курсовая работа / курсовик по ЭВМ

ВВЕДЕНИЕ.

Проблема сохранения водоисточников и водообеспечения стала одной из насущных экологических задач. Система хозяйствования в нашей стране не способствовала развитию работ в области очистки промышленных стоков, поэтому водоёмы страны постепенно насыщались всеми видами загрязнений. Более того ,мелкомасштабные объекты вообще не имели очистных сооружений. В результате отходы отравляют не только поверхностные, но и подземные воды, и поэтому проблема обеспечения населения водой, пригодной для потребления, встала во всех регионах страны. Ранее создавались комплексы очистных сооружений, в которых всё управление осуществлялось в ручную. Это приводило к несбалансированным материальным затратам, затратам труда и времени. Одним из путей решения проблемы является модернизация устаревшего комплекса сооружений очистки сточных вод с учетом соответствия международным требованиям, предъявляемых к современному технологическому оборудованию. Система управления предназначается для реализации функций оперативного контроля, учета и управления объектами очистных сооружений. Она обеспечивает автоматизированный и автоматический режимы работы оборудования, участвующего в технологической схеме очистки промышленных стоков предприятия, улучшает информационное обеспечение руководящего и оперативного персонала. Экономическая целесообразность подобной разработки определяется тем, что АСУ выполняет следующие комплексы задач:

• сбор и первичная обработка текущих значений контролируемых показателей;

• ввод информации от датчиков;

• обработка сигналов;

• сведение свей поступившей и обработанной информации в единый интегрированный массив;

• формирование сменного, суточного и месячного рапортов и выдачу их на дисплей монитора.

Внедрение АСУ привело к улучшению следующих технико-экономических показателей работы очистных сооружений:

• уменьшение расхода воды при условии регламентированных требований по качеству очистки промышленных стоков;

• повышению надежности работы комплекса очистных сооружений за счет централизации контроля и улучшения оперативности управления.

1. Описание системы для выдачи данных об очистки сточных вод.

Назначение, функциональные возможности состав и структурная схема системы.

Автоматизированная система, предназначенная для реализации функций оперативного контроля, учета и управления объектами очистных сооружений. Данная система обеспечивает формирование, запоминание и выдачу на монитор следующей информации: изменение состава стоков; ежеминутный контроль расхода воды с последующей обработкой и выдачей результата оператору на компьютер; архивирование и выдачу данных об очистки сточных вод за любые последние 30 дней.

Предлагаемая система содержит: первичные измерительные преобразователи (оптические датчики и датчики расхода воды), коммутатор и аналого-цифровой преобразователь, связанный с ЭВМ по средству одно-ранговой локальной вычислительной сети Ethernet, цифро-аналоговый преобразователь.

В ариант 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.

Система работает в пределах расхода воды от 6 до 10 м³/ч., с периодом опроса датчиков через период времени, составляющей не менее 1 минуты, то в качестве элементов используются следующие элементы:

- для датчиков расхода воды используются расходомеры SONOFLO, для которых характерны следующие параметры : диапазон диаметров : 50- 4000 мм, расход жидкости : 2-50000 м³/ч, погрешность измерения уровня: 0,15%, I _вых= 4- 20 мА .

для коммутатора аналоговых сигналов используется аналоговый мультиплексор К190КТ2 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).