок ввода и отображения информации Блок датчиков Блок управления Блок управления исполнит. оборудованием 11 Рисунок 2.1 – Структурная организация комплекса Данный комплекс является самостоятельной системой и рассчитан на длительное, заранее заданное автоматическое управление процессом контроля параметров микроклимата в теплице и поддержания их в пределах заданных значений. 2.2 Логическая схема взаимодействия компонентов комплекса Для разработки логической структуры взаимодействия компонентов комплекса необходимо определить перечень компонентов, входящих в каждый из блоков для реализации возложенных на них функций на основе структурной организации системы. Для поддержания параметров микроклимата в теплице необходимо производить измерение данных параметров учитывая инерционность их изменения используя следующее оборудование, входящее в структуру комплекса в виде блока датчиков: – датчик освещенности; – датчик температуры внутри теплицы; – датчик температуры снаружи теплицы; – датчик влажности воздуха; – датчик влажности почвы; – датчик уровня СО2; – датчик герметичности помещения. Блок управления комплексом необходимо выполнить в виде центрального управляющего и контролирующего устройства на основе микроконтроллера. Данный блок, выполняющий функции по обработке информации и общим управлением системой должен иметь в своем составе порты ввода-вывода, Flash-память для хранения программы, EEPROMпамять для длительного хранения настраиваемых значений, RAM-память для оперативного хранения переменных, АЦП для считывания сигналов с датчиков, таймеры. Для управления исполнительным оборудованием, непосредственно осуществляющим поддержание заданных параметров микроклимата необходимо в блок управления исполнительным оборудованием включить блоки управления следующего назначения: – включения искусственного освещения; – выключения искусственного освещения; – включения нагревательных элементов; 12 – выключения нагревательных элементов; – включения водяного насоса; – выключения водяного насоса; – включения вентиляторов; – выключения вентиляторов; Для задания параметров микроклимата теплицы, необходимых для выращивания определенного вида овощной продукции в состав блока ввода и отображения информации необходимо включить следующее оборудование: – клавиатуру, для ввода параметров или их изменения; – дисплей, для отображения вводимых или контроля текущих параметров. Таким образом, логическая схема взаимодействия компонентов комплекса с учетом рассмотренного оборудования представлена на рис. 2.2. Блок ввода и отображения информации клавиатура LCD индикатор освещенность вкл освещен выкл освещен toC внутри вкл подогрев toC снаружи MCU выкл подогрев влажность воздуха вкл насос влажность почвы содержание СО2 Блок датчиков выкл насос вкл вентилятор Блок управления выкл вентилятор герметичн 13 Рисунок 2.2 – Логическая структура взаимодействия компонентов комплекса. Рабочий процесс аппаратно-программного комплекса контроля параметров в теплице осуществляется следующим образом. При первичном включении электропитания микроконтроллер, проводит инициализацию системы и переводит её в рабочее состояние. На LCD-дисплее отображается текущее значение температуры воздуха внутри помещения теплицы. Следующим действием является задание необходимых параметров микроклимата, соответствующих выращиваемой овощной культуре. Данная операция выполняется посредством кнопок клавиатуры и отображается на экране дисплея. Данные параметры включают в себя следующие группы значений: – температура воздуха внутри теплицы (оС); – влажность воздуха внутри теплицы (%); – влажность почвы (%); – освещенность; – продолжительность периода искусственного освещения (ч); – содержание СО2 в воздухе; – значения интервала времени выращивания продукции; – текущее значение времени. Таким образом, на данном этапе разработки определены логические связи между блоками комплекса и следующим этапом является выбор компонентов аппаратной части. 2.3 Выбор аппаратных компонентов комплекса Для выполнения блоками вышеуказанных функций необходимо подобрать аппаратные компоненты комплекса. В качестве блока управления комплексом, выполненного в виде центрального управляющего и контролирующего устройства выбираем микроконтроллер Arduino Uno. Данный микроконтроллер имеет в своем составе 14 цифровых входов/выходов, 6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ, а также есть 6 аналоговых выходов. В данной плате применяется чип Atmega16U2, который позволяет превратить плату в любое USB-устройство: от мышки до внешнего диска. Питание Arduino UNO R3 подается по USB или от внешнего источника питания, в качестве которого может использоваться аккумуляторная батарея или сетевой АС/DC-адаптер. Объем флеш-памяти составляет 32 КБ. 14 Датчик температуры DS18B20 [20] представляет собой цифровой термометр с программируемым разрешением, от 9 до 12–bit, которое может сохраняться во внутренней энергонезависимой памяти EEPROM. Он обменивается данными по 1-Wire шине и при этом может быть как единственным устройством на линии, так и работать в группе. Все процессы на шине управляются встроенным микропроцессором. Диапазон измерений от –55°C до +125°C, а в диапазоне от –10°C до +85°C точность составляет 0.1°C. В дополнение, DS18B20 может питаться напряжением линии данных (“parasite power”), при отсутствии внешнего источника напряжения. Таким образом, данный датчик может применяться как внутри помещения, так и снаружи. Датчик освещенности на основе фоторезистора обеспечивает контроль интенсивности дневного света в теплицах. Датчик влажности DHT22 предназначен для измерения этого параметра в диапазоне от 0 – 100%, в диапазоне температур –40+85 °C и имеющий на выходе напряжение пропорциональное влажности окружающей среды. Датчик влажности почвы FC-28 позволяет измерять объемное содержание влаги в большом объеме выборки почвы. Он работает с точностью ±2,5% при температуре от 10 до50°С. На этом компоновка системы на уровне аппаратной части завершена, и следующим этапом является выбор средств разработки программного обеспечения и определение алгоритмов работы системы в целом. 2.4 Командная архитектура комплекса Командная архитектура аппаратно–программного комплекса контроля параметров в теплице на рис. 2.3. Для выращивания овощной культуры необходимо задать оптимальные значения параметров. Для этого оператору в соответствии с инструкцией пользователя необходимо задать значения данных параметров. После запуска системы комплекс в автоматическом режиме будет контролировать введенные значения параметров посредством управляемых устройств. Следует отметить, что в связи неоднородностью промокания почвы во время полива используются удвоенное количество датчиков влажности почвы, что способствует более точному определению такого параметра как влажность почвы. 15 Рисунок 2.3 – Командная архитектура комплекса 2.5 Разработка алгоритмов взаимодействия компонентов комплекса Основными параметрами, необходимыми для успешной реализации процесса выращивания овощной продукции являются температура и влажность, поэтому при разработке алгоритмов взаимодействия компонентов комплекса необходимо реализовать два основных алгоритма: – алгоритм поддержания заданной температуры помещения; – алгоритм поддержания заданной влажности почвы. Алгоритм поддержания заданной температуры представляет собой последовательности выполняемых действий, направленных на поддержание заданного параметра температуры внутри помещения теплицы. Данный алгоритм представлен на рис. 2.4. Он реализуется после проведения начальной инициализации и перехода системы в основной рабочий режим. Здесь необходимо задать рекомендуемую температуру внутри помещения (tзад), а также максимальную (tmax) и минимальную температуру (tmin), в пределах которых допускается рост и развитие 16 растений. Если температурные параметры находятся вне этого интервала, то это может привести к гибели растений. Процесс поддержания заданных параметров температуры вызывается часами реального времени с интервалом в 5 минут. Производится измерение текущего значения температуры внутри теплицы с отображением его на индикаторе. Результат измерения (tтек)сравнивается с заданными граничными (минимальным и максимальным) значениями. В случае, если температура лежит за пределами этого интервала, то на экран дисплея выводится сообщение об нештатной (аварийной) ситуации. При этом комплекс не прекращает процесс регулирования температуры и в автоматическом режиме пытается вернуть параметры температуры в заданный интервал. Такой вариант возможен при кратковременном сбое в электропитании комплекса. Если текущее значение параметра лежит внутри разрешенного температурного интервала, то производится сравнение tтек с tзад. При совпадении данных параметров (регулирование не требуется) производится отображение текущего значения температуры на дисплее и завершается очередной цикл измерений. В случае не совпадения текущей температуры с заданной, система выполняет ее коррекцию. При выполнении условия tтек < tзад производится включение нагревателя и передается управление подпрограмме отсчета времени. Данное действие необходимо выполнять в течении нескольких минут (в зависимости от объема теплицы и количества нагревательных элементов) поскольку нагрев воздуха является инерционным процессом. 17 Начало tзад, tmax, tmin измерен tтек НЕТ tmin<tтек<tmax авария ДА ДА tтек<tзад вкл нагреватель НЕТ отсчет времени выкл нагреватель ДА tтек>tзад вкл охладитель отсчет времени НЕТ выкл охладитель tтек Конец Рисунок 2.4 – Алгоритм поддержания заданной температуры 18 После отсчета времени работы нагревателя, он отключается и происходит повторный замер температуры в помещении. В случае недостаточной температуры воздуха производится повторный нагрев. Данные действия повторяются до тех пор, пока температура на достигнет оптимального (заданного) значения. При выполнении условия tтек>tзад производится включение вентилятора, при работе которого происходит охлаждение помещения. Действия по регулированию процесса охлаждения аналогичны действиям по нагреву помещения. Алгоритм поддержания заданной влажности представляет собой последовательности выполняемых действий, направленных на поддержание заданного параметра влажности внутри теплицы и представлен на рис. 2.5. Данный алгоритм также реализуется после проведения начальной инициализации и перехода системы в основной рабочий режим. Здесь необходимо задать рекомендуемую влажность почвы (wзад), а также максимальную (wmax) и минимальную влажность (wmin), в пределах которых допускается рост и развитие растений. Если параметры влажности находятся вне этого интервала, то растения могут засохнуть , или наоборот сгнить. Для регулирования параметров влажности блок микроконтроллерного управления производится измерение с помощью соответствующего датчика. В случае, если измеряемый параметр меньше минимального порогового значения, то включается насос подачи воды на заранее запрограммированное время. После процесса воздушно–капельного распыления воды насос выключается и повторное измерение влажности происходит через 12 часов. В случае, если влажность больше заданной, то включается система вентиляции на заданное время. Это приводит к улучшению естественной циркуляции воздуха внутри помещения. Следует отметить, что периодическое включение системы вентиляции как для регулирования температурных параметров, так и параметров влажности обеспечивает циркуляцию воздуха. Такая принудительная циркуляция осуществляет балансирование содержания углекислого газа внутри помещения и приближает этот параметр к естественному значению в составе воздуха. 19 Начало wзад, wmax, wmin измерение wтек Д А wтек < wmin вкл насос воды НЕТ отсчет времени выкл насос воды wтек > wmax Д А вкл вентилятор НЕТ отсчет времени выкл вентилятор Конец Рис 2.5. – Алгоритм поддержания заданной влажности Таким образом, на данном этапе проектирования разработка системно– алгоритмической модели аппаратно–программного комплекса автоматического контроля параметров микроклимата теплицы завершена и дальнейшими шагами является программная реализации разработанных алгоритмов. 20 Заключение В курсовой работе была поставлена цель – исследование автоматизированной системы управления микроклиматом теплицы. В настоящее время широкое применение находят автоматизированные тепличные хозяйства, поэтому работа является актуальной. В ходе работы была запрограммирована плата Arduino Uno, которая выполняет роль промышленного контроллера. К ней подключены все датчики и управляющие устройства. Загруженная в плату программа позволяет работать макету в автоматическом режиме. Для изменения установок или алгоритма управления необходимо перепрограммировать плату. Чтобы обеспечить человеко-машинный интерфейс, было принято решение разработать SCADA-систему. Для этого необходимо было связать её с контроллером. Для этого использован OPC-сервер. Из-за того, что алгоритмы управления были реализованы с помощью контроллера, в SCADA-системе реализовано переключение между ручным, автоматическим и автоматизированным режимами. Так как выбор режима управления в контроллере реализован через изменение значения одной переменной, которую с помощью OPC-сервера можно изменить внутри SCADA-системы, есть возможность реализовать абсолютно любые алгоритмы управления на основе скриптов в этой системе. Arduino Uno и OPC-сервер соединяются по протоколу Modbus. Макет оборудован интерфейсом RS-232, что позволяет подключить стенд к практически любому промышленному оборудованию или устройству, поддерживающему этот интерфейс. Наличие интерфейса RS-485 даёт возможность масштабирования системы от локальной до распределённой и связи подобных устройств в сеть. 21 Список используемых источников 1. Михеев, В. А. Автоматизация процессов ОМД [Электронный ресурс]: электрон. учеб. пособие/ В. А. Михеев; Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т). – Самара, 2012. – 167 с. 2. Шандров, Б. В. – Технические средства автоматизации : учебник для студ. высш. учеб. заведений / Б. В. Шандров, А. Д. Чудаков. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 368 с. 3. Втюрин, В. А. – Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Основы АСУ ТП. – уч. пособие, 2006. – 152 с., ил. (просто электронный учебник для студентов лесопилки) 4. Автоматизированное управление технологическими процессами // [Электронный ресурс]. URL: http://ani-studio.narod.ru/BOX/Flash/Study/Automation/HTMLThemes/Theme4.htm (дата обращения: 27.05.2017) 5. Денисенко, В. В. – Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. – М.: Горячая линия – Телеком, 2009. – 608 с., ил. 6. Системы автоматизации // Сервис Монтаж Интеграция [Электронный ресурс]. URL: http://smi.su/product/sistemy_avtomatizatsii/ (дата обращения: 27.05.2017) 7. Гиш, Р. А., Карпенко, Е. А. – Модернизация и совершенствование управления параметрами микроклимата – основа теплиц V поколения // Научный журнал КубГАУ. 2016. №123(09). 8. Катков, А. Ю., Ползунов И. В., Петрянин Д. Л. – Проблемы построения систем управления микроклиматом теплиц// Труды семинара Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2014. С. 460,463. 9. Управление теплицей с использованием Arduino // EngineersGarage [электронный ресурс]. URL: https://www.engineersgarage.com/contribution/green- house-monitoring-usingarduino (дата обращения: 27.05.2017) 10. Основы SCADA систем и их функции // RuAut – центр промышленной автоматизации [Электронный ресурс]. URL: http://ruaut.ru/content/publikacii/scada/osnovy-scada-sistem-i-ikh-funktsii.html (дата обращения 25.05.2017) 22
