Система автоматического управления приточно-вытяжной вентиляции

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках аналитического и проектного разделов было проведено знакомство с объектом разработки, систематизация сведений по рассматриваемой тематике.
Результатом дипломного проекта является разработка системы управления вентиляцией. Методологическую и теоретическую основу исследования составляют практические разработки и концепции авторов по разработке и проектированию различных методик управления параметрами микроклимата в помещении.
В части БЖД проекта описываются возможное влияние используемого оборудования, энергии, и условий работы на человека и окружающую среду; техника безопасности при работе с оборудованием.
В качестве производственного помещения рассматривается аудитория, в которой установлен персональный компьютер.
 

...

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3
1 Анализ состояния вопроса 5
1.1 Типовые схемы вентиляции 5
1.2 Обзор аналогов 6
1.3 Формирование требований к проектируемой системе 11
1.4 Особенности формирования микроклимата 13
2. Разработка структурной системы 16
2.1 Структурная схема системы управления 16
2.2 Расчет цифрового тракта 18
2.3 Расчет требований, выдвигаемых к АЦП 21
3. Выбор элементной базы 22
3.1Выбор микроконтроллера 23
3.2 Выбор АЦП 27
3.3 Интегральный стабилизатор напряжения 31
3.4 Микросхема FT232R 32
3.5 Выбор датчиков температуры 36
3.6 Проектирование принципиальной схемы устройства 40
3.7 Технологический раздел 46
4. Разработка Программного обеспечения системы управления вентеляцией 51
4.1 Разработка алгоритма работы 51
4.2 Интегрированная система разработки AVR Studio 55
4.3 Код программымикроконтроллера 59
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА 60
5.1 Моделирование работы системы 60
5.2 Визуализирование системы 61
5.3 Проведение моделирования 64
5.4 Анализ полученных результатов 65
6. ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 67
6.1 Анализ безопасности проектируемого (исследуемого) объекта 67
6.2 Техника безопасности 67
6.3 Безопасность устройства проектируемого объекта 68
6.4 Производственная санитария 74
6.5 Безопасность при разработке и внедрении 75
7. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 83
7.1. Расчет производственных затрат 83
7.1.1. Материальные издержки 83
7.1.2. Калькуляционные издержки 85
7.1.3. Издержки на оплату услуг сторонних организаций 86
7.2. Стоимость реализации проекта 87
7.3 Цена изделия 87
7.4 Инвестиции, необходимые для реализации проекта 87
7.5 Эксплуатационные расходы 88
7.6 Потоки денежных поступлений и выплат 89
7.7. Расчет показателей оценки эффективности инвестиций 93
7.7.1. Срок окупаемости инвестиций 93
7.7.2. Чистый дисконтированный доход 94
7.7.2. Индекс доходности 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 97

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация является одним из важнейших факторов роста производительности труда в промышленном производстве. Непрерывным условием ускорения темпов роста автоматизации является развития технических средств автоматизации. К техническим средствам автоматизации относятся все устройства, входящие в систему управления и предназначенные для получения информации, ее передачи, хранения и преобразования, а также для осуществления управляющих и регулирующих воздействий на технологический объект управления.
Вопросы экономного снижения энергозатрат актуальны сегодня как никогда. С ростом экономики в крупных городах все чаще ощущается нехватка энергии в периоды пикового потребления. Эта проблема наиболее актуальна именно сейчас, так как цены на энергоносители неуклонно растут.
Один из путе й снижения расходов - это внедрение автоматизированной системы управления вентиляцией. Данная система позволяет поддерживать оптимальные условия микроклимата в помещениях, обеспечивая заданные параметры температуры, влажности и т.д. Подобная система автоматизации может с успехом применяться как для жилого или офисного здания, так и на производстве, например, в цехах.
Экономический эффект от использования системы автоматизации определяется эффективным управлением конечными устройствами (вентилятор, ТЭН и т.п.) в зависимости от внешних воздействий. Это позволяет экономичнее использовать энергетические ресурсы (газ, электроэнергия), воду, а также обеспечивают более высокий уровень комфорта для пользователей.
Целью дипломного проекта является разработка автоматизированной системы управления приточно-вытяжной вентиляцией
Актуальность темы связана с тем, что при проектировании данной системы будут учтены требования к микроклимату в офисных помещениях, будут учтены требования к существующему оборудованию, а также использована современная элементная база.
Практическая значимость работы заключается в том, что проектируемую систему при желании можно модернизировать расширив ее функционал, что позволит при минимальных вложениях времени и средств управлять другими параметрами помещения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
 провести описание предметной области;
 провести обзор существующих решений;
 разработать структурную схему системы;
 выбрать элементную базу;
 разработать принципиальную схему системы;
 написать программу для микроконтроллера.


1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

Предварительным этапом разработки автоматизированной системы является анализ аналогичных устройств от сторонних производителей с целью определения основных технических характеристик и функциональных возможностей. Произведем обзор автоматизированных систем управления вентиляцией, которые представлены на рынке.

1.1 Типовые схемы вентиляции
Рассмотрим существующие типы систем управления вентиляцией и кондиционирования воздуха.
Главный принцип, которым следует руководствоваться при выборе технического решения в процессе проектирования систем управления вентиляцией – достижение желаемой цели в экономически целесообразных пределах. Это означает, что потребление теплоты, холода и электроэнергии, а также капитальные затраты на оборудование, строительную площадь, занимаемую оборудованием должны быть приближены к их минимально неизбежным значениям.
В процессе выбора технического решения СКВ необходимо учитывать преимущества и недостатки отдельных вариантов решений, применительно к особенностям конкретного здания.
Существует 3 способа поддержания комфортных параметров в помещениях:
• Центральная система кондиционирования.
Поддержание тепло-влажностных параметров осуществляется с помощью центральных кондиционеров, нашедших широкое применение в комфортном и технологическом кондиционировании. Они представляют собой неавтономные кондиционеры, снабжаемые извне холодом (подводом хладагента или хладоносителя), теплом (подвод горячей воды или пара) и электроэнергией для привода вентиляторов, насосов. Центральные кондиционеры предназначены для обслуживания нескольких помещений или одного большого помещения.
В центральных системах кондиционирования воздух обрабатывается в кондиционере, а затем по воздуховодам подается в обслуживаемые помещения.
Источником холода является: охладитель жидкости – так называемый чиллер, или компрессорно-конденсаторный блок с непосредственным кипением хладагента.
• Центрально-местная система кондиционирования.
Центральный кондиционер обрабатывает только наружный воздух, который по системе воздуховодов подается в помещение. В самих помещениях предусмотрены местные системы кондиционирования, обрабатывающие внутренний воздух и позволяющие гибко регулировать температуру в каждом отдельном помещении.
• Местная система кондиционирования (сплит-системы).
Они расположены непосредственно в обрабатываемом помещении. Достоинство: отсутствие воздуховодов, гибкое регулирование температуры в каждом отдельном помещении. Недостатком является отсутствие забора наружного воздуха.
В данном случае центрально-местная система кондиционирования обладает преимуществами перед другими СКВ и является примером экономического и экологического решения. Как показывает анализ, именно данная система наиболее часто используется в современных офисных зданиях.

1.2 Обзор аналогов
Автоматизированная система управления приточно-вытяжными установками IEVENT.
IEVENT - представляет собой программно-аппаратный комплекс для управления любыми приточно-вытяжными установками, в т.ч. и противопожарными (дымоудаление, подпор), производительностью до 150000 м3/час для общественных и производственных зданий, а также технологических процессов.
Основной функцией IEVENT является локальное полностью автоматическое (без участия обслуживающего персонала) управление работой приточно-вытяжной установкой.

1,CSETB CLKCLR CLK;MOV C,DOUTMOV B.0,CSETB CLKCLR CLK;MOV C,DOUTMOV ACC.7,CSETB CLKCLR CLK;MOV C,DOUTMOV ACC.6,CSETB CLKCLR CLK;MOV C,DOUTMOV ACC.5,CSETB CLKCLR CLK;MOV C,DOUTMOV ACC.4,CSETB CLKCLR CLK;MOV C,DOUTMOV ACC.3,CSETB CLKCLR CLK;MOV C,DOUTMOV ACC.2,CSETB CLKCLR CLK;MOV C,DOUTMOV ACC.1,CSETB CLKCLR CLK;MOV C,DOUTMOV ACC.0,CSETB CLKCLR CLK;Завершаем считывание установкой логической единицы на выходе CST:SETBCSTСохраняем младшую и среднюю тетрады результата в регистр R1:MOVR1,AСохраняем старшую тетраду результата в регистр R0:MOV А,В ANL А,#00001111В ;ЗАНУЛЯЕМ СТАРШИЕ ЧЕТЫРЕ БИТАMOVR0,A Таким образом, в регистрах R0R1 хранится результат преобразования.Подпрограммы для других каналов отличаются лишь последовательностью импульсов, формирующих переключение на соответствующий канал АЦП.Далее необходимо привести результат, хранящийся в регистрах R0R1, в такой вид, чтобы этими данными можно было удобно оперировать.Составим таблицу соответствия между характеристиками датчиков, формулой АЦП и конечным результатом (таблица 4.1). При составлении таблицы необходимо учесть формулу преобразования АЦП:.С учетом того, что для формирования опорного напряжения мы выбрали микросхему MCP1541, получаем:.Таким образом, после преобразование в регистрах R0R1 хранится двоичное число, десятичный эквивалент которого равен напряжению на входе АЦП, выраженному в милливольтах. Например, при подаче на вход АЦП напряжения 2,6 В, в регистрах R0R1 после преобразования будет находиться код .Анализируя таблицу 4.1, делаем вывод, что диапазон изменения кода в регистрах R0R1 (десятичный эквивалент) соответствует диапазону изменения параметру. Таблица 4.1 – Соответствие параметровИзмеряемый параметрТемператураВлажностьДиапазон измерения параметра0...50, OC0…100, %Диапазон изменения выходного напряжения датчика0...10, В0...10, ВДиапазон изменения напряжения на входе АЦП0...5, В0...5, ВДиапазон изменения кода на выходе АЦП0...50000...5000Коэффициент деления10050Диапазон изменения кода в регистрах R0R1 (десятичный эквивалент)0...500...100Теперь необходимо написать подпрограммы деления двухбайтовых чисел на 100, 5, 50, 10. Проанализировав данные коэффициенты, приходим к выводу, что достаточно использования всего лишь двух подпрограмм – деления на 10 и умножения на 2, так как:,,.Подпрограмма умножения на 2 организуется арифметическим сдвигом двухбайтового числа на один бит влево:UMNOGENIE2:CLRC;MOVA,R1RLCAMOVR1,A;MOVA,R0RLCAMOVR0,ARETПодпрограмму деления на 10 организуем по принципу деления тетрад байтов на 10 с последующим учетом остатков от деления. Подпрограмма деления на 10 имеет следующий вид:DELENIE10:MOVA,R0ANLA,#1111000bSWAPAMOVB,#10DIVABSWAPAXCHA,R0;SWAPAANLA,#1111000bORLA,BSWAPAMOVB,#10DIVABORLA,R0MOVR0,A;MOVA,R1ANLA,#1111000bORLA,BSWAPAMOVB,#10DIVABSWAPAXCHA,R1;SWAPAANLA,#1111000bORLA,BSWAPAMOVB,#10DIVABORLA,R1MOVR1,ARETКомбинируя последние две подпрограммы, мы можем получить необходимые коэффициенты деления.После того, как данные преобразованы, их необходимо разместить в ОЗУ:MOV60H,R0MOV61H,R1Аналогичным образом необходимо разместить результаты измерений и для оставшихся каналов:влажностьMOV64H,R0MOV65H,R1температураMOV66H,R0MOV67H,R1Теперь составим блок, который сравнивает результат измерения с эталонным значением и выдает необходимые сигналы на линии управления. Если измеряемая величина больше эталонной, то на выходе вырабатывается один импульс, а если меньше – то два.Для удобства зададим имена необходимым нам битам порта P1:TEMPEQUP1.4OSVEQUP1.5VLAGEQUP1.6POWEQUP1.7Также перед основной программой вставим блок сброса указанных битов порта:CLRTEMPCLR OSVCLRVLAGCLRPOWОпишем блок, необходимый для управления температурой.Перед выполнением блока необходимо записать в R5R4 измеренную величину, а в R3R2 – эталонную.Очистим флаг переноса перед первой командой вычитания:CLRCБлок вычитания младших битов:MOV A,R4SUBB A,R2MOV B,AВ регистре B записана разность младших бит.Блок вычитания старших битов:MOV A,R5SUBB A,R3Если флаг переноса установлен, то измеренная величина меньше эталонной – подаем соответствующий сигнал. Если флаг переноса не установлен и в аккумуляторе находится не нуль, то измеряемая величина больше эталонной – подаем соответствующий сигнал. Если флаг переноса не установлен и в аккумуляторе находится нуль, то измеряемая величина равна эталонной – не подаем никакой сигнал. Тогда;JCMETKA11ORLA,BJZMETKA12;SETBTEMPCLRTEMP;LJMPMETKA12:;METKA11:SETBTEMPCLRTEMPSETBTEMPCLRTEMPMETKA12:;Аналогичным образом составляются блоки для управления оставшимися величинами.Для корректного вывода информации на индикаторы необходимо составить подпрограмму преобразования 16-битного двоичного числа в двоично-десятичное число.