курсовая работа / Курсовая работа(Рызлейцев)1

ВВЕДЕНИЕ.

Обеспечение контроля распределения тепловых потоков в окружающей среде имеет большое значение для многих отраслей хозяйства нашей страны и требует использование современных методов и средств автоматизации. Система состоит из двух взаимосвя­занных подсистем оперативного кон­троля и управления качеством тепловых ресурсов. Их взаимосвязь обусловлена тем, что управление основывается на той информации, которую получают в процессе контроля. Накопленный опыт решения задач повышения опе­ративности контроля показывает, что традиционные методы, основанные на эпизодическом отборе проб тепла из объектов, связаны с большими затратами труда и времени на анализ, неэкономичны и малоинформативны. Одним из путей решения этой пробле­мы является комплексная автоматиза­ция процедур анализа, сбора и обра­ботки информации. Однако, зная распределение тепловых потоков в помещении, можно подобрать наилучшее месторасположение обогревателя, при котором распределение тепла по всему помещению будет одинаковым. Экономическая целесообразность подобных разработок определяется тем, что, несмотря на относительную дороговизну, внедрение предлагаемой системы окупается в очень короткие сроки в силу следующих причин: достигается точность на порядок выше, чем у большинства контрольно-измерительных приборов; отсутствует человеческий фактор возможных погрешностей при расчетах; обеспечивается возможность контроля распределения тепловых потоков в реальном масштабе времени; небольшие габаритные размеры подобных систем; возможность подключения системы к персональному компьютеру через сеть и дистанционный контроль всех параметров.

1. Описание системы для выдачи диаграммы распределения тепловых потоков в определенной среде.

Назначение, функциональные возможности состав и структурная схема системы.

Автоматизированная система, предназначенная для выдачи диаграммы распределения тепловых потоков в домах, производственных складах и других помещениях. Данная система обеспечивает формирование, запоминание и выдачу на печатающее устройство, монитор или через модем по выделенной или телефонной линии следующей информации: среднесуточные значения температуры в определенных точках помещения; ежеминутный контроль перепада температур в помещении с последующей обработкой и выдачей результата в виде диаграммы; архивирование и выдачу данных о температуре во всех контролируемых точках за любые последние 400 дней.

Предлагаемая система содержит: первичные измерительные преобразователи (датчики температуры), коммутатор и аналого-цифровой преобразователь для уменьшения числа соединений с вычислителем и подачу сигналов в цифровом коде; а также непосредственно вычислитель, осуществляющий непрерывный сбор информации с датчиков с периодом не менее одной минуты, накопление, обработку, выдачу данных на внутренний монитор в виде диаграммы, а также передачу этих данных на персональный компьютер со специализированным программным обеспечением, который может собирать информацию с группы подобных систем. Использование такого мо­бильного комплекса позволяет много­кратно расширить площадь контроли­руемой территории и оперативно ана­лизировать характеристики тепла в труднодоступных точках в зависимос­ти от создавшейся обстановки. Соче­тание общего контроля по­верхности с контролем точечных ис­точников загрязнения дает возмож­ность быстро выявить источник залпо­вых выбросов и «виновника» возник­шей аварийной ситуации.

Границы относительной погрешности вычислителя при преобразовании выходных сигналов измерительных преобразователей должны составлять не более ±5% в диапазоне измерения температуры от -10 до +50 °С, при использовании 4 датчиков температуры.

Вариант исполнения системы, представлен в виде следующей структурной схемы.

Система разработана на основе микроконтроллера типа CPJ 188-5MX в формате Micro PC фир­мы Fasmel. Модуль CPU188-5MX поз­воляет наиболее полно реализовать за­дачи, поставленные на этапе разработ­ки комплекса, при его относительно невысокой стоимости Его функциональные возможности допускают под­ключение внешних устройств и орга­низацию связи с компьютером верхне­го уровня АСУ ТП через интерфейсы RS-485 или RS-232; через универсаль­ный порт ввода-вывода реализуются функции управления индикацией, контроля цепей термопреобразовате­лей сопротивления, управления сиг­нальными и исполнительными устрой­ствами Данная плата широко исполь­зуется в разработках, и имеется положитель­ный опыт ее эксплуатации в условиях резко континентального климата в со ставе ряда измерительно-вычислитель­ных комплексов для контроля техноло­гических параметров на предприятиях.

ПЭВМ-ЦП, входящая в оборудова­ние центрального поста комплекса, построена на базе аппаратных средств фирмы Advantech с использо­ванием шасси промышленного ком­пьютера IPC-610, процессорной платы Pentium половинного размера РСА-6151 (166 МГц, 64 Мбайт ОЗУ, интер­фейс VGA), платы ввода-вывода PCL-724 и пассивной объединительной пла­ты РСА-6114. Питание компьютера обеспечивается блоком бесперебойно­го питания АРС Back-UPC 400. Ввод в ПЭВМ-ЦП информации от датчиков реализован через интеллектуальную интерфейсную плату PCL-844+ фирмы Advantech, согласующую потоки дан­ных из разных источников.

- коммутатор и входной усилитель аналоговых сигналов, поступающих с датчиков, необходимый для коммутации сигналов в одну общую шину.

- аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий входное напряжение в цифровой код.

- преобразователь, предназначенный для согласования сигнала поступающего от АЦП в микропроцессор вычислительного устройства.

- микроконтроллер, содержащий микропроцессор, оперативно-запоминающее устройство, контроллеры необходимых для сопряжения микроконтроллера с монитором, модемом и принтером.

Описание работы системы.

Система, предназначенная для выдачи диаграммы распределения тепловых потоков в определенной среде, работает следующим образом. При включении питания прибор автоматически производит самотестирование для определения работоспособности. При обнаружении внутренней неисправности прибор прекращает работу. По завершению теста определяется наличие подключенных датчиков, установленных в исследуемом помещении, состояние датчиков записывается в ОЗУ. Также оператору предлагается ввести текущее время и дату. Установка текущего времени необходима только один раз, при первом включении прибора. В дальнейшем счет времени будет происходить в микроконтроллере автоматически по заранее заданной программе. Далее определяется первый по списку датчик и происходит поступление информации через аналоговый коммутатор и АЦП в микропроцессор вычислительного устройства, где происходит обработка информации, которая затем поступает в ОЗУ. Далее происходит опрос второго и последующих датчиков. После поступления в вычислительное устройство информации со всех датчиков, происходит вычисление средней температуры, а также изменению температуры, измеренной каждым датчиком по сравнению с прошлым циклом. Затем информация поступает из ОЗУ в ППЗУ, выполненное на микросхеме FLASH памяти с целью увеличения надежности. Также в ППЗУ записывается дата и текущее время суток. Одновременно вся информация в виде диаграммы распределения тепловых потоков выводится на монитор и поступает через COM порт и модем по телефонной линии в главный ПК, где может храниться и обрабатываться информация, поступившая от нескольких подобных систем. В это же время происходит опрос сенсорной клавиатуры, которая представляет единый комплекс с монитором. Если было произведено касание клавиши, то происходит обработка, изменение параметров и возвращение в основной текст программы. Если клавиша была не нажата, то начинается новый цикл опроса датчиков. Помимо этого пользователь как непосредственно на месте, так и с помощью главного ПК вывести на монитор информацию о температуре за последние 400 дней. Проанализировав распределение тепла в исследуемом помещении, в дальнейшем можно будет правильно произвести установку обогревательных (или охладительных) систем. Данная система имеет небольшие габаритные размеры, простоту в настройке и эксплуатации.

2. Подбор элементов и расчет надежности.

Поскольку моя система работает в пределах измерения температуры от -10 до +50 °С, с погрешностью измерения температуры не более ±5% и с периодом опроса датчиков через период времени, составляющей не менее 1 минуты, то в качестве элементов используются следующие элементы:

-для датчиков температуры используются терморезисторы ММТ-8, для которых характерны следующие параметры: пределы номинального сопротивления 1…1000 Ом, допустимое отклонение сопротивления от номинального 5%, диапазон температур -40 +70°С, постоянная времени не более 35 секунд.

- для коммутатора аналоговых сигналов используется аналоговый мультиплексор К1КТ901 со следующими характеристиками: число входов 4, диапазон изменения напряжения на входе 0,1…1 В, коэффициент усиления напряжения на выходе 10, напряжение для управления адресными входами 3,3…5 В, потребляемая мощность 300 мВт, надежность 0.997.

- в качестве АЦП используется аналого-цифровой преобразователь с двойным интегрированием фирмы Datel ADC-EK8B со следующими параметрами: число разрядов - 8, диапазон входного напряжения 1…10 В, потребляемая мощность 2000 мкВт, надежность 0,999.

- преобразователь сигнала необходим для согласования сигнала, поступающего от АЦП в микропроцессор. Используется преобразователь уровня PR964TY93 фирмы Fastwel, с такими характеристиками: входное напряжение 9 В, выходное напряжение 3.3 В, число входов-входов – 8, мощность потребляемая преобразователем <150 мВт, наработка на отказ свыше 7,2 млн часов.

- вычислитель, состоящий из микроконтроллера и периферийных устройств.

-микросхема Flash памяти MD2203-D288 (емкость 1024 Мб, количество циклов перезаписи до 10⁹ раз, срок службы 200 лет, потребляемая мощность 1000 мкВт, диапазон рабочих температур -40…+85 °С), также в состав микроконтроллера входят адаптеры для сопряжения его с внешними периферийными устройствами.

- жидкокристаллический монитор, служащий для отображения диаграммы распределения тепловых потоков в контролируемом помещении и другой необходимой информации, а также для ввода корректирующих параметров системы. В качестве ЖКИ используется LCD монитор типа HITAC CA 35, со следующими параметрами: размер диагонали экрана 13,3“, устойчивость к силовым нагрузкам до 70g, диапазон рабочих температур -20 +50°С, , срок службы не менее 5·10 часов.

- источник питания, для обеспечения питания всех устройств системы APC Back-UPC 400, с выходной мощностью 250 Вт, входным напряжением питания 220 В, 50 Гц, время работы при отключенном питании около 20 часов.

- также имеется внешний модем и внешний принтер, для выдачи данных на печать и передачи их по телефонной или выделенной линии чрез модем на другой ПК.

Все данные об элементах, содержащихся в системе, сведем в таблицу.

№поз.	Наименование	Тип	Параметр надежности,
1	Датчик температуры	ММТ-8	106
2	Коммутатор	К1КТ901	1,8·106
3	АЦП	ADC-EK8B	2·106
4	Преобразователь уровня	PR964TY93	7,2·106
5	Микроконтроллер	PCA-6151	2.5·107
6	ППЗУ	Flash 1024 MB	1,75·106
7	ЖКИ	HITAC CA 35	5·106
8	ИБП	APC Back-UPC 400	2·106

Рассчитаем интенсивность отказа каждого элемента.

, где Т – время наработки на отказ.

Рассчитаем суммарную интенсивность отказа.

Вычислим вероятность безотказной работы в течение 7000 часов.

считается, что если P(t)>0.96, то изделие работает надежно. В нашем случае P(t)=0.9757>0.96, значит, система будет работать надежно.

Построим график зависимости P(t).