Проектирование цифрового устройства для автоматизации производства мышьяка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»

Многопрофильный колледж

Пояснительная записка курсового проекта

Проектирование цифрового устройства для автоматизации производства мышьяка

Студент 4 курса, гр.12331

Я.Ю. Васильев

Руководитель

В. Б. Карпинский

Аннотация

Пояснительная записка курсового проекта описывает проектирование цифрового устройства для автоматизации технологического производства мышьяка. В её состав входят разделы «Постановка задачи» и «Проектирование цифрового устройства». Курсовой проект может стать специальной (практической, опытно-экспериментальной) частью выпускной квалификационной работы по специальности 230113 Компьютерные системы и комплексы. технологический логический мышьяк

Введение

Производство мышьяка особенное, а именно - белого технического мышьяка. Это, как известно, яд. Поэтому все процессы по производству требуется механизировать и создать безопасные условия работы сотрудников на предприятии. Так же необходимо сохранить качество производимого технического мышьяка, ведь оно должно соответствовать требованиям ГОСТа и мировым стандартам.

Вся технология производства связана с переработкой большого количества концентратов. Переработка отходов позволяет сократить стоимость производства в разы. Это отходы от работы крупных промышленных предприятий: металлургических заводов, оловянных комбинатов.

Мышьяк как ценную присадку используют в цветной металлургии. Так, добавка к свинцу 0,2-1% мышьяка значительно повышает его твердость. Дробь, например, всегда делают из свинца, легированного мышьяком - иначе не получить дробинок строго шарообразной формы.

Так же мышьяк известен своим свойством осветлять стекло или делать его не прозрачным при добавлении различных количеств вещества. Полученный мышьяк можно поставлять всем стекольным и хрустальным заводам России и Европы.

Самая перспективная область применения мышьяка, несомненно, полупроводниковая техника. Особое значение приобрели в ней арсениды галлия GaAs и индия InAs. Арсенид галлия нужен также для важного направления электронной техники - оптоэлектроники, возникшей в 1963...1965 гг. на стыке физики твердого тела, оптики и электроники. Мышьяк используют и в качестве легирующей добавки, которая придает «классическим» полупроводникам (Si, Ge) проводимость определенного типа.

И в то же время мышьяк очень часто вредит металлургам. В производстве стали и многих цветных металлов работники умышленно идут на усложнение процесса - лишь бы удалить из металла весь мышьяк. Присутствие мышьяка в руде делает производство вредным. Вредным дважды: во-первых, для здоровья людей; во-вторых, для металла - значительные примеси мышьяка ухудшают свойства почти всех металлов и сплавов. Таков элемент №33, заслуженно пользующийся скверной репутацией, и тем не менее во многих случаях очень полезный и необходимый.

1. Специальная (практическая, опытно-экспериментальная) часть

1.1 Постановка задачи

В соответствии с заданием на выпускную квалификационную работу требуется спроектировать цифровое устройство для автоматизации производства мышьяка.

Технологическая цепочка получения мышьяка состоит из следующих процессов: на заводе в приемном хранилище складируются дроблёный концентрат с повышенным содержанием мышьяка (около 12%); из приемного бункера, оператор, при помощи скрепной лебедки, погружает концентрат на транспортерную ленту, и транспортерная лента подает его в сушильный барабан -- здесь концентрат подсушивается до нужной влажности (2-4%); далее в концентрат добавляется небольшое количество каменного угля, для улучшения выгорания мышьяка; полученная смесь транспортируется вручную и загружается в горизонтальную муфельную печь до отметки «max»; печь плотно закрывают и включают; внутри печи, начинает работу нагревательный элемент (нихром), использующий для определения уровня нагрева датчик температур.

Нагревание осуществляется за счет подачи электрического тока на большое сопротивление. Чем больше напряжение, тем больше нагревается элемент. Нормальной температурой считается 700°C. нагревательный элемент выключает нагрев при отметке 700°C и включает, если температура становиться меньше нормальной. После этого, с датчика температуры передается сигнал на таймер начать отсчет. Через интервал времени в 30 минут, таймер, дает сигнал на блок питания нагрева и тот в свою очередь полностью останавливает свою работу.

В печи, за счет температуры в 700°C происходит реакция окисления, и мышьяк выгорает, превращаясь в газообразные пары. Чтобы избежать выпадения мышьяка в огарок, нужно вовремя начать его собирать. Поэтому одновременно с запуском таймера, начинает работу центробежный насос, где радиальные изогнутые лопасти выталкивают газ из печи через напорный патрубок, пропуская газовую смесь через фильтр, очищая от примесей пыли и далее направляя в кристаллизатор. Из кристаллизатора вакуумные насосы качают мышьяк в основной бункер и оттуда -- на упаковку в контейнеры (вначале в железные барабаны с запаянными крышками, затем еще и в деревянные). Для этого на заводе существует вспомогательный тарный цех.

Будем решать задачи автоматизации работы только обжиговой печи и центробежного насоса. Так как этот этап требует наибольшей подготовки, позволяя значительно улучшить основные показатели технологического процесса, сократить расход сырья, увеличить сроки службы основного оборудования (печи, контактные аппараты, насосы, и др.), а также уменьшить количество обслуживающего персонала, улучшить и облегчить условия труда.

Кратко о том, что должно делать устройство:

- контролировать температуру

- автоматически начинать сбор мышьяка

- выключать нагревательный элемент при срабатывании таймера

- останавливать сбор мышьяка, по истечению 30 минут

1.2 Проектирование цифрового устройства

1.2.1 Разработка структурной схемы устройства

Связь разрабатываемой логической схемы с внешними устройствами изобразим на структурной схеме. Внешними устройствами являются датчик температуры ДТ, нагревательный элемент НЭ и центробежный насос ЦН. Датчик температуры должен передавать значения в градусах Цельсия от 0 до 700 градусов. Следовательно, от этого датчика на измерительное устройство пойдет десятиразрядная шина. От ЦУ на исполнительные устройства идут две одноразрядные шины: на нагревательный элемент НЭ и центробежный насос ЦН соответственно.

Полученную структурную схему представим на рисунке А.1.

1.2.2 Разработка функциональной схемы устройства

Внутреннее устройство того, что на структурной схеме обозначено ЦУ, изобразим на функциональной схеме. Для этого надо определить, из каких частей должно состоять проектируемое цифровое устройство и как эти части связаны друг с другом.

Из написанного в предыдущем параграфе нам уже известно, что у цифрового устройства есть один вход (ДТ) и два выхода (Нагревательный элемент (НЭ), центробежный насос (ЦН)).

Составные части цифрового устройства группируются на четыре функциональных блока. Первый блок будет отвечать за сравнение значений показаний датчика температуры и значений на блоке переключателей БП1. Следовательно, в составе устройства будет часть, отвечающая за логику этой зависимости. управляющей нагревательным элементом- это блок управления НЭ. Блок формирования команд будет подавать команды на блок питания нагрева. Команда 0 означает выключить нагрев, команда 1 -- включить. Дополнительно будет установлен блок отсчета времени, который зависит от входных сигналов, поданных с датчика температуры и блока переключателей (БП2). Этот блок, начнет свою работу, как только температура достигнет 700°C, после этого таймер отсчитывает 30 минут и падает сигнал “Выкл.”, на НЭ.

Блок управления насосом так же считывает показания с компаратора, необходимая температура для включения ЦН 700°, с блока сравнения значений поступают сигналы о том что значения равны, либо значение на датчике температуры больше. Команда 1 -- запускает лопасти насоса, команда 0 останавливает.

Полученная функциональная схема представлена на рисунке А.2.

1.2.3 Разработка принципиальной схемы

Мы не можем определить внутреннее устройство блока логики управления заслонками, потому что не знаем, какие у этого блока выходы. Но они являются входами блока хранения. Поэтому начинаем реализацию принципиальной схемы с блока хранения.

Для хранения информации в цифровых схемах используются триггеры. Они бывают разные, например, RS-триггеры и D-триггеры. Кроме того, их входы могут быть статическими или динамическими, и притом прямыми или инверсными. Надо выбрать наиболее подходящий тип триггера.

Удобнее формировать данные на одной линии, поэтому предпочтём D-триггер. Тогда вторым входом блока хранения будет разрешение записи C. Достаточно традиционно делать его динамическим инверсным. То есть запись будет происходить по его заднему фронту.

Соответствующую схему можно видеть на рисунке А.3.

Список литературы

1. http://www.oaokmk.com/members/obzhig/index.html

2. http://for-engineer.info/general/syre-dlya-proizvodstva-myshyaka-i-metody-ego-pererabotki.html

3. http://n-t.ru/ri/ps/pb033.htm

4. http://himya.ucoz.ru/index/myshjak/0-152

Приложение А

Рисунок А.1 -- структурная схема показывающая подключение внешних устройств

Рисунок А.2 -- функциональная схема проектируемого цифрового устройства 

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок А.3 -- принципиальная схема блока управления цифровым устройством

Размещено на Allbest.ru