Материал: Разработка автоматизированной системы дистанционного управления прогревом двигателя автомобиля с использованием парковочного места

Разработка автоматизированной системы дистанционного управления прогревом двигателя автомобиля с использованием парковочного места

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

Амурский государственный университет (ФГБОУ ВПО "АмГУ")

Факультет энергетический

Кафедра АППиЭ

Специальность 220301.65 - Автоматизация технологических процессов и производств

Курсовой проект

Разработка автоматизированной системы дистанционного управления прогревом двигателя автомобиля с использованием парковочного места

Исполнитель

студент группы 141

К.О. Клейменова

Руководитель

доцент, к.т.н. В.И. Усенко

Нормоконтроль В.И. Усенко

Благовещенск 2015

Задание к курсовому проекту студентки Клейменовой Ксении Олеговны

. Тема курсового проекта: разработка автоматизированной системы дистанционного управления прогревом двигателя автомобиля с использованием парковочного места.

. Срок сдачи студентом законченного проекта: ___________________

. Исходные данные к курсовому проекту:

реализовать выборку оборудования, удовлетворяющего требованиям системы, реализовать полученную систему.

. 1) Описание объекта автоматизации

) Технические решения

) Электрические схемы подключения оборудования

. Перечень материалов приложения:

Лист 1:Структурная схема автоматизированной системы;

Лист 2:Принципиальная схема подключения автомобиля к РЩ;

Лист 3:Схема автоматизации.

. Дата выдачи задания: _____________________

Руководитель курсового проекта: доцент, к.т.н. Усенко Валентин Иванович

Задание принял к исполнению (дата): ___________________________

Реферат

Курсовой проект содержит 67 с., 3 части, 36 рисунка, 6 таблиц, 21 источник, 5 приложений.

Система подогрева автомобиля, предпусковой подогреватель, двигатель внутреннего сгорания, программируемый логический контроллер, диспетчерский пункт, GSM-модем, индикатор, считыватель, схема подключения.

Постановка и описание задачи разработки, характеристика основных решений. Разработка технического задания на разработку. Разработка подключений оборудования. Разработка схемы автоматизации проектируемой системы.

Содержание

Список обозначений и сокращений

Введение

. Описание объекта автоматизации

1.1 Общая характеристика объекта автоматизации

.2 Проблема исследования

1.3 Концепция предлагаемого решения

1.4 Техническое задание на разработку

. Технические решения

.1 Структурная организация стояночного места

.2 Организация работы системы

.3 Пути решения поставленной задачи

.3.1 Идентификатор

.3.2 Считыватель

.3.3 Контроллер

2.3.4 Модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-8А

.3.5 Модуль дискретного вывода МУ110-16К

2.3.6 GSM-модем

.3.6 Автоматический преобразователь интерфейсов RS-232/RS-485 ОВЕН АС3-М

2.3.8 Пускатель ПМ12-010200

. Схемы подключения оборудования

3.1 Схема подключения ТЭНа автомобиля к распределительным щитам

.2 Схема подключения идентификатора iButton DS1990A-F5

.3 Функциональная схема модема

.4 Монтажная схема РЩ и переходника с чипом

.5 Блок-схема работы системы

.6 Схема автоматизации

.7 Схема подключения термосопротивления

Заключение

Библиографический список

Приложения

Список обозначений и сокращений

АС - автоматизированная система.

ДВС - двигатель внутреннего сгорания автомобиля

ТЭН - трубчатый электронагреватель. Представляет собой кипятильник, питаемый от сети 220В и подогреваемый жидкость. Устанавливается в разрез системы охлаждения.

ДП - диспетчерский пункт приема и обработки данных.

ПК - персональный компьютер.

АС - автоматизированная система.

РЩ - распределительный щит

ПЛК - программируемый логический контроллер.

ТРМ - измеритель-регулятор одноканальный (терморегулятор).

Введение

Использование автомобиля в зимний период, вызывает определенный ряд трудностей по его эксплуатации. Основным является подогрев двигателя внутреннего сгорания. Чтобы сохранить хорошее состояние автомобиля в холодную погоду, проводят комплекс мероприятий, состоящий в смене определенных параметров. Для этого необходимо сменить способ подогрева двигателя в зимнее время на более качественный и приносящий меньший вред состоянию автомобиля. Обычный запуск автомобиля (его еще называют "холодным") изнашивает двигатель. Автозапуск авто с сигнализацией тоже не решат проблему, так как происходит большой расход топлива и запуск так же производится на "холодную". В районах, где температура воздуха достигает отметки ниже 30 градусов, автомобиль быстро выйдет из строя, что встанет в копеечку. К тому же, в холодном климате время прогрева автомобиля и затраты на топливо будут велики.

В связи с перечисленными выше обстоятельствами, применяют предварительный подогрев двигателя. Он не только снижает вероятность износа двигателя, но и увеличивает срок его службы.

Предварительный подогрев двигателя осуществляется предпусковым подогревателем, встраиваемым в систему охлаждения.

Такой метод обеспечивает:

-       легкий и надежный пуск уже подогретого двигателя;

-       снижение вероятности износа двигателя и его частей;

-       снижение расхода топлива;

-       снижение вредных выбросов автомобиля.

. Описание объекта автоматизации

.1 Общая характеристика объекта автоматизации

Система автоматического предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания предназначена для программно-управляемого подогрева двигателя внутреннего сгорания (ДВС), автоматического поддержания температуры ДВС в заданном диапазоне с целью подогрева ДВС и исключения преждевременного износа ДВС, а также для автоматического запуска ДВС в необходимое для пользователя время.

Для подогрева ДВС используется нагревательный элемент, который устанавливается непосредственно в двигатель в разрез системы охлаждения (магистраль малого круга охлаждения), либо на картер двигателя - для каждого автомобиля или типа двигателя подходит подогреватель определенной конструкции. Посредством двух соединительных кабелей и одной мини-розетки нагревательный элемент подключается к источнику электропитания 220В и начинает работать как обычный кипятильник. Охлаждающая жидкость нагревается и, повинуясь законам физики, начинает циркулировать в системе охлаждения двигателя - теплая вверх, холодная вниз [1].

Рисунок 1 - Подогрев двигателя с использованием нагревательного элемента и источника электропитания 220В

1.2 Проблема исследования

Классическая система предпускового подогрева двигателя приводится в рабочее положение вручную путем включения вилки в розетку. Напряжение от аккумуляторной батареи через блок стабилизации поступает в систему, блок контроля температурного состояния ДВС начинает "отслеживать" температуру ДВС и при достижении нижнего порога заданного диапазона температур автоматически включается термоэлектрический нагреватель ТЭН, происходит подогрев ДВС без его запуска. По достижении верхней границы заданного диапазона температур ТЭН автоматически выключается и далее цикл повторяется. Преимущества системы в том, что для прогрева автомобиля не требуется запуск ДВС в условиях отрицательных температур, система просто подключается без врезок и доработок, не используется автомобильный аккумулятор, уменьшается износ двигателя. Недостатками такой системы являются стационарность, отсутствие дистанционного управления, большие затраты на электроэнергию.

Таким образом, чтобы автомобиль своевременно регулярно и надёжно функционировал в различных условиях внешней среды, в том числе и в условиях отрицательных температур, требуется надёжная, простая в эксплуатации и относительно не дорогая парковая групповая система предпусковой подготовки двигателя автомобиля. Данная система должна быть простой в эксплуатации, гибкой и экономичной и обеспечивать подготовку автомобилей в широком диапазоне внешней температуры.

.3 Концепция предлагаемого решения

Задачей автоматизации является разработка системы подогрева двигателя автомобиля на специально отведенной стоянке. Предлагаемая система подогрева содержит ТЭН, встроенный в систему охлаждения, датчик температуры, контролирующий нагрев двигателя и чип-идентификатор, встроенный в вилку, предназначенную для подключения к стояночному месту. Путем идентификации чипа и отправки сообщения пользователя о необходимости прогреть автомобиль, осуществляется автоматический подогрев двигателя. Связь осуществляется через диспетчерский пункт. На рисунке 2 представлена система подогрева двигателя при помощи ТЭН на стояночном месте.

Рисунок 2 - Система подогрева двигателя

1.4 Техническое задание на разработку

Настоящий стандарт распространяется на автоматизированные системы (АС) для автоматизации различных видов деятельности (управление, проектирование, исследование и т. п.), включая их сочетания. Устанавливает состав, содержание, правила оформления документа "Техническое задание на создание (развитие или модернизацию) системы". Техническое задание на разработку приведено в приложении Г. Пункты технического задания:

1. В разделе "Общие сведения" указывают наименование, полное наименование системы, наименование предприятий (объединений) разработчика и заказчика, перечень документов, на основании которых создается система, плановые сроки начала, и окончания работы по созданию системы.

. В разделе "Назначение и цели создания (развития) системы" должны быть указаны:

-       назначение системы;

-       цели создания системы.

. В разделе "Характеристики объекта автоматизации" должно быть указано:

-       краткие сведения об объекте автоматизации или ссылки на документы, содержащие такую информацию;

-       сведения об условиях эксплуатации объекта автоматизации и характеристиках окружающей среды.

. Раздел "Требования к системе" должен содержать следующие подразделы:

.1 Требования к системе в целом;

.1.1 Общие требования к системе ППД;

.1.2 Алгоритм работы системы;

.1.3 Требования к характеристикам взаимосвязей ППД со смежными системами;

.1.4 Перспективы развития, модернизации системы;

.2 Требования к режиму работы системы;

.3 Требования к надежности;

.4 Требования к безопасности;

.5 Требования к защите информации от несанкционированного доступа;

.6 Требования к контроллерам и ППД;

. В разделе "Состав и содержание работ по созданию системы" должны быть указаны: должен содержать перечень стадий и этапов работ по созданию системы.

. В разделе "Порядок контроля и приемки" должны быть указаны виды, состав, объем и методы испытаний системы и ее составных частей (виды испытаний в соответствии с действующими нормами, распространяющимися на разрабатываемую систему).

2. Технические решения

.1 Структурная организация стояночного места

Для начала рассмотрим принцип стояночной системы подогрева двигателя автомобиля. На рисунке 3 представлена структурная схема стояночной системы прогрева ДВС.

Рисунок 3 - Структурная схема стояночной системы подогрева ДВС

Под стояночной системой прогрева ДВС понимается процесс содержания транспортного средства на открытых площадках, обеспечивающий его готовность к выезду для использования по назначению. Для этого используется электрическая энергия. В качестве передатчика электрической энергии от распределительного щита РЩ используются специальные шкафы, имеющие розетки и расположенные на отдельном парковочном месте каждая. Главным условием разработки шкафа является его защищенность от внешних воздействий, таких как погодные условия и несанкционированный доступ человека.

Одним из широко распространенных способов подогрева автомобильных двигателей при низких температурах является ТЭН. Электроподогреватель компактен, надежен в работе, обладает достаточным быстродействием, требует минимальных затрат на установку и обслуживание. Электроподогреватель можно применять не только как средство предпускового подогрева двигателя, но и в течение всего периода стоянки автомобиля, используя для этого таймер. Подогреватель представляет собой цилиндрический алюминиевый корпус, внутри которого размещается нагревательный элемент. Мощность подогревателей варьируется от 0,5 до 6 кВт (напряжение питания 220В) и выбирается по таблицам, исходя из ёмкости системы охлаждения. Для регулирования процесса нагрева охлаждающей жидкости, в цепи питания ТЭН стоят рабочий (вход) и ограничительный (выход) самовозвратные биметаллические термостаты [4]. Температура включения и отключения рабочего термостата указаны на корпусе и в маркировке подогревателя. Подогреватель подключается к двигателю в двух точках резиновыми шлангами d=19 мм. Работа подогревателя основана на принципе "термосифона". Жидкость в подогревателе нагревается до температуры +70…+80⁰С, плотность ее уменьшается и она поднимается вверх. Нагретая жидкость выходит из подогревателя и уходит в двигатель. В двигателе жидкость отдаёт тепло, плотность ее возрастает и она опускается вниз. На рисунке 4 представлен ДВС в тепловом диапазоне при тепловом излучении. Температура на выходе из подогревателя больше чем на входе, что подтверждает движение жидкости в системе охлаждения двигателя.

Рисунок 4 - Тепловое излучение ДВС

В своем составе ТЭН имеет выход для подключения к сети питания (вилку). ТЭН устанавливается непосредственно в систему охлаждения автомобиля. Между вилкой ТЭНа и розеткой шкафа устанавливается разработанный переходник, со встроеным в него чипом. Через идентификацию пользователя происходит связь шкафа с ТЭНом автомобиля. Поставив свое средство передвижения на парковочное место, и подключив его через переходник к шкафу, пользователь простым набором команды через SMS-сообщение отправляет запрос о подогреве ДВС. Система автоматически начинает свою работу и до определенной температуры подогревает двигатель. Данная система с использованием стоянки и шкафов имеет активное применение в Финляндии [12] (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Общий вид системы, используемый в Финляндии

.2 Организация работы системы

На рисунке 6 представлена организация работы разрабатываемой системы.

Рисунок 6 - Структурная схема обработки сигнала

Пользователь имеет ТЭН, уже установленный в автомобиль и подключенный к переходнику. Переходник вместе с ТЭНом находится под капотом транспорта (Рисунок 7).