Описывается система, предназначенная для поддержания оптимального микроклимата в серверном помещении банковского расчетно-кассового центра. Обеспечивается необходимая температура и влажность, а также очищается воздух от пыли.
Ключевые слова: микроклимат, вентиляция, банк, сервер, заслонки, увлажнитель, температура, датчик, микроконтроллер, двигатель, осушитель, фильтр.
Представленная система предназначена для поддержания оптимального микроклимата в серверном помещении банковского расчетно-кассового центра, объемом не более 300 кубических метров. Система должна поддерживать необходимую температуру и влажность, а также очищать от пыли воздух в помещении. Исходя из этого, выделим следующие параметры системы:
состояние двух воздушных заслонок;
температура снаружи помещения;
температура внутри помещения;
состояние фильтров;
состояние вентиляторов и двигателей;
наличие воды в увлажнителе;
температура воды обогревателя.
Предполагается использование водяного обогревателя, связанного с центральным отоплением (горячим водоснабжением). Схема системы поддержания микроклимата приведена на рис. 1.
В системе предусмотрены следующие датчики:
4 контактных датчика открытия/закрытия воздушных заслонок;
3 контактных датчика состояния фильтров;
3 контактных датчика состояния вентиляторов;
контактный датчик состояния вентилятора увлажнителя;
контактный датчик наличия воды в увлажнителе;
3 датчика температуры;
датчик влажности;
датчик вращения двигателя роторного теплообменника;
датчик вращения двигателя компрессора осушителя-охладителя.
Рис. 1. Система поддержания микроклимата
Система управляет следующими устройствами:
два двигателя открытия/закрытия воздушных заслонок (постоянная скорость вращения);
два двигателя вентиляторов (плавное регулирование);
двигатель водяного насоса (плавное регулирование);
двигатель схемы сбора пыли (постоянная скорость вращения);
двигатель вентилятора увлажнителем (постоянная скорость вращения);
двигатель компрессора осушителем-охладителем (постоянная скорость вращения);
два трехпозиционных электромагнитных водяных клапана;
двухпозиционный клапан слива воды в осушителе-охладителе;
двигатель роторного теплообменника (постоянная скорость вращения).
В системе предусмотрены следующие функции:
опрос клавиатуры;
обслуживание звуковой сигнализации;
обслуживание схемы отображения информации.
Предусмотрено задание требуемой температуры и влажности при помощи клавиатуры, показанной на рис. 2.
Рис. 2. Клавиатура
Диапазон задаваемых температур — от +15 до +30 ºС с шагом в 1 ºС. Диапазон задаваемых значений влажности — от 40 до 90 % с шагом 1 %. Задание крайних значений величин клавиатурой не воспринимается.
Система отображает температурную информацию на жидкокристаллическом дисплее (рис. 3).
При работе системы возможны следующие аварийные ситуации:
неисправности одного из вентиляторов (срабатывание соответствующего датчика);
неисправности воздушной заслонки (на срабатывание соответствующего контактного датчика в течение 1 минуты после подачи напряжения на двигатель заслонки);
засорен один из фильтров (срабатывание соответствующего контактного датчика);
неисправность водяного калорифера (повышение температуры обратной воды выше 40 ºС);
не вращается ротационный рекуператор;
неисправность увлажнителя (нет эффекта работы через полчаса);
неисправность осушителя-охладителя (нет эффекта работы через полчаса).
В системе предполагается использование ультразвукового увлажнителя и фильтра НЕРО для сбора пыли.
При возникновении аварийных ситуаций (кроме засорения фильтров и отсутствия воды в увлажнителе) обесточиваются все блоки. При всех аварийных ситуациях о неисправности сообщается подачей звукового сигнала, а также выводится сообщение на дисплей.
Рис. 3. Дисплей системы
Структурная схема системы изображена на рис. 4 и состоит из следующих блоков:
КДВЗ — контактный датчик воздушной заслонки;
СС — схема сопряжения;
ДВЗ — двигатель воздушной заслонки;
СУДВЗ — система управления двигателем воздушной заслонки;
КДСФ — контактный датчик состояния фильтров;
ДРТ — двигатель роторного теплообменника;
СУДРТ — система управления двигателем роторного теплообменника;
ДВКВ — двигатель вентиляции каналов вентиляторов;
СУДВКВ — система управления двигателями вентиляторами каналов вентиляции;
ДПС — двигатель пылесборника;
СУДП — система управления двигателем пылесборника;
ДУ — двигатель увлажнителя;
СУДУ — система управления двигателем увлажнителя;
ДКОО — двигатель компрессора осушителя — охладителя;
СУДКОО — система управления двигателя компрессора осушителя — охладителя;
КДВК — контактный датчик вентилятора каналов вентиляции;
КДСУ — контактный датчик состояния вентилятора увлажнителя;
КДНВУ — контактный датчик наличия воды в увлажнителе;
ДТ — датчик температуры;
ДВ — датчик влажности;
ДВРТ — двигатель вращения ротора теплообменника;
ДВКОО — датчик вращения компрессора осушителя — охладителя;
ЭВК — электромагниты водяных клапанов;
КС — клапан слива воды в осушителе — охладителе;
СУПВК — система управления электромагнитных водяных клапанов;
СУКС — система управления клапаном слива воды;
СЗС — схема звуковой сигнализации;
СОИ — схема отображения информации;
Кл — клавиатура.
Рис. 4. Структурная схема устройства
Функциональная схема системы представлена на рис. 5 и состоит из следующих блоков:
ДТВ — датчик температуры внутри помещения;
ДВл — датчик влажности внутри помещения;
ДТВд — датчик температуры воды;
ДТС — датчик температуры снаружи помещения;
КДСЗ — контактные датчики состояния заслонки;
КДСФ — контактные датчики состояния фильтров;
КДСВ — контактные датчики состояния вентиляторов увлажнителя и канала вентиляции;
КДНУ — контактный датчик наличия воды в увлажнителе;
ДВРТ — датчик вращения роторного теплообменника;
СС — схема сопряжения;
ДВДК — датчик вращения двигателя компрессора;
Кл — клавиатура;
СП — супервизор питания;
AVR — центральный микроконтроллер;
ДГ — электродинамический громкоговоритель;
ПР — полупроводниковое реле;
ДВЗ — двигатель заслонок;
ДВРтТ — двигатель вращения ротора теплообменника;
ДВ — двигатель вентилятора;
ДВССП — двигатель системы сбора пыли;
ДВВУ — двигатель вентилятора увлажнителя;
ДВК — двигатель компрессора осушителя — охладителя;
ЭВК — электромагнитный водяной клапан;
ЭКСВ — электромагнитный клапан слива воды в осушителе-охладителе;
РГ — регистр;
LCD — жидкокристаллический дисплей;
MUX — мультиплексор.
Схема работает следующим образом. Центральным звеном является микроконтроллер, который связан со всеми блоками системы, построенной по радиальному принципу. Все датчики имеют цифровой выход. Исходя из этого, в схему введен мультиплексор для подключения датчиков напрямую к портам микроконтроллера.
Управление мультиплексором осуществляется посредство генерации кодов, при этом датчики опрашиваются последовательно. Отдельно обслуживаются датчики температуры и влажности внутри помещения, объединенные с одну схему. Опрос данных датчиков ведется по интерфейсу I²C (общий выход).
Для звуковой индикации аварийного состояния на соответствующий порт контроллера программным способом формируется периодический сигнал частотой 10 кГц. Подключение потребителей энергии к сети происходит посредством полупроводниковых реле. Реле управляются напрямую микроконтроллером либо через регистр — защелку, который расширяет функцию ввода/вывода. Все потребители имеют два режима работы: включено/выключено. Исключение составляют двигатели вентиляторов, управляемых ШИМ-способом (используется таймер-счетчик микроконтроллера).
Рис. 5. Функциональная схема системы
Кроме того, микроконтроллер обслуживает систему отображения информации, построенную на ЖК-дисплее. Для этого он формирует информационный канал и служебные сигналы напрямую.
Литература:
- Кузнецов, Р. И. Вентиляция в быту и на производстве- М.: Высшая школа, 1983. — 242 с.
- Левшин, В. П. Основы безопасности жизнедеятельности — М.: Горячая линия — Телеком, 2003г. — 234 с.
