2. Разработка системы управления процессами инкубации в инкубатории.

Создание высокопроизводительных инкубаторов предъявляет повышенные требования к уровню надежности их функционирования. При заложенной в новый инкубатор производительности в случае, если будет допущен срыв вывода только за один цикл инкубации, экономический ущерб составит более миллиона рублей.

Современный промышленный инкубаторий – это крупномасштабное производство, имеющее в своем составе в ряде случаев свыше сотни инкубаторов. При традиционных системах управления с децентрализованным контролем для обслуживания такого количества камер требуется большой штат оперативного персонала. По существующим правилам оператор должен осуществлять регулярный контроль работы камер и через каждые два часа регистрировать в журнале наблюдений данные о температуре и влажности в каждой камере.

Осуществлять такой контроль в инкубатории современных масштабов, силами оперативного персонала, особенно в ночное время, не только весьма трудоемкая операция, но и наиболее слабое по надежности операция производственного цикла, поскольку результат контроля целиком зависит от добросовестности, объективности и физического состояния операторов. Существенно возрастает вероятность операторских ошибок типа промахов, то есть неправильной реализации верных намерений, и типа заблуждений, то есть правильного выполнения действий на основе неверных предпосылок. В случае возникновения нештатной ситуации оператор, может по организационным причинам затратить значительное время на поиск камеры с нарушенным характером функционирования и вида возникшей неисправности, что, как правило, приводит к снижению выводимости.

Центральный компьютер сети (ЦКС) осуществляет последовательный опрос поставленных оператором на контроль блоков, передавая по каналу обмена номер каждого блока и принимая в ответ всю необходимую информацию о ходе технологического процесса.

В ЦКС полученная информация от блоков обрабатывается на аппаратном и программном уровнях и выводится на терминал, а аварийные значения параметров выделяются для зрительного восприятия и записываются во внешнюю память ЦКС для дальнейшей статистической обработки. В ЦКС предусмотрена возможность отслеживания допусковых значений контролируемых параметров в течение всего цикла инкубации по нескольким точкам, введенным оператором с терминала ЦКС. По истечении времени инкубации предусмотрена возможность вывода на печатающее устройство бланк - паспорта процесса инкубации по каждой камере.

Блоки локального управления (БЛУ) объединяются в сеть с ЦКС одной телефонной парой проводов и имеют свои идентификационные номера, записанные в ПЗУ на этапе их изготовления. БЛУ был разработан в виде микропроцессорного котроллера БМИ-Ф-15 со следующими основными функциональными возможностями: регулирование температуры и влажности воздуха, управление поворотом лотков через 1 час и установку их в горизонтальное положение, управление освещением камеры, обеспечение защиты ее токоприемников от короткого замыкания и блокировки недопустимых действий, сигнализация о возникновении нарушений режима, измерение и цифровая индикация значений режимных параметров, формирование и передача на верхний уровень управления требуемой информации и локализация поступающих с верхнего уровня команд. Осуществление допускового контроля температурно-влажностных параметров и наличия воздушного потока вентилятора.

С целью удобства и повышения эффективности обслуживания камер БЛУ каждого инкубатора имеет развитый человеко-машинный интерфейс (интерфейс пользователя), обеспечивающий высокий уровень информационного обеспечения оперативного персонала о ходе технологического процесса, возникновении и локализации внештатных ситуаций, а также осуществление на объекте операторских воздействий по корректировке заданий и устранению возможных нарушений режима.

Микропроцессор БЛУ построен на базе однокристальной микро-ЭВМ (микросхема К1820ВЕ01), которая позволила при минимальной конфигурации блока обеспечить выполнение необходимых для работы инкубатора функций. Вся информация, поступающая в микро-ЭВМ, обрабатывается и выводится по алгоритму, приведенному в приложении 3. Программа работы микро-ЭВМ находится в микросхеме КР556РТ18.

Каждый БЛУ работает по программе, записанной в его собственной памяти - ПЗУ, емкостью 2 К, что составляет примерно 1,0 - 1,5 тыс. команд. ПЗУ блока состоит из двух банков памяти (0-го и 1-го) по 1К в каждом,

переключаемых программно. Программное обеспечение БЛУ написано на машинно-ориентированном языке " Ассемблер "

Канал связи БЛУ с ЦКС электрически выполнен в виде двух пар согласованных телефонных проводов, длиной до 2-х км. Обмен производится по двухпроводной линии в направлении к блоку и по двухпроводной линии в направлении от блока по стандартному каналу обмена IRPS (1бит ‑ стартовый, 8 информационных и 2 стоповых бита) со скоростью передачи 600 бод. Количество блоков на линии до 200 шт. Работа локальной сети обеспечивается программой обслуживания сети, которая хранится в памяти ЦКС.

От ЦКС в сторону блока по линии связи десять раз передается номер блока (1 байт) с интервалами не чаще, чем 18,4 мсек.

БЛУ, получив от ЦКС номер блока, сравнивает его с записанным в ПЗУ и при условии совпадения принятого номера с собственным номером передает ЦКС следующую информацию:

1 байт - собственный номер блока; 2 байт - текущая температура в камере инкубатора; 3 байт - задание по температуре; 4 байт - текущая влажность в камере инкубатора; 5 байт - задание по влажности; 6 байт - содержимое _IN порта (младший полубайт): 0 разряд - вентилятор не исправен =0, вентилятор исправен =1; 1,2,3 разряды не используются.

Старший полубайт:

4 разряд - нагрев выключен = 0, нагрев включен = 1

5 разряд - охлаждение выключено = 0, охлаждение включено = 1;

6 разряд - увлажнение выключено = 0, увлажнение включено = 1;

7 разряд - звуковой сигнал выключен = 0, звуковой сигнал включен = 1

7 байт - ВРЕМЯ в минутах с момента возникновения пониженной влажности в камере инкубатора;

8 байт - младший полубайт: 0,1 время с момента возникновения неисправности вентилятора ( от 0 до 2 минут);

2 разряд не используется; 3 разряд признак неисправности вентилятора.;

Старший полубайт:

4-7 разряды - время оставшееся до выхода камеры на режим (единицы минут );

9 байт 0-7 разряды - время оставшееся до выхода камеры на режим (десятки минут и часы );

10 байт - контрольная сумма передаваемой информации.

ЦКС, приняв исходную информацию от блока, проверяет совпадение контрольных сумм, обрабатывает и представляет на дисплее текущие характеристики техпроцесса, анализирует наличие отклонений и аварийных ситуаций, производит контроль корректировки рабочих параметров в течение цикла инкубации.

Блок содержит устройства ввода заданий по температуре и влажности, которые через усилители и (микросхемы К140УД13,К157УД2) связаны с коммутатором аналоговых сигналов (КР590КН6). На вход этого же коммутатора поступают сигналы от измерительных преобразователей камеры инкубатора (ИП температуры и влажности). Вход микропроцессора (МП) К1113ПВ1А (Б) соединен с с коммутатором. На выходе МП имеется блок усилителей (микросхемы КТ972А и реле РПГ-8), которые обеспечивают управление устройствами нагрева, охлаждения, увлажнения и аварийной сигнализации. ШИМ-регулирование достигается путем включения на необходимое время соответствующих исполнительных органов (с периодичностью 32 сек и скважностью зависящей от величины отклонения регулируемой величины).

К МП также подключены дискретный ИП потока воздуха, устройство выбора режима, дешифратор индикации с блоком отображения, на котором выводятся текущие значения температуры, влажности, задание этих параметров, а также время выхода камеры на рабочий режим. При включении системы увлажнения, неисправности вентилятора, низкой или повышенной температуре через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (микросхема и пониженной влажности предусмотрена световая сигнализация.

С целью повышения надежности работы система снабжена дополнительным контуром защиты, включающим контактный датчик температуры, который через релейный усилитель подключен к аварийной сигнализации и нагревателю.

Подключение блока в сеть осуществляется через оптический блок гальванической развязки. Обмен информацией между БЛУ и ЦКС осуществляется программно стандартным последовательным кодом.

На цифровом индикаторе блока, в зависимости от запроса оператора выводится информация о значениях:

температуры в камере инкубатора, С

задания по температуре, С

влажности в камере инкубатора,

% задания по влажности, %

время оставшееся до выхода камеры на режим контроля. (в часах и минутах).

Аналоговый сигнал от задатчика температуры также поступает через коммутатор к АЦП и в цифровой форме передается в МП, где по заложенной программе вычисляется величина рассогласования между полученными сигналами от датчика и задатчика температуры.

При регулировании влажности аналоговый сигнал от ИП влажности поступает на вход усилителя, где усиливается до определенного значения и поступает на коммутатор, который по команде МП передает его в АЦП, который преобразует сигнал в цифровую форму и пересылает в МП. Аналоговый сигнал от задатчика влажности аналогично преобразуется в цифровую форму и поступает в МП, где по программе вычисляется величина рассогласования между полученными значениями.

Сигнал от дискретного ИП потока воздуха имеет два значения: включено/выключено. Он поступает на вход МП, который в случае отсутствия сигнала выдает сигнал аварии.

Сигнал от устройства выбора режима, поступает на порт входа МП. В зависимости от вида сигнала МП индицирует информации о текущем и заданном значениях температуры и влажности в камере инкубатора, времени в часах и минутах, оставшемся до выхода камеры на режим контроля.

Сигнал "Авария" выдается МП в случае возникновения любого вида отклонений от нормальной работы как самого устройства, так и при нарушении технологического процесса.

Кроме того, в случае возникновения неполадок в системе управления, например, когда повышается температурный режим выше допустимого, срабатывает независимая система аварийной защиты. В этом случае сигнал от контактного термометра через релейный усилитель отключает нагреватель и включает аварийную сигнализацию. Питание блока осуществляется переменным однофазным током с напряжением 220 В при отклонении от -15% до +10% и частотой 50/60 Гц при отклонении +/-2%.

Блок обеспечивает коммутацию электрических цепей переменного тока напряжением до 250 В, частотой 50/60 Гц, мощностью до 100 ВА и СОС ф >0,7 а также постоянного тока напряжением до 250 В мощностью 100 Вт.