курсовая работа / курсовая диман ЭВМ / Введение

Введение

Расход технической воды в цехе химического завода имеет большое значение. Практически не один технологический процесс химического производства не обходится без использования воды как растворителя исходных реагентов, для разбавления кислоты или щелочи, а также для смывания с готовой продукции технологических компонентов.

В задачу контроля за расходом технической воды входит: контроль уровня воды в резервуаре; расход воды на весь цех; давление на трубопроводе из резервуара.

Использование ЭВМ для сбора и отражения информации позволяет осуществлять качественный контроль за количеством потребляемой воды в цехе и следовательно, своевременное принятие мер по устранению неисправностей технологического оборудования, поддержания уровня технической воды в резервуаре в заданных пределах, а также вести подсчет потребленной технической воды за данный период времени.

Внедрение данной системы значительно повысило надежность снабжения цеха технической водой улучшило условия труда оператора позволило проводить анализ технологического процесса за прошедший период и передачу данных на более высокий уровень контроля в удобном виде.

1. Описание системы сбора данных расхода технической воды в цехе химического завода.

Назначение, функциональные возможности состав и структурная схема системы.

Автоматизированная система, предназначенная для реализации функций оперативного контроля, учета расхода технической воды. Данная система обеспечивает формирование, запоминание и выдачу на монитор следующей информации: текущее значение расхода технической воды в цехе; уровень технической воды в резервуаре; значение давления в трубопроводе технической воды из резервуара.

Предлагаемая система содержит: первичные измерительные преобразователи (датчики расхода воды, уровня воды в резервуаре и давления воды в трубопроводе технической воды из резервуара), вторичный преобразователь расходомера, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь интерфейсов, платы интерфейса и ЭВМ

В ариант исполнения системы, представлен в виде структурной схемы на (рис.1).

Рис.1

Структурная схема системы сбора данных расхода технической воды представлена на рис.2

D=100мм

F=100м³/ч

0-40мПа

Резер-вуар воды

приток

Расход

Интерфейсная плата RS-485 PSL-745 ISA

0.5-10м

Жесткий диск 1,5Гбайтт

Датчик уровня воды в резервуаре LMP-308

Датчик расхода воды SIMA-FS2

Процнссорная плата PCA-6154+DiskOnChip

Датчик давления в трубопроводе DMP-331

U

Вторичный блок расходомера SIMA- FS2

Дисплей диспетчера 17 ''

Промышленная 16 клавишная клавиатура

4-20 mA

АЦП модуль ADAM-4017

Преобразователь интерфейсов

ADAM-4520

Источник питания 220В, 50Гц

4-20 mA

Рис.2

В данной системе от датчиков уровня воды, давления и расхода поступает унифицированный токовый сигнал 4-20mA на коммутатор в виде модуля аналоговых сигналов ADAM-4017.

Расходомер состоит из первичного преобразователя с выходным сигналом в виде напряжения и вторичного блока имеющего на выходе 4-20mA. От коммутатора сигналы поступают в преобразователь интерфейсов ADAM-4520 с которого сигнал поступает на ЭВМ через плату интерфейса RS-485. Данные непрерывно обрабатываются процессором и выводятся на экран. При введении с клавиатуры команд возможно получение данных за любой момент времени, а также суммарный расход потребленной воды за указанный период времени, текущие данные отражаются непрерывно.

При наличии свободных входов в коммутаторе к системе во время ее работы можно подключить дополнительные датчики с унифицированным токовым сигналом 4-20mA.

Описание работы системы

Система, предназначенная для выдачи данных по уровню воды в резервуаре, расходу и давлению за текущий и любой момент прошедшего времени и работает следующим образом. При включении питания ЭВМ автоматически производит самотестирование для определения работоспособности. При обнаружении внутренней неисправности ЭВМ прекращает работу. По завершению теста определяется наличие подключенных датчиков, а 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 датчиков. Затем информация поступает из ОЗУ в ППЗУ, выполненное на винчестере 1,5Гбайт. Также в ППЗУ записывается дата и текущее время суток. Одновременно вся информация выводится на монитор. 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 может вывести на монитор информацию за последние 400 дней. Проанализировав значение параметров, оператор может вовремя принять меры по стабилизации уровня в емкости, а также при низком давлении в трубопроводе обратить внимание на состояние оборудования.

2. Подбор элементов и расчет надежности.

В качестве датчика уровня выбираем LMP-308 имеющий на выходе унифицированный токовый сигнал 4-20 mA. Диапазон измерения датчика 0,5-10 метров. Погрешность прибора 1% от диапазона измерений. Принцип действия основан на изменении сопротивления платиновой проволоки при ее натяжении на мембране от гидростатического давления столба жидкости. Компенсация температурной погрешности осуществляется с помощью идентичной платиновой проволоки включенной в схему измерения сопротивления. Обладает высокой надежностью и доступен по цене.

Для измерения давления выбираем датчик типа DMP-331 имеющий на выходе унифицированный токовый сигнал 4-20 mA. Диапазон измерения прибора 0-40 МПа. Принцип работы основан на изменении сопротивления тензодатчика расположенного на мембране измерения давления и изготовленного из полупроводника. Погрешность прибора 0,5% от диапазона измерений.

Расход воды измеряем индукционным расходомером SIMA-FC2 состоящим из первичного преобразователя располагающего непосредственно на трубопроводе имеющего на выходе сигнал по напряжению поступающий на вторичный блок расходомера, преобразующий напряжение в унифицированный токовый сигнал 4-20 mA. Расходомер предназначен для измерения расхода жидкостей имеющих высокую электропроводность методом измерения магнитной индукции наводимой движущимся потоком в магнитном поле создаваемым датчиком расходомера. Вода, как мы знаем, имеет высокую электропроводность, что позволяет нам получить высокую точность измерения с помощью данного расходомера, к тому же техническая вода имеет мелкодисперсные абразивные включения изнашивающие вращающиеся части механических расходомеров, а водная среда является окислительной, что доказывает верность нашего выбора. Погрешность прибора 1% от диапазона измерений. Диапазон измерения прибора 10-300 м³/ч.

В качестве коммутатора аналоговых сигналов выбираем модуль аналогового ввода ADAM-4017, фирмы Advantech. Со следующими характеристиками: число входов 8 диапазон изменения напряжения на входе 0,1 – 1В, коэффициент усиления напряжения на выходе 10, напряжение для управления адресными входами 2,5-5В, потребляемая мощность 700мВт, надежность 0,997.

В качестве АЦП используется Преобразователь интерфейсов ADAM-4520 фирмы Advantech со вследующими параметрами число разрядов 8, диапазон входного напряжения 1-10В, потребляемая мощность 5 мВт, надежность 0,999. Работа приборов одного и того же изготовителя представляется более надежной и качественной, чем разных фирм.

Интерфейсная плата RS-485 предназначена для согласования сигнала, поступающего от АЦП в микропроцессор, то есть скорость приема данных равна скорости работы АЦП, а скорость вывода данных равно скорости работы процессора. Для промежуточного хранения информации имеются ячейки памяти. Характеристики платы: входное напряжение 9В выходное 3.3, число входов выходов – 8, наработка на отказ 350 тыс. часов.

Выбираем процессорную плату типа PCA-6154, частота 133МГц, 64Мбайт, срок службы 40 лет, рабочая температура процессора 30-70°С, жесткий диск 1,5Гбайт.

Монитор для ввода корректирующих параметров системы. В качестве монитора используется SAMATRON 56E, со следующими параметрами: размер диагонали экрана 17“, устойчивость к силовым нагрузкам до 70g, диапазон рабочих температур -20 +50°С, , срок службы не менее 5·10 часов.

Для ввода данных оператором используем промышленную 16 клавишную клавиатуру.

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.

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

№поз.	Наименование	Тип	Параметр надежности,
1	Датчик давления	DMP-331	3,5·105
2	Датчик уровня	LMP-308	3,5·105
3	Датчик расхода воды	SIMA-FS2	3,5·105
4	Коммутатор	ADAM-4017	6·106
5	АЦП	ADAM-4520	6·106
6	Интерфейсная плата	RS-485 PSL-745 ISA	8·106
7	Процессорная плата	PCA-6154+DiskOnChip	8·106
8	Жесткий диск	HDD1,5Гбайта	2·105
9	Дисплей диспетчера 17 ''	SAMATRON 56E	2·105
10	Источник питания 220В, 50Гц	APC Back-UPC 400	3·105

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)=0.93<0.96, система будет работать надежно в промежутке времени 7000 часов с надежностью показанной на графике.

Построим график зависимости P(t).