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

) магнитное реле силовыми агрегатами.

Миниатюрное реле; 2 перекидных контакта 8А (~ 230В AC) рисунок 5.7.

Рисунок 5.7 - релле

Характеристики магнитного реле:

) Диммер контроля мощности.

Предлагаемые на рынке Диммеры под управлением микроконтроллеров, неимоверно дорогие и поэтому было принято самостоятельно собрать устройство управления мощности двигателя подачи воздуха в камеру сгорания котла, принципиальная схема приведена на рисунке 5.8.

Рисунок 5.8 принципиальная схема диммера

сеть 220в идет к диодному мосту через два резистора 30кОм, который выдает двухфазный выпрямленный сигнал на оптрон 4N25. Светодиод в этом оптроне при низком уровне работает на частоте 100 Гц, а на коллекторе выходит сигнал высокого уровня с частотой 100 Гц в соответствии с синусоидальной волной. Сигнал с 4N25 подается на прерывающий вывод в Arduino (или другого микропроцессора). Программа прерываний дает сигнал определенной длины на один из портов ввода/вывода. Сигнал с порта ввода/вывода сигнала уходит в нашу схему и открывает светодиод в MOC3021, который запускает оптотиристор. Светодиод последовательно MOC3021 указывает, проходит ли ток через MOC3021. [9]

Необходимые материалы:

Печатная плата сетевого диммера показана на рисунке5.9.

.

Рисунок 5.9 - печатная плата сетевого димммера

6. ОБЩАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

Рисунок 6.1 - общая принципиальная схема блока «ИСУ»

7. РАЗРАБОТКА БЛОК СХЕМ АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ «ИСУ»

Задачей разработки «ИСУ» является построение модели производственных процессов, а также процессов сбора и обработки информации о ходе этих процессов.

Система управления пеллетным котлом 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 система управления котлом (АСУ водогрейного котла) и его технологическим оборудованием в различных режимах эксплуатации.

При подготовке котла к запуску система должна осуществлять:

проведение проверок исправности технологического оборудования;

проведение замеров параметров;

подачу воздуха на горение;

подачу топлива.

Для предотвращения вывода из строя котла и обеспечения безопасности «ИСУ» водогрейного котла должна блокировать розжиг котла в следующих случаях:

при обнаружении неисправности оборудования и нарушении технологического процесса;

при отсутствии необходимого разряжения в топке;

В зависимости от условий работы и характера выполнения исполнительных команд система может реализовывать следующий режим работы: пеллетный котел микроконтроллер алгоритм

Автоматический - управление МК. В данной системе управления в БД хранятся указания на автоматические действия, которые выполняются в определенных ситуациях;

Ручной - управление оператором с панели МК.

Цель работы создать алгоритм работы отопительного котла заключается, в техническая реализация контроля и наиболее процесса при использовании датчиков температуры, силовых агрегатов. Сигнал от которых поступает на МК, который управляет исполнительным механизмом.

В общем случае все режимы функционирования технологического процесса управления котлом можно разделить на следующие группы:

Розжиг;

стабилизация;

Основной режим;

Останов.

Для корректной работы необходима инициализация начальных параметров. Должна быть проверка аварийных состояний и диагностика исполнительных устройств и механизмов, проведение замеров параметров.

В основном режиме производится опрос датчиков, по данным от которых производится регулирование с учетом начальных параметров. Для предотвращения вывода из строя и обеспечения безопасности «ИСУ» водогрейного котла должна блокировать розжиг котла в аварийных случаях.

Функционирование объекта можно представить алгоритмом, который отображает работу системы. Каждый блок представляет собой отдельную подпрограмму-алгоритм.

8. ОБЩАЯ БЛОК СХЕМА

Описание алгоритма работы системы:

включение сети электропитания блока управления запускает инициализацию оборудования, производится опрос всех портов и выходов на периферию, запуск модулей управления системой.

после инициализации оборудования, производится снятие фактических данных с датчиков контроля состояния системы и вывод на пользовательский дисплей.

затем определяется готовность системы, по готовности система переходит в режим розжига котла или останавливает работу котла

если система не готова к началу работы система переходит в режим ожидания пользовательских настроек.

в режиме ожидания пользовательских настроек система ждет подтверждения ввода необходимых настроек и команды запуск системы.

получив подтверждение о запуске с пользовательского меню, система переопределяет готовность и запускает режим розжига.

в режиме розжига по истечении 15 мин реального времени температура выходных газов не достигается необходимого значения система автоматически переходит в режим остановки котла, если по истечении времени температура выходных газов достигает необходимого значения, то система переходит стабилизации работы системы.

в режиме стабилизации работы системы, система регулирует процесс до достижения необходимого значения выходных газов для перехода в рабочий режим системы регулирования.

рабочий режим системы автоматически поддерживает заданный темп и требуемую температуру энергоносителя, отслеживая все необходимые значения для корректной работы системы.

при снижении температурного порога нормальной работы котельного оборудования, система автоматически выходит в режим остановки котла.

По достижении остановки котла система выходит в режим ожидания команд пользователя.

Некоторые блоки в схеме алгоритма работы имеют свои внутренние процессы и алгоритмы, они будут описаны в следующем разделе.

Графическая блок схема основного процесса регулирования котлом изображена на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1-общая блок схема

9. РАЗРАБОТКА БЛОК СХЕМ ПОДПРОГРАММ

Необходимые для стабильной работы блоки основного процесса регулирования системы представляют собой отдельные программы или процессы диагностики и регулирования процесса работы системы:

инициализация оборудования «ИСУ»;

режим розжига;

режим стабилизации;

режим регулирования процесса работы «ИСУ»;

режим остановки «ИСУ»

Разберем процесс инициализации LCD дисплея.

для инициализации оборудования необходимо использования библиотек ил написания собственных библиотек, что значительно снижает используемый объём памяти процессора управления.

В начале необходимо определить требуемые для подключения контакты выбранного LCD модуля. Контакты изображены на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1- контакты LCD модуля

Описание контактов электропитания:

VCC напряжение питания модуля. помощью 3.3V; У меня в схеме модуль и микроконтроллер питаются одним напряжением 3.3V, что обеспечивает нормальный обмен данными;

GND общий вывод (земля);

LED-A анод подсветки LCD дисплея, подключается через токоограничивающий резистор, при питании 3,3V.

Выводы управления графическим контроллером:

[DB15, DB0] (DataBus) - 16-разрядная шина данных/команд;

RS (RegisterSelect) -пин с помощью которого можно переключаться между регистрами данных (GRAM) и регистрами команд (InstructionRegisters), в даташите он называется D/C;

WR (Write) - строб записи данных/команд;

RD (Read) - строб чтения данных/параметров;

REST (Reset) - сброс графического контроллера;

CS (ChipSelect) - активация/дезактивация графического дисплея.

Для того чтобы отправить данные надо выполнить следующую последовательность действий:

на ножке D/C выставляем единицу говорим, что будем слать данные;

на ножке RD выставляем единицу, чтобы точно записывать;

активируем чип, устанавливая на ножке CS нуль;

выдаем на шину данные, в нашем случае это два порта;

на ножке WR выставляем единицу;

ждем несколько микросекунд;

на ножке WR выставляем нуль;

на ножке CS выставляем единицу, деактивируем чип.

Блок схема алгоритма инициализации графически изображена на рисунке 9.3.

Рисунок 9.3 -блок схема инициализации LCD дисплея

Разработанный код приведен в приложении А на странице.

Разберём следующие самостоятельные процессы розжиг, стабилизация и рабочий режим.

Режим розжига предназначен эффективно регулировать начало процесса работы системы, избегая непредвиденного затухания горелки, что может повлечь нарушение работы системы.

Алгоритм режима розжига представляет собой совокупность необходимых действий для корректного начала процесса регулирования:

Согласно настройкам пользователя, включается вентилятор в режиме розжига, затем система включает подачу топлива в режиме розжига (если процесс розжига контролируется пользователем предварительно нажав на дисплее кнопку ручной подачи пеллет, заполнив горелку пеллетами.)

режим розжига продолжается до достижения одного из условий данного режима:

остановка;

переход в режим стабилизации процесса горения;

Алгоритм режима работы розжига графически изображен на рисунке 9.4.

Рисунок 9.4- алгоритм режима розжига

- режим стабилизации предназначен эффективно регулировать процесс стабилизации работы системы, режим стабилизации выводит процесс горения на заданный пользователем рабочий режим горения.

Алгоритм режима стабилизации включает и выключает силовые агрегаты согласно настройкам пользователя до достижения условий и переходит в рабочий режим.

алгоритм графически изображен на рисунке 9.5.

Рисунок 9.5 - алгоритм стабилизации

Рабочий режим регулирования «ИСУ» предназначен для длительного поддержания горения, контролируя процесс и в случае необходимости, остановить работу и перевести систему в режим остановки котла.

Алгоритм рабочего режима «ИСУ» включает и выключает силовые агрегаты согласно настройкам пользователя, опрашивая датчики температуры выходных газов, воды в котле и датчик нагрева шнека. При достижении одного из условий посылается сигнал запуска режима остановки.

Алгоритм рабочего режима графически изображен на рисунке 9.6.

Рисунок 9.6- алгоритм рабочего режима

режим остановки котла предназначен для корректного завершения процесса горения.

Алгоритм режима остановки котла, отключает подачу шнека затем переводит вентилятор в режим остановки котла согласно пользовательским настройкам, опрашивает датчики температуры выходных газов и нагрева шнека, при повышении температуры шнека включает подачу согласно пользовательских настроек повторяет процедуру до достижения минимальной температуры выходных газов и посылает сигнал о полной остановке котла отключив все силовые агрегаты.

Алгоритм остановки котла изображен на рисунке 9.7.

Рисунок 9.7 -режим остановки котла

10. ОПИСАНИЕ ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ

В данном разделе описаны стандартные операторы и некоторые функции языка программирования, полную информацию следует изучить на сайте разработки языка программирования ардуино [5] Операторы.

- setup <#"897069.files/image033.gif">

Рисунок11.1.1 - формальная схема уровней GUI

Ниже приведем описание окон меню:

Основное меню включает индикаторы оповещения работы силовых агрегатов. посредством вывода цветовых сигналов кнопок управления, расположенные в нижней части дисплея изменяя свой цвет):

зеленый цвет работа агрегата;

красный цвет работа агрегата остановлена;

Кнопки навигации и ввода данных расположены в верхней части дисплея, по середине осуществлен вывод информации о текущей температуре, статут работы. Начальное, сформированное меню графического интерфейса будет иметь следующий вид, изображенный на рисунке 11.1..2

Рисунок 11.1.2- основное меню

Окно выбора опций\настроек пользовательского и инженерного меню по центру отображает ряд кнопок выводящих на окна необходимых параметров настройки системы:

режим;

выбор программы;

настройки;

Окно выбора опций\настроек изображено на рисунке 11.1.3

Рисунок 11.1.1 - меню выбора опций

Окно выбора режимов вызывается выбором кнопки «режим» в окне опций

Окно выбора режимов позволяет пользователю выбрать следующие режимы:

режим выбора энергоносителя (пеллеты);

режим выбора энергоносителя (дрова);

Окно выбора режимов изображено на рисунке 11.1.4.

Рисунок11.1.4 -меню выбора

Окно выбора программы вызывается выбором кнопки «программы» в окне опций (смотреть рисунок 3). Окно выбора порграммы позволяет пользователю выбрать следующие программы:

программа 1;

программа 2;

программа 3;

Окно выбора режимов изображено на рисунке 11.1.5.

Рисунок 11.1.5 - меню выбора программ

Окно выбора настроек вызывается выбором кнопки «настройки» в окне опций (смотреть рисунок 3). Окно выбора настроек позволяет пользователю выбрать необходимый параметр из списка настроек и ввести нужное значение.

.2 Разработка исполнительной программы

Программа должна осуществлять управление процессом и контролировать входные данные с датчиков, хранить необходимые настройки для корректной работы системы позволять изменять настройки программы посредством графического интерфейса.

Входне данные для работы программы осуществляют контроль всего процесса регулирования системы, вывода и обработки информации. Данные необходимые чтоб система понимала, как ей работать.