Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до дипломного проекту

на тему:

Розробка контролера керування газовими котлами

Зміст

Вступ

1. Аналітичний огляд

2. Обгрунтування вибраного напряму проектування контролера

3. Проектно-розрахунковий розділ

3.1 Розробка схеми електричної структурної контролера

3.2 Розробка схеми електричної принципової контролера

3.3 Розробка алгоритму роботи програми контролера

3.4 Розробка програми керування контролером

4. Конструкторський розділ

5. Розділ організації виробництва

5.1 Розрахунок кошторису витрат на науково-дослідні роботи

5.2 Оцінка науково-технічної ефективності НД

6. Розділ охорони праці

6.1 Міри безпеки при експлуатації контролера

6.2 Пожежна безпека

Висновки

Список літератури

ВСТУП

Задача автоматизації роботи потужних котлів стає усе більш актуальною. Це зв'язано з фізичним і моральним зносом старої котлової автоматики.

В умовах зростаючої конкуренції скорочення витрат на енергоносії є навряд чи не вирішальним фактором, що визначає успіх підприємства. 5-7% зекономленого газу знижують річні витрати підприємства на сотні тисяч гривень.

Крім того, на підприємствах, де пара чи гаряча вода потрібні для технологічного процесу, необхідна організація автоматичної роботи котла (чи групи котлів) у залежності від навантаження, що змінюється.

Особливо важливо враховувати те, що старіюча котлова автоматика не завжди може захистити котел і обслуговуючий його персонал від аварії.

Вимоги наглядових органів до експлуатації котлів постійно жорсткішають, що вимагає проведення періодичної модернізації.

Вищевказані причини обумовлюють зростаючий попит на автоматизацію котлів із застосуванням сучасних технологій.

1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

У сучасному котлобудуванні давно намітилась тенденція до забезпечення простоти та легкості обслуговування. Вбудовані мікропроцесори забезпечують електронне керування, автоматичну діагностику роботи котлів, вивід інформації про встановлені та поточні параметри на цифрові дисплеї, а також еквітермічне регулювання. Спеціальні теплообмінники подвійної дії забезпечують швидке нагрівання гарячої води. Гідрогрупи виготовляються з надійного якісного матеріалу. Новинкою в керуванні котлами є нові газові клапани із кроковим двигуном, керованим мікропроцесором, що забезпечує плавну модуляцію потужності котла. Серед оснащення котла необхідно також відзначити наявність байпасу, підживлюючого клапану і фільтру. керування газовий котел вода

Економія палива досягається за рахунок оптимізації алгоритмів регулювання і підвищення точності підтримки основних робочих параметрів котла.

Як правило подібні системи забезпечують:

· напівавтоматичний пуск котла;

· підтримку в заданих межах температури гарячої води, тиску пари, рівня води в котлі;

· автоматичний захист котлоагрегату при виникненні аварійних ситуацій;

· контроль рівня води в барабанах котлів й автоматичне регулювання води;

· світлову індикацію стану датчиків;

· контроль циркуляції води у кожному котлі;

· автоматичне блокування контролю розрідження і тиску газу при розпалюванні котлів;

· контроль наявності полум'я основних пальників;

· запам'ятовування першопричини аварійної ситуації;

· передача сигналу аварійної зупинки на диспетчерський пульт.

Вони здатні працювати в умовах індустріальних вібрацій, перешкод, змін напруги живлення і впливу несприятливих кліматичних факторів. Часто схеми керування контролерів оптично розв'язуються від зовнішніх електричних мереж. У певних випадках контролери мають своє вторинне джерело живлення.

Висока надійність контролерів забезпечується за рахунок використання високонадійних мікроконтролерів фірм Intel, Mikrochip, Atmel та ін.

Програмне забезпечення контролерів розробляється мовою асемблера чи мовою високого рівня СИ оптимально під конкретну задачу. При цьому для замовника зберігається можливість зміни параметрів алгоритму керування в процесі експлуатації системи автоматизованого керування.

Для перетворення аналогових сигналів датчиків використовуються аналого-цифрові перетворювачі.

На лицьових панелях блоків індикації і керування забезпечується наступне представлення інформації:

· цифровий вимір контрольованих і регульованих параметрів, а також положення регулюючої арматури на рідкокристалічному дисплеї.

· виконавча сигналізація режимів роботи, стану устаткування й арматури світлодіодами зеленого кольору.

· аварийно - попереджувальна світлова сигналізація відхилення контрольованих параметрів від припустимих значень світлодіодами червоного і жовтого кольорів.

На екрані комп'ютера оператора котельні забезпечується представлення інформації про поточний стан котла і його устаткування а також про виміряні значення контрольованих параметрів.

2. ОБГРУНТУВАННЯ ВИБРАНОГО НАПРЯМУ ПРОЕКТУВАННЯ КОНТРОЛЕРА

Основною задачею автоматики котельні є забезпечення злагодженої роботи котлів, що працюють паралельно на один колектор. Як правило, ця задача виникає у випадках, коли гаряча вода або пара, вироблена котлами, бере участь у технологічному процесі. При цьому практично завжди навантаження є таким, що змінюється і група котлів повинна встигати відпрацьовувати ці зміни. У деяких випадках у котельні встановлені котли різної продуктивності і з різними динамічними характеристиками. У цьому випадку необхідно організувати керування таким чином, щоб у першу чергу зміни навантаження відпрацьовувалися більш динамічним котлом. Варто передбачити, що часте включення/виключення котлів дуже шкідливе для устаткування і значно скорочує термін його експлуатації. У цьому проекті розроблено оптимальний алгоритм керування котлами.

Перед початком проектування потрібно розглянути характеристика котла, як об'єкта автоматизації.

· Котел, що підлягає автоматизації, повинний бути обладнаний запірною арматурою відповідно до сучасних правил та нормативних документів.

· Регулюючі заслінки і відсічні клапани повинні мати дистанційний привід з виконавчим механізмом.

· Пальники повинні бути обладнані запально-захисними пристроями. У загальному випадку система керування котлом повинна включати:

- блок індикації і керування котлом;

- нормуючі перетворювачі, які перетворюють сигнали датчиків температури, тиску і витрат у цифровий код;

- комплект датчиків та сигналізаторів;

- виконавчі механізми і запірну арматуру;

- панель дистанційного керування виконавчими механізмами;

- систему позачергової (при спрацьовуванні аварійної чи сигналізації захисту) реєстрації основних параметрів роботи котла.

· Система керування котлом повинна забезпечувати:

- вимір і сигналізацію відхилень від допустимих значень основних параметрів роботи котла;

- технологічні захисти, що діють на останов котла;

- автоматичне запалювання котла;

- автоматичне регулювання температури води на виході (тиску пари в барабані) котла;

- аварийно - попереджувальна світлова сигналізація відхилення контрольованих параметрів від допустимих значень;

- індикацію та реєстрацію параметрів роботи котла;

- можливість обміну інформацією з інформаційно-керуючою системою чи персональним комп'ютером по послідовному інтерфейсу стандарту RS- 232с.

У природі немає двох однакових котлів, у кожного котла - свої особливості. У кожного замовника свої вимоги і побажання до роботи котла.

Завданням цього проекту є розробка контролеру керування газовими котлами, який би забезпечував:

· почерговий запуск та почергове відключення до 8-ми котлів. Як комутаційні елементи використовувати реле. Комутаційна здатність вихідних реле - 220 В, 50 Гц, 5А;

· можливість вибору кількості котлів як з пульта керування, так і з ПК;

· можливість підтримування температури води у вихідному колекторі у заданих межах;

· можливість аварійної зупинки котлів при перевищенні температури води у вихідному колекторі заданого значення, а також при надходженні сигналів від датчиків пожежної сигналізації або датчика газу;

· можливість передачі у ПК параметрів роботи контролера та прийому команд від ПК. Інтерфейс зв'язку з ПК - RS232с;

· індикацію режимів пуску, нагріву та аварії;

· живлення від джерел постійної напруги +5 В ± 5% та + 12 В ± 5%.

3. ПРОЕКТНО-РОЗРАХУНКОВИЙ РОЗДІЛ

3.1 Розробка схеми електричної структурної контролера

Використання мікроконтролерів дозволяє підходити до автоматизації кожного котла максимально гнучко, тому основним керуючим блоком буде мікропроцесор (мікроЕОМ) Atmel89c51.

Мікроконтролер Atmel89c51 виконаний на основі високорівневої ХМОП технології і випускається у корпусі ВІС, що має 40 зовнішніх виводів. Через чотири програмованих порти вводу/виводу МК51 взаємодіють із середовищем у стандарті ТТЛ-схем із трьома станами виходу.

Корпус МК51 має два виводи для підключення кварцового резонатора, чотири виводи для сигналів, керуючих режимом роботи МК, і вісім ліній порту 3, що можуть бути запрограмовані користувачем на виконання спеціалізованих (альтернативних) функцій обміну інформацією із середовищем.

Так як вхідні та вихідні пристрої контролера потребують більшої кількості ліній портів вводу/виводу, ніж є в наявності, частину пристроїв, а саме блок вибору котлів, підключимо через мультиплексор. На цей блок покладемо функцію вибору котлів, які будуть працювати у системі в даний момент часу. Таким чином кількість працюючих котлів у системі може бути довільною.

Вхідні сигнали від датчиків температури (робочого та аварійного) та потенціометрів, що задаватимуть границі регулювання температури (нижній та верхній пороги), а також часові затримки включення та відключення котлів, є аналоговими сигналами, які перед вводом у мікроконтролер повинні перетворюватись у цифрову форму. Для того, щоб не ставити у систему шість аналого-цифрових перетворювачів, аналогові сигнали на АЦП також заведемо через мультиплексор. Керування мультиплексорами будемо здійснювати від МП, який буде виконувати переключення вхідних каналів у заданій послідовності.

Взаємодія оператора з приладом буде відбуватися за допомогою світлодіодних індикаторів і кнопок керування.

Стик RS-232с будемо використовувати для програмування приладу і збору зареєстрованих даних на місці встановлення приладу.

Внутрішній годинник виконаємо на таймері, який буде формувати сигнал з періодом 0,1сек, що викликає переривання. Після 10-ти спрацювань таймера ікрементується лічильник секунд, далі хвилин і годин. Встановлення годинника реального часу і скидання показань приладу буде здійснюватись з ПК.

Блок керування котлами буде безпосередньо здійснювати пуск та відключення газових котлів. Тобто керувати запалюванням та гасінням пальників.

На випадок аварійного відключення котлів передбачимо перекриття подачі газу на котли за допомогою дистанційно керованої засувки.

Програмне забезпечення приладу записується в РПП, що знаходиться на кристалі мікропроцесора.

Мікроконтролер постійно вимірює напругу з датчика температури і порівнює її з порогами, що задаються потенціометрами.. Якщо температура на датчику менше нижньої межі, запускається процес каскадного включення котлів. Включається перший котел. Потім витримується пауза, що задається потенціометром затримки включення котлів. Далі включається другий котел. Потім, після затримки, третій і так далі. Поки не включаться всі котли або температура не перевищить верхню межу. Якщо температура перевищить верхню межу, починається процес каскадного відключення котлів. Відключення ведеться аналогічно включенню, починаючи з останнього включеного котла і кінчаючи першим. Затримка вимикання задається потенціометром затримки вимикання. При досягненні нижньої межі температури усе повторюється спочатку.

Для індикації режимів пуску, нагріву (каскадного включення котлів) та стану аварії використаємо світлодіодні індикатори.

Для запобігання нерівномірного зносу котлів потрібно передбачити режим зміни ведучого котла. Адже відразу після вмикання пристрою включення котлів здійснюється, починаючи з першого. У реальній ситуації це може привести до того, що перший котел буде горіти постійно, а останній може взагалі ніколи не включитися. Тому раз на добу ведучий котел буде мінятися. Ведучим котлом стане другий, (тобто котли будуть включатися в послідовності 2, 3, ... ,8, 1). Потім ведучим котлом стане третій і так далі по колу. Режим автоматичної зміни котлів може бути відключений. Для цього будемо використовувати перемикач „ЦИКЛІЧНО”.

3.2 Розробка схеми електричної принципової контролера

В якості аналого-цифрового перетворювача (D4) вибираємо мікросхему КР1108ПВ1А. Це 8-розрядний АЦП, що надзвичайно зручно при використання мікропроцесора з 8-розрядною шиною даних. Дані дійсні на інформаційних виводах АЦП після появи на виході RDY дозволяючого сигналу (“!”). Включаємо АЦП по типовій схемі, рекомендованій у документації на неї.

Схема вузла синхронізації мікропроцесора D6 і номінали елементів визначається документацією на мікросхему АТ89с51. За допомогою цього вузла мікропроцесор синхронізується тактовим сигналом, частота якого визначається застосованим кварцовим резонатором BQ1. Вибираємо тактову частоту 6,0 MГц.

Схема вузла початкового скиду також визначається документацією на мікросхему. Для забезпечення подачі в момент включення на вхід скиду мікропроцесора лог. “0” використовується RC-ланка C1, R19. По мірі заряду конденсатора на вході скиду з'являється лог. “1” і мікроконтролер переходить у робочий стан. По скиду лічильник програм мікроконтролера встановлюється на адресу “0000”, покажчик стеку - на адресу “07”, а порти вводу/виводу програмуються на ввід даних ( у розряди портів записуються лог.”1”.)

Лінії чотирьох 8-розрядних портів вводу/виводу розподілимо таким чином:

· Р0.0 - Р0.7 - ввід даних від АЦП.

· Р1.0 - Р1.7 - включення/відключення котлів;

· Р2.0 - Р2.2 - переключення мультиплексорів;

· Р2.3 - підключення перемикачів вибору котлів;

· Р2.4 - Р2.6 - підключення кнопок керування;

· Р2.7 - ввід сигналу готовності АЦП;

· Р3.0, Р3.1 - обмін даними з ПК;

· Р3.2, Р3.3 - ввід сигналів від аварійних датчиків;

· Р3.4 - Р3.6 - керування світлодіодними індикаторами;

· Р3.7 - керування газовою засувкою;

Для підвищення завадостійкоті мікроконтролера підключення датчиків газу та пожежної сигналізації здійснюємо через буферні елементи D5.1, D5.2.

Резистори R1 - R8, R19 - R21 використовуємо для фіксації рівня лог.”1”.

Для індикації режимів пуску, нагріву та аварійного стану використовуємо одиничні світлодіодні індикатори АЛ307 з такими параметрами:

· сила світла - ? 6 мкд при Iпр = 10 мА;

· сила світла - ? 16 мкд при Iпр = 20 мА;

· Iпр max - 22 мА;

· Iпр імп max - 60 мА.

Колір свічення вибираємо залежно від виконуваної функції: червоний (АЛ307АМ) - аварійний стан, зелений (АЛ307ВМ) - режим пуску, оранжевий (АЛ307ИМ) - режим нагріву.

При розробці схеми блоку індикації потрібно виконати умови по узгодженню лінії виводу мікроконтролера та світлодіодного індикатора. Навантажувальна здатність ліній порту Р3 - 1,8 мА, тому для підключення світлодіодів, для яких задаємо струм 12 мА, використовуємо буферні елементи D7.1 - D7.3 типу КР1533ЛА13 з навантажувальною здатністю 24 мА. Резистори R22 - R24 використовуємо для обмеження струму через світлодіоди допустимою величиною. Номінал резистора розраховуємо за формулою:

Rобм = Uживл / Iпр - Rдіода, (3.1)

де Rобм - опір обмежуючого резистора;

Uживл - напруга живлення;

Iпр - прямий струм через світлодіод. Залежить від типу світлодіода;

Rдіода - прямий опір діода. Для живлення величиною 5 В складає приблизно 100 Ом.

Таким чином:

Rобм = 5 В / 0,012 А - 100 Ом = 316,6(6) Ом.

Заокруглюємо цю величину в більший бік до стандартного значення. Rобм = 330 Ом.

Буферний каскад для керування газовою засувкою виконує функцію употужнення сигналу мікроконтролера до величини, достатньої для спрацювання навантажуючого пристрою. Орієнтовний розрахунок каскаду виконано для пристрою з опором навантаження Rн = 8 Ом. Струм, що протікає через навантаження, розраховується за законом Ома:

Iнавантаження = Uроб / Rнавантаження, (3.2)

Де Iнавантаження - струм, що протікає через навантаження;

Uроб - робоча напруга, що дорівнює 12 В;

Rнавантаження - опір навантаження (8 Ом).

Таким чином:

Iнавантаження = 12 В / 8 Ом = 1,5 А.

Тому вихідний транзистор каскаду (VT20) вибираємо таким, щоб міг витримати цей струм, а саме КТ816Б з характеристиками:

· тип провідності - p - n - p;

· Iк max - 3 А;

· Uке - 45 В;

· h21е - 25.

Для забезпечення потрібного струму колектора транзистора струм бази повинен бути:

Iбази = Iкол / h21, (3.3)

Де Iбази - струм бази транзистора;

Iкол- струм колектора транзистора;

h21- коефіціент підсилення транзистора.

Таким чином:

Iбази = 1,5 А / 25 = 0,06 А.

З розрахунку бачимо, що для забезпечення потрібного струму бази вихідного транзистора замало навантажувальної здатності мікросхеми, тому добавляємо у схему каскаду ще один транзистор (VT11). Керуючись подібними міркуваннями вибираємо транзистор КТ209Б.

Діод VD11 потрібний для гасіння зворотнього імпульсу, який виникає у моточних виробах внаслідок перехідного процесу. При виборі типу діода виходимо з тих же міркувань, що і при виборі типу вихідного транзистора каскаду. Вибираємо діод КД208А з характеристиками:

· Iпр- 1,5 А;

· Uзвор- 100 В;

Для комутації кіл запуску котлів використаємо реле РЭС48 з такими характеристиками:

· контактна група- 2 переключення;

· напруга, що комутується - 220 В;

· струм, що комутуєтьс- 3 А;

· потужність, що комутується- 108 Вт;

· час спрацювання- 10 мс;

· час відпускання- 5 мс;

· напруга обмотки- 12 В;

· струм спрацювання - 23 мА;

· струм відпускання- 1,5 мА;

· опір обмотки - 650 Ом.

Керуючись міркуваннями, викладеними при проектуванні попереднього каскаду, вибираємо для комутації реле К1 - К8 транзистор КТ315Б (VT3 - VT10).

Реле працюють у зворотному режимі. Це значить, що коли реле включено, котел не горить, а при відпусканні реле котел включається. Це необхідно для того, щоб при вимиканні напруги живлення всі котли включалися і забезпечували теплом. Тому в схемах ключів на транзисторах VT12 - VT19 передбачені інвертори для запалювання індикаторних світлодіодів.

Мікросхема D4 MAX232 - це подвійний передавач/приймач, що включає ємнісної генератор напруги для формування напруг рівнів + 12 В і - 12 В з єдиних 5 В. Кожен приймач перетворює вхідні сигнали в рівнях протоколу RS232c (- 12 В, + 12 В) у TTL-рівні (0 - + 5 В), а передавач навпаки. Служить для забезпечення зв'язку ПК по послідовному порту.

Кнопка “ПУСК” використовується для пуску контролера.

Кнопка “СКИД” використовується для зупинки контролера.

Кнопка “НАГРІВ” використовується для індикації режиму нагріву, коли іде каскадне включення котлів.

Для стику з ПК використаємо окремий роз'єм.

3.3 Розробка алгоритму роботи програми контролера

Застосування структурного програмування дозволяє збільшити швидкість написання програм і полегшити відлагодження написаної програми. Мови програмування C, PASCAL, PL/M розроблялися на основі принципів структурного програмування, тому до складу цих мов програмування входять структурні оператори. Проте структурне програмування можливе і на мовах програмування низького рівня в тому числі і мовою програмування ASM-51, де не передбачено структурних операторів.

При написанні програми з використання методів структурного програмування ця програма може бути відтрансльована і виконана на будь-якому етапі написання програми, при цьому можна відстежити всі алгоритмічні дії програми, написані до цього часу. При використанні методів структурного програмування процес написання програми не відрізняється від процесу створення алгоритму. Більш того, ці етапи створення програми можна об'єднати.

Для реалізації методів структурного програмування величезне значення має правильне використання міток, тобто коли в назві мітки відображається дія, виконувана програмою. Мітки використовуються для позначення змінних і констант, а також імен підпрограм і програмних модулів.

Основна ідея структурного програмування полягає у тім, що існує тільки чотири структурних оператори. Використовуючи ці структурні оператори можна побудувати як завгодно складну програму.

Найбільш розповсюджений структурний оператор називається “лінійний ланцюжок операторів”. Будь-яка задача може бути розбита на кілька підзадач. Виконання підзадачі краще оформити як підпрограму, у назві якої можна (і потрібно) показати підзадачу, яку повинна вирішувати ця підпрограма.

При цьому з погляду структурного програмування використовувати підпрограму має сенс навіть тоді, коли дія буде виконуватися тільки один раз. Виконувана алгоритмічна дія відображається в назві підпрограми, тому програму можна читати по назвах підпрограм.

Другий структурний оператор називається “умовний оператор”. Досить часто одна чи інша задачі повинні виконуватися в залежності від визначеної умови, що залежить від результатів виконання попередньої програми чи від зовнішніх пристроїв. Кожна з таких задач називається плечем умовного оператора.

Умовний оператор може використовуватися в неповному варіанті, коли одне з пліч алгоритму відсутнє.

Третій структурний оператор - це “оператор циклу з перевіркою умови після тіла циклу”. Такий оператор легко реалізується мовою програмування Асемблер за допомогою команди умовного чи безумовного переходу. Відмінність від умовного оператора полягає в тім, що передача керування здійснюється не вперед, а назад. На мовах програмування високого рівня такий оператор входить до складу мови (оператор do..while у мові програмування C чи оператор repeat..until у мові програмування PASCAL).

Четвертий структурний оператор - це “оператор циклу з перевіркою умови до тіла циклу”. На відміну від попереднього оператора тіло циклу в цьому операторі може жодного разу не виконатися, якщо умову циклу відразу ж виконано. Цей оператор як і умовний оператор неможливо реалізувати на одній машинній команді.

Використовуючи викладені вище принципи побудуємо алгоритм роботи програми контролера керування газовими котлами.

Програма виконується у такій послідовності:

· початкові установки, а саме - гасіння усіх індикаторів, виключення котлів, програмування таймерів - лічильників та послідовного порту;

· скид годинника у початковий стан;

· вибір котлів - опитування стану вимикачів вибору котлів та запам'ятовування його у комірці РПД”. З алгоритму видно, що вибір котлів можливий тільки до пуску контролера;

· опитування кнопки „ПУСК”;

· зчитування блоку потенціометрів (нижній та верхній пороги температури, затримки включення та відключення котлів) та запам'ятовування їх у комірках РПД;

· прийом даних з ПК - вибір котлів, встановлення годинника, зупинка;

· опитування аварійного датчика температури та зупинка роботи котлів в разі виходу температури за допустимі межі;

· опитування датчика температури та порівняння температури із значеннями нижнього та верхнього порогів. Якщо температура нижче нижнього порогу - включення індикатору „НАГРІВ” і включення котлів. Якщо вище верхнього порогу - гасіння індикатору „НАГРІВ” і відключення котлів. Якщо ж температура знаходиться між нижнім та верхнім порогами - дія залежить від того, чи знаходиться контролер у режимі нагріву. Якщо так - тоді нагрів продовжується шляхом послідовного включення котлів, а якщо ні - котли послідовно відключаються

· передача даних у ПК - показання датчиків температури, стан котлів (включений/відключений), номери вибраних котлів, номер ведучого котла, режим роботи (нагрів/охолодження), значення нижнього та верхнього порогів температури, значення затримок включення та виключення котлів;

· опитування кнопки „СТОП”. Якщо стоп - гасіння всіх індикаторів, відключення всіх котлів та перехід на початок програми.

3.4 Розробка програми керування контролером

Для збереження оперативних даних, потрібних при роботі програми будемо використовувати такі комірки пам'яті:

· wyb - регістр вибору котлів

· kotly - регістр керування котлами

· cykl - ведучий котел

· dt - датчик температури

· dta - датчик температури аварійний

· tnyz - температура (нижній поріг)

· tver - температура (верхній поріг)

· zvkl - затримка включення котлів

· zvid - затримка відключення котлів

· sek - регістр секунд

· chv - регістр хвилин

· god - регістр годин

· psk - прапорець пуску

· zatr - лічильник хвилин затримки

· Tav - значення аварійної температури

Основна програма відповідає алгоритму роботи і, у відповідності з принципами структурного програмування, складається з ряду підпрограм.

Так як у цьому процесорі використовується векторна система переривань, тобто кожному джерелу переривання приписана фіксована адреса, з якої повинна починатися підпрограма обробки переривання, а саме:

- 03h - для зовнішнього переривання Int0;

- 0bh - для таймера TMR0;

- 13h - для зовнішнього переривання Int1;

- 1bh - для таймера TMR1;

- 23h - для послідовного порту,

то для продовження основної програми потрібно виконати безумовний перехід з метою обходу цієї зони адрес.

Перевірку, чи перевищила температура задану межу, здійснюємо методом віднімання показань датчика температури від заданого значення з наступним аналізом прапорця переповнення. Якщо різниця є від'ємною, - прапорець встановлюється, що свідчить про перевищення температури.

Включення/відключення газової засувки, включення та гасіння індикаторів здійснюємо встановленням або скидом відповідних біт порту Р3:

КОНТРОЛЕР КЕРУВАННЯ ГАЗОВИМИ КОТЛАМИ

org 0

jmp kkgk

;продовження програми

kkgk: call p_ust ;виклик п/пр поч. установок

call sk_god ;виклик п/пр скиду годинника

wybir: call w_kotl ;виклик п/пр вибору котлів

jb p2.4,wybir ;ПУСК ?

setb p3.0 ;включення індикатора “ПУСК”

zbp: call z_bp ;виклик п/пр зчит. блоку потенціом

call pr_pc ;виклик п/пр прийому даних з ПК

mov a,#Tav ;аварійна t перевищила межу ?

clr c ;

subb a,dta ;

jnc tnp ;

mov kotly,#0 ;відключення всіх котлів

setb p3.5 ;закриття газової засувки

clr p3.0 ;гасіння індикатора „ПУСК”

clr p3.4 ;гасіння індикатора „НАГРІВ”

setb p3.1 ;включення індикатора „АВАРІЯ”

call pd_pc ;виклик п/пр передачі даних у ПК

jmp wybir ;

tnp: mov a,tnyz ;t перевищила нижній поріг ?

clr c ;

subb a,dt

jnc tvp ;

setb p3.4 ;включення індикатора “НАГРІВ”

vkl_k: call p_vkl_k ;виклик п/пр включення котлів

prd: call pd_pc ;виклик п/пр передачі даних у ПК

jnb p2.5,zbp ;СТОП ?

clr p3.0 ;гасіння індикаторів

clr p3.1 ;

clr p3.4 ;

mov kotly,#0 ;відключення котлів

jmp kkgk ;

ing: jb p3.4,vkl_k ;індикатор “НАГРІВ” горить ?

jmp vid_k ;

tvp: mov a,tver ;t перевищила верхній поріг ?

clr c ;

subb a,dt

jnc ing ;

clr p3.4 ;гасіння індикатора “НАГРІВ”

vid_k: call p_vid_k ;виклик п/пр відключення котлів

jmp prd ;

Підпрограма обробки переривання від таймера TMR0 (Підпрограма годинника). Так як таймер TMR0 працює в режимі “1”, у якому не передбачена автоперезагрузка, перезагружаємо таймер для забезпечення заданого коефіцієнту перерахунку.

Перевірку 10-ти спрацювань виконуємо методом декременту лічильника на “10” (R2) з наступною перевіркою на “0”.

Перевірку лічильників секунд, хвилин та годин здійснюємо методом порівняння поточного значення відповідного лічильника з заданим значенням.



Підпрограма початкових установок. По замовчуванню ведучим призначаємо перший котел (котел 0). Для цього заносимо у комірку cykl число “00000001”, де “1” позначає номер ведучого котла.

Таймер TMR0 будемо використовувати для обслуговування роботи годинника. Його завданням буде відлік 0,1-секундних інтервалів. Число, яке потрібно загрузити в таймер, розраховується за формулою:

F = (2 ^SMOD / 32)(fclk / 12) / (256 - n), (3.5)

де n - число, яке потрібно загрузити в таймер;

F - частота обміну даними через послідовний порт. Приймаємо F = 2400 Гц;

SMOD - біт, який програмується. Приймаємо SMOD = 1;

f_clk - частота кварцового резонатора мікропроцесора. f_clk = 6 МГц;

Тоді

n = 256 - (2 ^SMOD / 32)(fclk / 12F) ? 243.

Так як розраховане число не перевищує 255, вибираємо режими роботи “2” (8-розрядний таймер з автоперезагрузкою), “Таймер”.

Для програмування таймерів використаємо регістр спеціальних функцій TMOD:

Таймер 1

Таймер 0

GATE

С/T

M1

M0

GATE

С/T

M1

M0

0

0

1

0

0

0

0

1

Послідовний порт встановимо у режим роботи “1”, при якому передаються старт-біт, 8 біт даних та стоп-біт, а швидкість передачі визначається таймером TMR1.

Для програмування послідовного порту використаємо біти SM0, SM1, SM2 регістру спеціальних функцій SCON.

SM0

SM1

SM2

REN

TB8

RB8

TI

RI

0

1

0

;Підпрограма початкових установок

p_ust: mov cykl,#01h ;встановлення ведучого котла “0”

clr p3.0 ;гасіння індикаторів

clr p3.1 ;

clr p3.4 ;

mov kotly,#0 ;відключення котлів

mov tmod,#21h ;програмування таймерів TMR0, TMR1

mov th0,#3Ch ;загрузка таймера TMR0

mov tl0,#B0h ;

mov th1,#243 ;загрузка таймера TMR1

clr sm0 ;програмування послідовного порту

setb sm1 ;

clr sm2 ;

ret

Підпрограма скиду годинника. Процедура скиду годинника зводиться до попереднього встановлення лічильника спрацювань таймера TMR0 та скиду лічильників секунд, хвилин та годин:

Підпрограма прийому даних з ПК. Дані приймаються з ПК через послідовний порт, якщо прийом дозволений. У першому байті ПК повідомляє шляхом встановлення 0-го розряду байту в „1”, чи збирається посилати команди встановлення нижнього та верхнього порогів регулювання температури, затримок включення та виключення котлів та команди встановлення годинника. Ці команди діють на комірки РПД tnyz, tver, zvkl, zvid, sek, chv, god, що мають послідовно зростаючі адреси. Для адресації комірок РПД скористаємось непрямим способом адресації. Адреса комірки буде зберігатися у регістрі R0. В якості початкової адреси вибираємо адресу комірки tnyz. Про прийняття чергового байту свідчить встановлення в „1” прапорця RI.

Підпрограму включення котлів можна було побудувати використовуючи метод багатократних циклічних зсувів. При цьому вона була б компактною, але важкою для сприйняття. Тому, враховуючи відсутність дефіциту об'єма пам'яті програм, приймаємо рішення розробити програму хоч і велику за об'ємом, але легку для сприйняття.

Спочатку потрібно перевірити, чи закінчився час затримки. Час затримки задається у хвилинах і фіксується у комірці “zatr”. Коли у комірці з'являються всі „0” - це свідчить про закінчення інтервалу затримки.

Включення котлів повинне починатися з ведучого котла. Включення кожного наступного котла здійснюється після сплиття часу затримки включення, який задається відповідним потенціометром. Крім того котел може бути включений тільки тоді, коли це дозволено відповідним перемикачем.

4. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ

Контролер керування газовими котлами сконструйовано у вигляді малогабаритного приладу широкого вжитку. В основу розробки контролера покладено ідею створення композиційно - цілісної конструкції, яка відрізняється високою інформаційною виразністю і оперативністю роботи, а також зручністю експлуатації.

Приступаючи до розробки конструкції контролера будемо керуватися необхідністю виконання ряду технічних, економічних та експлуатаційних вимог.

Особливе місце в числі цих вимог відводиться питанням забезпечення технологічності конструкції. Це в значній мірі обумовлено властивостями, котрим повинен відповідати пристрій:

§ відносно невисока ціна, маса та габарити;

§ відповідність зовнішнього вигляду вимогам технічної естетики;

§ висока надійність при експлуатації.

Для забезпечення високої технологічності конструкції передбачимо виготовлення контролера з використанням всіх сучасних досягнень технології виробництва, необхідної точності виготовлення, масштабу виробництва.

Враховуючи всі перелічені вимоги передбачимо реалізацію електричного монтажу контролера з застосуванням друкованого монтажу, що забезпечить високу технологічність, ремонтопридатність, зручність при наладці та регулюванні пристрою. Тобто контролер буде містити модуль на друкованій платі.

Матеріал друкованої плати виберемо у відповідності з вимогами ГОСТ 10316 - 78. Найбільш доцільним є фольгований склотекстоліт з товщиною фольги 50 мкм. (СФ2 - 50 - 1,5 ГОСТ 10316 - 78).

Виготовлення друкованої плати буде здійснюватися комбінованим методом, що дозволить отримати наступні переваги:

§ можливість механізації та автоматизації процесу виготовлення;

§ можливість отримати високу якість друкованої плати.

Фольгований склотекстоліт вибраний у якості матеріалу основи друкованої плати тому, що має високі діелектричні властивості, малу вагу, достатню механічну міцність для зазначених умов експлуатації приладу.

Товщина друкованої плати 1,5 мм допускає отримання металізованих отворів в основі 0,48 мм (мінімально припустимий діаметр).

Склотекстоліт є стійким до температурних впливів і, таким чином, сприяє безвідмовній роботі плати контролера при температурних перепадах.

Габарити друкованої плати будемо визначати на основі розрахунку елементів провідного малюнку та загальної площі, яку займуть радіоелементи при їх установці на платі. Довжина друкованої плати при попередніх розрахунках становить 240 мм, ширина 170 мм.

Габаритний критерій тісно пов'язаний з щільністю виконання провідного малюнку друкованої плати. Згідно з ГОСТ 23 752 - 79 передбачимо виконання провідного малюнку друкованої плати по 2 класу щільності. Це забезпечить простоту у виконанні, надійність в експлуатації та малу вартість контролера.

Для покращення пайки радіоелементів, що входять до складу модуля, і захисту від корозії контактні площадки плати доцільно покрити сплавом “Розе” ТУ0 - 09 - 4065 - 79.

Захист модуля від вологи буде здійснюватись шляхом покриття його після складання шаром лаку ЕП 730 ГОСТ 20 824 - 81. Це дасть можливість запобігти механічним пошкодженням.

Плата буде односторонньою, тобто провідний малюнок буде виконаний з однієї сторони, що забезпечить простоту виготовлення і конструкції, а також мінімальну вартість.

Після складання та регулювання плату буде встановлено в корпусі приладу і закріплений за допомогою гвинтових з'єднань.

Положення приладу значення не має.

Для здійснення електричного з'єднання контролера з іншими компонентами на модулі буде встановлено роз'єми.

Конструкція приладу буде містити корпус і кришку. З метою отримання високих естетичних характеристик та для забезпечення достатньої механічної міцності передбачимо виконання корпусу методом лиття з ударостійкого полістиролу марки УПМ - 0612Л - 0,5 чорний сорт 1 ОСТ6 - 0,5 - 406 - 80. Завдяки цьому корпус матиме високу жорсткість при незначній масі, забезпечить надійний захист радіоелементів від механічних впливів в процесі експлуатації.

Кришку буде виконано з ударостійкого полістиролу марки УПМ - 0612Л - 0,5 чорний сорт 1 ОСТ6 - 0,5 - 406 - 80. Кришка до корпусу також буде кріпитися гвинтами (Гвинт М3 - 6g * 22.36.016 ГОСТ 17473 - 80).

5. РОЗДІЛ ОРГАНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЦТВА

5.1 Розрахунок кошторису витрат на науково-дослідні роботи

В економічній частині дипломного проекту визначимо кошторис витрат на науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи та оцінимо їх науково-технічну ефективність.

При визначенні витрат сгрупуємо їх загальноприйнятими економічними елементами.

1) витрати на оплату праці;

2) відрахування на соціальні заходи;

3) матеріальні витрати;

4) енергія для наукових цілей;

5) спеціальне устаткування для наукових цілей (експериментальних робіт);

6) витрати на роботи, які виконують сторонні організації;

7) накладні витрати.

До „витрат на оплату праці” належать витрати на оплату праці персоналу, зайнятого виконанням роботи, обчислені за посадовими окладами, включаючи премії.

В елементі „відрахування на соціальні витрати” відображаються обов'язкові відрахування на соціальне страхування (до пенсійного фонду, фонду страхування на випадок безробіття, фонду страхування від нещасного випадку на виробництві тощо). Величина цих відрахувань встановлюється у законодавчому порядку і визначається у відсотках від суми витрат підприємства на оплату праці.

В елементі „матеріальні витрати” відображається вартість витрачених коштів на матеріали, що були придбані на стороні.

Решта економічні елементи будуть визначені по ходу розрахунку витрат на виконання науково-дослідних робіт.

Розрахунок витрат на оплату праці.

До цієї статті належать витрати на основну та додаткову заробітну плату науковим керівникам, інженерно-технічним працівникам, лаборантам, робітникам, студентам, операторам ЕОМ та іншим працівникам, безпосередньо зайнятим виконанням даної НДДКР, обчислені за посадовими окладами та тарифними ставками, відрядними розцінками для робітників, включаючи преміальні виплати

Для розрахунку витрат на оплату праці виконавців даної НДДКР визначається трудомісткість роботи кожного з працівників (Ті) у людино-днях.

Відрахування на соціальні заходи

До цієї статті належать:

1) відрахування на державне обов'язкове соціальне страхування (Всс) - 2,9 %;

2) відрахування на державне обов'язкове соціальне страхування на випадок безробіття (Вб) - 1,9 %;

3) відрахування на державне обов'язкове пенсійне страхування (Вп) - 32 %.

Усі відрахування вказані у відсотках до витрат на оплату праці (Воп).

Розрахунок витрат на матеріали.

До цієї статті належать витрати на:

1) основні та допоміжні матеріали (Вм);

2) покупні інструменти, пристрої та інші засоби та предмети праці (Він);

3) покупні напівфабрикати та комплектуючі вироби (Вк), які використовуються для проведення НДДКР у кількості, визначеній програмою експерименту (дослідження, випробування).

4) витрати на машинний час (застосування ЕОМ) (Тм) визначаються як:

Тм = N x Цм, 5.2)

Де N - кількість машино-годин;

Цм- вартість однієї машино-години.

Цм = Вк х На / 100 + Рк(n) х Це, (5.3)

Де Це = 0,25 грн./кВтгод;

Вк = 2750 грн. - вартість комп'ютера; На = 25 %; Рк(n) = 0,15 кВт;

Вп = 600 грн. - вартість принтера; На = 25 %; Рп(n) = 0,5 кВт;

Витрати на носії:

1) папір (2 упаковки)- 40 грн.;

2) дискети (3 шт)- 9 грн.;

3) CD-RW (1 шт)- 6 грн.;

4) заправка картріджа для принтера- 50 грн.

Разом витрат на носії- 105,00 грн.

Накладні витрати розраховуються за наступною формулою:

Вн = б ? Воп / 100, (5.4)

Де б - відсоток накладних витрат по відношенню до заробітної плати (б = 150 - 200%);

Вн = 150 х 161,05 / 100 = 241,57 грн.

Розрахунок калькуляції кошторисної вартості НДДКР.

Результати розрахунку по всіх статтях наводяться в табл. 5.5 і складають кошторисну вартість виконання НДДКР (К).

5.2 Оцінка науково-технічної ефективності НДДКР

Результатом НДДКР є досягнення науково-технічного, економічного або соціального ефекту.

Науковий ефект характеризує отримання нових наукових знань і відображає приріст інформації яка необхідна для створення нової техніки.

Нормовані значення коефіцієнтів вагомості для факторів науково-технічної ефективності наведені в табл. 5.6.

При розрахунку економічної частини дипломного проекту визначена сума витрат на його виконання. За калькуляцією кошторисної вартості вона складає 1976,64 грн.

Науково-технічну ефективність роботи характеризує коефіцієнт науково-технічної ефективності. Для даної роботи цей коефіцієнт був розрахований і становить 0,85, що свідчить про досить високу науково-технічну ефективність даної роботи.

6. РОЗДІЛ ОХОРОНИ ПРАЦІ

6.1 Міри безпеки при експлуатації контролера

Безпека експлуатації приладу забезпечується виконанням вимог посібника з експлуатації і ДСТ 12997.

По способу захисту людини від поразки електричним струмом прилад відноситься до класу 1 за ДСТ 12.2.007.0.

Корпус контролера виконаний з діелектричного матеріалу. Шасі виконане з дюралюмінію. Клема заземлення шасі виведена на корпус. До цієї клеми повинне бути підключене заземлення. Приєднання заземлення повинне здійснюватись до підключення приладу до мережі живлення, а від'єднання - після відключення від мережі живлення.

Шнур живлення і вилка повинні відповідати ТУ на них, і не мати зламів і порушень в ізоляції. Мережевий тумблер типу ПТ2-2 (напруга 600 В, струм до 2 А) відповідає вимогам електробезпеки. Повинні бути використані мережеві запобіжники в стандартних тримачах.

При випробуваннях і експлуатації приладу необхідно дотримувати вимоги ПТЕ та ПТБ. Включення приладу для регулювання і ремонту зі знятими кришками дозволяється тільки особам, що пройшли відповідний інструктаж. Ремонтувати прилад можуть особи, що мають доступ до роботи з напругою до 1000 В.

Усі зовнішні кола приладу (крім входів мережі 220В) мають напругу не вищу за 12 В і небезпеки для обслуговуючого персоналу не представляють.

У блоці живлення приладу присутня небезпечна для людини напруга 220 В 50 герц. У блоці живлення відбувається тепловиділення. Температура частин цього блоку не перевищує 50Со, що не представляє небезпеки для людини.

Оскільки контролер взаємодіє при роботі з ПК, а ПК є електроустановкою, то до неї пред'являються вимоги дотримання всіх параметрів електробезпеки згідно ТУ на ПК. Шкідливими чинниками для людини є:

- м'яке рентгенівське випромінювання екрана;

- мерехтіння екрана з частотою кадрової розгортки;

- електростатичне поле навколо екрана;

- ультрафіолетове випромінювання екрана.

Для того, щоб запобігти функціональним розладам організму оператора потрібно:

- ергономічно організувати робоче місце за комп'ютером;

- зберігати правильне положення тіла на протязі робочого дня;

- виконувати профілактичні вправи на розтягування і зміцнення м'язів;

- регулярно робити перерви на відпочинок.

6.2 Пожежна безпека

Планування та розміщення обладнання повинна відповідати санітарно-гігієнічним і протипожежним нормам. Приміщення по пожежній небезпеці відноситься до категорії “В”(СНіП 2.09.02-85). Приміщення споруджено із негорючого і непоглинаючого речовин матеріалу не нижче другого ступеня вогнестійкості (СНіП 2.01.02-85).

Засобами пожежогасіння є:

- вогнегасники ОУ-2; ОХП-10;

- листи азбесту;

- ящик з піском.

Ці засоби знаходяться на видному і легкодоступному місці.

Протипожежний інвентар фарбують у червоний колір (до нього відносять бочки з водою, ящики з піском, ломи, лопати, відра - вони групуються на спеціальних щитах).

Для ліквідації пожежі на стадії її виникнення використовують ручні хімічні пінні вогнегасники типу ОП-5 і ручні повітряно-пінні вогнегасники високократної піни типу ОВП-5 і ОВП-10. Для гасіння електроустановок, які перебувають під напругою, і горючих речовин, які спалахують при з'єднанні з водою, використовуються вуглекислотні вогнегасники типу ОУ-2, ОУ-5 чи ОУБ-7.

ВИСНОВКИ

Під час роботи над дипломним проектом розроблено контролер керування газовими котлами, призначеним для почергового запуску та почергового відключення групи котлів для підтримування температури води у вихідному колекторі у заданих межах. Забезпечується аварійна зупинка котлів при перевищенні температури води у вихідному колекторі заданого значення, а також при надходженні сигналів від датчиків пожежної сигналізації або датчика газу. Передбачено стик з персональним комп'ютером.

Розробку виконано на мікросхемах високої та надвисокої степені інтеграції.

Розроблені структурна та принципова електричні схеми, перелік елементів, алгоритм роботи програми та програма роботи контролера.

У майбутньому можлива модернізація контролера з метою підвищення його функціональності, вимірювання більшої кількості параметрів, наприклад, контролю наявності полум'я основних пальників, контролю циркуляції води у кожному котлі та ін.

Дипломний проект відповідає вимогам завдання на дипломне проектування.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Белов А. "Самоучитель по микропроцессорной технике" Санкт Петербург, "Наука и Техника", 2002 г.

2. Белов А. "Конструирование устройств на микроконтроллерах" Санкт Петербург, "Наука и Техника”, 2002 г.

3. Вершинин О.Е. «Применение микропроцессоров для автоматизации технологических процессов» - Л.: Энергоатомиздат, 1990 г.

4. Коган Б.М., Сташин В.В. «Микропроцессоры в цифровых системах» - М.: Энергия, 1995 г.

5. Прикладная теория цифровых автоматов / Под ред. Самофалова К.Г. - К.: «Техніка», 1990 г.

6. Самофалов К.Г., Викторов О.В. «Микропроцессоры»- Киев, «Техніка», 1986 г.

7. Сташин В.В. «Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах». М.:Радио и связь, 1991 г.

8. Фрунзе А.В. «Микроконтроллеры? Это же просто» - Москва, ООО „ИД СКИМЕН”, 2002 г.

Размещено на Allbest.ru