Разработка АСУТП развальцовки труб в трубных решетках теплообменных аппаратов на базе комплектных микроконтроллеров

 

Введение: Министерство высшего образования Российской Федерации

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «автоматизация производственных процессов»

 

 

 

 

                КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО «ПРОЕКТИРОВАНИЮ  СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ»

ТЕМА: «Разработать АСУТП развальцовки труб в трубных решетках теплообменных аппаратов на базе комплектных микроконтроллеров»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                 Волгоград, 2002.

 

 

Содержание

 

Введение            3

1. Разработка технического задания       4
1. Наименование, назначение и область применения     4
2. Технические характеристики        4
3. Техническое описание         4
2. Анализ существующих микроконтроллеров      5
1. Технические характеристики микроконтроллера УНИКОНТ   5
2. Техническая характеристика промышленных 
   микроконтроллеров серии ЭК-2000       7
3. Техническая характеристика микроконтроллера типа DEP-системы  8
4. Техническая характеристика микроЭВМ К1810     10
5. Техническая характеристика однокристальной микроЭВМ (К1816)  13
6. Технические характеристики ПИК – контроллеров                14
3. Обоснование выбора микроконтроллера      21
4. Основная часть          22

4.1  Подсистема ввода                                                                                                 23     

4.1.1 Разработка датчика  крутящего моментаа                                                         23

4.1.1.1       Анализ существующих методов  измерения угла поворота                  23

4.1.1.2       Компоновка датчика угла поворота                                                        26

4.1.1.3       Расчет чувствительного элемента                                                           27

4.1.1.4       Разработка технологии крепления  тензоризистора                              29

4.1.2 Разработка датчика угла поворота                                                                   30

4.1.2.1        Анализ зуществующих методов  измерения угла поворота                30

4.1.2..2       Компононовка ДУП                                                                                32

4.1.2.3        Выбор элементной базы                                                                         32

4.2    Подсистема  ввода                                                                                              34

4.2.1 Разработка панели  ндикации                                                                           34

4.2.1.1.        Выбор элементной базы                                                                        34

4.2.1.2         Конструктивное оформления платы индикации                                 34

4.2.2 Разработка панели  управления                                                                         35

4.2.2.1          Выбор кнопок управления                                                                     35

4.2.2.2          Конструктивное оформление оформление  пенели управления        36

4.3  Разработка функциональной  схемы АСУТП                                                     37

4.4  Разработка электрической  принципиальной схемы АСУТП                           38

4.5  Техническое описание  АСУТП                                                                           38   

Литература                                                                                                                   39                                

 

   

 

Введение:    

     Развитие современной теплоэнергетики  требует усовершенствования конструкции теплоэнергетических установок. Одним из основных элементов современных, теплоэнергетических установок являются теплообменные аппараты. Чем эффективнее теплообменный аппарат в теплообменной установке, тем более высоким коэффициентом полезного действия будет обладать сама установка. Зачастую в теплообменных аппаратах теплопередающими поверхностями являются пучки труб круглого или более сложного профиля, которые закреплены трубных   решетках.   Весьма   важным   является   обеспечение   равномерности распределения труб в трубных решетках. Крепление труб в трубных решетках осуществляется вальцовкой . Для котроля управления и коррекции процесса вальцовки внедряют автоматизированные систем управления технологическим процессом, которые выполняют обработку данных и выдают команды управления исполнительным устройствам . Повышение технико-экономических показателей автоматизированных систем управления технологическими процессами, таких как качество процессов управления, надежность и долговечность, безопасность эксплуатации и ремонтопригодность, снижение затрат на проектирование, монтаж и пуск , возможность адаптации системы к изменяющимся свойствам объекта автоматизации, улучшение условий работы операторов, в большей степени зависит от используемых технических средств в автоматизированных системах управления технологическими процессами .На основе достижений вычислительной техники была разработана стратегия автоматизации, базирующаяся на концепции создания интегрированных на базе вычислительной техники (ЭВМ, микроконтроллеры) производственных комплексов .Целью данной работы является разработка автоматической системы управления технологическим процессом развальцовки труб в трубных решетках теплообменных аппаратов.

 

1 Разработка технического  задания

   1.1 Наименование, назначение и область применения

     Автоматизированная система управления  технологическим процессом (АСУТП) предназначена для развальцовки труб в трубных решетках теплообменных аппаратов.

      1.2 Технические характеристики

Датчик крутящего  момента (ДКМ):

крутящий  момент                                   30Нм

наружный  диаметр месдозы                        25мм  

тензопреобразователь фольговый 

материал  месдозы                                       сталь 40х    

твердость материала  месдозы            35 HRC

Датчик угла поворота (ДУП):

фотоимпульсный  преобразователь (ФИП)   8 имп/об 

Индикация                                     светодиоды

Количество  постов                                     4 поста

Удаление постов друг от друга                     400м

Частота вращения вала                                  330 об/мин

    Разрабатываемая     микропроцессорная     система    управления     на    базе

программируемого    микроконтроллера    должна    соответствовать    следующим

требованиям:

-    хорошая  возможность для расширения системы;

-    пыле - и грязезащищенность;

-    высокая  помехоустойчивость;

-    гальваническая  развязка всех входов и выходов; 

-    высокое  быстродействие и сравнительно  малую стоимость.

 

     1.3 Техническое описание

      Разрабатываемая автоматизированная  система управления технологическим  процессом должна выполнять следующие операции:

-    получение  информации от датчиков, расположенных  непосредственно на

     Обьекте (датчик угла поворота, датчик крутящего момента);

-   выдача  сигналов управления в зависимости  от результатов обработки информации, полученной отдатчиков;

-    выдача  информации на консоль ЭВМ.

 

     2. Анализ существующих микроконтроллеров

    2.1 Технические характеристики микроконтроллера  Униконт

   Униконт-система IBM-совместимых программно-технических средств ,  включающих в себя'контроллеры (8086, 80186, 80286, 80386SX, 80486) , рабочие станции (80386SX, 80486SC), пульты оператора-технолога, табло, речевой вывод, сетевые средства и полный набор устройств связи с объектом (УСО) для создания распределенных и автономных АСУТП, а также для реконструкции и разработки электронных щитовых систем КИП и А в энергетике, металлургии, химии, нефтехимии, машиностроении, транспортной и в других отраслях промышленности.

     Система управляющих вычислительных  комплексов Униконт состоит из ряда изделий разных по производительности, исполнению и габаритным размерам. Они предназначены для создания электронных щитовых систем, автономных автоматов, территориально-распределенных иерархических систем АСУТП во многих отраслях промышленности. Комплексы Униконт архитектурно и программно совместимы с ПЭВМ IBM PC AT/XT и позволяют строить смешанные системы с использованием на различных уровнях контроллеров и рабочих станций Униконт и (или) IBM PC AT/XT. Комплект ключает в себя низовые контроллеры, комплексы с периферийными устройствами, рабочие станции, рабочие места оператора-технолога, сетевые средства, программное обеспечение для функционирования всей системы, пакеты прикладных программ. В целях повышения надежности АСУТП средства программно-технического комплекса Униконт могут компоноваться в дублированные системы.

     Комплексы могут быть укомплектованы (в зависимости от исполнения) жесткими дисками (ST-225, ST-242 и т.д.), дисплеями от CGA до SVGA с размером экрана 32...51 см и различными печатающими устройствами и технологическими клавиатурами.

     Например, комплекс Униконт УК211 имеет следующие технические характеристики:

    Скорость  коротких операций в секунду   5 млн.;

      Объем  памяти:

                    оперативной                                           1Мбайт;                     

                    внешней постоянной                             0,256... 1 Мбайт;

      Объем внешней памяти:

                   НГМД                                                     360 ... 720 Мбайт;

                   НМД                                                         20…140 Мбайт;

      Комплекс   УК211    комплектуется   цветным   дисплеем,   двумя   жесткими дисками     ипа   "Винчестер   ST-225", двумя   гибкими   дисками   "Электроника М-З11",   печатающим  устройством   СМ6337.   Во   всех   комплексах  Униконт f процессор снабжен часами реального времени с батарейным питанием. Контроллеры Униконт обладают высокой производительностью, повышенной надежностью, работающие в необслуживаемом режиме в диапазоне температур минус 35... +55°С. Контроллеры имеют вентиляторы, могут эксплуатироваться при высокой влажности, под водой и в агрессивных средах. Их конструкция удовлетворяет всем эргономическим требованиям. Высокое быстродействие процессора и относительно небольшое число связи каналов с объектом,позволяет использовать контроллеры в системах управления и получить время реакции до 0,09 сек.

     Обычно комплексы с периферийными  устройствами состоят из пяти  блоков элементов и содержат  центральный процессор с контроллерами видеотерминала и дисков, а низовые — беспериферийные контроллеры имеют одноплатный процессор, имеющий следующие характеристики:

              Микропроцессор                                       180186

             Тактовая частота                                        20 МГц

              Объем памяти

              -  оперативной                                      32... 128 Кбайт

             -  постоянной (энергонезависимой)      32...512 Кбайт

      Все комплексы имеют энергонезависимую память, обеспечивающую сохранение информации, необходимой для ведения технологического процесса.

      Набор модулей  УСО достаточно  универсален. В его составе  предусмотрены модуль ввода-вывода аналоговых сигналов среднего уровня (0...5; 4...20 мА;0...5; 0... 10 В); модуль ввода-вывода дискретных сигналов постоянного и переменного тока

 

(в том числе  с гальванической развязкой и  защитой от короткого замыкания) в диапазоне 6...220 В; модуль ввода частотных, число- и время- импульсных сигналов.      Имеются модули УСО, позволяющие осуществлять ввод сигналов низкого уровня - от термопар и термометров сопротивлений; регистрацию быстродействующих процессов; ввод от дифференциальных и вращающихся трансформаторов и т.п.   Разрядность модулей ввода аналоговых сигналов 12... 13, вывода 12 разрядов. Каналы ввода-вывода аналоговых сигналов среднего и низкого уровней метрологически аттестуются на заводе-изготовителе.

      Следует  отметить высокую надежность  центральной части и модулей  УСО, отказы которых крайне редки.

      Постоянный рост числа заказчиков, быстрое внедрение АСУТП с применением мощных пакетов прикладных программ, внедрение системы Униконт в государственные программы автоматизации энергетики показывают, что система Униконт, по оценкам специалистов и проектных организаций, входит в тройку наиболее перспективных систем в СНГ.

      

2.2 Технические характеристики  промышленных контроллеров серии ЭК-2000 фирмы «Эмикон»

       Контроллеры  фирмы ЭМИКОН применяются на  предприятиях черной и цветной металлургии, на перерабатывающих заводах агропромышленного комплекса, на предприятиях строй индустрии, в системах автоматизации городских коммунальных хозяйств.

       Программируемые  контроллеры серии ЭК-2000 предназначены для использования в тех системах управления, к которым предъявляются повышенные требования по надежности, защите систем управления от воздействия пыли, брызг, агрессивных сред, к работоспособности в широком диапазоне температур и воздействии вибраций.