Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

на тему: «Разработка исследования системы контроля параметров климатических факторов внутри помещения в среде LabView»

Введение

В настоящее время все более актуальной становится задача совершенствования процесса управления зданием. Особенно важно решение этой проблемы для тех зданий, где состояние климатических параметров решающим образом влияет на качество образования, а в некоторых случаях - на жизнь и здоровье. Учитывая постоянную борьбу за снижение затрат, экономическую эффективность производства и конкурентно способность выпускаемой продукции, необходимо обеспечить правильность управляющих решений и их адекватность текущему состоянию процесса. Этого невозможно достичь без использования своевременной и достоверной информации об объекте. Кроме обоснованного выбора аппаратных средств - датчиков, линий связи, измерительных преобразователей - огромную роль играют и программные средства обработки данных.

С помощью пакета LabView8.6 и модуля DataloggingandSupervisoryControl (DCS) в Нижегородском Государственном техническом университете была разработана система мониторинга температуры и влажности на складах предприятия по производству лекарств и фармакологических препаратов.

Преимущества технологий NationalInstruments

Применение системы графического программирования LabVIEW и оборудования корпорации NationalInstruments позволяет с минимальными затратами создавать лабораторные практикумы для обучения современным технологиям проектирования измерительных систем.

В ближайшей перспективе планируется расширить функциональные возможности лабораторного стенда, введя в его состав интеллектуальные датчики различных физических величин с соответствующими интерфейсными блоками, в том числе датчики промышленного исполнения.

1. Система умный дом

Современный мир дает нам огромное количество возможностей. Люди стремятся к комфорту и безопасности в своем доме, к удобному и быстрому управлению современным оборудованием. Система «Умный дом» позволяет автоматизировать управление техникой, чтобы сделать жизнь более комфортной и безопасной.

В рамках курсового проекта по проектированию автоматизированных систем управления были разработаны три подсистемы умного дома.

ПОДСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ

Система может работать в двух режимах: ручном или автоматическом. Б ручном режиме свет во всех комнатах можно зажигать вручную. Б автоматическом режиме система работает с использованием датчиков освещения и движения. Если освещенность в комнате недостаточная, и при этом датчик движения в комнате фиксирует движение, то данная информация передается на центральное управляющее устройство, которое зажигает лампочки в нужной комнате.

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Поддержание температуры осуществляется посредством регулирования температуры радиатора центрального отопления. Температура на радиаторе в свою очередь регулируется углом поворота вентиля с помощью электродвигателя. В комнатах установлены датчики температуры, которые фиксируют изменение температуры в доме и передают данную информацию в центральное управляющее устройство.

СИСТЕМА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ:

Сигнализация включается при нажатии специальной кнопки. При этом у человека есть 30-60 секунд, чтобы покинуть помещение. Б тревожном режиме сигнал с датчиков движения автоматически приведет к включению сигнала о вторжении. При этом у человека есть 30-60 секунд для отключения сигнализации (нажатия на кнопку и ввода пароля) до срабатывания тревоги.

Данные подсистемы были спроектированы с использованием программного обеспечения NILabVIEW. Все датчики и элементы управления и индикации были выполнены в виде виртуальных приборов. На начальном этапе проектирования вся система была смоделирована в LabVIEW. На втором этапе проектирования была реализована программно-аппаратная модель системы «умный дом». Роль центрального управляющего устройства играл контроллер MSP 430 фирмы TexasInstruments. Передача данных между виртуальными приборами и контроллером осуществлялась с помощью интерфейса E.S-232. На третьем, завершающем этапе, заменены виртуальные элементы реальными устройствами, то есть, спроектирована аппаратная система «Умный дом», на модулях фирмы Jennie.

Подобные системы сейчас широко распространены, особенно за рубежом. Б большинстве случаев такие системы строятся на проводных технологиях, что доставляет определенный дискомфорт, как для проектировщиков таких систем, так и для заказчиков. Проводные решения предполагают соединение всех элементов системы, будь то датчики, центральное управляющее устройство, лампа или вентиль батарее, с помощью проводов, которые приходится прятать под полом, плинтусами или даже в стенах. Однако в последнее время все большую популярность приобретают беспроводные решения. Системы, построенные на беспроводных технологиях, являются более гибкими, их проще проектировать и размещать в доме. Все элементы системы объединяются в одну сеть, и передача данных от одних элементов к другим осуществляется через беспроводной протокол. Особенно привлекательным является стек протоколов ZigBee. ZigB ее изначально был создан для низко скоростных сенсорных сетей, поэтому идеально подходит для использования в системе «умный дом». Объединение компонентов системы посредством протокола ZigBee даёт целый ряд конкурентных преимуществ:

- Возможность монтажа системы в доме или квартире с уже готовой отделкой -- нет необходимости прокладывать и прятать кабели.

- Простота масштабируемости системы -- возможность интеграции дополнительных компонентов в уже имеющуюся систему по требованию заказчика без согласования масштабируемости на этапе первоначального проектирования и изначальной переплаты заказчиком.

- Экономичность системы в вопросах энергопотребления

- Огромные возможности для ре-дизайна дома, перепланировки, перестановки ламп освещения, выключателей.

- Возможность создания беспроводных мобильных управляющих устройств.

Беспроводную сеть на основе стека протоколов ZigBee планируется реализовать с помощью микроконтроллера фирмы Jennie -- JN5139.

2. Требования, предъявляемые к системе

Разработанная система мониторинга предназначена для измерения температуры и влажности воздуха в различных точках помещений складов. Основные требования, которые предъявлялись к системе на этапе технического задания, могут быть сформулированы следующим образом:

Возможность подключения к разнообразной аппаратуре, управляющей и контролирующей параметры распределенного в пространстве производственного процесса.

Поддержка работы в сетевых средах с использованием стандартных протоколов;

Масштабируемость системы, универсальность и взаимозаменяемость ее компонентов;

Удобство организации человеко-машинного интерфейса (оперативный доступ к текущим параметрам процесса, наглядное представление результатов, простота обучения персонала);

Возможность использования полученной информации для непосредственного управления технологическим процессом в автоматическом режиме и ее передачи на верхний «стратегический уровень» (руководство предприятия, главный инженер);

Контроль за параметрами процесса в реальном времени;

Задание и изменение допустимых предельных значений климатических параметров;

Генерация сигналов тревоги (приближение контролируемых параметров к допустимым, превышение критических значений или неисправности измерительной системы);

Защита данных от несанкционированного доступа, управление правами доступа;

Ведение базы данных с историческими значениями, архивирование баз данных.

Реализация системы

программа мониторинг диаграмма климат

Рис 1. Блок диаграмма датчика температуры

В программе два цикла: Один с Evencase, другой с машиной состояний. Циклы обмениваются данными с помощью очереди и user events.

На аппаратном уровне в систему мониторинга (рис. 2) входят:

Датчики температуры (термометры сопротивления типа ТСМ-0618) и влажности (ИПТВ-206/М1-01), установленные в помещениях складов.

Измерительные модули FieldPoint FP-RTD-124 и FP-AI-111, работающие под управлением интерфейсных модулей - контроллеров FP-1601.

Сервер, собирающий информацию с контроллеров FP-1601.

Рабочие места управляющего персонала (заведующие складами, климата техники и т.д.).

Передача информации происходит через локальную сеть предприятия (Ethernet 100).

Рис 2. Общая схема аппаратного обеспечения системы мониторинга

Программное обеспечение измерительной системы реализовано на программной платформе LabVIEW с использованием модуля DSC (рис. 2).

На сервере установлена операционная система Windows XP, программные модули фирмы «NationalInstruments»: FieldPointServer, DataloggingandSupervisoryControlRunTimeMachine, а также программный модуль, разработанный УНЦМаш НГТУ.

На рабочих местах установлены:

операционная система Windows (9x, XP);

программный модуль, разработанный УНЦМашНГТУ и обеспечивающий интерфейс оператора и сетевой доступ к текущим и к ранее сохраненным значениям температуры и влажности.

Рисунок 2. Структура программного обеспечения системы мониторинга

Главное окно программы содержит вкладки, служащие для наблюдения за текущими показаниями датчиков: главная панель (рис 3) и диаграммы.

Главная панель включает в себя мнемосхему складов с индикаторами, отображающими текущие показания датчиков температуры и влажности. Индикаторы на мнемосхеме расположены в соответствии с реальным местом установки датчиков. При наведении мышью на индикаторы на экране появляется дополнительная информация о типе датчика, его паспортный номер и ярус, на котором датчик расположен. В правой части панели расположена уменьшенная мнемосхема складов, на которой отображаются сведения о текущей средней температуре. Цвет всех индикаторов меняется в зависимости от показаний датчика и от установленных допустимых пределов. Для каждого склада задаются по 4 ставки для температуры и влажности, соответствующие максимальной допустимой, минимально допустимой температуре и влажности, а также приближениям к ним. Кроме того, индикатор может мигать, указывая на отсутствие информации с датчика, что может быть вызвано либо неисправностью в измерительных цепях датчика (обрыв, замыкание), либо отсутствием связи с контроллером Field Point. В нижней части главной панели расположена таблица, в которой отображаются все обнаруженные отклонения от нормы (тревоги).

Рисунок 3. Главное окно, вкладка «Главная панель»

Вкладка «Диаграммы» позволяет наблюдать изменения показаний датчиков в динамике. В процессе выполнения программы данные на диаграммах обновляются с шагом в 1 минуту. Для просмотра показаний за предшествующие периоды (до 5 лет) используется режим «История».

Окно «История. Отчеты» (рис. 4) позволяет получить доступ к базе данных с просмотром содержимого в виде графиков и таблиц. Полученные данные можно экспортировать в текстовый файл.

Рисунок 4. Окно «История. Отчеты», вкладка «Диаграммы»

Вкладка «Всплески» позволяет анализировать значения, сохраненные в базе данных, на наличие выходов температуры и влажности за пределы ставок.

Система обладает широкими возможностями для составления отчетов.

Для наиболее наглядного представления о распределении температуры и влажности воздуха по территории складов используется режим визуализации склада (рис 5) цветовых диаграмм, отображающих три проекции склада. Температура на проекциях указывается в виде цвета в соответствии с цветовой шкалой. Каждая проекция представляет собой сечение склада. Место сечения можно изменять с помощью движков, расположенных в правой нижней части экрана.

Рисунок 5. Окно «Визуализация склада »

Заключение

Таким образом, используя аппаратное и программное обеспечение фирмы NationalInstruments, удалось решить поставленную задачу с учетом предъявляемых требований. При разработке важными оказались такие особенности LabView 8.6как: графический язык программирования, существенно упростивший структурирование программ и их отладку; широкие возможности по созданию пользовательского интерфейса; встроенные средства пакета DSC по организации связи и ведению баз данных. Кроме того, имеются необходимые предпосылки для развития разработанной системы. В настоящее время ведутся работы по организации мониторинга всех этапов производственного процесса, а также по интегрированию в систему управления предприятием в целом.

Список использованных материалов

1. Golyshev V.D and Gonik M.A. A temperature field investigation in case of crystal growth from the melt with a plane interface on exact determined thermal conditions.// Crystal properties and Preparation: 1991, Vol.36-38, P.623

2. Олег Чутко. Технология виртуальных приборов. http://digital.ni.com/worldwide/ russia

3. Джеффри Тревис. Lab view для всех, ДМК,2003

4. Материалысайтаwww.digital.ni.com в переводе Майка Манжелия на сайте http://acs.levsha.ru

5. T. Klinger. Image Processing with Lab VIEW and IMAQ Vision, Prentice Hall PTR, 2003.

6. Gonik M.M. Gonik M.A. Application of visualization technique for study and control of heat and mass transfer in crystal growth, The Intern. Conf.”Single crystal and their application in the XXI century-2004”, VNIISIMS, Aleksandrov, p.139-140.

Размещено на Allbest.ru