Первичные преобразователи(датчики)

Чем больше n, тем меньше ∆ и тем точнее выходным кодом может быть представлено входное напряжение.
Относительное значение разрешающей способности:
θ = ∆ / Umax = 1 / (2n – 1)
Таким образом, ∆ - наименьшая различимая ступенька входного сигнала. Сигнал меньшего уровня АЦП не зарегистрирует. В соответствии с этим разрешающую способность отождествляют с чувствительностью АЦП.
Исходно задано: δ = 0,3%, Umin = 0 В; Umax = 5 В, то число уровней квантования N = 100/0,3 = 333.
Разрядность АЦП определится по формуле:
n = log2N = log2333 ≈ 8.
Разрешающая способность АЦП определится по формуле:
∆ = Uвх / (2n – 1) = 5/255= 20 мВ

Относительная наибольшая погрешность квантования:

Инструментальная погрешность не должна превышать погрешность квантования. При этом абсолютная погрешность и полная относительная статические погрешности соответственно равны:

Выбираем восьмиразрядный АЦП TLC549 производителя Texas Instruments с последовательным выходом.



















Расчет цепей и согласование элементов схемы

Определим требуемый коэффициент усиления Ku , для рассматриваемой измерительной цепи он должен составлять 2.5:
Uвых = Uвх ×KU
Так как Uвх < 2 B, а Uвых должно быть 0 ÷ 5В, то

Примем R2 = 56 кОм. Затем определим номиналы резисторов R1 и R3.Так как R1 = R3, для оптимального результата возьмём 47 кОм, т.е. R1 = R3 = R9 = 47 кОм.
Найдём R4, R5, R6, R7:
1/R4 + 1/R5 = 1/R6 + 1/R7
При этом
1/R4 + 1/R5 = 1/R`общ


кОм
Отсюда =0.136 кОм
Подберём резистор табличного значения таким образом, чтобы получился нужный нам номинал. Берем из таблицы 0.43 кОм и 0.2 кОм, соответственно R4 = R5 = 0.43 кОм и R6 = R7 = 0.2 кОм.
Входное сопротивление операционного усилителя в используемом ФНЧ можно определить по формуле:
Ом
Выбираем значение частоты среза 70 Гц.
нФ
кОм.
Выберем сопротивления резисторов R12 и R13 равными 39 кОм и 27 кОм соответственно, тогда:

Следовательно, коэффициенты усиления в области низких частот, то есть в полосе пропускания равен 1.69.
Граница полосы пропускания определяется по формуле:
нФ


















Алгоритм функционирования системы

Закон регулирования для автоматизируемого объекта зависит от характеристик управляющего и исполнительного звеньев цепи регулирования, для выбранной схемы автоматизации можно обоснованно полагать, что метод регулирования- пропорциональный и линейный при должном учете инерционных характеристик котла. На основе рассмотренных особенностей проектируемой системы автоматизации можно составить алгоритм работы системы (см. рис. 4).

Рисунок 4. Алгоритм регулирования на 1 контур котла



Прокомментируем составленный алгоритм: исходными данными для автоматического регулирования температуры являются заданное значение tz (технологические требования), период измерения dT (в зависимости от инерционности системы, вычисляемое или экспериментальное значение), коэффициент пропорциональности регулирования ki (в зависимости от выбранного регулятора и производительности теплогенератора котла) и начальное время равное нулю Т0.
Первый цикл работы алгоритма начинается с сигнала синхронизации Т, который подает команду на измерение текущего значения температуры. Микропроцессор вычисляет и оценивает уставку температуры dt, при значениях равных или больше нуля регулирование, т.е. коэффициент пропускания устанавливается равным нулю, цикл завершается.
При значениях уставки выше нуля производится вычисление и оценка коэффициента относительного рассогласования kt, при значении его меньше или равно 10, вычисляется регулирующее воздействие без поправки на инерционность системы, цикл завершается.
При значении kt более 10, что означает приближение к заданному температурному диапазону и усилению влияния инерционности системы охлаждения вследствие малой разности измеренной и заданной температур, с учетом отсутствия системы повышения температуры при фактическом ее значении ниже заданного диапазона, вычисляется поправка на инерционность системы kd, которая (см. табл. 1) плавно снижает коэффициент регулирования с приближением к заданной границе температуры в объекте. Таким образом, вычисляется регулирующее воздействие с учетом инерционности системы, цикл завершается.






Таблица 1. Пример расчета коэффициентов для закона регулирования
t_izm tz delta_t kt kr kd 80 100 20 1,350 0,741 - 81 100 19 1,421 0,704 - 82 100 18 1,500 0,667 - 83 100 17 1,588 0,630 - 84 100 16 1,688 0,593 - 85 100 15 1,800 0,556 - 86 100 14 1,929 0,519 - 87 100 13 2,077 0,481 - 88 100 12 2,250 0,444 - 89 100 11 2,455 0,407 - 90 100 10 2,700 0,370 - 91 100 9 3,000 0,333 - 92 100 8 3,375 0,296 - 93 100 7 3,857 0,259 - 94 100 6 4,500 0,222 - 95 100 5 5,400 0,185 - 96 100 4 6,750 0,148 - 97 100 3 9,000 0,111 - 97,5 100 2,5 10,800 0,093 0,769 98 100 2 13,500 0,074 0,599 98,5 100 1,5 18,000 0,056 0,435 99 100 1 27,000 0,037 0,279 99,5 100 0,5 54,000 0,019 0,133 100 100 0 0,000 0,000 0



Программа для МК

Написание программы управления микроконтроллером производится с использованием стандартных процедур для системы команд выбранного микроконтроллера. Фрагмент листинга программы приведен ниже:

IN 5,4 {задание требуемой температуры в контуре через порт 4 и внесение информации в ячейку 5}

IN 6,2; {ввод сигнала с порта 2 информации о порядковом номере цикла и занесение в ячейку 6}

LACK1 5; {запись данных о порядковом номере цикла в аккумулятор 1}

IN [TBLW1],1; {ввод сигнала с порта 1 сигнала от соответствующего датчика C в ячейку c номером, равным числу в аккумуляторе 1}

DEC [TBLW1] 5,7; {вычисление dt и занесение значения в ячейку 7}

7 GE [0] JMP M2; {оценка уставки, переход к окончанию алгоритма при условии dt больше или равно 0}

LT 7; {занесение значения уставки в регистр Т}

DIV 5,T; {вычисление kt, деление содержимого ячейки 5 на содержимое регистра Т, запись частного в регистр Т}

LAC T; {смена знака содержимого в регистре Т}

T LE [10] JMP M1; {оценка kt, переход к вычислению регулирующего воздействия при условии dt меньше или равно 10}

SAC T,8; {копируем значение kt в ячейку 8}

DIV [1],8; {вычисляем kr}

SAC 8,9; {копируем значение kr в ячейку 9}

MPYK [15],9; {умножаем kr на 15, результат сохраняем в ячейке 9}

FLD X,T; {задаем переменную Х со значением из регистра Т}

FLD Y,8; {задаем переменную Y со значением из ячейки 8}

FYL2X; {вычисляем выражение Y*LOG2(X)}

FLD 10; {заносим результат в ячейку 10}

FRNDINT 10; {округляем значение в ячейке 10}

FLD X, 11; {заносим округленный результат в ячейку 11}

BANZ 11,9; {вычисление поправки kd, сохранение результата деления в ячейке 9}

MPY 7,9; {вычисление значения управляющего сигнала, умножение содержимого ячейки 7 на содержимое ячейки 9, запись частного в ячейку 9}

OUT [ZAC 9],3; {вывод значения управляющего сигнала из ячейки 9 на порт 3}

M1:

MPY T,7; {вычисление значения управляющего сигнала, умножение содержимого ячейки 7 на содержимое регистра Т, запись частного в регистр Т}

OUT [ZAC T],3; {вывод значения управляющего сигнала из регистра Т на порт 3}

M2:

END









Конструктивное решение устройства

Конструктивное решение разработанного изделия является типичным для категории электронных измерительных приборов. Исполнение принято двухблочное, выносной измерительный преобразователь, подключенный кабелем к основному блоку. Основной блок- это печатная плата в пластиковом корпусе специальной конструкции со встроенным импульсным блоком питания и приемопередатчиком ИК- канала связи. Электропитание устройства осуществляется от стандартной сети 110-220В/50Гц.





















Заключение

Целью данной работы была разработка системы автоматизации управления в рамках модернизации водогрейного котла. Основными задачами, решенными в работе, являются определение основных закономерностей для автоматического управления ТП, обзор современных технологий автоматизации таких котлов, анализ аналогов, далее были составлены структурная схема, произведены необходимые расчеты для подбора комплектующих, выполнено составление схемы и согласование ее узлов.
Актуальность темы дипломного проекта обусловлена необходимостью повышения эффективности и технико- экономических показателей модернизируемой системы для повышения рентабельности, качества продукции и конкурентоспособности.
Разрабатываемая в рамках данного курсового проекта система автоматического регулирования параметров рабочей среды в водогрейном котле является полностью автономной и автоматизированной, ее активизация производится совместно с включением комплекса, а функционирование происходит в соответствии с изначально загружаемой в микроконтроллер программой управления, так что необходимость в разработке пультов и щитов управления отсутствует.
Провода для разработанной слаботочной системы, ввиду незначительной протяженности, можно использовать типа UTP с экранированием от электромагнитных и электростатических помех и наводок, количество жил выбирается в соответствии с количеством сигнальных линий на соединениях соответствующих блоков. Прокладку кабелей, в соответствии с общими принципами построения электромеханических установок, необходимо осуществлять в защитных металлорукавах.
Необходимость в рассмотрении и выборе пускозащитной аппаратуры в исполнительных устройствах системы автоматизации КЗС-20 отсутствует, поскольку используются штатные средства комплекса.


























Список использованной литературы

Абдулаев Д.А., Арипов М.Н. Передача дискретных сообщений в задачах и упражнениях. - М.: Радио и связь, 1985
Автоматика и управление подъемно-транспортных машин: Программа, метод. указания и контрольные задания для студентов специальности 170900 Сост. С. И. Васильев, С. П. Ереско. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001- «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» /
Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. – М.: Радио и связь, 1982
Арипов М.Н. Захаров Г.П. Малиновский С.Т. Цифровые устройства и микропроцессоры. -М.: Радио и связь,1988
Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника. – М.: Недра, 1990
Боднер В. А. Приборы первичной информации. М.: Машиностроение, 1981
Боккер П. Передача данных. Т.2.- М.: Связь.- 1980
Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Цифровые устройства. М.: Высшая школа, 2004
Гершунский Б.С., Основы электроники. Киев, издательское объединение «Вища школа», 1977
Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации. -М.: Радио и связь, 1982\ Иванин В. Т. Основы автоматизации производства. М.: Недра, 1982
Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. М.: Радио и связь, 1988
Меклер А.Г. Автоматизация подъемно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1987
Передача дискретных сообщений: Учеб. Под ред. В.П. Шувалова.- М.: Радио и связь, 1990
Петров И. И., Богословский А. П. Электропривод и автоматизация управления строительными башенными кранами. М.Машиностроение, 1979
Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на ИМС. –М.: Радио и связь, 1990
Гонаревский И. С. «Радиотехнические цепи и сигналы» -, М.: Наука, 1986
Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. – М.: МИР, 1982
















3



Х

Y

Х

ΔY, ε

Rх

Rш

Rд

Rt