CC BY
27УПРАВЛЕНИЕ РЕАКТОРОМ СИНТЕЗА ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА С ПОМОЩЬЮ ARDUINO И RASPBERRY PI ЧЕРЕЗ ВЕБ-ИНТЕРФЕЙС Платонова О.В.1, Круско В.Е.2, Салтыков М.Ю.3
'Платонова Ольга Владимировна — студент; 2Круско Владислав Евгеньевич - студент, кафедра замкнутых экосистем, Институт информатики и телекоммуникаций Сибирский государственный университет науки и технологий им. Решетнева;
3Салтыков Михаил Юрьевич - кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник, лаборатория теоретической биофизики, Институт биофизики СО РАН, г. Красноярск
Аннотация: в работе рассматривается проблема автоматизации процесса синтеза H2O2. Для решения проблемы предлагается разработать программно-аппаратный комплекс автоматизированного управления реактором.
Ключевые слова: перекись водорода, автоматизация технологического процесса, веб-приложение, клиент-серверная архитектура, управление автоматикой, Arduino, Raspberry Pi.
Данная статья описывает способ автоматизации реактора синтеза перекиси H2O2 - одного из узлов физико-химического блока биолого-технической системы жизнеобеспечения (БТСЖО) типа Биос-3 [1,2]. Такой реактор предназначен для обеспечения перекисью водорода реактора утилизации органических отходов [3], который в свою очередь из внутрисистемных отходов способен производить минеральные удобрения для выращивания высших растений, являющихся центральным средообразующим звеном БТСЖО. Для повышения эффективности вовлечения веществ в массообмен в условиях замкнутых экосистем необходимо использовать современные и эффективные способы автоматизации, которые освободят ресурс операторов от рутинных и длительных действий по контролю реакции синтеза.
В задачу работы входит создание аппаратно-программного комплекса, который сможет в автоматическом и ручном режимах управлять реактором синтеза перекиси водорода.
Процесс синтеза водорода основывается на реакции воды с озоном и другими активными формами кислорода, образующимися под действием ультрафиолетового излучения. Реактор состоит из резервуара для жидкости, ультрафиолетовой лампы, датчиков состояния и подводящих труб с управляемыми клапанами. Также в установке присутствуют компоненты для обогащения воздуха кислородом и сжигания образовавшегося озона. Датчики давления, температуры и уровня жидкости необходимы для отслеживания показателей процесса и детектирования потенциально аварийных ситуаций.
Цикл работы реактора состоит из переходов между следующими состояниями: ожидание, залив воды, синтез перекиси, разрушение озона, слив.
В отсутствие автоматизированной системы оператор обязан визуально следить за ходом реакции, показаниями датчиков, включать и выключать устройства. Ручное управление является проблематичным из-за длительности реакции.
Условия задачи формируют следующие требования и ограничения[4] для аппаратно-программного комплекса:
- доступ к интерфейсу управления с любого рабочего места;
- выделенный сервер обработки данных, доступный из локальной сети лаборатории;
- коммутация периферийного оборудования на один узел;
- отображение состояния реактора в реальном времени.
Для решения поставленной задачи был выбран следующий подход: веб-приложение с клиент-серверной архитектурой, выделенный сервер на Raspberry Pi и управление периферийными устройствами через Arduino. Разработка программной части на .Net и Angular с использованием WebSocket обеспечит управление процессом синтеза и отображением информации с помощью веб-интерфейса.
Плюсы подхода:
- доступ к данным и управление реактором из любой точки, где есть интернет;
- отсутствие необходимости настройки рабочего места оператора - достаточно иметь устройство с выходом интернет и любым браузером;
- возможность масштабирования системы на созданной аппаратно-программной базе.
Raspberry Pi - полноценный компактный одноплатный компьютер, который реализует логику управления реактором и обработки данных: на нем находится веб-сервер, доступный по выделенному в сети адресу[5]. Веб-сервер реализует следующие сценарии использования сервиса управления реактором:
- ручное управление узлами реактора;
- автоматическое управление узлами реактора;
- отображение данных с датчиков в реальном времени;
- обработка возможных аварийных ситуаций;
- обработка показаний и построение отчетов;
- запись показаний в базу данных для дальнейшего возможного анализа.
Arduino - плата с собственным процессором и памятью, реализует взаимодействие со всеми периферийными устройствами[6]. Для получения показаний датчиков используются протоколы 1-ware, I2C, SPI, а все управляемые компоненты подключены к Arduino с помощью электромеханического реле. Arduino и Raspberry Pi обмениваются данными по протоколу I2C.
Данный подход и выбор управляющих компонентов оправдан для проектирования аппаратно-программных комплексов. Испытания в условиях, имитирующих технологический процесс синтеза перекиси водорода, показали успешную работу автоматики и срабатывание всех исполнительных устройств при переходе от одного состояния к другому в цикле работы реактора. Все устройства обладают достаточной надежностью, скоростью обработки данных и легкостью применения в рамках рассмотренной задачи.
Список литературы
1. Лисовский Г.М. Замкнутая система: человек - высшие растения. Н.: Наука, 1979. 160 с.
2. Gitelson J.I., Lisovsky G.M., MacElroy R. Manmade Closed Ecological Systems. London and New York: Taylor & Francis Inc., 2003. 400 p.
3. Trifonov S.V., Kudenko Yu. A., Tikhomirov A.A. Bioassay of products of organic waste mineralization: An approach for closed ecosystems // Ecological Engineering 91, 2016. 139-142.
4. Вигерс К.И., Битти Д. Разработка требований к программному обеспечению. БХВ-Петербург, 2016. 736 с.
5. Монк С. Raspberry Pi. Сборник рецептов. Решение программных и аппаратных задач. М.: Вильямс, 2017. 527 с.
6. Ярнольд С. Arduino для начинающих. Самый простой пошаговый самоучитель. М.: Эксмо-Пресс, 2017. 256 с.
ВНЕШНИЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ КАК СПОСОБ ТЕРМО- И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Сальников А.В.
Сальников Алексей Викторович - врач, Заслуженный врач РФ, Территориальный центр медицины катастроф, г. Москва
Аннотация: предлагается рассмотреть принципиальную возможность существования «внешнего магнитоэлектрического эффекта» при термо- и фотоэлектронной эмиссии с поверхности твердых тел, помещенных в магнитное поле. Предполагается, что сочетание явлений эмиссии зарядов с поверхности и магнитного поля, направленного вдоль поверхности, должно приводить к электрическим явлениям близким по физической сути к фотомагнитному эффекту. Анализируется возможность существования такого явления, и его использования, для создания устройств термо- и фотоэлектрических преобразователей энергии. Ключевые слова: магнитоэлектрический эффект, термоэлектрический преобразователь, фотоэлектрический преобразователь, преобразование энергии.
В 1934 году был открыт фотомагнитный эффект в полупроводниках [1]. На поверхность (XZ) образца из полупроводникового материала (в частности в экспериментах был использован
20
