Модуль управления климатом в промышленной автоматике

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в электронике широко распространены микроконтроллеры. Микроконтроллером является специальная микросхема, предназначенная для управления различными электронными устройствами. Микроконтроллеры впервые появились в том же году, что и микропроцессоры общего назначения (1971). Микроконтроллеры объединяют в себе процессор, память, ПЗУ и периферию внутри одного корпуса, внешне похожего на обычную микросхему. Производство микроконтроллеров ежегодно во много раз превышает производство процессоров, а потребность в них не снижается.

Микроконтроллеры выпускают десятки компаний, причем производятся не только современные 32-битные микроконтроллеры, но и 16, и даже 8-битные. Внутри каждого семейства часто можно встретить почти одинаковые модели, различающиеся скоростью работы ЦПУ и объемом памяти.

Микроконтроллеры применяются преимущественно во встроенных системах, в игрушках, в станках, в массовой домашней технике, в домашней автоматике - там, где нужна не мощность процессора, а, скорее, баланс между ценой и достаточной функциональностью. Именно поэтому самые старые типы микроконтроллеров еще до сих пор в ходу - они многое могут: от автоматического открывания дверей и включения полива газонов до интеграции в систему «умный дом». При этом существуют и более мощные микроконтроллеры, способные выполнять сотни миллионов операций в секунду и обвязанные периферией «до зубов». У них и задачи соответствующие. Таким образом, разработчику сначала необходимо оценить задачу, а уж потом выбирать под нее подходящее «железо».

Микроконтроллер характеризуется большим числом параметров, поскольку он одновременно является сложным программно-управляемым устройством и электронным прибором (микросхемой). Приставка "микро" в названии микроконтроллера означает, что выполняется он по микроэлектронной технологии. В ходе работы микроконтроллер считывает команды из памяти или порта ввода и исполняет их. Что означает каждая команда, определяется системой команд микроконтроллера. Система команд заложена в архитектуре микроконтроллера, и выполнение кода команды выражается в проведении внутренними элементами микросхемы определенных микроопераций.

Микроконтроллеры, как правило, не работают в одиночку, а запаиваются в схему, где кроме него, подключаются экраны, клавиатурные входы, различные датчики и т.д.

Создание софта для микроконтроллеров - одна из важнейших операций при создании устройства, работающего на базе микроконтроллера. Обычно память в микроконтроллерах составляет от 2 до 128 Кб. Если меньше, то писать приходится на ассемблере или Форте, если есть возможность, то используются специальные версии Бейсика, Паскаля, но в основном - Си. Прежде чем окончательно запрограммировать микроконтроллер, его тестируют в эмуляторах - программных или аппаратных.

Цели и задачи практики:

Согласование темы дипломного проекта с руководителем.

Анализ материалов по теме дипломного проекта.

Разработка ТЗ по дипломному проектированию и согласование его с руководителем.

Написание отчёта по преддипломной практике.

Согласование темы по охране труда и экономической части

В ходе данной работы будет разработан модуль управления климатом на базе микроконтроллера. Будет проведен анализ основных технических требований, выбор и обоснование элементной базы, материалов конструкции, компоновочной схемы, метода и принципа конструирования.

1. СТРУКТУРА ПРЕДПРИЯТИЯ

Открытое акционерное общество "ММЗ имени С. И. Вавилова -- управляющая компания холдинга «БелОМО»".

История БелОМО берет свое начало с создания в 1957 году Минского механического завода им. С. И. Вавилова (первая продукция - фотоаппараты и станки для обработки оптики). В связи с расширением объемов и номенклатуры выпускаемых изделий, в 1971 году на базе Минского механического завода им. С.И. Вавилова было создано БелОМО.

БелОМО занимало лидирующее положение в оптической отрасли СССР и решало задачи по созданию и производству изделий специального назначения и гражданской тематики. Заводы, входящие в объединение, специализировались на определенных видах изделий:

ММЗ им. С. И. Вавилова - особо сложная оптико-механическая и оптико-электронная аппаратура (космические, топографические, спектрозональные, фотограмметрические системы и комплексы; кинотеодолитная техника; бронетанковые, гиростабилизированные прицелы, приборы лазерного наведения; промышленные передвижные и стационарные киноустановки).

Вилейский завод "Зенит" - единственный завод в бывшем СССР, специализированный на производстве фотоаппаратов. Кроме того, на заводе производились оптические прицелы для стрелкового оружия.

Рогачевский завод "Диапроектор" - диапроекционная техника, различные виды прицелов и приборов наведения для бронетанковой техники. Жлобинский завод "Cвет" - репродукционная техника, фотоувеличители, оптические приборы для нужд Министерства внутренних дел CCСР.

Жлобинский завод "Cвет" - репродукционная техника, фотоувеличители, оптические приборы для нужд Министерства внутренних дел CCСР.

В 90-х годах в составе БелОМО было созданы унитарное предприятие НТЦ "ЛЭМТ" БелОМО, специализирующееся на разработке и изготовлении лазерных изделий и изделий для медицины.

Структура предприятия приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структура предприятия.

2. ОБЩЕТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ПРАКТИКИ

В этой части отчета будет описано, какую литературу необходимо изучить, чтобы решить поставленную задачу.

2.1 Обзор литературы

В промышленной автоматизации в последнее время все большее внимании уделяется системам передачи информации. Задачи построения надежного информационного пространства возникают везде, где решаются задачи автоматизации. Построение сетей передачи данных, связь с датчиками и исполнительными механизмами, системы передачи данных на транспорте, системы видеонаблюдения или управление климатом. 

Рисунок 2.1 - Примерная структура сети промышленного предприятия

Рассмотрим некоторую абстрактную задачу построения информационной системы. На рисунке 2.1 представлена примерная структура сети для промышленного объекта. Действительно, какой бы объект мы не рассматривали, основой для получения информации являются, различные сенсоры и местные устройства управления. Это могут быть системы телеметрии на месторождениях, датчики на промышленном производстве, устройства контроля климата, видеонаблюдение в здании и так далее. В настоящее время сети датчиков в основном работают с использованием RS-протоколов, Ethernet на этом уровне представлен слабо. Отдельно надо сказать о сетях LON, широко используемых в автоматизации зданий, хотя и здесь Ethernet и RS-сети находят свое применение. 

Следующий уровень - это сети устройств ввода-вывода и управляющих контроллеров, здесь соотношение начинает меняться в пользу Ethernet, хотя RS-сети по прежнему используются для связи контролле- ров между собой. Получение информации от нижнего уровня в основном происходит по RS-сетям (аналоговые датчики в данной статье не рассматриваются).

Еще выше находятся сети станций человеко-машинного интерфейса, здесь уже повсеместно используется Ethernet, как и в общезаводских сетях. С данной моделью можно соглашаться или нет, но в любом случае Ethernet и RS-сети являются наиболее широко распространенными в объектах автоматизации. 

Основные проблемы, возникающие при построении сетей передачи информации, можно разделить на две части - надежность оборудования и каналов передачи данных и совместимость различного оборудования, сред и протоколов.

На большинстве производств системный интегратор рискует столкнуться с несколькими установленными ранее сетями, построенными на оборудовании различных производителей, зачастую несовместимыми. Возникает вопрос, что делать? Естественно вырисовывается два решения: первое это построить сеть заново, заменив существующий <винегрет> на оборудование одного вендора. Второе попытаться интегрировать существующие сети в создаваемую информационную систему.

И то и другое решение требует оборудования, которое может решить задачи по совместимости, обеспечивая при этом заданную степень надежности. При этом большинство промышленных предприятий неохотно тратят деньги на дорогое сетевое оборудование, предпочитая бюджетное решение. Вырисовывается некоторый идеал вендора сетевого оборудования, который должен иметь широкий модельный ряд устройств, для решения различных задач, при этом оборудование должно обладать высокой надежностью, иметь возможности резервирования, совместимость с оборудованием других производителей и бюджетную цену. На первый взгляд звучит как утопия. Большинство компаний либо предлагают ограниченный функционал, например, только коммутаторы, либо не обеспечивают необходимого качества. У большинства людей в голове лежит стереотип - дешево значит некачественно. В основном этот стереотип возник благодаря азиатским компаниям, в последнее время массово предлагающим коммуникационное оборудование, сомнительного качества. Однако, благодаря им же, этот стереотип начинает ломаться. Яркий пример, компания Korenix (Тайвань), официальным дистрибьютором которой на территории РФ является ООО <ПЛКСистемы>. Рассмотрим оборудование Korenix в рамках портрета идеального вендора, нарисованного выше, и применительно к модели сети предприятия, представленной на Рисунке 2.1.

Теперь, после изучения структуры сети промышленного предприятия, можно приступить к подбору соответствующего микроконтроллера, который не только сможет выполнять все возлагаемые на него функции, но и будет современным и экономически оправданным.

2.2 Сравнение аналогичных разработок

Создание устройства управления климата для мира не новость. Существует много производителей, которые уже не один десяток лет занимается созданием умных домов, климатических установок для серверных или других устройств подобного назначения и продают их на мировом рынке.

Рисунок 2.2 - Автоматика системы Умный Дом - схема оборудования

2.3 Анализ изученных нормативно-технических документов

Пояснительная записка выполняется на форматах по ГОСТ 2.301.

Основная надпись выполняется по ГОСТ 2.104.

Расчеты ведутся по ГОСТ 2.301.

Требования к оформлению графиков по ГОСТ 1.5-93.

Текстовые документы, содержащие текст, разбитый на графы, при необходимости разделяют на разделы и подразделы, которые не нумеруют. Наименования разделов и подразделов записывают в виде заголовков строчными буквами, первая прописная, подчеркивают.

Для возможности внесения изменений запись производится в нижней части поля строки, которые не должны сливаться с линиями, которые разграничивают строки и графы. Необходимо оставлять пустые строки между разделами и подразделами. В больших документах - также оставляются строки внутри разделов и подразделов.

Если составляется документ для опытных образцов, дополнительно предусматривают пустые строки для записи документов и других данных, которые могут быть внесены в документацию.

Если в графе документа записан текст в несколько строк, то в последующих графах записи начинают на уровне первой строки. Если в последующих графах запись размещается на одной строке, то при машинном способе выполнения ее допускается помещать на уровне последней строки.

Иные правила выполнения текстовых документов, содержащих текст, разбитый на графы, указаны в ГОСТ 2.106 и ГОСТ 2.108. в них приводятся и формы подобных документов.

Правила выполнения ведомости спецификаций, которая содержит спецификации изделия, ведомости ссылочных документов, которая содержит документы, на которые есть ссылки в конструкторских документах, ведомости покупных изделий, а так же ведомости технического предложения, содержит ГОСТ 2.106.

Форму и порядок заполнения спецификации на изделие всех отраслей промышленности содержит ГОСТ 2.108.

Спецификация выполняется в виде таблицы по ГОСТ 2.108.

Спецификация содержит разделы, которые располагаются в следующей последовательности: документация, комплексы, сборочные единицы, детали, стандартные изделия, прочие изделия, материалы и комплекты.

Единая система конструкторской документации устанавливает взаимосвязанные единые правила и положения по порядку разработки, оформления и обращения конструкторской документации на проектируемые изделия.

Размеры чертежей изложены в ГОСТ 2.301-68.

ГОСТ 2.302-68 содержит информацию о масштабах изображений и их обозначениях на чертежах.

Правила нанесения изображений предметов на чертежах содержатся в ГОСТ 2.305-68

Правила нанесения размеров и предельных отклонений - ГОСТ 2.307-68.

3. СОСТАВЛЕНИЕ ТЗ НА ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

В дипломном проекте требуется создать модуль управления климатом на базе микроконтроллера с помощью которого можно будет управлять климатом в автоматическом режиме.

Разработка устройства велась с учетом требований:

Простота

Функциональность

Низкое энергопотребление

.

4. ПЛАН-ПРОСПЕКТ

Целью выполнения дипломного проекта является разработка модуля управления климатом на базе микроконтроллера. В ходе проведения инженерных расчетов будет оформлена расчетно-пояснительная записка, которая будет состоять из следующих основных пунктов: введение, анализ технического задания, литературный обзор по направлению передачи данных через сеть, разработка конструкции модуля, разработка вопросов технологии изготовления, технико-экономическое обоснование дипломного проекта, техника безопасности и охрана труда, заключение и литература.

Раздел анализа технического задания будет содержать следующее: основание для разработки, источники разработки, технические требования. Источники разработки будут содержать: перечень законченных устройств имеющихся в данное время в свободном доступе; наименование изделия, на базе которого выполняют разработку. Технические требования должен состоять из следующих подразделов: состав изделия, технические параметры, принцип работы, программное обеспечение, конструктивные требования, условия эксплуатации, требования безопасности, дополнительные технические требования.

В разделе «Разработка конструкции модуля» будет выполнено следующее: разработка структурной схемы, выбор и обоснование элементной базы, разработка электрической принципиальной схемы, выбор компоновочной схемы, расчет конструктивных параметров изделия, расчет допустимой длины печатных проводников, расчет вибропрочности, расчет потребляемой мощности, расчет надежности, расчет массы, расчет теплового режима, размещение элементов и трассировка печатной платы средствами САПР.

Также будут разработаны структурная и принципиальная схемы, описано назначение отдельных частей, блоков и элементов, будет выбрана элементная база: конденсаторы, резисторы, транзисторы, микросхемы и другие элементы, входящие в конструкцию, обоснование целесообразности выбора соответствующих элементов. Выбор и обоснование конструкторских решений будет подтверждаться проведением необходимых расчетов и исследований, будет проведен выбор и обоснованы методы монтажа и соединений, а также необходимость и достаточность мероприятий по защите модуля от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов.

Будут проведены исследования оценки технологичности конструкции изделия, разработка технологической схемы сборки и разработка маршрутной и операционной технологии.

Технико-экономический раздел будет содержать расчет прибыли, экономического эффекта, себестоимость, отпускная цена изделия, окупаемость и затраты на производство заданного числа продукции в год.

Охрана труда будет проводиться согласно полученному заданию у преподавателя-консультанта: «энергобезопасность». Рассмотрится вопрос о энергобезопасности на предприятии.

Все необходимые выводы о разработанном устройстве будут содержаться в разделе «Заключение».

5. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

В этом разделе будет произведен анализ технического задания по теме дипломного проекта.

5.1 Основание для разработки

Основанием разработки служит задание по дипломному проектированию.

5.2 Источники разработки

На сегодняшний день достаточно много решений аналогичных устройств и найти их не составит особого труда. Для упрощения создания решения поставленной задачи будем опираться на модули управления, которые базируются на различных микросхемах драйверов RS-485 фирмы MAXIM.

5.3 Технические требования

Управление устройством должно происходить благодаря микросхеме. В свою очередь микросхема должна управлять климатом, а также приемом и передачей данных между датчиками и кондиционерами. Для создания модуля хорошо подойдет микросхема MAX1483 - она имеет невысокую цену, однако имеет хорошие физические показатели. Микросхема имеет следующие технические характеристики:

Режим - полудуплексный режим, т.е. интерфейс RS485;

Быстродействие, Mbps - 0.25;

Количество станций - 256;

Питание, В - 5;

Ток потребления, мA - 0.02;

Ток экономии, чA - 0.1;

Корпус - 8/µMAX, 8/PDIP.300, 8/SO.150.

Рисунок 5.1 - Расположение выводов семейства MAX, вид сверху.

Обозначения выводов: 

RO -- Receiver Output -- Выход приемника. Если А >B на 200mV RO=1, если А 

RE/ -- Receiver Output Enable -- Разрешение выхода приемника при RE/=0. При RE/=1 выход RO находится в высокоимпедансном состоянии. 

DE -- Driver Output Enable -- Разрешение выходов передатчика. Если DE=1 выходы активны, в противном случае они находятся в высокоимпедансном состоянии. 

DI -- Driver Input -- Вход передатчика. 

GND -- Ground -- Общий провод питания. 

A -- Noninverting Receiver Input and Driver Output -- Неинвертирующий вход/выход. 

B -- Inverting Receiver Input and Driver Output -- Инвертирующий вход/выход. 

VCC -- Positive Supply -- Напряжение питания.

Рисунок 5.2 - Стандартная структура сети на базе интерфейса RS485.

Наработка на отказ устройства должна составлять не менее 100000 часов при нормальных условиях эксплуатации. Срок службы устройства не менее 10 лет. Устройство должно иметь небольшое время восстановления при проведении ремонтно-восстановительных работ. Эксплуатация устройства допускается в условиях, указанных в действующем документе государственного стандарта ГОСТ 22261-94. Необходимо обеспечить устойчивость устройства к вибрациям, так как модель автомобиля в движении может вибрировать и, при недостаточной устойчивости к вибрации, устройство может выйти из строя.

С конструктивной точки зрения, для установки в помещении, устройство должно иметь минимальные габариты. Все элементы должны грамотно располагаться на поверхности платы.

климат автоматика конструирование

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Преддипломная практика послужила началом для создания дипломной работы. Были оговорены возможные проблемы, с которыми можно столкнуться, выполняя дипломную работу по выбранной теме, с руководителями практики от предприятия, по месту прохождения преддипломной практики, и руководителем от университета. Была изучена литература, дающая необходимые знания для успешного выполнения дипломного проекта, обзор аналогичных устройств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

http://www.rtcs.ru/

http://plcsystems.by/

http://smarton.com.ua/

http://www.szatc.com/

ПРИЛОЖЕНИЕ

Размещено на Allbest.ru