КОНТРОЛЬ  УРОВНЯ  ЖИДКОСТИ  В  РЕЗЕРВУАРЕ  С  ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ  СОВРЕМЕННЫХ  МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ  В  СИСТЕМАХ  АВТОМАТИЧЕСКОГО  РЕГУЛИРОВАНИЯ

Боос  Глеб  Олегович

лаборант-исследователь,  Южно-Уральский  Государственный  Университет,  РФ,  г.  Челябинск

E -mail: 

Гордеев  Алексей  Сергеевич

лаборант-исследователь,  Южно-Уральский  Государственный  Университет,  РФ,  г.  Челябинск

Просоедов  Роман  Александрович

саборант-исследователь,  Южно-Уральский  Государственный  Университет,  РФ,  г.  Челябинск

Анохина  Вероника  Алексеевна

студент,  Московский  Институт  Стали  и  Сплавов,  РФ,  г.  Москва

Сушенцев  Дан  Михайлович

студент,  Санкт-Петербургский  Государственный  Университет,  РФ,  г.  Санкт- Петербург

CONTROL  OF  THE  LIQUID  LEVEL  IN  THE  TANK  USING  MODERN  MICROCONTROLLERS  IN  AUTOMATIC  CONTROLL  SYSTEMS

Boos  Gleb

assistant  researcher,  South  Ural  State  University,  Russia,  Chelyabinsk

Gordeev  Alexey

assistant  researcher,  South  Ural  State  University,  Russia,  Chelyabinsk

Prosoedov  Roman

assistant  researcher,  South  Ural  State  University,  Russia,  Chelyabinsk

Anokhina  Veronika

student,  Moscow  Institute  of  Steel  and  Alloys,  Russia,  Moscow

Sushencev  Dan

student,  Saint  Petersburg  State  University,  Russia,  Saint  Petersburg.

АННОТАЦИЯ

В  данной  статье  представлено  моделирование  системы  автоматического  управления  и  регулирования  уровнем  жидкости  с  использованием  современного  микроконтроллера. 

ABSTRACT

This  article  presents  the  simulation  of  the  automatic  control  and  regulation  system  of  liquid  level  using  modern  microcontroller.

Ключевые   слова:  Микроконтроллер;  САУ.

Keywords:   SAC;  microcontroller.

Микроконтроллер  представляет  собой  электронную  микросхему,  которая  предназначается  для  управления  электронными  устройствами  на  производстве  и  в  научных  исследованиях.  Данный  элемент  стал  неотъемлемой  частью  управления  техническими  средствами.  В  этой  статье  будет  рассмотрена  автоматизированная  система  управления  жидкостью  в  резервуаре,  в  которой  интегрирована  система  микроконтроллера  SCHNEIDER  ELECTRIC  TSX  PREMIUM.  Система  управления  моделируется  в  визуализированной  среде,  специализированной  для  данного  контроллера.  Основная  задача  данной  статьи  заключается  в  том,  чтобы  на  базе  промышленного  микроконтроллерного  комплекса  реализовать  систему  автоматизации  управления  виртуальным  объектом.

Система  имеет  4  входных  сигнала  в  контроллер:  датчик  уровня,  воды,  температуры  (аналоговый)  и  уровня  хлора  (аналоговый).  Восемь  выходов:  на  увеличение  температуры,  уровня  хлора,  открывание/закрывание  четырёх  заслонок,  включения  насоса  и  сигнала  «Воды  нет».  Как  минимум  нужны  два-три  таймера.  У  компании  Schneider  Electric  есть  очень  много  интеллектуальных  контроллеров,  и  из  всего  множества  в  лабораторной  установке  используем  PREMIUM. 

Его  характеристики:

Недельный  таймер :  Да;

Питание :  24  В  постоянного  тока  (19,2  В  мин./  30  В  макс.);       

Количество  дискретных  входов :  10;

Номинальный  ток:   3  мА;

Номинальное  напряжение :  ~24  В;

Количество  релейных  выходов:   8;

Напряжение:   5…150  В  постоянного  тока/24…250  В  переменного  тока,  переменный  ток  15  0,9  А/230  В  постоянный  ток  13  0,6  А/24  В;

Количество  аналоговых  входов  0—10  В :  2.

Система  автоматического  регулирования  бассейном  предназначена  для  полного  управления  бассейном:  при  включении  она  заполняет  бассейн  водой  до  нужного  уровня;  измеряет  температуру  и  при  необходимости  нагревает  её;  измеряет  уровень  хлора  в  воде,  и  при  нехватке  хлорирует  её,  если  же  воды  в  трубах  нет,  она  выдаёт  сообщение  «Воды  нет».  Система  регулирования  бассейном  изображена  на  рис.  1.  Такая  система  может  применяться  как  для  небольших,  так  и  больших  бассейнов.  Технологическая  конструкция  расположения  труб,  двигателя,  датчиков,  нагревательного  элемента  и  дозатора  нас  не  интересует,  т.  к.  этим  занимаются  инженеры-архитекторы.  Включение/выключение  управляющей  системы  осуществляется  кнопками  на  панели  контроллера.  При  включении  открываются  заслонки  8  и  10  (рис.  2).  После  десяти  секунд  датчик  воды  7  зафиксирует  наличие  или  отсутствие  воды,  и,  исходя  из  этого,  включает  двигатель  насоса  или  выводит  надпись:  «Воды  нет»  и  закрывает  все  заслонки. 

Далее,  по  мере  накачивания,  вода  проходит  датчики  температуры  и  содержания  хлора.  Датчик  температуры  настроен  так,  что  при  нормальной  температуре  воды  в  бассейне  он  выдает  5  В.  Если  температура,  а,  соответственно  и  напряжение  меньше  нормы,  то  включается  нагревательный  элемент.  Он  нагревает  воду  до  того,  пока  датчик  покажет  значение  5  В  и  далее  ещё  нагревает  одну  контрольную  минуту.  Также  работает  и  датчик  уровня  содержания  хлора.  Он  настроен  на  3,3  В.  Если  хлора  меньше,  включается  дозатор  хлора  и  далее  работает  ещё  5  секунд. 

Рисунок  1.  Система  регулирования  бассейном:  1  —  датчик  уровня;  2  —  датчик  температуры;  3  —  датчик  содержания  хлора;  4  —  нагревательный  элемент;  5  —  дозатор  хлора;  6  —  насос;  7  —  датчик  воды;  8  —  заслонка  входа  воды  в  бассейн;  9  —  заслонка  выхода  воды  из  системы;  10  —  заслонка  входа  воды  в  систему;  11  —  заслонка  выхода  воды  из  бассейна

Рисунок  2.  Увеличенное  изображение  системы  регулирования  заслонок  в  момент  открытия  заслонок  8  и  10

По  мере  накачивания  воды,  она  доходит  до  заданного  уровня,  регистрируемого  датчиком  уровня  1  (рис.  3).  При  этом  закрывается  заслонка  10  и,  одновременно,  открывается  заслонка  11.  Т.  е.  открыты  две  заслонки:  8  и  11,  и  вода  в  бассейне  начинает  циркулировать.  Теплая  вода,  выходящая  из  трубы,  поднимается  вверх,  а  холодная  —  вниз,  и  закачивается  обратно  в  систему  нагревания,  дозирования.

Рисунок.  3.  Изображение  системы  регулирования  заслонок  в  момент  открытия  заслонок  8  и  11

При  выключении,  кнопкой  Z3,  закрывается  заслонка  8  (рис.  4),  и  одновременно  открывается  заслонка  9.  Вода  начинает  выходить  из  системы.  При  выкачивании  датчик  воды  регистрирует  наличие/отсутствие  её.  При  полностью  выкачанном  бассейне  все  заслонки  закрываются.

Рисунок  4.  Увеличенное  изображение  системы  регулирования  заслонок  в  момент  открытия  заслонок  9  и  11

Для  управления  виртуальным  объектом  между  ПЭВМ  и  микроконтроллером  постоянно  идет  обмен  информацией.  Периодически  от  ПЭВМ  предается  в  микроконтроллер  информация  о  состоянии  объекта  а  микроконтроллер  выдает  на  объект  управляющие  команды.

Ниже  на  рисунках  представлена  система  моделирования  данного  процесса  управления  регулированием  уровня  воды  в  резервуаре  с  использованием  контроллера  SCHNEIDER  ELECTRIC  TSX  PREMIUM.

Рисунок  5.  Система  автоматизации  бассейна  без  подачи  воды

Рисунок  6.  Система  автоматизации  бассейна  с  подачей  воды  с  установленными  параметрами

Рисунок  7.  Система  автоматизации  бассейна  со  сливом  воды  с  установленными  параметрами

Для  данного  исследования  были  приняты  некоторые  параметры,  на  основе  которых  и  строился  весь  лабораторный  процесс.  Заданная  температура  воды  колебалась  в  пределах  от  12,65  до  13,75  при  установленном  показателе  в  13,12  градуса  Цельсия.  Заданное  содержание  хлора  в  жидкости  было  установлено  в  6,41  процентах  от  общего  объема  и  поддерживалось  постоянно. 

Список  литературы:

1.Бессекерский  В.А.  Теория  систем  автоматического  регулирования/В.А.  Бессекерский,  Е.П.  Попов,-3-е  изд.  М.  Наука,  1975.

2.Павловская  О.О.  Теория  автоматического  управления:  учебное  пособие  /  О.О.  Павловская,  И.В.  Чернецкая  .изд.  Челябинск:  Издательство  ЮУрГУ,  2010.  —  93  с.