Контроль распределения тепловых потоков в окружающей среде

Назначение и структура автоматизированной системы, предназначенной для выдачи диаграммы распределения тепловых потоков в домах, производственных складах и других помещениях. Практическое освоение методики оптимизации логических схем и оценки надежности.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

Введение

Описание работы ССОИ

Составление структурной схемы

Подбор элементов и расчет надежности

Практическое освоение методики оптимизации логических схем и оценки надежности

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение контроля распределения тепловых потоков в окружающей среде имеет большое значение для многих отраслей хозяйства нашей страны и требует использование современных методов и средств автоматизации. Система состоит из двух взаимосвязанных подсистем оперативного контроля и управления качеством тепловых ресурсов. Их взаимосвязь обусловлена тем, что управление основывается на той информации, которую получают в процессе контроля. Накопленный опыт решения задач повышения оперативности контроля показывает, что традиционные методы, основанные на эпизодическом отборе проб тепла из объектов, связаны с большими затратами труда и времени на анализ, неэкономичны и малоинформативные. Одним из путей решения этой проблемы является комплексная автоматизация процедур анализа, сбора и обработки информации. Однако, зная распределение тепловых потоков в помещении, можно подобрать наилучшее месторасположение обогревателя, при котором распределение тепла по всему помещению будет одинаковым. Экономическая целесообразность подобных разработок определяется тем, что, несмотря на относительную дороговизну, внедрение предлагаемой системы окупается в очень короткие сроки в силу следующих причин: достигается точность на порядок выше, чем у большинства контрольно-измерительных приборов; отсутствует человеческий фактор возможных погрешностей при расчетах; обеспечивается возможность контроля распределения тепловых потоков в реальном масштабе времени; небольшие габаритные размеры подобных систем; возможность подключения системы к персональному компьютеру через сеть и дистанционный контроль всех параметров.

Описание работы ССОИ

Назначение, функциональные возможности состав и структурная схема системы.

Автоматизированная система, предназначенная для выдачи диаграммы распределения тепловых потоков в домах, производственных складах и других помещениях. Данная система обеспечивает формирование, запоминание и выдачу на печатающее устройство, монитор или через модем по выделенной или телефонной линии следующей информации: среднесуточные значения температуры в определенных точках помещения; ежеминутный контроль перепада температур в помещении с последующей обработкой и выдачей результата в виде диаграммы; архивирование и выдачу данных о температуре во всех контролируемых точках за любые последние 400 дней.

Предлагаемая система содержит: первичные измерительные преобразователи (датчики температуры), коммутатор и аналого-цифровой преобразователь для уменьшения числа соединений с вычислителем и подачу сигналов в цифровом коде; а также непосредственно вычислитель, осуществляющий непрерывный сбор информации с датчиков с периодом не менее одной минуты, накопление, обработку, выдачу данных на внутренний монитор в виде диаграммы, а также передачу этих данных на персональный компьютер со специализированным программным обеспечением, который может собирать информацию с группы подобных систем. Использование такого мобильного комплекса позволяет многократно расширить площадь контролируемой территории и оперативно анализировать характеристики тепла в труднодоступных точках в зависимости от создавшейся обстановки. Сочетание общего контроля поверхности с контролем точечных источников загрязнения дает возможность быстро выявить источник залповых выбросов и «виновника» возникшей аварийной ситуации.

Границы относительной погрешности вычислителя при преобразовании выходных сигналов измерительных преобразователей должны составлять не более ±5% в диапазоне измерения температуры от -10 до +50°С, при использовании 4 датчиков температуры.

Система, предназначенная для выдачи диаграммы распределения тепловых потоков в определенной среде, работает следующим образом. При включении питания прибор автоматически производит самотестирование для определения работоспособности. При обнаружении внутренней неисправности прибор прекращает работу. По завершению теста определяется наличие подключенных датчиков, установленных в исследуемом помещении, состояние датчиков записывается в ОЗУ. Также оператору предлагается ввести текущее время и дату. Установка текущего времени необходима только один раз, при первом включении прибора. В дальнейшем счет времени будет происходить в микроконтроллере автоматически по заранее заданной программе. Далее определяется первый по списку датчик и происходит поступление информации через аналоговый коммутатор и АЦП в микропроцессор вычислительного устройства, где происходит обработка информации, которая затем поступает в ОЗУ. Далее происходит опрос второго и последующих датчиков. После поступления в вычислительное устройство информации со всех датчиков, происходит вычисление средней температуры, а также изменению температуры, измеренной каждым датчиком по сравнению с прошлым циклом. Затем информация поступает из ОЗУ в ППЗУ, выполненное на микросхеме FLASH памяти с целью увеличения надежности. Также в ППЗУ записывается дата и текущее время суток. Одновременно вся информация в виде диаграммы распределения тепловых потоков выводится на монитор и поступает через COM порт и модем по телефонной линии в главный ПК, где может храниться и обрабатываться информация, поступившая от нескольких подобных систем. В это же время происходит опрос сенсорной клавиатуры, которая представляет единый комплекс с монитором. Если было произведено касание клавиши, то происходит обработка, изменение параметров и возвращение в основной текст программы. Если клавиша была не нажата, то начинается новый цикл опроса датчиков. Помимо этого пользователь как непосредственно на месте, так и с помощью главного ПК вывести на монитор информацию о температуре за последние 400 дней. Проанализировав распределение тепла в исследуемом помещении, в дальнейшем можно будет правильно произвести установку обогревательных (или охладительных) систем. Данная система имеет небольшие габаритные размеры, простоту в настройке и эксплуатации.

Составление структурной схемы

Рис. 1

Система разработана на основе микроконтроллера типа CPJ 188-5MX в формате Micro PC фирмы Fasmel. Модуль CPU188-5MX позволяет наиболее полно реализовать задачи, поставленные на этапе разработки комплекса, при его относительно невысокой стоимости Его функциональные возможности допускают подключение внешних устройств и организацию связи с компьютером верхнего уровня АСУ ТП через интерфейсы RS-485 или RS-232; через универсальный порт ввода-вывода реализуются функции управления индикацией, контроля цепей термопреобразователей сопротивления, управления сигнальными и исполнительными устройствами Данная плата широко используется в разработках, и имеется положительный опыт ее эксплуатации в условиях резко континентального климата в со ставе ряда измерительно-вычислительных комплексов для контроля технологических параметров на предприятиях.

ПЭВМ-ЦП, входящая в оборудование центрального поста комплекса, построена на базе аппаратных средств фирмы Advantech с использованием шасси промышленного компьютера IPC-610, процессорной платы Pentium половинного размера РСА-6151 (166 МГц, 64 Мбайт ОЗУ, интерфейс VGA), платы ввода-вывода PCL-724 и пассивной объединительной платы РСА-6114. Питание компьютера обеспечивается блоком бесперебойного питания АРС Back-UPC 400. Ввод в ПЭВМ-ЦП информации от датчиков реализован через интеллектуальную интерфейсную плату PCL-844+ фирмы Advantech, согласующую потоки данных из разных источников.

- коммутатор и входной усилитель аналоговых сигналов, поступающих с датчиков, необходимый для коммутации сигналов в одну общую шину.

- аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий входное напряжение в цифровой код.

- преобразователь, предназначенный для согласования сигнала поступающего от АЦП в микропроцессор вычислительного устройства.

- микроконтроллер, содержащий микропроцессор, оперативно-запоминающее устройство, контроллеры необходимых для сопряжения микроконтроллера с монитором, модемом и принтером.

Подбор элементов и расчет надежности

Поскольку моя система работает в пределах измерения температуры от -10 до +50 °С, с погрешностью измерения температуры не более ±5% и с периодом опроса датчиков через период времени, составляющей не менее 1 минуты, то в качестве элементов используются следующие элементы:

- для датчиков температуры используются терморезисторы ММТ-8, для которых характерны следующие параметры: пределы номинального сопротивления 1…1000 Ом, допустимое отклонение сопротивления от номинального 5%, диапазон температур -40 +70°С, постоянная времени не более 35 секунд;

- для коммутатора аналоговых сигналов используется аналоговый мультиплексор К1КТ901 со следующими характеристиками: число входов 4, диапазон изменения напряжения на входе 0,1…1 В, коэффициент усиления напряжения на выходе 10, напряжение для управления адресными входами 3,3…5 В, потребляемая мощность 300 мВт, надежность 0.997;

- в качестве АЦП используется аналого-цифровой преобразователь с двойным интегрированием фирмы Datel ADC-EK8B со следующими параметрами: число разрядов - 8, диапазон входного...