Дипломная работа: Система управления роботизированным температурным зондом промышленной печи

Микроконтроллеры выпускается по разработанной Atmel технологии энергонезависимой памяти высокой емкости. Встроенная ISP флэш-память может внутрисхемно перепрограммироваться через последовательный интерфейс SPI, обычным программатором энергонезависимой памяти или запущенной программой в секторе начальной загрузки AVR ядра. Программа в секторе начальной загрузки может использовать любой интерфейс для записи программы. Программа в секторе начальной загрузки выполняется даже при обновлении флэш-памяти приложения, обеспечивая действительную возможность чтения во время записи. За счет комбинирования 8-разрядного RISC ЦПУ с внутрисхемно самопрограммируемой флэш-памятью на одном кристалле, позволило ATmega640, ATmega1280, ATmega1281, ATmega2560, ATmega2561 быть мощным микроконтроллером, обеспечивающего высокую универсальность и обладающего низкой стоимостью, что делает его применение идеальным для построения встроенных систем управления.

ATmega640, ATmega1280, ATmega1281, ATmega2560, ATmega2561 поддерживается полным набором инструментальных и программных средств для разработки приложений, в т.ч.: Cи-компиляторы, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы, оценочные наборы.

4.7 Алгоритм работы микроконтроллера

Алгоритм программы, обеспечивающей реализацию необходимого закона управления, представлен на рис. 28

Рисунок - 28 Алгоритм работы микроконтроллера

4.9 Датчик температуры

Датчики для измерения температуры агрессивных сред TTSC-42

Технические параметры

Датчики для измерения температуры агрессивных сред TTSC-42

Диапазон измерений температуры/преобразующий элемент

0ч1600єC R, S кл. 2

600ч1700єC B кл. 3

Оболочка

· несущая оболочка сталь 1.4541

· керамическая монокристаллическая оболочка Al2O399,99% (SAP)

· диаметр d [мм]: 5, 6, 8, 10 (стандарт 10 мм)

Таблица 2. Характеристики датчика температуры

Рисунок - 29 Датчик температуры

Головка

-B, IP54, -40ч100єC

Опции

-термоэлемент R, S кл. 1, B кл.

Дополнительное оснащение

-преобразователи температуры -

-зажимное крепление

-компенсационные провода

Преобразователи температуры

Технические параметры

Характеристика

-универсальный преобразователь

-монтаж в головке B

-корректировка погрешности датчика

-мониторинг обрыва в цепи датчика

-повышенная точность IPAQ+HPLUS

-искробезопасная версия IPAQ-HX,

ATEX II 1G Ex ia IIC T4 - T6

Вход

RTD 3 -, 4-проводной

TC B, E, J, K, L, N, R, S, T, U согласно. диапазону функционирования Pt100 -200ч1000єC

Pt1000 -200ч200єC Ni100 -60ч250єC Ni1000 -10ч150єC без реактивный: 0ч2000Щ напряжения: 10ч500 мВ

Выход

4ч20 мА, 20ч4 мА

Диапазон измерений

-Pt100: мин. -10єC

-TC, мВ: мин. 2 мВ

-Без реактивных. входов: мин. 10ЩРегулировка нуля во всем диапазоне

Точность преобразования

PLUS - 0,05 % H - 0,1% для RTD, мВ, акт. сопрот.

PLUS - 0,1 % H - 0,2% для TC

Время реакции

0,2 сек

Гальваническая изоляция

3750В AC в теч. 1 мин PLUS; 1500 В AC в теч. 1 мин H

Макс. активное сопротивление проводов

500Щ для всей петли TC; 25Щ на провод RTD

Соединение проводов

2,5 мм2

Водные присоединения

6,5ч42В DC; 8ч30В DC версия Ex

Рабочие условия

– температура: -40ч85єC

– влажность: до 95% RH без конденсации

Таблица 3. Крепление реле

Рисунок - 30 Резьбовое крепление

4.8 Крепежные элементы для преобразователей

Технические параметры

Описание:

Резьбовые и зажимные крепежные элементы являются дополнительным оснащением для термопреобразователей, не имеющих резьбовых соединений и фланцев. Они служат для крепления датчиков в местах измерения и сконструированы таким образом, что позволяют на их крепление в любом месте оболочки, т.е. позволяют погружать датчик в измеряемую среду на произвольную глубину. Резьбовые крепежные элементы обеспечивают герметичность при давлениии не более 0,1Мпа

Характеристика:

– активное сопротивление изоляции: мин.10 MЩ x км

– диапазон исполнения до 25 пар

– испытание напряжением 1000В- состав и цвета проводов согл. EU IEC 584-3 проводы изготовлены в соотв. с нормой IEC производятся как компенсационные (вторая буква в обозначении C) или удлиняющие (вторая буква X). - удлиняющие провода изготовляются из тех же самых материалов, как и термоэлемент, однако более дешевым способом, с более низким классом погрешности измерения температуры, являются компенсационные провода, которые изготовляются из материалов-заменителей.

ГЛАВА 5. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

5.1 Анализ вредных факторов при работе с ПК

В разрабатываемом устройстве управления используется микроконтроллер, все основные результаты работы которого выводятся на экран монитора. При работе с микроконтроллером оператор находится перед дисплеем. Оказываемое воздействие на окружающую среду разрабатываемой системы мало по сравнению с микроконтроллером. Поэтому рассмотрим характеристики безопасности и экологичности работы с видеодисплейными терминалами (ВДТ) микроконтроллеров.

Применение ВДТ микроконтроллеров повышает уровень организации труда, дает широкую, оперативную, наглядную, информацию о состоянии производства, ходе технологических процессов, позволяют видеть динамику процессов.

Стремительное изменение характера труда, переход во все больших видах деятельности человека к управленческим функциям, широкое использование вычислительной техники как главного помощника при выполнении умственных операций привело к появлению специфических опасностей, сопровождающих работу с видеодисплейными терминалами микроконтроллеров.

Лица за ВДТ могут подвергаться воздействию низкоэнергетического рентгеновского и УФ излучения, электромагнитного излучения (экраны наиболее интенсивно излучают на частотах 10,4 - 15 кГц - частоте строчной развертки), статического электричества, возникающего в результате облучения экрана потоком заряженных частиц электронной трубки, а также воздействию шума, неудовлетворительного освещения и микроклимата.

Проводимые обследования показали, что фактически нет такого рабочего места за дисплеем, которое соответствовало бы санитарно-гигиеническим и эргономическим требованиям.

Необходимость постоянно следить за информацией на дисплее требует от оператора напряжения воли для обеспечения необходимого уровня внимания.

По данным психологических наблюдений человек способен поддерживать активно внимание на протяжении 15 - 25 минут, затем наступает фаза пассивности (отдыха) и возобновление нового периода активного внимания. Работа с дисплеями характеризуется монотонностью (однообразием), что способствует быстрому развитию переутомления.

Многообразие причин аварийности систем и травматизма в производственных условиях позволяет говорить, что наиболее подходящими для оценки опасностей являются модели, представляющие собой процесс появления и развития цепи соответствующих предпосылок в виде диаграмм. Под диаграммами влияния причинно-следственных связей понимают некоторое представление моделируемых процессов с помощью графических символов. Основными достоинствами выявления и оценки опасностей при помощи диаграмм влияния служат высокая информативность представления и описания исследуемых факторов, хорошая наглядность и удобство интерпретации и обработки результатов посредством использования ЭВМ .

Широкое распространение получила диаграмма ветвящейся структуры, называемая “дерево причин (отказов, опасностей, событий)”. Построение “деревьев” является эффективной процедурой выявления причин различных, нежелательных событий (аварий, травм, пожаров и т.д.), что и необходимо для проведения системного анализа, дерево причин для данной системы приведено на рис.1.

Рисунок - 31 Дерево отказов

5.2 Меры защиты от вредных и опасных факторов

Существуют меры защиты от вредного воздействия производственных факторов при работе с ВДТ.

Конструкция ВДТ, его дизайн и совокупность эргономических параметров должны обеспечивать надежное и комфортное считывание отображаемой информации в условиях эксплуатации. Конструкция ВДТ должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ± 30° и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ± 30° с фиксацией в заданном положении. Дизайн ВДТ должен предусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона с диффузным рассеянием света. Корпус ВДТ, должен иметь матовую поверхность с коэффициентом отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.

Конструкция ВДТ должна предусматривать наличие ручек регулирования яркости и контраста. Для обеспечения надежного считывания информации при соответствующей степени комфортности ее восприятия должны быть определены оптимальные и допустимые диапазоны визуальных и эргономических параметров.

Измерения рентгеновского излучения перед экраном цветного дисплея показали, что на расстоянии 5 см. от экрана мощность дозы составляет

100 мкГр/час. А на расстоянии 250 см. от экрана - 0,0025 мкГр/час. Мощность дозы рентгеновского излучения отечественных телевизионных приёмников у поверхности экрана и корпуса не превышает предельно допустимой нормы (100 мкР/час.), что регламентируется ГОСТ 29.05.006-85.

Конструкция ВДТ должна обеспечивать величину эквивалентной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м. От экрана и корпуса ВДТ не более 0,1 мбэр/час. (100 мкР/час.).

Особое внимание следует обратить на статическое электричество. Измерения показали, что напряженность электростатического поля в рабочей зоне как отечественных, так и импортных дисплеев достигает 85 -62 кВ/м. при норме 20 кВ/м. в течение одного часа (ГОСТ 12.1.045-84).

Для предотвращения образования и защиты от статического электричества в помещении используются нейтрализаторы и увлажнители, полы имеют антистатическое покрытие.

Конструкция клавиатуры должна предусматривать: исполнение в виде отдельного устройства с возможностью свободного перемещения; опорное приспособление позволяющее менять угол наклона клавиатуры в пределах от 5 до 15⁰ ; высоту среднего ряда клавиш не более 30 мм; расположение часто используемых клавиш в центре, внизу и справа, редко используемых - вверху и слева; выделение цветом, формой, размером и местом расположения функциональных групп клавиш; минимальный размер клавиш - 13 мм, оптимальный 15 мм; клавиши с углублением в центре и шагом 19±1 мм; расстояние между клавишами не менее 3 мм; оптимальный ход для всех клавиш с минимальным сопротивлением нажатию 0,25 Н и максимальный не более 1,5 Н.

Приведем требования к помещениям для эксплуатации дисплеев и ПЭВМ.

Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток, обеспечивать КЕО не ниже 1,2 % в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5 % на остальной территории. Расположение рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ в подвальных помещениях не допускается.

Площадь на одно рабочее место с ВДТ и ПЭВМ должна составлять не менее 6 м², а объем не менее 20 м³. Производственные помещения, в которых для работы используются ВДТ и ПЭВМ , не должны граничить с помещениями, в которых уровни шума и вибраций превышают нормированные значения. Помещения должны оборудоваться системами отопления, кондиционирования воздуха или эффективной приточно-вытяжной вентиляцией. Для внутренней отделки интерьера помещений с ВДТ и ПЭВМ должны использоваться диффузионно-отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка - 0,7 - 0,8; для стен - 0,5 - 0,6; для пола - 0,3 - 0,5. Поверхность стола должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для очистки влажной уборкой, обладать антистатическими свойствами.

Организация рабочих мест операторов ПК следует осуществлять на основе современных эргономических требований. Конструкция рабочей мебели (столы, кресла или стулья) должна обеспечивать возможность индивидуальной регулировки соответственно росту оператора и создавать удобную позу. Часто используемые предметы труда и органы управления должны находиться в оптимальной рабочей зоне.