Дипломная (вкр): Разработка информационной системы управления отопительным котлом для частного дома

Разработка информационной системы управления отопительным котлом для частного дома

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Актуальность выпускной квалификационной работы

. Аналитический обзор к решению существующих подходов и реализации задачи

.1 Котлы

.1.1 Конструкция и принцип работы пеллетных котлов

.1.2 Основные элементы конструкции

.2. Блок управления котлом «ИСУ

.2.1 Функции

.2.2 Средства отладки

.3.Микроконтроллеры

. Программное обеспечение

. Структурная схема «ИСУ»

. Выбор элементов «ИСУ»

. Разработка принципиальной схемы «ИСУ»

. Разработка блок схем алгоритмов работы «ИСУ»

. Общая блок схема

. Блок схема подпрограмм

. Описание языка программирования

. Разработка программного обеспечения

.1 Разработка графического интерфейса

.2 Разработка исполнительной программы

. Тестирование «ИСУ» и анализ результатов

.1 Анализ результатов тестирования системы «ИСУ»

. Разработка пользовательской инструкции

. Заключение

Список использованных источников

Приложение А (справочное) программа инициализации LCD

Приложение Б(справочное) рабочая программа «ИСУ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ВКР

Описание объекта управления:

Отопительный котел на паллетах угле и измельченном топливе.

Технические характеристики:

Котел состоит из следующих элементов:

элементы отопительного котла представлены на рисунке 1.

Рисунок 1- элементы котла

1 корпус котла;

2 основание котла;

2.1 горелка;

2.2электроподжег топлива;

2.3 огнеупорное основание камеры сгорания;

2.4 крышка обслуживания механизма подачи топлива (центровочный подшипник);

3 механизм топливо подачи;

4 блок управления котлом;

5 бункер для размельченного топлива;

6 боров котла;

Расположение датчиков контроля. Представлены на рисунке 2.

Рисунок.2 - расположение датчиков

ВВЕДЕНИЕ

Микроконтроллер - микросхема <#"897069.files/image003.jpg">

Рисунок 1.1- гистограмма цен на топливо

За отсутствием возможности Газификации, оптимальный выбор за пеллетными котлами.

Рассмотрим по два варианта Российских и зарубежных котлов:

Котел с автоматической системой подачи топлива на пеллетах. Российского производства фирмы «ТЕЛОДАР» модель«Купер ОК 15 с пелетной горелкой» представлен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - купер ОК

Стоимость такого котла составляет90830р + доставка изНовосибирска;

КПД 92%;

Мощность 15 кВт.

Котел с автоматической системой подачи топлива на пеллетах. Российского производства фирмы «Zota» модель«ZOTA «Pellet» -15Аспелетной горелкой» представлен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - ZOTA «pellet»

Стоимость такого котла составляет 162 000 руб. + доставка из Красноярска;

КПД 90%;

Мощность 15 кВт.

Котел с автоматической системой подачи топлива на пеллетах. Немецкогопроизводства фирмы «Buderus» модель «Loagno G221A спелетной горелкой» представлен на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4- «Buderus»

Стоимость такого котла составляет 217500р + доставка от официального дилера в России;

КПД 88%;

Мощность 15 кВт.

Котел с автоматической системой подачи топлива на пеллетах. Итальянского производства фирмы «Faci» модель «FACI15спелетной горелкой» представлен на рисунке 1.5

.

Рисунок 1.5 - FACI 15

Стоимость такого котла составляет 139500р + доставка от официального дилера в России и по Вологодской области;

КПД 95%;

Мощность15 кВт.

Сравнивая аналогичные системы отопления без программируемой автоматической системы подачи топлива разница в ценовой политике составляет надбавку в размере 75 %. Следовательно, возникает потребность в собственном производстве программируемых автоматических систем подачи топлива и управления котлами.

2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР К РЕШЕНИЮ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ ИРЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАЧИ

.1 Котлы

Рассматривая конструкции котлов предлагаемыми на рынке многими производителями, практически не отличаются друг от друга, используя классическую конструкцию и работу твердотопливного котла пиролизного типа.

.1.1 Конструкция и принцип работы пеллетных котлов

Классический твердотопливный пеллетный котёл представляет собой модульную конструкцию, собранную в одном корпусе,пример изображен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - конструкция котла

.1.2 Основные элементы конструкции

Теплообменник является одной из важнейших деталей котла, с его помощью осуществляется передача тепловой энергии разогретого дымового газа непосредственно теплоносителю. Скорость прохождения газа регулируется дымососом. В среднем срок эксплуатации теплообменника составляет около 20 лет. Для изготовления может применяться сталь или чугун.

Стальной теплообменник обходится дешевле, однако быстрее изнашивается. Желательно поддерживать температуру теплоносителя не ниже 65° С, чтобы не допускать образования конденсата. К преимуществам стального теплообменника можно отнести его устойчивость к резким перепадам.

Чугунный теплообменник более долговечен, меньше подвержен образованию коррозии и требует поддержания температуры теплоносителя от 50° С и выше.

Топочная камера с дверцей предназначена для загрузки и сжигания твердого топлива.[8]

Колосниковая решётка должна иметь высокую тепло коррозийную устойчивость, для изготовления часто применяется сплав железа и графита (серый чугун). Решётка обеспечивает доступ воздуха для поддержания горения, равномерное распределение топлива, а также отсев несгоревших остатков в зольник.

Люк для прочистки верхних ходов.

регулятор температуры может быть, как механическим (регулятор тяги), так и автоматическим (микропроцессорный контроллер). Для более комфортной и безопасной эксплуатации котла могут применяться дополнительные устройства: регулятор тяги, газовая горелка для розжига, термостатический клапан для предотвращения перегрева.

Конструктивной особенностью пеллетных котлов является обязательное наличие ёмкости (загрузочного бункера) для хранения и подачи пеллет в камеру сгорания посредством шнекового механизма. При этом время непрерывной работы котла зависит исключительно от объёма бункера и составляет в среднем от 3-7 суток. [8]

В зависимости от модели котла могут применяться различные способы сжигания пеллет. Ретортная горелка представляет собой стальную или чугунную чащу на поверхность, которой снизу подаётся топливо. В зону горения осуществляется подача воздуха, поддерживающего процесс горения и предотвращающего перегрев горелки. Могут использоваться как подвижные, так и неподвижные ретортные горелки. Подвижные (оборотные) позволяют эффективно сжигать топливо с большим содержанием золы, влаги и пыли.

КПД пеллетных котлов может составлять до 95% в зависимости от качества топлива и модели котла. Работа большинства котлов полностью автоматизирована и безопасна.

Пеллетные котлы являются энергозависимыми, так как для функционирования шнекового механизма, автоматического розжига и системы подачи воздуха необходимо наличие электроэнергии. [8]

.2Блок управления котлом «ИСУ»

Современные автоматизированные системы управления котлами и котельными агрегатами, как по отдельности, таки идущие в сборе, являются собственностью производителей. Какая-либо информация о конструкции или программном обеспечении недоступна для аналитического обзора и принятия оптимального решения поставленной задачи.

При разработке собственной системы автоматического управления «ИСУ» был взят классический принцип работы отопительного котла, который реализует требуемый контроль и управление системы.

принцип работы:

система автоматического управления «ИСУ» должна выполнять автоматический контроль параметров и оперативное управление технологическим оборудованием в зависимости от значений параметров процесса производства тепловой энергии в котлах во всех режимах функционирования.

Исходя из вышесказанного, определяется ряд задач, которые должна решать автоматизированная информационная система управления котлом (ИСУ водогрейного котла) и его технологическим оборудованием в различных режимах эксплуатации.

.2.1 Функции

Система должна управлять подачей воздуха и топлива (пеллет) в горелку по заданному алгоритму.

Поддерживать заданную температуру в котле4

Иметь простой и интуитивно-понятный интерфейс управления для пользователя;

Настройку параметров управления;

Вывод информации о состоянии работы пользователю;

Экстренное выключение в случае возникновения неисправностей;

Контролировать систему циркуляции воды;

Возможность работы с различными типами датчиков и исполнительных механизмов;

Возможность ручного управления исполнительными механизмами непосредственно с панели управления.

Состав блока управления:

Модуль микроконтроллера;

Модуль ввода вывода информации;

Модуль управления напряжения на силовых агрегатах;

Модуль электропитания;

Блок информационных датчиков;

автоматическую систему экстренного отключения;

Панель оповестительных индикаторов;

Общий выключатель электропитания.

.2.2Средства отладки

В качестве отладчиков для семейства LPC23xx возможно использование практически любого JTAG-отладчика, поддерживающего работу с ядром ARM7TDMI-S (Wiggler, Segger J-Link, MT-LINK и т.д.).

Отладочная плата Keil MCB2300 поставляемая в двух вариантах: с микроконтроллером LPC2368 (TQFP-100) и микроконтроллером LPC2378 (TQFP-144), содержит два порта RS-232, малогабаритный звукоизлучатель, два порта CAN, знакосинтезирующий ЖКИ 16x2, порт USB Device, порт Ethernet, стандартный 20-выводный JTAG разъем для отладки и программирования, светодиоды, кнопки, потенциометр, приведена на рисунке 2.4. [7]

Рисунок 2.4 - отладочная плата MCB2300

Недорогая отладочная плата LPC-P2378 фирмы Olimex, Построенная на основе микроконтроллера LPC2378, содержит один порт RS-232, порт USB Device, порт Ethernet, стандартный 20-выводный JTAG-разъем для отладки и программирования, кнопки. Все доступные интерфейсы выведены на плате на внешние штыревые разъемы и дополнительный специальный разъем для подключения модулей, расширяющих круг решаемых задач: беспроводная связь, радиочастотная идентификация, воспроизведение MP3-контента и так далее данная плата приведена на рисунке 2.5. [6]

Рисунок 2.4 - отладочная плата LPC-P2378

Среды для разработки и отладки: Благодаря полной совместимости ядра микроконтроллеров LPC23xx с ядром AVR, выбор среды разработки и компилятора языка высокого уровня значительно упрощается и определяется ценой, возможностями, удобством, «привычностью» самой среды для разработчика.

.3 Микроконтроллеры

Микроконтроллеры приобрели большую популярность, привлекая разработчиков достаточно выгодным соотношением таких показателей, как цена, быстродействие и энергопотребление. Кроме того важными параметрами являются удобные режимы программирования, доступностью программно-аппаратных средств поддержки и широкая номенклатура выпускаемых кристаллов. Микроконтроллеры этой серии используются в автомобильной электронике, бытовой технике, сетевых картах и материнских платах компьютеров, в мобильных телефонах нового поколения и т.д.

Рассмотрим несколько вариантов микроконтроллеров.

Особенности микроконтроллеров AVR в рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три семейства:

Tiny AVR дешевые и довольно простые по конструкции микроконтроллеры в 8-выводном исполнении;

Classic AVR базовая линия микроконтроллеров;

Mega AVR микроконтроллеры для сложных приложений, требующих большого объема памяти программ и данных.

Отличительные особенности:

производительность, приближающаяся к 1 MIPS/МГц;

усовершенствованная AVR RISC архитектура;

раздельные шины памяти команд и данных, 32 регистра общего назначения

Flash ПЗУ программ, с возможностью внутрисистемного перепрограммирования и загрузки через SPI последовательный канал, 1000 циклов стирание/запись;

EEPROM память данных, с возможностью внутрисистемной загрузки через SPI последовательный канал, 100000 циклов стирание/запись;

блокировка режима программирования; [6]

встроенные аналоговый компаратор, сторожевой таймер, порты SPI и UART, таймеры/счетчики;

полностью статические приборы - работают при тактовой частоте от 0 Гц до 20 МГц.

Общие сведения:

Фирма постоянно работает над совершенствованием своей продукции в следующих направлениях:

в снижении удельного энергопотребления (мА/МГц);

расширения диапазона питающих напряжений (до 1.8 В), что существенно для продления ресурса батарейных систем;

увеличения быстродействия до 16 млн. операций в секунду;

встройки в изделия реально-временных эмуляторов и отладчиков;

реализации функции само программирования;

совершенствования и расширения количества периферийных модулей;

встройки специализированных устройств (радиочастотный передатчик, USB-контроллер, драйвер ЖКИ, программируемая логика, контроллер DVD, устройства защиты данных) и др

Успех AVR-микроконтроллеров объясняется возможностью простого выполнения проекта с достижением необходимого результата в кратчайшие сроки, чему способствует доступность большого числа инструментальных средств проектирования, поставляемых, как непосредственно корпорацией Atmel, так и сторонними производителями. Ведущие сторонние производители выпускают полный спектр компиляторов, программаторов, ассемблеров, отладчиков, разъемов и адаптеров. Отличительной чертой инструментальных средств от Atmel является их невысокая стоимость. [6]

Таким образом, AVR-микроконтроллеры представляют более широкие возможности по оптимизации производительности/энергопотребления, что особенно важно при разработке приложений с батарейным питанием. Микроконтроллеры обеспечивает производительность до 16 млн. оп. в секунду и поддерживают Flash-память программ различной емкости: 1… 256 кбайт.

Все приборы одного семейства AVR совместимы по исходным кодам и тактированию. Семейство обеспечено комплектом программ и системами отладки, включающими: макроассемблеры, отладчики/симуляторы программ, внутрисхемные эмуляторы, и отладочные устройства.

Характеристики ядра контроллера:

Основными характеристиками центрального процессора микроконтроллеров рассматриваемого семейства Classic являются:

полностью статическая архитектура; минимальная тактовая частота равна нулю;