УДК 681.5

Разработка учебного стенда автоматического мониторинга и управления микроклиматом помещения
А. Ю. Харитонов
Донецкий национальный технический университет

Приоритетным направлением реформирования образования является удовлетворение требований современного общества к подготовке специалиста, способного эффективно решать профессиональные задачи на основе использования фундаментальных знаний и современных технологий.
Сегодня  компьютерное проектирование рассматривается как составляющая технического образования, которую необходимо усвоить студентам в результате обучения; как способ познания, которым они должны овладеть и использовать в дальнейшем.
Значимость практических навыков в проектировании и разработке велика. Это и активное использование полученных знаний в области разработки электрических схем, теории автоматического управления, потокового программирования и программирования драйверов. Кроме этого, у студента развиваются основы ведения научной работы и конструирования, происходит наполнение практическими навыками
Важным фактором в подготовке специалиста по эколого-экономическому мониторингу является способность к решению различных задач мониторинга. Учебный стенд автоматического мониторинга и управления микроклиматом помещения поможет студентам развивать эту способность.
Современные системы управления климатом обычно создаются с несколькими ступенями (уровнями) управления. Если рассматривать системы управления отоплением и вентиляцией таких объектов, как большие общественные здания и производственные помещения, то на первом (локальном) уровне располагаются автономные системы управления параметрами воздуха отдельных помещений или отдельными установками и устройствами. На верхнем уровне осуществляется управление параллельной работой систем локальных уровней с учетом показателей их тепловых нагрузок, контроля над работой всех систем, централизованного учета отказов в работе и др. На этом уровне для обработки большого объема информации используется вычислительная техника (контроллеры, компьютеры). Такие системы выдают информацию в форме, удобной для принятия решений (режим советчика), или непосредственно корректируют задания системам локального уровня (супервизорный режим). 
Для любых видов объектов, вне зависимости от класса и сложности, действует единый основной принцип управления — принцип обратной связи. Сущность принципа заключается в выработке управляющих воздействий на объект на основании данных о состоянии процесса в конкретный момент времени и их сравнении с заданными параметрами (см. рис.1).

Рисунок 1 – Классификация систем автоматического регулирования.

Замкнутые системы автоматического управления (САУ) — совокупность управляющих устройств и объекта управления (канала управления), образующих технически замкнутую цепь. К замкнутым автоматическим системам относятся автоматические системы регулирования параметрами процессов.
К разомкнутым системам относятся: автоматическое измерение технологических параметров, дистанционное и программное управление режимами работы, а также система автоматической блокировки и защиты оборудования в аварийных ситуациях. Это не означает, что в данных системах не соблюдается принцип обратной связи. Он реализуется в скрытом виде по предварительно заданной исходной информации, или непосредственно оператором.
Система автоматического регулирования (САР) — разновидность САУ, в которой управляющее воздействие на объект вырабатывается автоматически в результате сравнения действительного значения управляемой величины с заданным значением в замкнутой системе: объект — автоматическое регулирующее устройство — объект. САР определяется как система автоматического управления, в которой заданные показатели в статических и динамических режимах достигаются посредством оптимизации замкнутых контуров регулирования [1]. К ним, кроме всего прочего, относятся системы пропорционального, пропорционально-интегрального, пропорционально-дифференциального, интегрально-дифференциального, пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования [2].
В ходе работы был разработан стенд, состоящий из:
- блока аналого-цифрового преобразования, преобразующего аналоговый сигнал с 4, 8 или 12 датчиков в цифровой вид и подающий его на порт RS-232 компьютера;
- блока дискретного управления 8, 16 или 24 линиями, в свою очередь, управляющими реле 220В, управляющими подачей напряжения на отопительные или вентилирующие приборы (мощностью до 1,7 кВт);
- набора настраиваемых датчиков температуры на основе терморезисторов;
- набора управляемых розеток, в которые подключаются отопительные или вентилирующие приборы и соединительных проводов;
- ПЭВМ и соответствующего программного обеспечения.
Данный стенд позволяет реализовать любую систему управления, как замкнутую, так и разомкнутую. Студентам по варианту предлагается построить на базе стенда следующие системы:
- система автоматического измерения (мониторинга);
- система автоматической защиты и блокировки;
- система дистанционного ручного управления;
- система автоматического регулирования по пропорциональному закону;
- система автоматического регулирования по пропорционально-интегральному закону;
- система автоматического регулирования по пропорционально-дифференциальному закону;
- система автоматического регулирования по интегрально-дифференциальному закону;
- система автоматического регулирования по пропорционально-интегрально-дифференциальному закону.
Реализована возможность удаленного управления системой через сеть Интернет. Программное обеспечение написано в среде потокового программирования National Instruments LabVIEW и построено по модульному принципу – студенту предлагается написать собственную библиотеку на любом языке программирования, и внедрить в комплекс стенда; либо же воспользоваться разработанным встроенным конструктором для получения необходимой по заданию системы.
В результате работы был получен стенд, с помощью которого студенты могут разрабатывать свое аппаратное и программное обеспечение, касающееся автоматического управления и мониторинга микроклимата помещения. Стенд успешно внедрен в лабораторный практикум курса «Методы, системы и средства компьютерного экологического мониторинга». В дальнейшем предполагается использовать стенд не только для лабораторных работ, но и как базу для построения сложных управляющих и наблюдающих комплексов[3].

Литература

1. Калабеков Б. А., Мамзелев И. А. Основы автоматики и вычислительной техники: Учебник для техникумов связи. — М.: Связь, 1980. — 296 с.
2. Карташов Б.А. Практикум по автоматике. Математическое моделирование систем автоматического регулирования. – Москва: Изд-во «Колос http://colibri.ru/pubinfo.asp?ch=1&cod=2458», 2004. – 184 с.
3. Харитонов А.Ю. «Анализ поведения температуры отопительного контура при моделировании терморегулятора «Дельта-4»// Материалы международной научной конференции «Технологии National Instruments в науке, образовании, техники» - Таганрог: Изд. ТРТУ, 2006, 116 с.

Что уже было разработано с помощью этого стенда
Терморегулятор «Дельта-4»