Автоматизация процесса переработки ядерных отходов

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Декабря 2012 в 23:16, курсовая работа

Краткое описание

Основной технической базой автоматизации управления технологическими процессами являются специализированные микропроцессорные устройства. При изучении специализированных микропроцессорных устройств рассматриваются приемы проектирования как аппаратных, так и программных средств.

Содержание

Введение 4
1 Постановка задачи 5
1.1 Описание технологического процесса 5
1.2 Описание имеющихся средств автоматизации 13
1.3 Требования к программно–техническому комплексу 17
2 Выбор конфигурации и средств локальной вычислительной сети 19
2.1 Структура вычислительного комплекса 19
2.2 Конфигурация локальной вычислительной сети 20
3 Создание локального уровня автоматизации 22
3.1 Сравнительный анализ существующих контроллеров. Выбор ПЛК 22
3.2 Алгоритм управления 24
3.3 Листинг программы 26
4 Создание мнемосхемы для АРМ оператора 34
Заключение 36
Список использованной литературы 37
Приложение А (обязательное) 38
Приложение Б (справочное) 40

Скачать полностью (723.04 Кб) Сколько стоит заказать работу?

Прикрепленные файлы: 1 файл

Переработка ядерных отходов.doc

— 1.01 Мб (Скачать документ)

^{Для обеспечения
протекания технологического
процесса с заданными
параметрами в
ПТК использованы:}

^ч^е^т^ы^р^е^{датчика
температуры ТСМУ Мертран
– 274(50М), размещаемые
в каждой колонне аппарата–растворителя;}
^д^а^т^ч^и^к^и^з^б^ы^т^о^ч^н^о^г^о^д^а^в^л^е^н^и^я^М^е^р^т^р^а^н^–¹⁰⁰^;
^в^и^х^р^е^в^о^й^р^а^с^х^о^д^о^м^е^р^{Kobold
DVH–R;}
^р^а^с^х^о^д^о^м^е^р^д^л^я^с^ы^п^у^ч^и^х^м^а^т^е^р^и^а^л^о^в^Flo–way.

^{Все вышеуказанные
датчики поддерживают
протокол}^{HART
для передачи сигнала
в унифицированном виде
посредством токовой
петли 4–20мА. Таким образом,
микропроцессор ПТК
должен снимать показания
с семи датчиков, т.е.
работать с семью входными
сигналами.}

^{С целью управления
производственным процессом
микропроцессорный
узел ПТК поддерживает
выво}^{д шести
управляющих сигналов (четыре
на управление барботирующими
кольцами и два для управления
задвижками), а также
два выхода (TX и RX) для
взаимодействия с внешней
сетью по протоколу
RS–485. В свою очередь,
сигналы линии RS–485
передаются на АРМ оператора
через специальный преобразователь
сигналов типа RS–485/Ethernet
и сетевые коммутаторы.}

^{2 Выбор
конфигурации и
средств локальной
вычислительной сети}

^{2.1 Структура
вычислительного
комплекса}

^{Структурная схема} ^{элементов вычислительной
сети представлена на
рисунке 2.1.}

Рисунок 2.1

^{Схема состоит
из следующих блоков:}

^М^П⁽^м^и^к^р^о^п^р^о^ц^е^с^с^о^р)^–^ц^е^н^т^р^а^л^ь^н^ы^й^б^л^о^к^м^и^к^р^о^п^р^о^ц^е^с^с^о^р^н^о^й^с^и^с^т^е^м^ы^.^У^п^р^а^в^л^я^е^т^в^с^е^м^и^о^с^т^а^л^ь^н^ы^м^и^м^и^к^р^о^с^х^е^м^а^м^и^и^п^р^о^и^з^в^о^д^и^т^о^б^р^а^б^о^т^к^у^д^а^н^н^ы^х;
^П^З^{У (}^п^о^с^т^о^я^н^н^о^е^з^а^п^о^м^и^н^а^ю^{щее устройство)
– предназначено для
хранения кода программы
и необходимых констант;}
^О^З^{У (}^о^п^е^р^а^т^и^в^н^о^е^з^а^п^о^м^и^н^а^ю^щ^е^е^у^с^т^р^о^й^с^т^в^о)^–^п^р^е^д^н^а^з^н^а^ч^е^н^о^д^л^я^в^р^е^м^е^н^н^о^г^о^х^р^а^н^е^н^и^я^о^б^р^а^б^а^т^ы^в^а^е^м^ы^х^д^а^н^н^ы^х;
^MUX^{(мультиплексор)
– устройство, необходимое
для выбора опрашиваемого
датчика и подачи его
сигнала на аналого–цифровой
преобразователь;}
^А^Ц^{П (}^а^н^а^л^о^г^о^{–цифровой
преобразователь) –
преобразует входной
аналоговый сигнал с
датчика в цифровую
форму;}
^П^П^{И (}^п^р^о^г^р^а^м^м^и^р^у^е^м^ы^й^п^а^р^а^л^л^е^л^ь^н^ы^й^и^н^т^е^р^ф^е^й^с⁾^–^п^р^е^д^н^а^з^н^а^ч^е^н^д^л^я^п^о^д^к^л^ю^ч^е^н^и^я^в^н^е^ш^н^и^х^п^о^о^т^н^о^ш^е^н^и^ю^к^м^и^к^р^о^п^р^о^ц^е^с^с^о^р^у^у^с^т^р^о^й^с^т^в^;
^П^П⁽^п^р^и^е^м^о^п^е^р^е^д^а^т^ч^и^к)^–^с^л^у^ж^и^т^о^с^н^о^в^н^ы^м^у^з^л^о^м^с^в^я^з^и^м^е^ж^д^у^м^и^к^р^о^п^р^о^ц^е^с^с^о^р^н^о^й^с^и^с^т^е^м^о^й^и^п^е^р^и^ф^е^р^и^й^н^ы^м^и^у^с^т^р^о^й^с^т^в^а^м^и.

^{Микропроцессор} ^{считывает команды
из памяти ПЗУ, обращаясь
к ним по адресу, передаваемому
по адресной шине. Операнды,
с которыми работают
команды, хранятся в
блоке ОЗУ. Для связи
микропроцессора с внешними
устройствами используется
программируемый параллельный
интерфейс. Конструктивно
микропроцессор, ОЗУ,
ПЗУ и ППИ могут быть
расположены на одной
микросхеме.}

^{АЦП преобразует
входн}^{ой аналоговый
сигнал, поступающий
с датчика, в цифровой
и через программируемый
интерфейс передает
его в микропроцессор
для дальнейшей обработки.
В заданный момент времени
может осуществляться
обслуживание только
одного устройства съема
показаний. Выбор нужного
датчика из имеющихся
осуществляет мультиплексор,
осуществляющий подключение
одного из датчиков
к АЦП в соответствии
с алгоритмом.}

^{Для связ}^{и
с внешними устройствами
используется приемопередатчик,
состоящий из средства
управления исполнительными
механизмами системы
и схемы соединения
с АРМ оператора для
передачи данных о состоянии
системы.}

2.2 Конфигурация локальной вычислительной сети

Схема, иллюстрирующая конфигурацию локальной сети микропроцессорной системы, изображена на рисунке 2.2

Рисунок 2.2

^{Сеть предприятия
организована в соответствии
с архитектурой «клиент}^{–сервер»
– это концепция информационной
сети, в которой все
ресурсы и информация
о состоянии микропроцессорной
системы (МПС) сосредоточены
в главном компьютере (сервере),
обслуживающим своих
клиентов. Также одной
из основных функций
сервера является своевременное
получение данных от
МПС с использованием
протокола физического
уровня Ethernet.[6]}

^{МПС посылает
сигналы о состоянии
технологического
процесса средствами
КМОП}^{–логики,
используемой микросхемами
системы. Для адекватной
интерпретации и записи
этих сигналов сервером
информация, поступающая
от МПС, преобразовывается
в набор кадров, соответствующих
стандарту последовательной
передачи RS–485. В качестве
преобразователя КМОП/RS–485
используется микросхема
MAX202E, управляемая непосредственно
микропроцессором.}

^{Для передачи сигнала} ^{RS–485 возможно использование
витой пары, коаксиального
или оптоволоконного
кабеля. Наиболее простым
и дешевым вариантом
является использование
витой пары и COM–интерфейса.}

^Сигнал ^{RS–485 обладает некоторыми
неудобствами, в частности,
требует наличия устаревшего
COM–порта на сервере,
пропускная способность
и возможности маршрутизации
которого весьма ограничены.
Поэтому для эффективной
работы с сигналом МПС
целесообразно его преобразование
в высокоскоростной
и удобный в обработке
сигнал шины Ethernet. Для
преобразования RS–485
в интерфейс Ethernet подходит
преобразователь интерфейса
MI 486.}

^{Преобразованный
сигнал через коммутатор
поступает на сервер,
где происходите
его регистрация
и обработка. Данные
о состоянии технологического
процесса могут быть
отправлены клиенту
по его запрос}^{у.
На основании полученных
данных клиент имеет
полное представление
о протекании технологического
процесса, отображенного
на его мнемосхеме.}

^{3 Создание
локального уровня
автоматизации}

^{3.1 Сравнительный
анализ сущес}^{твующих контроллеров.
Выбор ПЛК}

^{Для правильного
выбора}^{программируемого
логического контроллера
следует провести сравнительный
анализ существующих
моделей. Некоторые
распространенные типы
микроконтроллеров
представлены в таблице
3.1}

^{Таблица 3.1 –
Характеристики микроконтроллеров}

^{Наименование}	^{Atmel AVR} ^A^tmega	¹⁶^{–разрядный PIC}	^MCS^–51	¹⁶^{–разрядная Motorola}
^{Производительность}	^От ^{1 MIPS}	¹⁶^{–40 MIPS}	¹^{–20 MIPS}	^{различная}
^{Система команд}	^RISC	^RISC	^RISC	^RISC
^{Архитектура}	^{Гарвардская}	^{Гарвардская}	^{Гарвардская}	^{Гарвардская}
^{Перепрограм}^–ый	^да	^да	^да	^да
^{Поддержка последовательных интерфейсов}	^{SPI, I2C, UART}	^{SPI, I2C, UART, CAN, USB OTG}	^{SPI, I2C, UART}	^{SCI, SPI}^{, I2C}
^{Таймеры}	^{один или два 8}^{–разрядных,} ^{один 16}^{–разрядный.}	^{от пяти до девяти}^{16–разрядных}	^два ^{или три 8–разрядных}	^{три 16}^{–разрядных}
^Кол^{–во портов ввода/вывода}	²^–4	^{различное}	²^–4	^{различное}
^Flash^{–память программ}	¹⁶^–84кБ	¹⁶^–256кБ	⁸^кБ	⁶⁴^–128кБ
^{ОЗУ данных}	^128Б^–8кБ	^более ^16кБ	^{более 128}^Б	⁴^–8кБ
^Цена	^{низкая (от 1}^{$ и выше)}	^{средняя (свыше 10}^$)	^{низкая (от 1}^{$ и выше)}	^{средняя (свыше 10}^$)

^{Основные требования
к}^{микроконтроллеру
для технологического
процесса переработки
ядерного топлива:}

^о^с^н^а^щ^е^н^н^о^с^т^ь^м^и^к^р^о^к^о^н^т^р^о^л^л^е^р^а^в^с^т^р^о^е^н^н^ы^м^и^{устройствами
хранения программ и
данных, избавляющая
от необходимости подключения
внешних ПЗУ и ОЗУ;}
^д^о^с^т^а^т^о^ч^н^о^е^б^ы^с^т^р^о^д^е^й^с^т^в^и^е;
^п^о^д^д^е^р^ж^к^а^о^с^н^о^в^н^ы^х^{протоколов
обмена данными по последовательным
шинам для передачи
информации на ЭВМ;}
^н^а^л^и^ч^и^е^д^о^с^т^а^т^о^ч^н^о^г^о^к^о^л^и^ч^е^с^т^в^а^п^о^р^т^о^в^в^в^о^д^а^/^в^ы^в^о^д^а^д^л^я^{взаимодействия
с прочими микросхемами
системы;}
^н^а^л^и^{чие проверенного
программного и аппаратного
обеспечения для работы
с перепрограммируемым
ПЗУ микроконтроллера;}
^у^д^о^б^н^а^я^д^л^я^р^а^з^р^а^б^о^т^к^и^{и широко
используемая система
команд;}
^о^р^и^е^н^т^и^р^о^в^а^н^н^о^с^т^ь^н^а^у^з^к^о^с^п^е^ц^и^а^л^ь^н^о^е^и^с^п^о^л^ь^з^о^в^а^н^и^е^в^с^х^е^м^а^х^а^в^т^о^м^а^т^и^з^а^ц^и^и^п^р^о^и^з^в^о^д^с^т^{венных
процессов (или, напротив,
универсальность);}
^н^е^б^о^л^ь^ш^а^я^с^т^о^и^м^о^с^т^ь^;
^р^а^с^п^р^о^с^т^р^а^н^е^н^н^о^с^т^ь^н^а^{рынке
электронных компонентов.}

^{Практически всем
указанным требованиям
удовлетвор}^{яют
микроконтроллеры семейства x51.
Важными преимуществами
этого семейства устройств
являются большое количество
готовых алгоритмических
решений от производителей,
наличие проверенного
и удобного отладчика
программ, широко известная
система команд, распространенность
на рынке, низкая цена,
небольшие геометрические
размеры большинства
моделей. Для создания
микропроцессорного
комплекса применен
микроконтроллер КР1816ВЕ51.}

^{Схема ПЛК на
базе микроконтроллера
семейства} ^{MCS–51 представлена
на рисунке 3.1}

^{Рисунок 3.1}

^{Основой ПЛК является
микроконтроллер
КР1816ВЕ51 (}^{DD1),
соединенный по параллельной
схеме с выводами АЦП
К572ПВ4 (DA1). Для задания
тактовой частоты работы
микроконтроллера используется
кварцевый резонатор
(ZQ1), для АЦП тактовую
частоту задает микросхема–генератор
импульсов К531ГГ1 (DD2),
соединенная с выводом
CLK преобразователя.}

^{АЦП снимает показания
с датчиков по линиям} ^{ADAT1–ADAT7, поочередно
преобразуя их показания
в дискретную последовательность
и передавая их в микроконтроллер
по линиям AD1–AD7. Микроконтроллер
сохраняет показания
датчиков в регистровой
памяти и по окончании
одной итерации цикла
опроса датчиков посылает
данные на микросхему
MAX202E (DD3) для дальнейшей
передачи пакетов по
линии RS–485. Также микроконтроллер
проверяет наличие управляющего
сигнала от АРМ оператора.
Если управляющий сигнал
поступил, то начинается
дешифрация и выполнение
команды оператора,
в противном случае,
микроконтроллер продолжает
цикл опроса датчиков.[8]}

^{Обозначения линий}^{на рисунке 3.1:}

^Ucc^{– напряжение
питания микросхем (+5.0В);}
^GND^{– общий
провод;}
^Uref^{– опорное
напряжение (необходимо
для работы АЦП);}
^ADAT^{1–ADAT7
– линии аналоговых
сигналов датчиков;}
^DDAT1^–^D^DAT7^–^л^и^н^и^и^и^н^д^и^к^а^т^о^р^о^в^т^е^х^н^о^л^о^г^и^ч^е^с^к^о^г^о^п^р^о^ц^е^с^с^а^;
^DOUT^{1–DOUT4
– линии управления
исполнительными механизмами;}
^RST^{– линия
сигнала сброса;}
^ACLK^{– линия
передачи тактовых импульсов
АЦП;}
^XTAL^{– линия
передачи тактовых импульсов
к МК от кварцевого резонатора;}
^ALE^{, AD –
линии управления АЦП;}
^RCOM^{, TCOM
– последовательная
линия передачи пакетов
между микропроцессорной
системой и АРМ оператора;}
^RxD^{, TxD –
последовательная шина
обмена информацией
между микроконтроллером
и микросхемой MAX202E.}

Информация о работе Автоматизация процесса переработки ядерных отходов