VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Важность энергии как фактора устойчивого развития сельских террито-рий очевидна и не нуждается в специальных подтверждениях. Более того, специфика сельскохозяйственных предприятий обязывает рассматривать энергообеспечение с учетом структуры основных фондов, видов производства, отходов, экологических требований, локальной рыночной конъюнктуры и других аспектов. В частности, занимаемые территории не только определяют потенциал солнечной, ветровой и гидравлической энергии, но и могут содержать существенный ресурс воспроизводимой биоэнергии.

Существенной спецификой является наличие биологического объекта в производственной структуре. К примеру, выращивание растений в искусственных условиях основано на прямом подводе к ним электромагнитной энергии в больших количествах в течение вегетационного цикла, значительно превышающего по продолжительности время выхода продукции. При содержании животных и птицы прямой подвод энергии осуществляется в виде корма, но существует определенная зависимость их продуктивности от условий содержания, создаваемых также путем энергетических затрат. Переход к рыночным условиям производства обнажил методическое несовершенство чисто технического подхода к потребительской энергетической системе, основанного на выборе оборудования по максимальной мощности, что и привело к неконкурентоспособности продукции на рынке из-за ее высокой энерго-емкости и себестоимости.

Для анализа эффективности энергетических процессов необходима посто-янная регистрация конечных энергетических параметров на элементах и всех энерготехнологических процессах (ЭТП), т.е. должна применяться информаци-онно-измерительная система (ИИС), совмещающая в себе коммерческий, технический и технологический учеты энергии и некоторые функции обработки данных в соответствии с основными положениями теории энергосбережения [1, 2].

Сельскохозяйственное производство обладает рядом особенностей, предъявляющих определенные требования к ИИС. К этим требованиям относятся:

1. Возможность сбора данных на десятках объектах, расположенных на большой территории.

2. Возможность образования локальных ИИС с последующим объединением их в информационную сеть.

3. Возможность автономной работы при отсутствии в полевых условиях сетевого электрического питания.

4. Возможность быстрой адаптации к конкретным условиям сельскохозяйственного производства.

5. Наличие универсальной методики применения ИИС и обработки полученных данных.

6. Возможность быстрого монтажа и демонтажа ИИС.

7. Защищённость от воздействий окружающей среды.

На кафедре «Энергообеспечение предприятий и электротехнологии» СПбГАУ разработан универсальный модуль ИИС (в дальнейшем модуль), который предназначен для измерения, регистрации, индикации переменных физических величин и для автоматизированного контроля, энергоаудита потребительских систем, управления эффективностью энергопотребления предприятий агропромышленного комплекса, для принятия решения по управлению производственными процессами, энергетической оценки возобновляемых источников энергии и вторичных энергетических ресурсов, состояния окружающей среды, а также в составе систем измерения и управления в других отраслях промышленности [3].

Он универсален и имеет возможность создавать информационную сеть по радиоканалу, через интернет или по стандартным интерфейсам RS232, RS485, USB применительно к конкретным условиям эксплуатации. При использовании модуля в полевых условиях на больших пространственных площадях отпадает необходимость ручного сбора результатов измерения, камеральной обработки исходных данных и ввода информации на ЭВМ.

На рис. 1 приведена функциональная схема универсального модуля ИИС. Модуль состоит из 16-канального входного устройства (ВУ) 1, процессора 2, жидкокристаллического дисплея 3, таймера 4, формирователя сигналов 5, ин-терфейсного устройства 6, блока памяти 7 и источника питания 8.

Рис. 1. Функциональная схема универсального модуля ИИС

ВУ 1 имеет шестнадцать входов, при этом восемь из них представляют собой аналоговые измерительные каналы, которые могут быть выборочно или полностью перепрограммированы в логические каналы, остальные восемь входов представляют собой логические измерительные каналы.

ВУ 1 предназначено для коммутации датчиков, которые измеряют пара-метры ЭТП и окружающей среды (например: величины тока и напряжения (переменного и постоянного), мощности (активной и реактивной), температуры, освещённости, влажности, скорости ветра, давления и расхода газов и жид-костей и др.) и передачи на вход аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) процессора 2, который преобразует аналоговые сигналы от датчиков в цифро-вой вид и осуществляет первичную обработку данных. Жидкокристаллический дисплей 3, который может быть установлен в момент настройки модуля в составе ИИС, служит для отображения результатов измерения. Таймер 4 предназначен для синхронизации работы модуля во времени. Формирователь сигналов 5 формирует выходной сигнал стандартной формы. Интерфейсное устройство 6 служит для передачи данных и программирования процессора 2 по интерфейсу (RS232, RS485, USB и радиоканал связи). Блок памяти 7 используется для хранения результатов измерения и программ. Источник питания 8 обеспечивает питанием все функциональные блоки системы, а также датчики. Каждый из N модулей (N1…N5) образует локальную ИИС (рис.2). Несколько модулей могут создавать информационную сеть. В состав сети может входить два и более модуля N, работающих независимо друг от друга.

Рис.2. Схема пространственного расположения модулей на объектах измерения

При превышении расстояния R от модуля до системы сбора данных и управления (например, 100…250м) (модули N3 и N4 расположены на расстоянии более R) модуль N2 будет, помимо выполнения своих функций, также транслировать (передавать) результаты измерений модуля N3, а модуль N1 – результаты измерений модуля N4 на систему сбора данных и управления (конфигурация сети задается пользователем).

Как было отмечено выше, к входу модуля можно подключить до 16-ти логических сигналов, 8 из которых могут быть аналоговыми. Таким образом, при помощи 5 шт. модулей формируется информационно-измерительная система, которая может измерять, регистрировать и сохранять сигналы измерения от 80 логических каналов, в том числе 40 аналоговых сигналов в реальном масштабе времени.

Модуль позволяет в реальном масштабе времени визуально наблюдать за процессом измерения и оперативно вводить изменения в программу обработки регистрируемых параметров. Наличие жидкокристаллического дисплея позволяет наблюдать за регистрируемыми параметрами непосредственно в полевых условиях и оперативно вводить корректировки в конфигурации измеряемых параметров и работы модуля [4].

При изменении программы испытаний, параметров регистрации, измене-нии конфигурации модуля, формата записи и передачи информации, сигналов управления модулем по каналам связи из системы управления модули могут быть перепрограммированы оперативно.

Л и т е р а т у р а

1. Карпов В.Н. Энергосбережение. Метод конечных отношений. -СПб: СПбГАУ, 2009. –137с.

2. Патент №2212746 РФ. Способ контроля и управления энергопотреблением/ В.Н.Карпов и СПбГАУ. – М., 2003. Заявка №2001118101/09; заявл. 29.06.2001; опубл. 20.09.2003, Бюл. №26.

3. Фуфаев Э.В. Компьютерные технологии в приборостроении/Э.В.Фуфаев, Л.И Фуфаева. -М.: Издательский центр «Академия», 2009.-С.336.

4. Патент TJ №296 МКП(2006) G 01D 9/00; G 01 D 9/28; H 02 J 3/06. Локальный универсаль-ный модуль информационно-измерительной системы/: В.Н. Карпов, Халатов А Н., З.Ш. Юл-дашев и др.// Заявл. 29.12.2009 г. №0900396.

 

Код для цитирования: Скопировать