Новости

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ ПОСЕЛКА

Работа добавлена:






РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ ПОСЕЛКА на http://mirrorref.ru

Министерство образования и науки Украины

Национальный Технический Университет

“Харьковский Политехнический Институт”

КАФЕДРА ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО КУРСУ ИНФОРМАЦИОННО - ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

НА ТЕМУ

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ВОДОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ ПОСЕЛКА

Выполнила студентка группы АП-29

Жук Екатерина

Проверил доц. Балев В.Н.

Харьков 2004

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Разработать автоматическую систему управления водоснабжением для поселка, на территории которого расположены 4 артезианские скважины

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………4

1 Обзор методов построения систем………………………………………..5

1.1 Функции систем управления…………………………………………….5

1.2 Структура систем…………………………………………………………5

1.3 Топология локальных сетей……………………………………………..6

1.4 Протокол обмена данных………………………………………………..8

2 Структурная схема автоматической системы

управления водоснабжением……………………………………………….14

3 Структурная схема измерителя параметров

насоса артезианской скважины…………………………………………….15

4 Структурная схема контроля уровня воды

в водонапорной башне………………………………………………………18

Заключение…………………………………………………………………..19

Список источников информации…………………………………………...20

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время актуально получение чистой воды, залегающей на значительных глубинах. Поэтому проблема обеспечения людей экологически чистой водой стала одной из самых важных на сегодняшний день.

Водоснабжение начинается с артезианских скважин.Однако без насоса невозможно получить воду с глубины сотни метров. Работу насоса необходимо контролировать, поэтому повышение работоспособности и надежности измерителя параметров насоса артезианской скважины является важной задачей на сегодняшний день. Решение этой проблемы связано с учетом всех параметров (давления воды в скважине, токов и напряжений в фазах двигателя, «сухого хода») при эксплуатации, особенно в артезианских скважинах, так как их среда является агрессивной по отношению к материалу установки (устройства). Все это требует, возможно, более полного учета комплекса всех вышеперечисленных параметров, измеряемых совместно или отдельно.

К сожалению для обеспечения водой достаточно крупного населенного пункта недостаточно одной скважины. Поэтому создаются автоматизированные системы управления водоснабжением.

Внедрение системы управления водоснабжением позволяет уменьшить потребление электроэнергии, уменьшить потери, связанные с авариями, быстро реагировать на резкие изменения водопотребления, уменьшить расходы на обслуживание и поиск неисправностей.

  1. ОБЗОР МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ

  1. Функции систем управления

Функции систем управления [1]:

- Сбор и обработка информации в реальном масштабе времени;

- Оперативное планирование работы;

- Дистанционное управление исполнительными механизмами и низовой автоматикой;

- Контроль состояния основного оборудования и хода технологических процессов;

- Регулирование режимов работы технологического оборудования;

- Оптимизация работы основного оборудования за счет стабилизации режимов, в том числе регулирование показателей качества на основе математического моделирования с целью получения реального экономического эффекта;

- Формирование сигналов предупредительной и аварийной сигнализации;

- Аварийная защита технологических установок и отдельных агрегатов;

- Коммерческий учет сырья, всех видов энергообеспечения и товарной продукции;

- Представление информации на дисплеях АРМ операторов;

- Ведение технологической базы данных;

- Защита информации от несанкционированного доступа и контроль действий персонала;

- Обмен информацией с вышестоящими уровнями управления.

  1. Структура систем

Анализ существующих систем управления в технике и природе показал, что наиболее распространенной и основной структурой является иерархическая структура систем. Для технологических объектов управления она конкретизируется в виде трехуровневой иерархической системы.

Нижний уровень [1] – получение информации и стабилизации параметров (исполнительные механизмы, датчики контролируемых параметров, средства автоматизации). Этот уровень является уровнем локальных сетей.

Средний уровень – координация (согласованное взаимодействие) локальных сетей, уровень систем автоматического управления по программе в соответствии с технологическим регламентом (микропроцессорные программируемые контроллеры, операторские панели, вторичные приборы интеллектуальных датчиков и преобразователей)

Верхний уровень – оптимизация и адаптация системы к изменяющимся внешним условиям (уровень автоматизированных рабочих мест операторных станций, персональные компьютеры в промышленном и обычном исполнении)

  1. Топология локальных сетей

Термин "топология сети" относится к пути, по которому данные перемещаются по сети [2]. Существуют три основных вида топологий: "общая шина", "звезда" и "кольцо".

Топология "общая шина" предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. В случае "общая шина" кабель используется совместно всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные.

В топологии "общая шина" все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, подключенными к сети. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности сети в целом. Поиск неисправностей в кабеле затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

На рис. показаны компьютеры, соединенные звездой. В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.

При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом получаются разветвленные конфигурации сети.

С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании топологии "звезда" легче найти неисправность в кабельной сети.

Используется также топология "кольцо". В этом случае данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получит данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены для получившего их компьютера, они дальше не передаются.

Локальная сеть может использовать одну из перечисленных топологий. Это зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий. Можно также объединить несколько локальных сетей, выполненных с использованием разных топологий, в единую локальную сеть.

  1. Протокол обмена данных

Применение промежуточного интерфейса позволяет реализовать многоточечное подключение приборов к одному устройству считывания данных. Количество подключаемых приборов будет определяться при этом только типом промежуточного интерфейса.

В качестве промежуточного интерфейса из наиболее известных на сегодняшний день заслуживают внимания следующие интерфейсы.

  1. METER-bus

2-х проводной интерфейс [3], предназначенный для построения системы сбора данных с большого количества приборов. Максимальное количество подключаемых приборов определяется мощностью блока питания контроллера интерфейса устройства сбора данных (один подключенный прибор требует не более 1,5 мА от блока питания). Скорость приема/передачи может быть в диапазоне от 300 до 9600 Бод. Максимальное удаление прибора от устройства сбора данных ограничивается сопротивлением кабеля в 29 Ом (что соответствует 350 м среднестатистического соединительного кабеля). Суммарная протяженность кабельной магистрали ограничена ёмкостью 180 пФ (что соответствует 1000 м среднестатистического соединительного кабеля). Интерфейс обеспечивает возможность гальванической развязки интерфейсных цепей и их питание от устройства сбора данных (незаменимая функция для батарейного прибора).

  1. "токовая петля" (IEC 1107. Электрический интерфейс)

2-х проводной токовый интерфейс (20 мА) [3], обеспечивающий считывание данных с небольшого количества приборов (максимальное количество подключаемых приборов определяется напряжением источника питания, типом кабельных связи и составляет от 5 до 10). Максимальная протяженность токовой петли также зависит от напряжения источника питания петли, количества подключенных приборов и характеристик используемого кабеля и может достигать нескольких километров. Данный интерфейс характеризуется, по сравнению с другими, пониженными требованиями к характеристикам линий связи и относительно низкой стоимостью подключения.

  1. EIA RS-485

Сбалансированный многоточечный интерфейс [3]. Требует специального способа подключения (экранированная витая пара и согласующие резисторы). Возможны варианты 2-х и 4-х проводного подключения. Максимальная длина линии связи составляет 1200 м при скорости передачи от 1,2кБит/С до 10Мбит/С. Максимальное количество подключаемых устройств к одному кабельному сегменту - 32. Возможно обеспечение гальванической развязки, но в случае батарейного прибора требуется установка дополнительного источника питания интерфейсных цепей теплосчетчика.

  1. Оптический канал считывания данных (IEC 1107.Оптический интерфейс).

Обеспечивает считывание данных с прибора через закрытый оптический канал посредством опто-головки непосредственно на переносной компьютер или пульт переноса данных [3]. Не требуется каких-либо цепей защиты интерфейсных линий. Максимальная скорость приема/передачи не менее 2400 Бод.

Требования к квалификации монтажных организаций в части знания электроники снижаются, а вывод данных на компьютер становится нормой. Поэтому функция вывода данных на компьютер должна обеспечиваться, в первую очередь:

- многовариантностью решений (необходимо предоставить возможность подбора оптимального по соотношению цена/возможности решения);

- простотой монтажа и подключения (нельзя рассчитывать на квалификацию супер-специалиста в области электроники);

- возможностью наращивания системы (возможность подключения новых приборов);

- высокой надежностью работы канала считывания данных.

  1. CAN протокол

CAN протокол [4] получил всемирное признание как очень универсальная, эффективная, надежная и экономически приемлемая платформа для почти любого типа связи данных в передвижных системах, машинах, техническом оборудовании и индустриальной автоматизации. Под терминами "CAN стандарт" или "CAN протокол" понимаются функциональные возможности, которые стандартизированы в ISO 11898. Этот стандарт объединяет физический уровень (Physical Layer) и уровень канала данных (Data Link Layer) в соответствии с 7-ми уровневой OSI моделью. Таким образом, "CAN стандарт" соответствует уровню сетевого интерфейса в 4-х уровневой модели TCP/IP.

CAN-протокол обладает великолепными характеристиками:

- широким диапазоном скоростей;

- различной средой передачи: витая пара, один провод (второй - корпус), коаксиальный кабель, оптоволокно, радиоканалы, силовые линии электропередачи;

- надёжностью и превосходной обработкой ошибок - гарантированная доставка сообщений и возможность автоматического отключения удалённого узла;

- хорошей поддержкой построения сетей с большим количеством абонентов и ориентированностью на создание распределённых систем управления - широковещательный способ передачи, мультимастерность, разрешение конфликтов на основе приоритетов сообщений;

- возможностью использования как синхронной, так и асинхронной моделью передачи данных;

- поддержкой систем, управляемых событиями - ориентированность на адресацию (идентификацию) сообщений, а не узлов;

- масштабируемостью - от простейших до сложных микроконтроллеров и сетевых CAN-плат для обычных и индустриальных PC; возможность использования единой шины для подключения как программируемых контроллеров, так и простейших сенсоров и исполнительных механизмов;

-наличием аппаратной поддержки - автономных и встроенных в микроконтроллеры CAN-контроллеров.

  1. ProfiBus

PROFIBUS [5] - это наиболее успешно развивающаяся открытая шина промышленного применения (Fieldbus), обладающая широким диапазоном приложений. PROFIBUS - это признанная технология в совокупности с хорошо развитой организационной и промышленной базой.

С помощью PROFIBUS обмениваться информацией могут компоненты автоматизации любых разновидностей. Через один и тот же интерфейс могут связываться друг с другом Программируемые Логические Контроллеры (PLC), Персональные Компьютеры (PC), панели оператора и наблюдения и даже датчики и силовые приводы. PROFIBUS - это наиболее признанная из открытых шин промышленного применения (Fieldbus), обладающая широким диапазоном приложений.

Разновидности программно-аппаратных средств:

- PROFIBUS-DP для обеспечения чрезвычайно быстрого обмена данными с устройствами децентрализованной периферии (интеллектуальные датчики, сенсоры и исполнительные механизмы);

- PROFIBUS-FMS для решения универсальных задач коммуникации;

-PROFIBUS-PA для решения задач автоматизации непрерывных технологических процессов, особенно в зонах, требующих особой степени надежности применяемых систем и взрывоопасных зонах.

Сети PROFIBUS обладают следующими характеристиками:

- Структура соответствует европейской норме EN 50 170;

- 127 оконечных устройств (до 32 устройств на сегмент);

- Скорость передачи может быть выбрана программным способом (от 9,6 Кбит/с до 1500 Кбит/с и до 12 Мбит/с для PROFIBUS-DP).

К сети стандарта PROFIBUS могут быть подключены:

-Контроллеры SIMATIC S5, SIMATIC S7 или ПЛК других производителей;

- Персональные компьютеры и промышленные компьютеры SICOMP;

- Модули интеллектуальной периферии промышленного назначения с интерфейсом PROFIBUS, например ET200;

- Средства визуализации SIMATIC HMI;

- Приводы и системы защиты электромоторов SIMOCOD;

- Системы ЧПУ SINUMERIK.

1.4.7 Сеть MicroLAN

Сеть MicroLAN [6] основывается на использовании дешевого, легко доступного телефонного кабеля с витыми парами. Для прокладки сети не требуется никакого специального оборудования. Для удобства выпускается специальный ассортимент кабелей, соединителей, интерфейсных карт, предназначенных для быстрой установки и работы в составе сети MicroLAN.

MicroLAN использует стандартные КМОП/ТТЛ логические уровни. Напряжение ниже 0.8 В соответствует логическому НИЗКОМУ уровню, а напряжение выше 2.2 В является ВЫСОКИМ логическим уровнем. Сеть использует рабочее напряжение питания 2.8 ... 6.0 В. Приборы MicroLAN могут использовать режим питания от линии связи.

Скорость передачи данных по сети была оптимизирована для условий работы на больших расстояниях, простоты интерфейса и использования дешевых и широко распространенных компонентов. Скорость передачи данных 16300 bps достаточна для того, чтобы обеспечить адресацию узла и начать передачу данных за время менее 7 мс. Скорость передачи данных по сети может быть уменьшена до любой необходимой величины путем введения задержки между передачей отдельных битов данных.

Протокол работы MicroLAN специально предназначен для упрощения электрического интерфейса и наиболее широкой поддержки существующим коммуникационным оборудованием. Любой промышленный контроллер, такой как 8051, работающий на тактовой частоте более 1.8 МГц, а также любой последовательный порт RS232, может легко поддерживать протокол обмена MicroLAN.

Для реализации проекта выбрали шинную топологию сети. Обмен информацией посредством интерфейсаRS485. Система должна контролировать уровень воды в водонапорной башне, работу насосов (включение/выключение дистанционное и местное, контроль напряжений, токов, давления в скважине, «сухого хода») и последовательность работы насосных агрегатов.

  1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЕМ

На рисунке 2.1 представлена структурная схема автоматической системы управления водоснабжением.

Рисунок 2.1 – Структурная схема автоматической системы управления водоснабжением

ВНБ – водонапорная башня; предназначена для накопления воды от артезианских скважин.

НС – насосная станция, в состав которой входит артезианская скважина и измеритель параметров насоса артезианской скважины.

БУ – блок управления (верхний уровень системы), предназначен для контроля работы насосных станций и последовательности их работы, и выполняет функции автоматического запуска/выключения насосов (одного или нескольких), отслеживает аварийный режим работы насосов, получает информацию об уровне воды в водонапорной башне.

  1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА измерителя параметров насоса артезианской скважины

Структурная схема измерителя параметров насоса артезианской скважины представлена на рисунке 3.1

Назначение элементов структурной схемы:

ДН1, ДН2, ДН3 – делители напряжения (для трех фаз). Предназначены для преобразования входного напряжения в напряжение, удобное для дальнейшего преобразования.

ПТН1, ПТН2, ПТН3 – преобразователи тока в напряжение (для трех фаз). Предназначены для преобразования переменного тока в пропорциональное напряжение, которое легче представить и преобразовать.

ДД – датчик давления. Служит для преобразования давления в напряжение.

ДСХ – датчик «сухого хода». Предназначен для проверки наличия воды в резервуаре.

КМ1 –коммутатор. Служит для выбора фазы измеряемого напряжения и тока.

ПНН – преобразователь переменного напряжения в постоянное. Предназначен для преобразования переменного напряжения в пропорциональное постоянное, которое легче представить и преобразовать.

АД – амплитудный детектор. Служит для преобразования переменного напряжения от датчиков тока в постоянное.

КМ2 – коммутатор. Предназначен для выбора рода измеряемой величины (напряжения, тока или давления).

ПНК – преобразователь напряжения в код. Служит для представления сигнала в виде кода для последующего ввода в микропроцессор.

Рисунок 3.1 – Структурная схема измерителя параметров насоса артезианской скважины

МП – микропроцессор, обеспечивает согласованную работу элементов измерителя параметров насоса артезианской скважины, сбор и обработку измерительной информации, выдачу управляющих воздействий.

КС – контроллер связи. Служит для передачи информации.

СТ – сторожевой таймер. Предназначен для защиты МП от сбоев и обеспечивает стабильность его работы.

ЧРВ – часы реального времени. Предназначены для учета моторесурсов двигателя.

ЦОУ – цифровое отсчетное устройство. Служит для представления результатов измерения.

ПУ – пульт управления. Служит для управления и выделения нужного измеряемого сигнала.

БП – блок питания. Предназначен для питания элементов схемы.

  1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ВОДЫ В ВОДОНАПОРНОЙ БАШНЕ

На рисунке 4.1 представлена структурная схема контроля уровня воды в водонапорной башне

Рисунок 4.1 – структурная схема контроля уровня воды в водонапорной башне

МП – микропроцессор, предназначен для сбора и обработки информации об уровнях воды в башне (РНВ – рабочий номинальный верхний, АВ –аварийный верхний, РНН – рабочий номинальный нижний,  АН – аварийный нижний)

Пр. Ур. – преобразователь уровня, обеспечивает электрическое согласование уровней сигналов интерфейса с уровнями сигналов, присутствующих в микропроцессорной системе. В системе обмен информацией осуществляется посредством интерфейсаRS485.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе были изучены функции систем управления, а так же структура систем и топологии локальных сетей. Были рассмотрены протоколы обмена данными. Спроектирована структурная схема автоматической системы управления водоснабжением, структурная схема контроля уровня воды в водонапорной башне, а так же структурная схема измерителя параметров насоса артезианской скважины.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

  1. www.primegroup.ru/about/tech/depsrtment1.html
  2. www.bolshe.ru/unit/77/books/906/s/1&previouse=1
  3. www.uraltech.ru/index.php
  4. www.asutp.ru/go/?id=600363&url=www.bosch.de
  5. www.mka.ru
  6. www.icmicro.narod.ru/info.ru/index.htm

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ ПОСЕЛКА на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Разработка мероприятий по повышению, эффективности системы теплоснабжения поселка Тарногский городок

2. Разработка системы автоматической регулировки напряжения на выходе возбудителя радиопередатчика

3. Договоры на техническое обслуживание системы автоматической пожарной сигнализации и системы оповещения и управления эвакуацией при пожаре

4. Системы автоматической идентификации подвижного состава

5. Оценка эффективности автоматической биржевой системы

6. Изучение работы системы автоматической стабилизации напряжения у автомобильного генератора

7. Методика автоматической оценки качества выполнения упражнений на компьютерном тренажере оператора производственно-технологической системы с использованием нечетких множеств

8. Описание основных элементов системы водоснабжения населенного пункта

9. Предупредительный и текущий санитарный надзор при организации нецентрализованного водоснабжения. СанПиН «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения»

10. Экспериментальные исследования функционирования системы - солнечный водоподогреватель (СВП)+ ветроэлектрический агрегат (ВЭА), предназначенный для горячего водоснабжения сельского дома (дачи, виллы) в условиях Апшерона