Разработка универсального промышленного измерителя для автоматизации производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Южный федеральный университет

г. Таганрог

Разработка универсального промышленного измерителя для автоматизации производства

Пенчук Анна Александровна

Студентка группы РТбо4-3

Терешков Владимир Васильевич

Доцент

Аннотация

измеритель контроллер автоматизация

Кратко описывается новый универсальный измеритель для автоматизации производства. Обосновывается необходимость разработки, рассматриваются задачи проектируемого измерителя, его преимущества над аналогами, описано устройство измерителя.

В настоящее время на промышленных предприятиях для решения задач автоматизации и управления производством целесообразно применять системы на базе промышленных контроллеров.

Программируемый логический контроллер (ПЛК) представляет собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления. ПЛК имеет конечное количество входов и выходов с подключенными к ним датчиками, ключами и исполнительными механизмами.

На начальном этапе разработки проводился анализ рынка промышленных универсальных измерителей отечественного производства. Основными критериями, по которым производился поиск аналогов, были поддержка распространенных промышленных протоколов данных, наличие гальванической изоляции, удобство использования и точность измерений.

Рассмотрев несколько видов приборов, было принято решение о разработке измерителя, который поддерживает возможности работы с ним как с программируемым логическим контроллером, в виду того, что в современных технологических процессах все большую актуальность приобретает автоматизация производства. Для интерфейса с устройством были выбраны наиболее популярные промышленные протоколы: DCon и ModBus. Далее, в устройстве должна иметься возможность программирования. Это сделано для того, чтобы пользователь мог быстро настроить измеритель под установленную задачу и наладить работу оповещения для конкретной ситуации.

Проектируемый измеритель включает в себя:

внутренний источник питания;

изолирующий преобразователь напряжения;

аналого-цифровой преобразователь (АЦП), для обработки сигналов и дальнейшего использования полученных данных;

программно-управляемый 2-строковый 16-символьный светодиодный индикатор;

центральное процессорное устройство (ЦПУ), осуществляющее управление всеми процессами измерителя;

цифровой термометр;

4 программно-опрашиваемые кнопки для реализации функций ввода параметров и навигации по меню;

часы реального времени с аккумуляторной батареей;

8 дискретных входов;

8 дискретных выходов.

Напряжение питания может находиться в диапазоне от 10 до 30 В. Это связано с тем, что измеритель на основе промышленного логического контроллера может находиться на большом расстоянии от источника, и поэтому длинная линия будет вносить искажения в значения напряжения питания.

Измеритель должен иметь изоляцию (гальваническую развязку). Без использования развязки предельный ток, протекающий между цепями, ограничен только электрическими сопротивлениями, которые обычно относительно малы. В результате возможно протекание выравнивающих токов и других токов, способных повреждать компоненты цепи или поражать людей, прикасающихся к оборудованию, имеющему электрический контакт с цепью. Прибор, обеспечивающий развязку, искусственно ограничивает передачу энергии из одной цепи в другую. В качестве такого прибора может использоваться разделительный трансформатор или оптронная пара. В обоих случаях цепи оказываются электрически разделёнными, но между ними возможна передача энергии или сигналов.

Измеритель содержит преобразователь DC-DC, позволяющий преобразовывать напряжение питания в диапазоне от +10 В до +32 В в напряжение +5 В.

Интерфейсы RS-485 выполнены на микросхемах фирмы Maxim, удовлетворяющих стандартам EIA и имеющих защиту от электростатических зарядов, от выбросов на линии связи, от короткого замыкания и от перенапряжения. Дополнительно в данном измерителе использована позисторная защита от перенапряжения на клеммах порта RS-485.

Имеется также защита со стороны интерфейса RS-485 от электростатических зарядов с потенциалом до 15 кВ, тестируемая по модели тела человека, а также защита от электромагнитных полей напряженностью до 10 В/м и электромагнитных вспышек до 2 кВ по стандарту IEC1000-4-4.

Основной частью устройств является микроконтроллер, который выполняет программу по заданному алгоритму, опрашивает состояние дискретных входов и кнопок, управляет состоянием дискретных выходов, осуществляет обмен по сети RS-485 c другими устройствами, выводит требуемую информацию на дисплей и т.д.

В результате проделанной работы был спроектирован универсальный промышленный измеритель с возможностью программирования. Данное устройство обладает высокой точностью измерений, гибкой системой настройки, может быть реализовано в различных производственных сферах, удобно в эксплуатации, не требует высокой квалификации обслуживающего персонала.

Была разработана структурная и принципиальная схемы устройства, спроектирована его печатная плата. Выполнено программирование протокола обмена данных DCon. Проверена корректность выполнения команд управления прибором. Произведена проверка точности измерений.

Спроектированный прибор обладает следующими преимуществами по сравнению с выявленными аналогами:

Наличие изоляции позволяет применять разрабатываемое устройство на различных крупных промышленных предприятиях.

Скорость работы разрабатываемого устройства увеличена за счет использования более современного микроконтроллера, а так же современных микросхем гальванической изоляции, которые поддерживают возможность передачи сообщений (управляющих импульсов) до 115200 бит/с.

При использовании специального компаунда удалось получить более высокий температурный диапазон работы.

Аналоговые входы выполнены на современной микросхеме ADC1248 и соответствующей периферии.

Протокол ModBus является одним из самых распространённых в промышленности, поэтому его наличие обязательно.

Протокол DCon является совместимым с протоколом ICPdas, что позволяет использовать данный измеритель в системах, в которых уже присутствуют модули других производителей.

Для отображения информации в измерителе предусмотрен дисплей для того, чтобы иметь возможность настройки измерителя непосредственно в месте его установки без наличия подключенного компьютера.

Разработанное устройство имеет меньшие габаритные размеры, чем аналоги.

Разработанный измеритель имеет возможность поддерживать большее количество подключаемых датчиков, а так же возможность реализовывать более сложные устройства (регуляторы).

Список литературы

1. Современные микроконтроллеры: Архитектура, средства проектирования, примеры применения, ресурсы сети Интернет. Под ред. Коршуна И. В.; - М: Издательство «Аким», 1998.

2. Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel - М.: ИП.РадиоСофт, 2002.

Размещено на Allbest.ru