РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ДОМ» НА БАЗЕ ПРОМЫШЛЕННОГО КОНТРОЛЛЕРА И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В НЕМ
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 3
1 ОБЗОР ПОДХОДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СИСТЕМЕ «УМНЫЙ ДОМ» 5
2 РАЗРАБОТКА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ «УМНЫЙ ДОМ» 9
2.1 Выбор контроллера 10
2.2 Разработка управляющей программы для системы «умный дом» 13
2.3. Выбор датчика температуры 21
2.4. Промышленные сети и интерфейсы 25
2.5 Выбор преобразователя 4-20 ма 30
3 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ «УМНЫМ ДОМОМ» НА БАЗЕ ПРОМЫШЛЕННОГО
КОНТРОЛЛЕРА 34
4 ПРИНЦИПЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В
УМНОМ ДОМЕ 40
5 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В РАЗРАБОТАННОЙ МОДЕЛИ И НАХОЖДЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕПЛА В ДОМЕ. 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А Современные компании «умный дом» 63
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Экономическая заметка 65
Актуальность
Обычно, при постройке «Умного дома» сначала делается проект самого дома с коммуникациями, потом автоматизация. И уже после постройки дома и реализации автоматизации приобретается любая мебель. В данной работе изучается моделирование процессов теплопроводности [12,13] и конвекции [14,15,16], протекающих в доме. Моделирование позволяет еще на этапе проектирования предусмотреть правильное распределение тепла в доме, что дает возможность подобрать оптимальную толщину утеплителя, рассчитать количество батарей или даже выбрать подходящую мебель, исходя не только из эстетических соображений, но и из параметров комфорта.
Словосочетание «умный дом» у многих ассоциируется с технологиями будущего и следующей ступенью развития науки. На самом деле, будущее уже наступило. Сегодня мы можем себе позволить проживание в домах, о которых мечтали фантасты прошлого века.
В настоящее время умный дом, как правило, является роскошью. Умные технологии служат больше для развлечения и удовлетворения капризов, а не реальных потребностей. Например, для эффектного управления светом с помощью голоса или включением интересных сценариев. Однако, возможности автоматизации очень обширные: как набор конструкторов, средств, из которых можно создать неограниченное количество вариантов сборки. Изучая автоматизацию производственных процессов и столкнувшись с промышленным оборудованием, появилась идея создания умного дома на базе промышленного контроллера. Причем такая система в основном будет направлена не на развлечения, а на решение конкретных проблем, например, таких как уменьшение квартплаты за счет установления климат-контроля или за счет использования альтернативных источников энергии. Отсюда цель работы: разработать систему Умный дом на базе промышленного оборудования. Всегда новые промышленные системы автоматизации тестируют на так называемых «песочницах», здесь роль полигона для испытаний будет играть настольный макет дома, оснащённый технологией умный дом. После успешного проведения пусконаладки будет испытание системы в разных режимах. В будущем, уже не в рамках данной работы, планируется установить разработанную систему в жилой дом или в квартиру.
Для достижения такой цели необходимо решить следующие задачи. Во-первых, изучить научную литературу по данной теме, исследовать текущее состояние рынка готовых решений умных домов и просмотреть в интернете новые разработки любителей электроники и программирования. Во-вторых, необходимо выбрать оборудование, составить их спецификацию и разработать следующие схемы автоматизации: электрическая, принципиальная, функциональная, структурная и схему соединений. Кроме того, нужен еще чертеж для изготовления макета дома. В-третьих, закупить все оборудование и собрать схему автоматизации, согласно схемам. Написать программу, отладить её и записать в контроллер. Протестировать работоспособность системы в разных режимах, внести необходимые корректировки в проект. Сделать анализ проделанной работы и сформулировать выводы.
Цель: Разработать систему «Умный дом» на базе промышленного контроллера и построить модель тепловых процессов, протекающих в доме.
Задачи:
1. Разработать и создать физическую модель умного дома с применением промышленного контроллера.
2. Построить компьютерную модель с параметрами созданной модели.
3. Провести численное моделирование тепловых процессов, протекающих в данной модели и найти оптимальные параметры по распределению тепла в доме.
1. Выбрано оборудование, разработаны схемы, чертежи, спецификация. Написаны программы для: плк, модуля; смартфона. Создана физическая модель умного дома. Реализованы: климат-контроль; управление светом во всём доме и вытяжкой в ванной комнате; дистанционное управление со смартфона.
2. Построена компьютерная 3D модель дома с параметрами созданной модели.
3. Изначально, мебель в модели дома была расставлена согласно дизайну. После расчета холодных мест, мебель отодвинута от стен на 1, 2, 3 см. Оказалось, что 1 см достаточно для комфортного распределения тепла в доме. Можно сделать вывод, что помощью моделирования процессов теплопроводности и конвекции, протекающих в доме, предусмотрено оптимальное распределение тепла в доме.
Модель апробирована, численное моделирование соответствует натуральной модели. Следовательно, данную модель в перспективе можно использовать для технических расчетов других конструкций.
