Автоматизация лабораторной установки "Фотоэлектрическая станция"

 

 

Рисунок 2.23 – Фронт – панель автоматического режима управления двигателем

На рисунке 2.26 представлен  включенный автоматический режим, включающийся по нажатию кнопки на фронт панели. А на рисунке 2.27 представлен включенный ручной режим, или выключенный автоматический.

На рисунках 2.28 и 2.29 представлено реализованное автоматическое управление, включающееся нажатием кнопки на фронт панели. Обозначения на рисунке 2.28:

1 – приходящий сигнал рассогласования;

2 – условие для  сигнала рассогласования, если  сигнал рассогласования в диапазоне  от +1 до -1, то сигнал установился и далее подается сигнал «истина»

 

Рисунок 2.24 – Фронт  – панель режима управления по времени

на 3 – условие срабатывания Case структуры и на 4 – индикатор установившегося сигнала;

5 – сигнал рассогласования  входящий в структуру, для дальнейших  вычислений;

6 – выключить индикаторы  движения двигателя;

7 – подать на релейный блок сигнал выключения, т.е. остановить двигатели, так как сигнал рассогласования вошел в заданный диапазон;

8 – время задержки  для релейного блока, необходимо для передачи сигнала на срабатывание релейных элементов, рассчитан в пункте 2.3.1.3.

 

Рисунок 2.25 – Блок – диаграмма программы управления двигателем

Рисунок 2.26 - Блок – диаграммы  автоматического режима

 

Рисунок 2.27 – Блок диаграмма  ручного режима

Рисунок 2.28 – Блок-диаграмма автоматического управления при сигнале рассогласования в диапазоне от +1 до -1

Рисунок 2.29 – Блок-диаграмма автоматического управления при сигнале рассогласования вне диапазона от +1 до -1

Обозначения на рисунке 2.29:

1 – приходящий сигнал  рассогласования;

2 – условие для  сигнала рассогласования, если  сигнал рассогласования не в  диапазоне от +1 до -1, то сигнал  не установившийся, и подается сигнал «ложь» на 3 – условие срабатывание Case структуры и на 4 – индикатор установившегося сигнала;

5 – сигнал рассогласования  входящий в структуру, для дальнейших  вычислений;

6 – проверка сигнала  рассогласования, если этот сигнал  больше единицы, то подать сигнал на реле включения двигателя по часовой стрелке и включить индикатор движения двигателя по часовой стрелке. Условие реализовано при помощи Formula Node - структура для набора небольших частей кода синтаксис этой структуры напоминает язык С++;

7 - проверка сигнала  рассогласования, если этот сигнал  меньше единицы, то подать сигнал  на реле включения двигателя  против часовой стрелки и включить  индикатор движения двигателя  против часовой стрелки.

8 – задержка для  явного представления о переключении индикаторов.

На рисунке 2.30 представлена часть блок  диаграммы, на которой  происходит переключение, в автоматическом режиме, задания с ЗУ-50 на подпрограмму управления двигателем по времени.

 

Рисунок 2.30 – Блок-диаграмма переключения в режим управления по времени

2.3.2.1 Разработка подпрограммы режима управления по времени

Режим управления по времени  – режим управления, в котором  задание положения двигателя  задается по подпрограмме вычисления угла по тангажу в зависимости  от даты и времени суток (см. рисунок 2.24).

Для расчета  располагаемого количества солнечной энергии, поступающего на наклонную луче поглощающую поверхность, необходимо знать углы падения солнечных лучей на наклонную и горизонтальную поверхности в данном месте. Положение некоторой точки А на земной поверхности относительно солнечных лучей в данный момент времени определяется тремя основными углами — широтой местоположения точки q>, часовым углом и и склонением Солнца (рис. 2.31). Широта — это угол между линией, соединяющей точку А с центром Земли 0, и ее проекцией на плоскость экватора. Часовой угол — это угол, измеренный в экваториальной плоскости между проекцией линии ОА и проекцией линии, соединяющей центры Земли и Солнца. Угол = 0 в солнечный полдень, а 1 ч соответствует 15°. Склонение Солнца — это угол между линией, соединяющей центры Земли и Солнца, и ее проекцией на плоскость экватора. Склонение Солнца в течение года непрерывно изменяется от — 23°27' в день зимнего солнцестояния 22 декабря до +23°27' в день летнего солнцестояния 22 июня и равно нулю в дни весеннего и осеннего равноденствия (21 марта и 23 сентября).

Склонение Солнца в данный день определяется по формуле

           

        (2.3)

 

где n — порядковый номер дня, отсчитанный от 1 января. В качестве n обычно берется номер среднего расчетного дня месяца для I—XII месяцев года.

В таблице 2.1 приводятся данные для n и для среднего дня I — XII месяцев.

 

Рисунок 2.31 – Схема кажущегося движения Солнца по небосводу

Наряду с тремя основными  углами , и в расчетах солнечной радиации используют также зенитный угол z, угол высоты и азимут а Солнца (рисунок 2.31).

Т а б л и ц  а 2.1 – Средние значения для n и по месяцам

n	17	47	75	105	135	162	198	228	258	288	318	344
	-20,9	-13,0	-2,4	9,4	18,8	23,1	21,2	13,5	2,2	-9,3	-18,9	-23,0

 

Зенитный угол Солнца z — это угол между солнечным лучом и нормалью к горизонтальной плоскости в точке А. Угол высоты Солнца — это угол в вертикальной плоскости между солнечным лучом и его проекцией на горизонтальную плоскость. Сумма + z равна 90°. Азимут Солнца а — это угол в горизонтальной плоскости между проекцией солнечного луча и направлением на юг. Азимут поверхности измеряется как угол между нормалью к поверхности и направлением на юг.

Связь между дополнительными  и основными углами устанавливается  следующими уравнениями:

- зенитный угол  ;

- угол высоты Солнца , поэтому ;

- азимут Солнца .

В солнечный полдень ( = 0) а=0 при > и а= при < .

Максимальный угол высоты Солнца достигается в солнечный  полдень при  =0, т. е.  .

При пользовании приведенными формулами для северного полушария широта берется со знаком «+», а для южного — со знаком «—», склонение Солнца имеет знак «+> для лета (от весеннего до осеннего равноденствия) и знак «—» в остальное время года. Угол изменяется от 0 в солнечный полдень до 180° в полночь, при <90° он имеет знак «+», а при >90° — знак «—». Азимут Солнца а изменяется от 0 до 180°.

Угол падения солнечных  лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую азимут и угол наклона к горизонту , определяется по формуле:

               

,        (2.4)

где — широта; — склонение Солнца; — часовой угол Солнца.

Угол падения лучей  на горизонтальную поверхность ( =0):

     (2.5)

Угол падения лучей  на вертикальную поверхность ( =90):

           

  (2.6)

Азимут вертикальной поверхности  в том   случае, если она ориентирована на юг, равен 0°, на запад 90°, на восток —90°, на север 180°. Подставляя эти значения в последнюю формулу, получаем выражения для угла падения лучей на вертикальную поверхность данной ориентации [10].

Формула вычисления угла падения лучей на горизонтальную поверхность 2.5 представлена в подпрограмме «Углы амплитуд» фронт панель и блок диаграмма, которой представлены на рисунках 2.32 и 2.33.

 

Рисунок 2.32 – Фронт панель подпрограммы вычисления угла по тангажу

На лицевой панели (рис. 2.32) имеется два управляющих элемента и один индикатор. Управляющие элементы: 1 – системное время, данный управляющий элемент считывает время; 2 – широта Земли, данный управляющий элемент задает координату месторасположения на Земле по широте, для г. Алматы заданная широта равна 43,2333° северной широты.

Рисунок 2.33 – Блок диаграмма подпрограммы вычисления угла по тангажу

На рисунке 2.33 представлена блок – диаграмма подпрограммы вычисления угла по тангажу, принятые обозначения:

1 - считывание системной  даты, из всей даты выбираются  дни года от 1го января, часы  и минуты. Минуты переводятся  в часы и по этому времени,  при помощи интерполяции выбирается  нужный угол в градусах из  массива; 

2 -  расчет  , используется формульная строка;

3 - расчет необходимого  угла i, для расчета используется Formula Node, в этой структуре синтаксис аналогичен С++, но не является симулятором этого языка.

Данная подпрограмма полностью повторяет рисунок 2.34 для города Алматы, рассмотренный более подробно в пункте 2.1.1.1.

Рисунок 2.34  - График движения солнца для 44° северной широты

 

 

 

Глава 3 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

3.1 Анализ  условий труда

Согласно теме выпускной работы разрабатываем информационную систему сбора и обработки сигналов фотоэлектрических станций. Данная система включает в себя операторский пункт, ЭВМ и человека-оператора, а также фотоэлектрическую установку, размещенную на крыше. Принцип ее действия заключается в том, что контроллер снимает показания с датчиков ФЭС и посылает их на ЭВМ, где они обрабатываются.

Рядом с компьютером  находится котроллер, к которому подключены датчики ФЭС. Информация с датчиков снимается в реальном времени, и необходима для постоянного наблюдения за изменениями параметров напряжения, температуры, солнечной активности, ветра и тока.

Рисунок 3.1 – План рабочего помещения

План помещения выбранного для системы мониторинга изображен  на рисунке 3.1.

Для сотрудников созданы  комфортные условия труда, такие как рабочее место и состояние внутренней среды комнаты, обеспечивающее оптимальную динамику работоспособности, хорошее самочувствие и сохранение их здоровья. Важным моментом организации рабочего места является определение занимаемой работником площади. Каждое рабочее место обеспечивается площадью 7 м² и кубатурой 21 м³ на человека, при минимальных нормах 6 м² и кубатуре не менее 20 м³. Эта площадь позволяет удобно и с наименьшей затратой энергии безопасно и производительно вести трудовой процесс.

3.2 Проектирование молниезащиты зданий и сооружений

Солнечные батареи и  измерительные приборы установлены  на крыше, и для защиты приборов необходимо учитывать молниеопасность.

Молниезащите подлежит все здание, для более безопасной эксплуатации оборудования. Его габаритные размеры: высота 20 м, длина фасада 20 м, глубина 40 м. Тип молниезащиты здания II [12]. Здание расположено в городской застройке, и часть здания отведена под компьютерные залы. Среднегодовая продолжительность гроз в Алмате  составляет [8]. Следовательно, среднегодовое число ударов молнии в земной поверхности составляет . Ожидаемое количество поражений молнией объекта в год составляет:

Тип зоны защиты при использовании стержневых и тросовых молниеотводов относится к зоне Б.

Здания и сооружения II категории по молниезащите должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее проявлений и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлические конструкции [2].

Для защиты здания  от прямых ударов молнии берем молниеотвод  стержневой, который состоит из молниеприемника, опоры, токоотвода и заземлителя. Обычно на практике металлическая мачта  или ферма здания представляет собой молниепремник, опору и токоотвод одновременно. Стержневые молниеотводы будут установлены на нашем здании.

Выбираем число стержневых молниеотводов. При выборе числа  стержневых молниеотводов будем  руководствоваться утверждениями  о том, что при больших размерах защищаемого объекта одиночный стержневой молниеотвод будет значительных размеров, двойной – огромных, что создаст трудности в их монтаже и обеспечении устойчивости. Поэтому чаще всего применяют многократный стержневой молниеотвод, который не имеет данных недостатков. Так как применение многократного стержневого молниеотвода будет рациональным, то дальнейший расчет молниезащиты проведем для многократного стержневого молниеотвода.

Количество молниеотводов  устанавливается в зависимости  от ширины и длины объекта, а также его конфигурации. Для обеспечения защиты здания площадью 72 м² достаточно будет 4-х стержневых молниеотводов.

При расчетах будем использовать следующие величины: - высота защищаемого здания, - высота стержневого молниеотвода, - высота зоны защиты, - радиус зоны защиты на уровне земли, - радиус зоны защиты на высоте здания .

Габаритные размеры  одиночного стержневого молниеотвода для зоны типа Б:

[2]

При расчете зоны защиты многократных стержневых молниеотводов, высота одного стержневого молниеотвода вычисляется по формуле:              

               (3.1)

Если высота стержневого молниеотвода недостаточна для обеспечения защиты объекта по высоте, то необходимо увеличить на . Для расчета многократных стержневых молниеотводов принимаем их высоту равной 25 м. Вычислим радиусы зон защиты системы молниеотводов: