капково напояване
Автоматизацията е използването на набор от инструменти, които позволяват производствените процеси да се извършват без прякото участие на човек, но под негов контрол. Автоматизирането на производствените процеси води до увеличаване на производителността, намаляване на себестойността и подобряване на качеството на продукта, намалява броя на обслужващия персонал, повишава надеждността и издръжливостта на машините, пести материали, подобрява условията на труд и безопасността.
Автоматизацията освобождава човек от необходимостта директно да управлява механизмите. В автоматизирания производствен процес ролята на човек се свежда до настройка, настройка, поддръжка на оборудване за автоматизация и наблюдение на тяхната работа. Експлоатацията на оборудването за автоматизация изисква висока техническа квалификация от обслужващия персонал.
Локалните системи за управление са автоматични модули, използвани за решаване на една функционална задача, за управление на едно устройство, за регулиране или сигнализиране на един параметър.
Целта на този курсов проект е да се разработи локална система за управление на капково напояване.
1 РАЗШИРЕНО ТЕХНИЧЕСКО ЗАДАНИЕ
Предвидената система за локално управление е предназначена за капково напояване.
Схематична диаграма на местна система за напояване на земя е показана на фигура 1. Отличителна черта на това напояване е, че водата се подава тук на капки или потоци бавно, до отделни точки, след което овлажнява кореновата зона, а основната повърхност на почвата остава рохкава и суха. Като източник на вода се използват реки, канали, езера, резервоари, водни кули и други съоръжения. Контролно-разпределителният блок включвамикропроцесор, помпа, филтър, манометър.
1 - микропроцесор с вграден аналогово-цифров преобразувател; 2 помпа; 3 - клапан; 4 - филтър; 5 - тръбопровод; 6 - манометър.
Фигура 1 - Принципна схема на системата за капково напояване на почвата
Системни спецификации:
- време за регулиране не повече от 11 секунди;
- превишение не повече, % 30;
- честота на запитване на сензора, 1/s 5;
- максимално допустима скорост, rad/s 0,8;
- максимално допустимото ускорение, rad/s 0,55.
2 ИЗБОР И ОБОСНОВКА НА ИЗБОРА НА ЕЛЕМЕНТНАТА БАЗА НА ЛОКАЛНАТА СИСТЕМА ЗА УПРАВЛЕНИЕ
В тази локална система за управление налягането на водата се регулира, така че микроконтролерът получава сигнал от един сензор. Следователно микроконтролерът трябва да има един вход за получаване на данни от сензора и един изход за подаване на управляващ сигнал към изпълнителния механизъм. За по-голяма точност и функционална гъвкавост ще изберем микроконтролер с вграден високоскоростен и прецизен АЦП. От тези съображения топката избра микроконтролера C8051FO64 с аналогово-цифров преобразувател. Предимството на такова едночипово решение, освен намаляването на площта, заета от компонентите на печатната платка, е подобряването на консумацията на енергия, намаляването на цената на готовата система и опростяването на процеса на разработка.
Основните технически данни на микроконтролера са показани в таблица 1.
Таблица 1–Спецификации за микроконтролер C8051FO64
Капацитет на ADC, бит
Брой ADC канали
Интегрална нелинейност, LSB
Вградена точност на осцилатора
Таблица 1 продължава
Капацитет на ADC, бит
Пикова производителност, MIPS
Микропроцесорът може да се счита за софтуерно управлявано устройство, така че неговата трансферна функция има формата:
2.2 Сензор за манометрично налягане
За тази система ще изберем манометъра GS-AMTS.
Основните характеристики на манометъра са показани в таблица 2.
Таблица 2–Спецификации на манометъра GS-AMTS
Канал за измерване на налягането
Диапазон на измерване, MPa
Канал за измерване на налягането
Диапазон на измерване, MPa
Намалена граница на грешка, %
Времева константа, секунди
Версия за защита от експлозия
Продължение на таблица 2
Автономният дълбочинен манометър е предназначен за дълбоки измервания на параметри на налягане, температура и влажност по зададена схема с последващо съхраняване на записаните данни в енергонезависимата памет на устройството.
Входният сигнал към манометъра е налягане, изходният сигнал е напрежение. По този начин усилването на предавателната функция на сензора за налягане се определя, както следва:
където k е коефициентът на усилване, /6/, c. 98
T е времето за реакция на сензора към входното действие. /6/, гр. 99
където Pmax = 200 kPa е максималното налягане,
Umax = 45 V - максимално напрежение.
По този начин трансферната функция на сензора за налягане има формата:
За тази система е избран тръбопровод от полиетилен с добавка на сажди, което помага да се предотврати развитието на водна растителност. Тези тръби са леки, гъвкави, имат ниски загуби на водно налягане, имат възможност за заваряване, което ви позволява сигурно да уплътните завоите в стените на разпределителите и да направите връзката на тръбопровода.
Спецификациите са дадени втаблица 3.
Таблица 3–Спецификации на тръбопроводите
Входящо налягане, kPa
Изходящо налягане, kPa
Трансферната функция на тръбопровода има формата:
където k е коефициентът на предаване, /4/, c. 105
T е времевата константа. /4/, гр. 105
където p1 = 1,2 kPa е налягането на входа на тръбопровода,
3 е специфичното тегло на течността,
h0 = 0,1 m е максималната височина на повдигане на течността,
p2 = 1,1 kPa - изходящо налягане в тръбопровода,
q \u003d 1 m 3 / s - поток на течност на входа.
По този начин трансферната функция на тръбопровода има формата:
2.4 CVC захранваща помпа
За тази система е избрана помпата TsVK 6.3/160.
Основните характеристики са показани в таблица 4.
Таблица 4 - Технически характеристики на помпата TsVK 6.3 / 160
Входен диаметър на кръглата скара, m
Изходен диаметър на кръглата решетка, m
Брой остриета, бр
Трансферната функция на помпата има формата:
където k е коефициентът на предаване, /11/, c. 325
T е времевата константа. /11/, стр. 325
където Q \u003d 0,09 m 2 / s - консумация на вода,
H = 180 m - водно налягане.
където d1 = 0,3 m, d2 = 0,35 m са диаметрите на входа и изхода на кръглата решетка на работното колело на помпата,
z = 8 е броят на перките на кръглата решетка.
Така трансферната функция на помпата има формата:
За тази система беше избран шибър MZVG.
Този тип клапан е проектиран да работи като заключващ механизъм на тръбопровода, за да блокира комуникационния канал.
Основните характеристики са показани в таблица 5.
Таблица 5- Технически характеристики на вентил MZVG
Номинален диаметър, мм
Строителна дължина, мм
Височина на конструкцията, мм
Течове на вратата, cm 3 / min
Таблица 5 продължава
Номинално (условно) налягане, MPa
Работно налягане, kPa
Температура на работната среда, ° С
Свързване към тръбопровода
Този елемент има релейна недвусмислена характеристика с мъртва зона, показана на фигура 2.
Снимка 2 - Статична характеристика на шибъра
За дадена нелинейна характеристика предавателната функция се намира по формулата:
, (13)
Q(p) = (14)
където Unom = 220V - номинално напрежение,
Pnom = 250 kPa - номинално налягане.
По този начин трансферната функция на вентила има формата:
За тази система е избран филтър от серията HIF, който има широка приложимост - в битово, промишлено и обратно водоснабдяване, в технологията на пречистване и последващо третиране на някои видове отпадъчни води. Стандартният корпус на филтъра е изработен от неръждаема стомана и е електрополиран.
Трансферната функция на помпата има формата:
където kprop е коефициентът на пропорционалност.
където p \u003d 50 m 3 / s - дебит на налягането,
q \u003d 50 kPa - поток на течност.
Тогава трансферната функция на филтъра има формата:
(18)
3 ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА СЕНЗОР ЗА ОБРАТНА СВЪРЗКА НА ЛОКАЛНАТА СИСТЕМА ЗА УПРАВЛЕНИЕ
Като сензор за обратна връзка беше избран мембранен манометър, чийто принцип на работа се основава на измерване на деформацията на гофрирана мембрана (Фигура 3).
Диапазоните на измерване на мембранните манометри са в рамките на 63-4000 mm воден ъгъл. Изкуство. (около 0,3-400 mbar) и 0,6-25 bar. Според точността на измерване,Мембранните манометри, които обикновено се произвеждат в индустрията, отговарят на клас 1.6 (грешката не надвишава 1,6% от диапазона на измерване).
1 - долен фланец, 2 - свързващ фитинг, 3 - мембранна камера,
4 - горен фланец, 5 - мембрана, 6 - свързващ болт, 7 - сферична връзка, 8 - тяга, 9 - сегмент, 10 - предавка, 11 - стрелка,
Фигура 3 - Конструкция на диафрагмения манометър
Мембраните, които са еластични плочи, вградени около периметъра, се използват широко като сензори за налягане. В зависимост от стойността на измереното налягане, вида на изходния преобразувател и условията на работа се използват различни материали и форми на мембраните. С помощта на мембраната е възможно да се преобразува налягането в сила. Стойността на деформацията на мембраната, която има определена присъща твърдост, се определя от налягането.
За получаване на стабилна характеристика е желателно мембраната да е по-мека и да се създаде противодействие с допълнителен еластичен елемент. Това изискване обаче не винаги може да бъде изпълнено. Материалите, използвани за мембрани, и техните основни физични свойства са показани в таблица 6.
Таблица 6 - Основни характеристики на диафрагмата на манометъра