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

- 36 х 8 регистров  общего использования;

- 15 специальных  аппаратных регистров SFR;

- восьмиуровневый  аппаратный стек;

- прямая, косвенная  и относительная адресация данных  и команд;

 четыре источника  прерывания:

- внешний вход INT

- переполнение таймера  RTCC

- прерывание при завершении  аналого-цифрового преобразования

- прерывание при изменении  сигналов на линиях порта B

 

  Периферия и Ввод/Вывод

 

- 13 линий ввода-вывода  с индивидуальной настройкой;

втекающий/вытекающий ток для управления светодиодами:

- макс втекающий  ток - 25 мА;

- макс вытекающий  ток - 20 мА;

- 8 - битный таймер/счетчик  RTCC с 8-битным программируемым предварительным делителем;

модуль АЦП:

- 4 мультиплексируемых  аналоговых входа, подсоединенных к одному аналогоцифровму преобразователю;

- схема выборки  \ хранения;

- время преобразования - 20 мкс на канал;

- преобразователь  - 8 бит, с погрешностью +-1 LSB;

- вход для  внешнего опорного напряжения Vref (Vref <= Vdd);

- диапазон входных аналоговых сигналов от Vss до Vref.

 

- автоматический  сброс при включении;

- таймер включения  при сбросе;

- таймер запуска  генератора;

- Watchdog таймер WDT с собственным встроенным генератором, обеспечивающим повышенную надежность;

- EPROM бит секретности для защиты кода;

- экономичный  режим SLEEP;

- выбираемые  пользователем биты для установки  режима возбуждения встроенного  генератора:

- RC генератор  : RC;

- обычный кварцевый  резонатор : XT;

- высокочастотный  кварцевый резонатор : HS;

- экономичный низкочастотный кристалл : LP;

- встроенное  устройство самопрограммирования EPROM памяти программ, используются только  две ножки.

 

 КМОП технология 

 

- экономичная  высокоскоростная КМОП EPROM технология;

- статический  принцип в архитектуре;

широкий диапазон напряжений питания и температур:

- коммерческий: 3.0 ... 6.0 В, 0...+70С;

- промышленный: 3.0 ... 6.0 В, -40...+70С;

- автомобильный: 3.0 ... 6.0 В, -40...+125С;

низкое потребление:

2 мА типично  для 5В, 4МГц;

15 мкА типично  для 3В, 32КГц;

1 мкА типично для SLEEP режима при 3В.

 

PIC16C84 относится  к семейству КМОП микроконтроллеров. Отличается тем, что имеет внутреннее 1K x 14 бит EEPROM для программ, 8-битовые данные и 64байт EEPROM памяти данных. При этом отличаются низкой стоимостью и высокой производительностью. Все команды состоят из одного слова (14 бит шириной) и исполняются за один цикл (400 нс при 10 МГц), кроме команд перехода, которые выполняются за два цикла (800 нс). PIC16C84 имеет прерывание, срабатывающее от четырех источников, и восьмиуровневый аппаратный стек.

Периферия включает в себя 8-битный таймер/счетчик с 8-битным программируемым предварительным  делителем (фактически 16 - битный таймер) и 13 линий двунаправленного ввода/вывода. Высокая нагрузочная способность (25 мА макс. втекающий ток, 20 мА макс. вытекающий ток) линий ввода/вывода упрощают внешние драйверы и, тем самым, уменьшается общая стоимость системы. Разработки на базе контроллеров PIC16C84 поддерживается ассемблером, программным симулятором, внутрисхемным эмулятором (только фирмы Microchip) и программатором.

Серия PIC16C84 подходит для широкого спектра приложений от схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связных процессоров. Наличие ПЗУ позволяет подстраивать параметры в прикладных программах (коды передатчика, скорости двигателя, частоты приемника и т.д.).

Малые размеры  корпусов, как для обычного, так  и для поверхностного монтажа, делает эту серию микроконтроллеров пригодной для портативных приложений. Низкая цена, экономичность, быстродействие, простота использования и гибкость ввода/вывода делает PIC16C84 привлекательным даже в тех областях, где ранее не применялись микроконтроллеры. Например, таймеры, замена жесткой логики в больших системах, сопроцессоры.

Cледует добавить, что встроенный автомат программирования EEPROM кристалла PIC16C84 позволяет легко подстраивать программу и данные под конкретные требования даже после завершения ассемблирования и тестирования.

Эта возможность  может быть использована как для  тиражирования, так и для занесения калибровочных данных уже после окончательного тестирования.

 

Обзор характеристик:

- только 35 простых  команд;

- все команды  выполняются за один цикл(400ns), кроме команд перехода - 2 цикла;

- рабочая частота  0 Гц ... 10 МГц (min 400 нс цикл команды);

- 14 - битовые команды;

- 8 - битовые  данные;

- 1024 х 14 электрически  перепрограммируемой программной памяти на кристалле (EEPROM);

- 36 х 8 регистров  общего использования;

- 15 специальных  аппаратных регистров SFR;

- 64 x 8 электрически  перепрограммируемой EEPROM памяти для данных;

- восьмиуровневый  аппаратный стек;

- прямая, косвенная  и относительная адресация данных  и команд;

- четыре источника  прерывания:

. внешний вход INT

. переполнение  таймера RTCC

. прерывание  при изменении сигналов на  линиях порта B

. по завершению  записи данных в память EEPROM

 

        Периферия и Ввод/Вывод

 

- 13 линий ввода-вывода  с индивидуальной настройкой;

- втекающий/вытекающий ток для управления светодиодами:

. макс втекающий  ток - 25 мА

. макс вытекающий  ток - 20 мА

- 8 - битный таймер/счетчик  RTCC с 8-битным программируемым

предварительным делителем;

- автоматический  сброс при включении;

- таймер включения  при сбросе;

- таймер запуска  генератора;

- Watchdog таймер WDT с собственным встроенным генератором,

обеспечивающим  повышенную надежность;

- EEPROM бит секретности  для защиты кода;

- экономичный  режим SLEEP;

- выбираемые  пользователем биты для установки  режима возбуждения встроенного генератора:

- RC генератор    : RC

- обычный кварцевый  резонатор  : XT

- высокочастотный  кварцевый резонатор : HS

- экономичный  низкочастотный кристалл : LP

- встроенное  устройство программирования EEPROM памяти программ и

данных; используются только две ножки.

 

  КМОП технология

 

  - экономичная  высокоскоростная КМОП EPROM технология;

- статический  принцип в архитектуре;

- широкий диапазон  напряжений питания и температур:

. коммерческий:  2.0 ... 6.0 В,  0...+70С

. промышленный:  2.0 ... 6.0 В, -40...+70С

. автомобильный:  2.0 ... 6.0 В, -40...+125С

- низкое потребление

. 3 мА типично  для 5В, 4МГц

. 50 мкА типично  для 2В, 32КГц

. 26 мкА типично  для SLEEP режима при 2В.

 

   

       

 

 

 

 

 

         3. Обоснование выбора микроконтроллера

        На основании проведенного анализа  технических характеристик микроконтроллеров, наиболее предпочтительным вариантом построения АСУТП в условиях данного производства является система на базе микроконтроллеров серии DEP.

         DEP-контроллеры обеспечивают неприрывную работу. Номенклатуру DEP-оборудования позволяет создавать как простейшие системы, включающие в себя консольный компьютер с группой DEP-контроллеров, объединенных локальной технологической сетью, так и сложные иерархические комплексы, объединяемые разнообразными каналами связи - локальной технологической сетью, радиоканалом и телефонной связью.

      К достоинствам DEP– котроллеров,также можно отнести следующее:        

- надежная  и относительно простая одноплатная  конструкция, помещаемая в пылебрызгозащищенный корпус;

-    высокое  быстродействие;

-    высокая  точность измерений и скорость  передачи информации;

-   открытость  системы с подробнейшим документированием;

-    гальваническая  изоляция всех внешних цепей;

-  возможность использования в качестве консоли ЭВМ типа IBM PC, что дает неоспоримое преимущество при подборе программного обеспечения.

       Легкость  настройки и масштабирование  систем управления на базе DEP-оборудования позволяет без существенных затрат перестраивать АСУТП под потребности растущего производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   4. Основная часть .

   4.1 Подсистема  ввода

   4.1.1 Разработка датчика крутящего момента

   4.1.1.1 Анализ существующих методов измерения крутящего момента

        Для экспериментального определения  крутящего момента применяются  методы и средства, в которых  использованы различные принципы измерений. Эти методы можно подразделить на следующие группы: рентгеновские, поляризационно-оптические, муаровых полос, хрупких покрытий, гальванических покрытий и методы, основанные на преобразовании деформаций поверхности объекта исследования с помощью тензометров и тензометрических преобразователей.

       Рентгеновские методы основаны  на явлении интерференции рентгеновских  лучей, проходящих через кристаллическую  решетку материала объекта исследования. В связи с этим рентгеновские методы применимы только для материалов с кристаллической структурой.

      Рентгеновским методом можно  измерять величины характерных линейных размеров  кристаллической  решетки  в  различных  направлениях  под углом  к поверхности  объекта  исследования.   При   рентгеновском   методе  может быть      определена   только   упругая   составляющая   деформации;   это   обстоятельство отличает рентгеновский метод от всех других методов измерения деформаций, представляющие собой сумму упругой и пластической составляющих.                               Погрешность измерения деформаций рентгеновским методом, в зависимости от материалов объекта исследования и применяемых средств - 35 -150 еод.

         Поляризационно-оптические методы  базируются на использовании упругопластического эффекта для измерения механических напряжений в моделях объектов исследования, выполненных из прозрачного материала, геометрически подобных объекту исследования. Упругопластический эффект заключается в появлении у различных прозрачных материалов двойного лучепреломления под действием механических напряжений. Величина двойного лучепреломления пропорциональна деформациям (или напряжениям), создаваемым нагрузкой в модели объекта исследования. Величины деформаций измеряются по порядку интерференционных полос при просвечивании модели поляризованным светом.

        Основные преимущества этого  метода:

      -    напряженное состояние  наблюдают визуально по всей  плоскости модели;

      -   достаточно просто наблюдают  направления напряжений в моделях  со сложным                      контуром;

      -    довольно высокая точность  определения напряжений в моделях;

      -    невысокая трудоемкость  оптимизации конструктивных форм  модели.

        К основным недостаткам этого  метода можно отнести следующее:

      -   измерения проводят по  моделям, а не на натурных объектах (за исключением применения на объекте исследования наклеек из оптически активных материалов);

       -  сложная техника эксперимента  при объемных моделях и невысокая точность определения отдельных компонентов напряжений в этом случае;

метод недостаточно разработан для исследования упругопластических деформаций.

         Погрешность измерения коэффициентов  напряжений на контуре плоских моделей не более 2%, а разности главных напряжений - не более 5%.

         Метод муаровых полос основан на эффекте возникновения картины муаровых полос при деформации одной из двух освещенных растровых сеток (шаг сетки может быть одинаковым или разным). Изменение шага, направления и положения возникающих муаровых полос велики по сравнению с относительными деформациями, взаимными линейными или угловыми перемещениями сеток, вызывающими эти изменения. Поэтому метод муаровых полос очень чувствителен к деформациям, линейным или угловым перемещениям. Нанесение муаровых полос можно производить как на натурные объекты исследований, так и на модели, например, с помощью фотопленок со съемным эмульсионным слоем или непосредственно травлением фотохимическим способом.