Используем NFC для автоматизации. Что внутри тега

Теплицы, пусть даже архаичные, предельно простые, – отличное место, где человек может почувствовать себя творцом, проявить смекалку, испытать яркие эмоции, укрепить здоровье и вырастить для своей семьи экологически чистые овощи и зелень. Но подходить к тепличному выращиванию овощей и зелени нужно серьезно, применяя научный подход, современные знания, используя доступное оборудование.

Полная система управления микроклиматом в теплице

Управлять микроклиматом теплицы не так просто. Прочное, надежно сконструированное сооружение теплицы – это только начало.

Необходимо создать в ней микроклимат, компонентами которого являются:

• Освещенность теплицы;
• Температура;
• Влажность почвы и воздуха;
• Состав и состояние воздушной среды и почвы.

От интенсивности естественного света, выбранного покрывного материала, степени его прозрачности зависит сила освещенности растений. Теплицу, в которой не установлена автоматическая вентиляционная система, надо затенять, оборудовать под лиственными деревьями, но учитывать, что она должна ежедневно в течение 4 часов освещаться прямыми солнечными лучами. Для дополнительного освещения приобретается осветительная система.

Обычно это светильники, подвешиваемые под потолком. В теплице надо поддерживать высокую температуру. Промерзший грунт непригоден к использованию, он должен быть теплым.

Поэтому для обогрева теплицы нужны печи, отапливаемые углем или дровами, или газовые обогреватели, электрический подогрев. Перед тем как установить в теплице обогревательную систему, определяется, какое количество тепла необходимо, учитывается разница температур между воздухом внутри теплицы и снаружи, подбирается тип системы обогрева. Необходимо постараться сохранить тепло, которое исходило от естественного очага – солнца. Для этого используются солнечная стена, водяной бак. Экономичными являются недорогие водяной и гравийный тепловые аккумуляторы. Температура в теплице зависит от погоды, времени суток, материала, из которого она сооружена. Воздух в пленочных теплицах охлаждается быстрее, чем в остекленных.

Самым качественным и экономичным покрытием, хорошо сохраняющим тепло, является сотовый поликарбонат, который может служить долгое время.

• Гибок;
• Легок;
• Прочен.

Но в любой теплице необходимо следить за тем, чтобы температура воздуха была выше наружной. Так как теплица – это закрытая конструкция, для растущих в ней культур важна влажность, как почвы, так и воздуха. Чем выше процент содержания влаги, тем значительнее количество микрочастиц воды.

В теплице полезно установить гигрометр, прибор, показывающий изменение уровня относительной влажности воздуха. Надо не забывать, что высокий уровень влажности приводит к появлению микроорганизмов, наносящих вред растениям. Разного вида грибки, плесень вызывают инфекции растений, их гибель.

Чтобы избежать появления капелек влаги на покрытиях теплицы , в ней монтируют достаточное количество форточек. Опасна для тепличных культур и недостаточная влажность, так как она приводит к затруднению прорастания корневищ овощей. Когда воздух и почва становятся сухими, затрудняется жизнедеятельность растений. Чтобы легче было увлажнять почву, применяют пористые шланги, которые подсоединяются к домашнему водопроводу и размещаются на небольшой глубине или на поверхности грунта.

Интенсивность увлажнения почвы зависит от:

• Погоды;
• Возраста и состояния растений.

Циркуляция воздуха в теплице осуществляется не только в результате проветривания, но и благодаря использованию вентиляторов. Процесс проветривания, вентиляции тоже необходимо контролировать, так как уходящий из теплицы воздух должен быть заменен свежим, поступившим извне. Особенно важно проветривание теплицы, когда на ее стенках из-за ночного понижения температуры появляется излишняя влага. Но чрезмерное увлечение вентиляцией приводит к снижению концентрации углекислого газа, которым растения «дышат».

Создание микроклимата в теплице

Поддерживать в теплице приемлемый для овощей и зелени режим температуры, влажности, освещенности, то есть создавать как модно более благоприятные условия для растений, комфортный микроклимат, довольно сложно. Например, используя для проветривания поворотные форточки, которые открываются механически, хозяева теплиц одновременно со снижением температуры воздуха снижают и влажность внутри сооружения.

Это приводит к пересыханию почвы, дополнительным поливам. Невыгодна и неудобна подсветка растений лампами, так как их периодически надо то включать, то выключать.

Комплексно решить задачу создания микроклимата в теплице поможет автоматическая система.

Она способствует экономии:

• Времени;
• Усилий;
• Электричества.

Ее использование гарантирует получение желаемого урожая. Но эту задачу могут помочь решить различные средства автоматики.

Параметры микроклимата в теплице

Параметров климата в теплице свыше двадцати.

Среди них:

• Температура воздуха;
• Влажность;
• Концентрация углекислого газа;
• Температура стекла;
• Температура точки росы листа;
• Положение зашторивания и др.

Чтобы поддерживать их в нужном режиме, иногда приходится расходовать большое количество электрической энергии. Поэтому на крупных теплицах разрабатываются стратегии управления, которые основываются на установке определенных коэффициентов на каждое время года.

Ведь в развитии растений есть периоды (например, зимней порой), когда необходимо тщательно придерживаться технологии, но есть и моменты, когда растения не испытывают стрессы.

В это время можно экономнее расходовать энергию.

Создание микроклимата в парнике

Устанавливая на дачном или приусадебном участке парник, нужно учитывать некоторые моменты.

А именно:

• Его ориентацию по сторонам света;
• Уровень освещенности;
• Добиваться герметичности конструкции, так как парник, обдуваемый ветром, не будет удерживать тепло.

Надо подумать о способах вентиляции, возможности искусственного затемнения, чтобы исключить чрезмерное повышение температуры.

В парнике, как и в теплице, внутренняя температура воздуха и грунта более высокая, чем наружная.

Комфорт в нем достигается благодаря отсутствию ветра. Влагу они получают в результате усилий человека. Как полезные, так и вредные насекомые в парник и теплицу попадают редко. При правильной эксплуатации парников можно получить здоровую рассаду и ранний урожай, как зелени, так и овощей.

Обеспечиваем микроклимат в теплице (видео)

Открыв для себя удивительный мир теплиц и парников, вряд ли кто пожелает когда-нибудь с ним расстаться!

Внимание, только СЕГОДНЯ!

Выращивание в промышленных масштабах тепличной сельхозпродукции в условиях искусственного климата представляет собой непростую технологическую задачу. На урожайность и качество продукции влияет множество факторов. Это температурный режим, освещение, полив, распыление химических реагентов, проветривание. Предлагаемая статья знакомит читателей с работой системы автоматики на базе приборов ОВЕН в тепличном хозяйстве «Нефтекамский».

Отопление теплиц в условиях российского климата - дело не дешевое - энергозатраты на содержание в зимний период значительно превышают затраты на отопление жилых зданий. Поэтому при постройке теплиц весьма актуальны проектировочные решения, позволяющие снизить энергопотребление. В этом вопросе основное место отводится современному автоматическому оборудованию. Для создания оптимальных условий выращивания овощей круглый год в тепличном комбинате «Нефтекамский» была разработана и внедрена в эксплуатацию система автоматизированного регулирования микроклимата теплицы (САР МТ).

Тепло, как летом

Оборудование для отопления теплицы включает в себя систему подогрева воздуха и грунта. Прогрев почвы сельскохозяйственных культур уменьшает срок вегетации растений за счет равномерного развития корневой системы (в среднем на две-три недели) и повышает урожайность (на 35-45 %). Сейчас самыми распространенными являются водяные системы, которые обеспечивают равномерное распределение тепла, что положительно сказывается на росте растений. Схема проста - теплоноситель (вода) нагревается в отопительном котле и с помощью циркуляционного насоса прокачивается по системе трубопроводов через трубные радиаторы, отдавая тепло воздуху и почве. Для наиболее эффективного обогрева всего объема теплицы стальные трубы могут быть размещены в нескольких ярусах. В нефтекамских теплицах - два яруса. Нижний - для прогрева грунта - расположен на уровне почвы между рядами растений (шаг укладки труб определяется теплотехническим расчетом и составляет 20-30 см). Верхний - под покрытием. Важно, чтобы была возможность раздельной регуляции отопительных приборов в разных ярусах. Температура теплоносителя в системе подогрева грунта составляет около 40 °С (чтобы не пересушить корневую систему).

Возможности регулировки

Обеспечить теплицу теплом - это полдела, его еще нужно точно дозировать. Температура внутреннего воздуха в теплице должна изменяться в зависимости от культурооборота и вида овощей, а для одних и тех же овощей - в процессе роста и созревания в зависимости от времени суток. Для огурцов, например, температура воздуха в ночное время (около 18 °С) должна быть ниже, чем в дневное время (около 22 °С). Температура корнеобитаемого слоя почвы должна равняться температуре воздуха (или быть несколько выше).

Контролирование микроклимата наиболее эффективно с использованием электронных устройств, обеспечивающих управление температурой. Регуляция осуществляется несколькими способами - например, автоматическим открытием фрамуг, закрытием термостатов, снижением скорости работы циркуляционных насосов. С внедрением автоматизированной системы на комбинате «Нефтекамский» была проведена работа по разделению контуров обогрева на нижний и верхний. В качестве регулирующих органов были использованы имеющиеся трехходовые регулирующие клапаны. Для создания однородного температурного поля в каждом контуре обогрева установлены циркуляционные насосы TP100 фирмы GRUNDFOS.

Распределенная система управления

Распределенная система управления представляет собой двухуровневую сетевую структуру. Структурная схема САР МТ представлена на рис. 1.

Первый уровень объединяет программируемые контроллеры ОВЕН ПЛК100 (по одному на каждую теплицу) с контроллером верхнего уровня (ПЛК100), операторской станцией и модулями дискретного ввода/вывода ОВЕН МДВВ по сети Ethernet. К процессорным модулям можно подключать различные внешние периферийные устройства по последовательному интерфейсу RS-485/RS-232.

Подобная структура обеспечивает большие коммуникационные возможности, позволяющие с помощью стандартных интерфейсов и протоколов подключиться к управляющему устройству верхнего уровня. Второй уровень АСУ реализован на основе модулей ввода/вывода ОВЕН МВА8, операторской панели ОВЕН ИП320, датчиков температуры, других устройств и интерфейса RS-485/RS-232. Полевая сеть построена с несколькими линиями передачи данных.

Операторская станция получает данные с контроллеров по сети Ethernet для ведения журнала событий с регистрацией реального времени, сбоях и нештатных ситуациях. На компьютере отображаются все контролируемые параметры теплицы, задаются новые уставки для регуляторов и фрамуг. В качестве OPC-клиента используется SCADA-система. В рамках системы выполнены все задачи по архивации, сигнализации, протоколированию и организации человеко-машинного интерфейса.

Для обмена данными между контроллерами удобным оказался механизм сетевых переменных, благодаря которым оператор, находясь в удаленной теплице, может видеть на панели оператора ИП320 температуру и влажность наружного воздуха, направление и скорость ветра. Датчики, измеряющие эти физические величины, подключены к ПЛК верхнего уровня и доступны всем контроллерам первого уровня посредством простого и быстрого доступа к сетевым переменным.

Контроллер верхнего уровня обеспечивает работу всего тепличного комбината (без учета особенностей каждой теплицы): регулирует температуру и влажность с учетом состояния наружного воздуха, скорости и направления ветра, а также контролирует температуру и давление теплоносителя на входе и выходе.

В контроллерах теплицы решаются задачи автоматического регулирования температуры по двум контурам обогрева, управления циркуляционными насосами и приводами фрамуг, включением/выключением освещения. В теплице применяется двойная регулировка: один термостат установлен на поверхности пола, второй - в верхней точке, под коньком крыши. Щит управления со встроенными ПЛК100 и панелью оператора ИП320 находится в непосредственной близости от входа в теплицу.

Ввод аналоговых сигналов температуры, влажности, указателей положения регулирующих клапанов и фрамуг осуществлялся с помощью модулей МВА8. Для ввода сигналов состояния оборудования и вывода управляющих сигналов используются каналы контроллера ПЛК100, а также каналы модуля МДВВ. Удобной оказалась и панель оператора ИП320. В результате приобретенного опыта ее эксплуатации пришло решение продублировать на ней все функции местного управления, реализованные с помощью традиционных кнопочных постов.

Развитие проекта носит эволюционный характер

В настоящее время отработаны базовые схемы, обеспечивающие хорошее качество, быстродействие и надежность автоматизированной системы. В дальнейшем алгоритмы и решения будут усложняться для повышения качественных показателей САР МТ. Эта задача решаема - потенциал, заложенный в оборудовании ОВЕН, позволяет на это рассчитывать. Сейчас, например, решается проблема тепловой инерционности теплицы, создаваемой из-за неравномерности температурного поля, зависящего от направления и скорости ветра. Для этого к существующей системе двухконтурного обогрева необходимо будет добавить регулируемые тепловые контуры боковины и торца теплицы.

Отдельная задача - это контроль работы привода фрамуг, которые являются важной и ответственной частью тепличного хозяйства. Механизм привода представляет собой распределенную кинематическую схему, состоящую из электроприводов, валов, редукторов, реечных механизмов. При наличии множества механических сочленений, рассредоточенных под поверхностью прозрачного шатра теплицы, в них нередко появляются повреждения. Из-за этого возникают проблемы автоматического управления. А иметь достоверную информацию работы всех элементов привода фрамуг очень важно.

Заключение

На комбинате «Нефтекамский» с минимальными затратами была создана простая в эксплуатации, надежная, с хорошими рабочими характеристиками система. Анализируя данные, автоматика устанавливает такой климат в теплицах, что смена погоды не оказывает негативного воздействия на растения. Система позволяет снизить издержки при выращивании овощей, экономить энергоресурсы, минимизировать влияние человеческого фактора.

В отечественной и зарубежной практике используют автомати­ческие СУ только температурными режимами в овощехранилище. Автоматическое регулирование влажности применяют редко из-за отсутствия датчиков, работающих при относительной влажности воздуха более 90 %. При необходимости влажностью управляют вручную, включая вытяжные вентиляторы.

Рис. 9.1. Технологическая схема авто­матического управления температурным режимом в овощехранилище:

1 - подогреватель; 2, 5- соответственно приточная и вытяжная шахты; 3- смеси­тельный клапан; 4- исполнительный меха­низм.

Для управления микрокли­матом в овощехранилищах ис­пользуют оборудование типа ОРТХ и систему «Среда».

Оборудование для регулиро­вания температуры хранилищ типа ОРТХ обеспечивает тех­нологически обоснованные температурные режимы приточного воздуха, массы хранимой продукции и воздуха верхней зоны без искусственного охлаждения в хранилищах вместимостью до 1000 т с числом вентиляционных камер не более двух.

В оборудование типа ОРТХ входят следующие основные уст­ройства (рис. 9.1): смесительный клапан 3 с подогревателем 1 и исполнительным механизмом 4, приточная 2 и вытяжная 5 шахты, два рециркуляционно-отопительных агрегата б, вентиляционно-распределительный канал 7, вентилятор 8 приточной системы и шкаф автоматического управления системой активного вентили­рования (ШАУ-АВ). В шкафу размещены регуляторы температуры Р1...Р5, программное реле времени КТ, ключи и кнопки управле­ния. В связи с неблагоприятными для работы аппаратуры услови­ями предусмотрен автоматический обогрев шкафа от электропо­догревателя ЕК, действием которого управляет контактное термо­реле SK через промежуточное реле KV1 (рис. 9.2). Температуру контролируют датчики ВК...ВК5 (см. рис. 9.1) - терморезисторы и термометры сопротивления, а замеряет логометр Р. Система ак­тивного вентилирования может работать в режиме ручного дис­танционного или автоматического управления.

В ручном режиме переключатели SA1 и SA2 ставят в положение Р и кнопками SB1 и SB2 управляют вентиляторами и калорифера­ми двух рециркуляционно-отопительных систем, кнопками SB3 и SB4-подогревателем смесительного клапана, кнопками SB5 и SB6- приточной вентиляцией. В этом режиме при помощи регу­лятора Р4 (типа ПТР-2) автоматически может отключиться только приточный вентилятор, когда температура наружного воздуха снизится до минимально допустимого значения. При допустимой температуре контакт Р4 замкнут.

В автоматическом режиме переключатель SA1 переводят в по­ложение А. Последовательность работы схемы зависит от периода хранения.

В режиме «Лечение» переключатель SA2 ставят в положение Л, а переключатель SA3 - в положение N (нейтральное), в результате чего действует только приточный вентилятор, который периоди­чески включается и отключается магнитным пускателем КМ4, уп­равляемым контактами AT программного реле времени и регуля­тора Р4. Программное реле КТ настраивают на шестиразовое включение приточного вентилятора в сутки в каждом случае на 30 мин. Перед этим режимом исполнительный механизм ИМ че­рез контакты КМ4:4 закрывает смесительный клапан полностью,

А вентиляция картофеля осуществляется рециркуляционным воз­духом.

В режиме «Охлаждение» переключатель SA2 ставят в положе­ние 0 и в работу вводится дифференциальный терморегулятор Р1, который при помощи датчиков ВК и ВК1 сравнивает температуры наружного воздуха и в массе хранимого продукта. Если разница между ними больше так называемого дифференциала (2...3 °С), то срабатывает терморегулятор Р1 и включает промежуточное реле KV2. Контактами KV2:1 реле KV2 вводит в работу терморегулятор РЗ (типа ПТР-2), а затем контактом РЗ вводится в работу регуля­тор Р4. В результате этого пускатель КМ4 включает приточный вентилятор. Контактами KV2:2 включается пропорциональный терморегулятор Р5, который посредством датчика ВК5 и исполни­тельного механизма ИМ управляет температурой воздуха в систе­ме вентиляции.

При отклонении этой температуры от заданной терморегулятор Р5 своими замыкающими Р5:2 и размыкающими Р5:1 контакта­ми включает исполнительный механизм, поворачивающий зас­лонку смесительного клапана в такое положение, при котором ус­танавливается необходимая температура смешанного наружного и рециркуляционного воздуха. Охлаждение продолжается до тех пор, пока температура в массе хранимого продукта не достигнет заданного значения, после чего посредством датчика ВКЗ и кон­тактов РЗ терморегулятора РЗ отключается магнитный пускатель КМ4 приточного вентилятора. Если температура наружного возду­ха длительное время превышает температуру в массе продукта, то вентиляция ведется только рециркуляционным воздухом. Сигнал на включение магнитного пускателя КМ4 вентилятора подается от программного реле времени через контакты КТ. В этом случае смесительный клапан закрыт и теплый наружный воздух в храни­лище не поступает.

В режиме «Хранение» переключатель SA2 ставят в положение X. Приточный вентилятор включается контактами AT программ­ного реле времени 4...6 раз в сутки для снятия перепадов темпера­туры в массе продукта. При этом блок-контактами КМ4:3 маг­нитного пускателя через переключатели SA1 и SA2 подключаются терморегулятор Р1, реле KV2 и терморегулятор РЗ. В дальнейшем схема действует так же, как и в режиме охлаждения. Если темпе­ратура в течение заданного при помощи реле времени AT цикла работы не снизилась до нормы, то вентилятор продолжает рабо­тать до тех пор, пока не разомкнутся контакты регулятора РЗ. При отключении вентилятора смесительный клапан автоматически закрывается при помощи блок-контактов КМ4:4, управляющих работой исполнительного механизма ИМ. В том случае, когда тем­пература в верхней части хранилища над продуктом оказывается меньше заданной, что может вызвать выпадение конденсата в продукт, от датчика ВК2 срабатывает терморегулятор Р2 и через магнитные пускатели КМ1 и КМ2 включает рециркуляционно-отопительные агрегаты.

Рециркуляционно-отопительные агрегаты работают только при выключенном приточном вентиляторе (блок-контакты КМ4:1 замкнуты), отключение их осуществляется контактом 1 терморе­гулятора, когда температура верхней зоны равна заданному значе­нию.

Автоматическое управление подогревателем смесительного клапана задают переключателем SA3 (положение А) при сниже­нии наружной температуры до -15 ºС. Он включается магнит­ным пускателем КМЗ или автоматически от реле КТ, или вруч­ную кнопками SB3 и SB4 (SB3 в положении Р). Желательно включение в состав оборудования хранилища холодильной ма­шины.

Схема ШАУ-АВ предусматривает возможность управления температурой в ручном и автоматическом режимах. При этом в случае повышения температуры в массе продукта выше нормы в момент, когда наружная температура высока, одновременно с включением приточного вентилятора включается и холодильная машина. Тогда температура воздуха, поступающего в магистраль­ный канал, регулируется терморегулятором, входящим в комплект холодильной машины.

Микропроцессорная система управления микроклиматом теплиц «Среда» более совершенна, чем оборудование типа ОРТХ. Как и устройство ШАУ-АВ, она обеспечивает автоматическое пропор­циональное регулирование температуры воздуха, направляемого в массу хранимого продукта, двухпозиционное регулирование температуры хранимого продукта и воздуха в верхней зоне хра­нилища, а также ряд технических измерений, сигнализацию от­клонений температуры от заданной в отдельных секциях храни­лища и т. д. Система «Среда» может управлять технологическим процессом в восьми секциях хранилища овощей вместимостью до 5000 т. В каждой секции овощехранилища установлены два рециркуляционно-отопительных агрегата, приточный вентиля­тор, смесительный клапан с приводом от ИМ, обогреватель кла­пана, несколько датчиков температуры воздуха (в верхней зоне и в магистральном канале), датчики температуры в массе хранимо­го продукта.

Функциональная схема системы «Среда» показана на рисун­ке 9.3. В каждой из восьми секций хранилища устанавливают че­тыре измерительных преобразователя 1: для двухпозиционного регулирования температуры в массе хранимого продукта, надзакромном пространстве и два в магистральном канале (для пропор­ционального регулирования температуры подаваемого воздуха за счет смешивания холодного наружного и теплого рециркуляци­онного воздушных потоков). Блоки измерения и задания 2 фор­мируют 32 аналоговых сигнала, пропорциональных текущему

Рис. 9.3. Блок-схема системы «Среда-1» для управления микроклиматом в хранилище:

1 - измерительные преобразователи; 2 - блоки измерения и задания; 3- блоки переключате­лей; 4 - двухпозиционный регулятор; 5-пропорциональный регулятор; 6- блок синхрони­зации; 7-блоки управления; 8- исполнительный механизм; 9-регулятор разности темпе­ратур; 10, 11 - измерительные преобразователи температуры соответственно наружного и внутреннего воздуха; 12-логометр

значению регулируемого параметра. Эти сигналы через блоки пе­реключателей 3 (коммутаторы) в установленной последовательно­сти подаются на вход двухпозиционного 4 или пропорционально­го 5 регулятора. Также в синхронной последовательности, задавае­мой работой электронного блока 6, через блоки управления 7 осу­ществляется переключение исполнительных цепей регулятора 4 или 5.

Регулятор 9 разности температур наружного 10 и внутреннего 11 датчиков воздуха в случае повышения наружной температуры до заданного уровня переключает систему на вентиляцию продук­та внутренним (рециркуляционным) воздухом. Логометр 12, полу­чающий питание, как и все другие элементы схемы, от блока БП, через переключатель S позволяет проконтролировать температуру в 39 точках по объему хранимого продукта.

Алгоритм функционирования системы «Среда» аналогичен описанному ранее алгоритму функционирования устройства ШАУ-АВ.

Система управления микроклиматом помещений внутри зданий направлена на регулирование климатом внутри здания, повышение или понижение температуры, повышение точности регулирования микроклимата помещений внутри здания и, как следствие, снижение затрат электрической энергии, за счет того, что система содержит нагреватель, охладитель, вентилятор подачи воздуха, нечеткого контроллера, вход. которого соединен с выходом мультиплексора, а выход соединен с охладителем, нагревателем и вентилятором, причем вентилятор выполнен регулируемым, а нечеткий контроллер выполнен с возможностью управления микроклиматом внутри здания по тридцати шести правилам для каждого выхода, составленных на основе экспертных данных.

Полезная модель относится к области регулирования температуры и влажности в помещении, в частности для централизованного использования в больших зданиях и сооружениях.

Известна система, действие которой основано на применении нечеткого регулирования в системе отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК). Система управления состоит из двух групп датчиков температуры, влажности, кислорода и частиц пыли внутри помещения, двух групп двигателей кондиционера и вытяжной вентиляции, блока фаззификации, блока нечеткой логики с блоком базы правил, блока дефаззификации. Действие регулятора основано на том, что по разнице между температурой и влажностью внутри помещения и снаружи, а так же по качеству воздуха внутри помещения - содержание кислорода и пыли принимается решение, основанное на базе правил по управлению приводами кондиционера и вытяжной вентиляции. Система имеет четыре входа и два выхода. Эта система описана в работе FUZZY EXPERT SYSTEM DESIGN FOR OPERATING ROOM AIRCONDITION CONTROL SYSTEMS, Ismail Saritas, Nazmi Etik, Novruz Allahverdi, Ibrahim Unal Sert, International Conference on Computer Systems and Technologies - CompSysTech" 07 pp. IIIA.1-1 - IIIA.1-8

Недостатком этой системы является излишняя сложность, наличие более чем одного входа и одного выхода, отсутствие регулирования мощности вентилятора.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленной системе является система управления, взятая за прототип, состоящая из датчиков температуры и влажности, двух блоков фаззификации - для температуры и для влажности, нечеткого блока с базой правил, трех блоков дефаззификации - для нагревателя, охладителя и увлажнителя. Вся система охвачена отрицательной обратной связью. Работа системы управления климатом помещения происходит в двух различных режимах, первый режим - режим с нечетким П-контроллером, второй режим - режим с нечетким ПИ-контроллером. Данная система управления описана в работе Fuzzy Logic Control of Building Management Systems, G.S.Virk, A.B.Ghazali and D.Azzi, UKACC International Conference on CONTROL"96, 2-5 September 1996, Conference Publication No.427©IEE 1996 pp.580-585.

Недостатками данной системы управления являются то, что и системе не предусмотрена регулировка мощности вентилятора, приводящая к чрезмерному расходованию энергии и отсутствует математическая модель здания.

Задача полезной модели - регулирование климатом внутри здания, повышение или понижение температуры, повышение точности регулирования микроклимата помещений внутри здания и, как следствие, снижение затрат электрической энергии, за счет эффективного проектирования ОВК для конкретного объекта. При этом система управления энергоснабжением здания приобретает признаки искусственного интеллекта. С помощью искусственного интеллекта система способна оценивать, диагностировать и предлагать оптимальный режим работы оборудования. Таким образом, использование управляющих контроллеров систем ОВК, построенных на принципах нечеткой логики, приводит к значительной экономии электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что в системе управления микроклиматом помещений внутри здания, состоящей из нагревателя, охладителя, вентилятора подачи воздуха, нечеткого контроллера, вход нечеткого контроллера соединен с выходом мультиплексора, а выход соединен с охладителем, нагревателем, вентилятором, причем вентилятор выполнен регулируемым, а нечеткий контроллер выполнен с возможностью управления микроклиматом внутри здания по тридцати шести правилам для каждого выхода, составленных на основе экспертных данных, причем правила построены так что заданное множество дискретных величин разбито на положительные и отрицательные подмножества для обогрева и охлаждения, соответственно.

На фиг.1 представлена общая структура системы управления климатом внутри здания.

На фиг.2 представлены лингвистические переменные и функции принадлежности «температурная ошибка».

На фиг.3 представлены лингвистические переменные и функции принадлежности «ошибка перепада температуры».

На фиг.4 представлены лингвистические переменные и функции принадлежности «напева и охлаждения».

На фиг.5 представлены значения лингвистические переменные и функции принадлежности скорости вентилятора.

На фиг.6 представлена база правил для скорости вентилятора.

Система управления состоит из блоков - охладителя 1, нагревателя 2, регулируемого вентилятора 3, обеспечивающего подачу воздуха, нечеткого контроллера 4, вход которого соединен с выходом блока мультиплексирования 5, а выход соединен с блоками - охладителя 1, нагревателя 2 и регулируемым вентилятором 3, датчика температуры 6, расположенного в зоне регулирования 7. Выходы 8, 9, 10 блоков соответственно - охладителя 1, нагревателя 2 и регулируемого вентилятора 3 соединены с зоной регулирования 7 и осциллографами 11 и 12. Переключатель 13 блока охладителя 1 и переключатель 14 блока нагревателя 2 предназначены для переключения режимов работы блока охладителя 1 и блока нагревателя 2. Блок мультиплексирования 15 соединен с блоком осциллографа 16. Блок осциллографа 17 с выходом сумматора 18. Входы мультиплексора 5 соединены с выходом 19 дифференциатора 20 и выходом 21 сумматора 22. Выходы 23, 24, 25 нечеткого контроллера 4 соединены с блоками охлаждения 1, регулируемого вентилятора 3 и нагревания 2. Переключатель 13 имеет входы 26, 27 и 28. Переключатель 14 имеет входы 29, 30 и 31.

Работа системы управления климатом внутри здания производится следующим образом.

Воздух из атмосферы поступает через блоки охладителя 1, нагревателя 2 и регулируемого вентилятора 3 и подается в зону регулирования 7. Качество воздуха обеспечивается нечетким контроллером 4 и контролируется датчиками температуры 6.

Сигнал ошибки температуры на выходе 21 сумматора 22 получается путем вычитания в сумматоре 22 сигнала датчика температуры 6 и величины заданной температуры. Далее сигнал ошибки температуры с выхода 21 поступает на блок вычисления первой производной дифференциатора 20 и напрямую в блоки мультиплексирования 5 и 15. Выход 19 блока вычисления первой производной дифференциатора 20 поступает на вход блока мультиплексирования 5. С блока мультиплексирования 5 сигнал поступает на нечеткий контроллер 4, после обработки и демультиплексирования соответственно сигналы с выходов 23, 24 и 25 поступают в блок охлаждения 1, блок регулируемого вентилятора 3 и блок нагревателя 2.

Блоки охладителя 1 и нагревателя 2 по величине заданного порога определяют, какие лингвистические переменные для нагрева или охлаждения посылаются из нечеткого контроллера 4 за определенный промежуток времени. Дискретные сигналы с выходов 8, 9 и 10 также идут на осциллографы 11 и 12, которые отражают состояние переменных во время работы.

Переключатель 13 блока охладителя 1 служит для включения и выключения охлаждения но заданному пороговому значению, а переключатель 14 блока нагревателя 2 - для включения и выключения нагревания по заданному пороговому значению. Если величина сигнала на центральном уровне (пороговый вход 27) переключателя 13 блока охладителя 1 выше заданной величины, то переключатель посылает сигнал на верхнюю линию (вход 26), и, если сигнал ниже заданной величины, или равен ей - на нижнюю линию (вход 28). Если величина сигнала на центральном уровне (пороговом входе 30) переключателя 14 блока нагревателя 2 выше заданной величины или равна ей, то переключатель посылает сигнал на верхнюю линию (вход 29), и, если сигнал ниже заданной величины - на нижнюю линию (вход 31). Таким образом, мы разбиваем заданное множество дискретных величин на положительные и отрицательные подмножества для обогрева и охлаждения, соответственно.

Работа системы состоит в определении значения температуры, соответствующей управляющему воздействию на цифро-аналоговом преобразователе контроллера, по следующим входным переменным: е (разница между заданной и текущей температурой), e (первая производная изменения температуры за время вычислительного цикла).

e(t)=Т зад (t)-Т тек (t),

где T зад - заданная температура, °С; T тек - текущая температура, °С.

Скорость изменения температуры:

где t - текущее значение времени измерения, c.

Определим для нечетких лингвистических переменных e, e нечеткие множества с соответствующими идентификаторами для функций принадлежности µ(e), µ(e). Построим две функции принадлежности. В одном случае аргументом является разность температур (e) (фиг.2), а во втором - скорость изменения температуры (e) (фиг.3). Для первой функции диапазон температур составляет от -6 до 8°С, для второй от -6 до 8°С/мин.

Для µ(e), µ(e) (фиг.2-3) эти идентификаторы имеют вид: «отклонение положительное большое» (РВ), «отклонение положительное среднее» (РМ), «отклонение положительное малое» (PS), «отклонение пулевое» (Z), «отклонение отрицательное среднее» (NS), отклонение отрицательное большое» (NB).

Сигнал датчика температуры 6 поступает в сумматор 22 где вычитается из заданной температуры. Полученный сигнал ошибки 21 поступает на вход блока мультиплексирования 5 и блок вычисления первой производной дифференциатора 20. Далее сигнал первой производной ошибки температуры с выхода 19 дифференцирующего блока 20 также поступает на вход блока мультиплексирования 5. Выход блока мультиплексирования 5 соединен с входом нечеткого контроллера 4.

Результат совместного влияния двух функций принадлежности на значение выходного параметра определяется соответствующей программой, заложенной в логическое устройство.

С помощью функции принадлежности (фиг.5) задастся требуемый режим работы системы нагрева и охлаждения µ(p). Нечеткие переменные, именуются как «сильное охлаждение» (С3), «среднее охлаждение» (С2), «малое охлаждение» (С1), «без изменений» (NO), «нагрев1» (H1), «нагрев2» (H2). Подобным способом вычисляется также скорость вращения вентилятора на основе базы правил для скорости вентилятора µ(fs) (рис.4). Нечеткие переменные, соответствующие скорости вентилятора, именуются как «высокая» (Fast),«нормальная» (Med), «низкая» (Low), «нулевая» (Z).

Функция принадлежности на выходе (фиг.5) показывает процесс обработки правил, суммируя ответный сигнал для обеспечения выходной команды. Выбранная в данной работе функция принадлежности на выходе состоит из двух уровней нагрева (H1, H2), трех уровней охлаждения (C1, C2, С3) и уровня нормы (NO), что можно представить, например, как несколько разных дополнительных уровней нагрева или охлаждения, причем значение H2 больше чем значение H1, а С3 больше чем значение С2 и C1.

Правила, перечисленные в фиг.6, показывают как применяются лингвистические переменные, полученные путем фаззификации для суммирования ответного сигнала с использованием интуиции оператора. При соединении с выходной функцией принадлежности и соответствующей дефаззификации получаем четкую реакцию на управляющее воздействие.

В данном случае сигнал управления будет уровнем нагрева или охлаждения из данных [-2, -1, 0, 1,, 6].

Связь между входом и выходом занесем в таблицу нечетких правил (фиг.6). Каждая запись соответствует своему нечеткому правилу.

Одним из главных аргументов в пользу регулирования на основе нечеткой логики является то, что она опирается на опыт человека и не нуждается в точной настройке внутренних параметров. Даже при значительном изменении подлежащих регулировке параметров рабочий режим регулирования на базе нечеткой логики остается устойчивым и не дает больших отклонений от оптимальной настройки. Это оправдывает утверждение, что регулирование на основе нечеткой логики надежно по характеру при условии, что его правила и параметры рассчитаны настоящими экспертами в данной области. Кроме того, регулирование обладает более высоким быстродействием по сравнению с ПИД-регулированием и обеспечивает экономию энергии в системе кондиционирования. Это достигается благодаря внедрению экспертных правил.

Система управления микроклиматом помещений внутри здания содержит блоки - нагревателя, охладителя, вентилятора подачи воздуха, нечеткий контроллер, вход которого соединен с выходом блока мультиплексирования, а выход соединен с блоками охладителя, нагревателя и вентилятора, отличающаяся тем, что блок вентилятора выполнен регулируемым, а нечеткий контроллер выполнен с возможностью управления микроклиматом внутри здания по тридцати шести правилам для каждого выхода, составленных на основе экспертных данных, причем правила построены так, что заданное множество дискретных величин разбито на положительные и отрицательные подмножества для обогрева и охлаждения соответственно.

NFC (Near Field Communication) - технология высокочастотной беспроводной идентификации и связи на крайне малых расстояниях (не превышающих 3-10 см). Любой процесс осуществляется на частоте 13,56 МГц. Обмен информацией может происходить только между двумя близкорасположенными объектами. Идентификация и считывание данных производятся автоматически, для их выполнения достаточно, чтобы оба устройства попали в зону действия связи.

Устройства NFC могут обмениваться информацией, считывать ее с RFID-меток, а самое главное – их можно применять как эмулятор карт. Последний вариант позволяет использовать всевозможные устройства, поддерживающие NFC, в качестве банковских бесконтактных карт. Также смартфон, планшет может служить в роли билета (проездного, в театр).

Кроме того, представленная технология помогает выполнять идентификацию человека, что дает возможность использовать смартфон вместо пропуска. Причем, так уже и делают во многих российских организациях, то есть NFC в СКУД (это система контроля и управления доступом) совсем не редкость. Причина: у такого решения есть ряд преимуществ.

NFC в СКУД: возможности и преимущества

Любое устройство NFC возможно применять в СКУД как:

1. Идентификатор. То есть позволено использовать имеющийся у каждого сотрудника телефон в качестве карты доступа;
2. NFC считыватель для СКУД - это означает, что с помощью какого-то смартфона возможно осуществлять контроль доступа.

Что дает использование устройства NFC в СКУД:

• возможность создавать эффективные системы безопасности на производстве, в офисе и тд;
• возможность создавать мобильные системы контроля. Например, для допуска в корпоративный транспорт, контроля сотрудников, работающих удаленно (строителей, геологов, прочих);
• возможность создания мобильного КПП, к примеру, контроль доступа NFC устройствами удобно выполнять на любом удаленном объекте (складе, стройке), когда сотрудники попадают на территорию организации используя корпоративный, личный транспорт;
• возможность осуществлять контроль доступа в конкретные помещения;
• экономию средств - NFC пропуск на работу позволит сберечь деньги на покупке карт доступа, так как их не будет необходимости приобретать, персонализировать. NFC считыватель для СКУД также дает возможность сэкономить, особенно, если терминалов требуется несколько.

Телефон с NFC как карта доступа может использоваться одновременно в нескольких системах контроля. К примеру, для доступа на территорию разных организаций или удаленных филиалов, объектов.

Кроме того, использовать технологию NFC в СКУД просто удобно. Например, когда происходит плановая, внеплановая смена паролей, то присутствие сотрудника вместе с его смартфоном – процедура необязательная. Это особенно важно, когда осуществляется срочная процедура или блокировка доступа.

Для работника NFC эмулятор пропуска удобен тем, что он может служить как дубликат магнитного пропуска. Это значит – в случае потери карты проблем с контролем не возникнет. Кроме того, такое решение практичное, причина: смартфон всегда под рукой, его удобней доставать, не нужно искать, в отличие от карт, к которым сотрудники, после окончания рабочего дня, нередко относятся халатно.

Контроль доступа NFC: управление и идентификация

Привлекательность NFC в том, что с использованием этой технологии создание СКУД становится быстрой процедурой, не требующей дополнительных трудовых ресурсов. Все, что нужно иметь:

• Управляющий компьютер;
• Считывающий терминал, предназначенный для чтения информации с идентификаторов, которым всегда может быть смартфон, планшет;
• Идентификаторы. В их роли могут выступать, как привычные карты, так и персонализированные устройства NFC сотрудников.

Чтобы интегрировать NFC пропуск в телефон, достаточно установить на него специальное приложение и персонализировать. После чего сотрудник будет вправе беспрепятственно попадать на рабочее место. При необходимости эмуляция NFC метки может выполняться любое количество раз.

NFC считыватель для СКУД

Любой телефон ответственного работника, поддерживающий представленный вид связи, получит возможность считывать данные с идентификатора после установки на него специальной программы, то есть никакие специальные контроллеры не нужны.

Также, во время контроля, считыватель должен быть подключен к Интернету, это даст ему возможность выполнять передачу информации на командный компьютер, который проверяет подлинность сведений, полученных с телефона сотрудника. (Оценка: 5 Проголосовало: 1 )