Контроллер ГАММА-8М

Министерство образования и науки Республики Татарстан

Альметьевский государственный нефтяной институт

 

 

 

Кафедра АИТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине: «Устройства цифровой автоматики»

 

на тему:  «Контроллер ГАММА-8М»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Выполнил: студент гр. 36-61

            Полукова А.Н.

Проверил: старший преподаватель

Тугашова Л.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Альметьевск 2009

 

Сокращения, используемые в курсовой работе

 

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

БИС – большая интегральная схема;

БФ – булева функция;

ВЫКЛ – выключатель;

ДИД – датчик избыточного давления;

ДТМ – датчик температуры многоточечный;

ДУУ – датчик уровня ультразвуковой;

ИИП – источник изолированного питания;

ИМС – интегральная микросхема;

ИПД – источник питания датчиков;

ИРК – изолированные релейные ключи;

ИЦАП – изолированный цифро-аналоговый преобразовател;

К - клавиатура;

ККД – контроллер клавиатуры и  дисплея;

КМОП - комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник;

ЭОЗУ – энергонезависимое оперативное  запоминающее устройство;

ОМЭВМ – однокристальная микро-ЭВМ;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

ПМК - программируемый микропроцессорный контроллер;

ПО – программное обеспечение;

РА – регистр адреса;

РК – разрядные ключи;

СИ – семисегментный индикатор;

СК – сегментные ключи;

ССК – светодиоды состояния ключей;

ТТЛ - транзисторно-транзисторная логика;

УАПП – универсальный асинхронный  приемопередатчик;

УИИ – узел изолированного интерфейса;

УСД – узлы сопряжения с датчиками;

ФСУ – формирователь сигналов управления;

ЭВМ – электронная вычислительная машина;

ЯВ – ячейка вычислительная;

ЯИ – ячейка индикации;

ЯИД - ячейка для измерения давления;

ЯСД – ячейка сопряжения с датчиками;

/ - признак низкого активного  уровня сигнала.

 

 

Содер

жание

 

 

 

 

Вве дение

 

В последние десятилетия импульсная техника обогатилась новой быстро развивающейся областью – цифровой техникой – основой электронных цифровых вычислительных машин, станков с числовым программным управлением, роботов и т. д. Она подняла на новую качественную ступень средства связи, радиолокацию, вызвала появление автоматизированных систем управления предприятиями и целыми отраслями народного хозяйства, комплексов для обработки различных видов информации.

Одним из ключевых факторов развития в этом направлении выступает технологический прогресс. Для управления технологическими процессами наряду с аппаратными средствами управления все большее применение находят средства цифровой техники. Растущая производительность микропроцессоров, появление мощных сигнальных процессоров, создание высокоэффективных методов компрессии и транспортировки информации — это только часть списка технологических инноваций, ведущих к ускорению развития информационных цифровых технологий.

Системы управления из средств вычислительной (обычно микропроцессорной) техники реализуются программированием, что позволяет резко сократить сроки разработки и внедрения систем управления на объектах.

Программирование реализуется  на программируемых микропроцессорных контроллерах (ПМК). ПМК представляют собой специализированные устройства, построенные на базе микропроцессорной техники. Они обрабатывают информацию в цифровом коде. Для этого в контроллерах предусмотрено преобразование входной аналоговой информации в цифровую, а затем после обработки обратное преобразование информации, поступающей на выход.

Успешный процесс ведения переработки нефти и газа зависит от строгого контроля и поддержания на заданном уровне важнейших параметров: давление, температура, расход, а также контроля качество выходного продукта [7].

В настоящей работе используется контроллер микропроцессорный ГАММА –  8М, который предназначен для подключения к нему датчиков уровня, температуры или избыточного давления. Иными словами он обеспечивает надежность эксплуатации нефтяных и газовых объектов. Температура, давление и уровень являются теми параметрами, которые могут сильно повлиять на технологический процесс в нефтегазовой промышленности. Контроль за этими параметрами является ключевым элементом автоматизации производства.

В расчетной части рассмотрим мультиплексор, реализацию на нем заданной булевой функции с числом управляющих входов q=2, 3, 4, а также выберем наилучшую реализацию булевой функции с учетом критерием экономичности и минимальности аппаратных затрат.

 

1. Теоретическая часть

1.1. Назначение микропроцессорного контроллера ГАММА-8М

 

Контроллер микропроцессорный ГАММА-8М предназначен для измерений и контроля различных параметров в зависимости от подключенных к ним датчиков: уровня, температуры, давления и других, а также для формирования стандартных выходных токовых сигналов. Область применения предприятия нефтяной, нефтехимической и других отраслей промышленности.

Контроллер ГАММА-8М  предназначен для подключения к  нему двух датчиков уровня ультразвуковых ДУУ2, или датчиков уровня ультразвуковых ДУУ2М, или датчиков температуры  многоточечных ДТМ1, или датчиков температуры многоточечных ДТМ2, или датчиков избыточного давления ДИД1 производства ЗАО “Альбатрос” (далее “датчики”) любых модификаций в любой конфигурации и обеспечивает:

• взрывозащищеное электропитание подключенных датчиков (датчики, подключаемые к прибору, могут размещаться на объектах в зонах В-1 и В-1а, где возможно образование смесей горючих газов и паров с воздухом категории IIB температурного класса T5 включительно);
• обработку поступающих от датчиков сигналов и расчет измеряемых параметров;
• индикацию измеренных параметров;
• управление внешними устройствами (четыре изолированных ключа с выходом типа “сухой контакт” и программируемыми привязками, порогами срабатывания и гистерезисами);
• формирование стандартных токовых сигналов, пропорциональных измеряемым параметрам (два канала с программируемой привязкой), для работы с самопишущими и другими устройствами регистрации;
• одновременного регулирования (позиционный или пропорциональный законы регулирования) по двум параметрам, измеряемым подключенными к прибору датчиками;
• осуществление цифрового обмена по последовательному интерфейсу RS-485 с ЭВМ верхнего уровня в формате протокола Modbus RTU.

Прибор осуществляет индикацию измеренных параметров с  помощью семисегментных светодиодных индикаторов.

 

1.2. Технические данные

Число подключаемых датчиков – два.

Индикация измеренных параметров и вывод другой алфавитно-цифровой информации осуществляется на двух встроенных в прибор пятиразрядных семисегментных светодиодных индикаторах.

Прибор имеет четыре светодиода, индицирующих текущее состояние ключей, и пьезоэлектрический звонок.

Для программирования прибора  пользователю предоставляется

трехкнопочная клавиатура. Все программируемые  параметры и константы запоминаются в энергонезависимом ОЗУ (ЭОЗУ) прибора  и сохраняются при отключении питания. Ориентировочный срок хранения информации в ЭОЗУ прибора при выключенном питании – 10 лет.

Характеристики подключений представлены в таблице 1.

Таблица 1

1. Питание датчиков	постоянное напряжение UО£12 B, IО£80 мА
2. Кабель для связи с датчиками	4хпроводный экранированный
3. Длина соединительного кабеля между прибором и датчиками	≤1,5 км

 

Предельные параметры  ключей прибора на активной нагрузке представлены в таблице 2.

 

Таблица 2

1. Коммутируемое напряжение постоянного или переменного тока	не более 250 В
2. Допустимый ток коммутации ключа	не более 1 А
3. Сопротивление ключа в замкнутом состоянии	не более 1,2 Ом

 

Характеристики интерфейса представлены в таблице 3.

 

      Таблица 3

1. Гальваническая развязка выходных цепей интерфейса от корпуса прибора и его внутренних цепей	прочность изоляции 1000 В постоянного тока в течение одной минуты
2. Тип интерфейса	RS-485
3. Программируемая скорость передачи	до 19200 бит/с
4. Программируемый контроль четности	-
5. Логический протокол	Modbus RTU (программируемый адрес прибора)

 

Характеристики выходных токовых сигналов прибора в таблице 4.

 

Таблица 4

1. Число выходных токовых сигналов	2
2. Гальваническая развязка выходных цепей токовых сигналов от корпуса прибора и его внутренних цепей	прочность изоляции 1000 В постоянного тока в течение одной минуты
3. Независимое программирование выходной шкалы для каждого токового сигнала	0…5 мА 0…20 мА 4…20 мА
4. выходные токовые сигналы	0…5 мА	при нагрузке ≤ 2 кОм
	0…20 мА 4…20 мА	при нагрузке ≤ 450 Ом
5. Пределы допускаемой приведенной погрешности выходных токовых сигналов	±0,2 %

1.3. Электрические параметры и характеристики

 

Прибор  предназначен для непрерывной работы. Электрические параметры представлены в таблице 5.

 

Таблица 5

1. Питание прибора	180÷242 В (50 ± 1) Гц
2. Мощность, потребляемая прибором от сети	≤15 В×А
3. Электрическая изоляция между цепью питания и металлическими частями прибора выдерживает без пробоя и поверхностного перекрытия испытательное напряжение в но рмальных условиях применения	~1500 В 50 Гц
4. Электрическая изоляция между выходными искробезопасными цепями прибора и его корпусом выдерживает без пробоя и поверхностного перекрытия испытательное напряжение в нормальных условиях применения	~500 В 50 Гц
5. Время установления рабочего режима	≤30 с
6. Средняя наработка на отказ прибора с учетом технического обслуживания	≤40000 ч

 

 

1.4. Общее устройство и принцип работы прибора

Контроллер ГАММА-8М  представляет собой микропроцессорный  прибор на основе однокристальной микро-ЭВМ (ОМЭВМ) DS80C320 и выполняет функции вторичного преобразователя, индикации и управления.

Контроллер ГАММА-8М  предназначен для:

• многоканального измерения уровня и уровня раздела сред однофазных и многофазных жидкостей совместно с датчиками уровня ультразвуковыми ДУУ2;
• измерения давления внутри резервуаров совместно с датчиками ДУУ2 или датчиками избыточного давления ДИД1;
• измерения температуры контролируемых жидкостей совместно с датчиками ДУУ2;
• многоканального измерения температуры контролируемых жидкостей совместно с датчиками температуры многоточечными ДТМ1;
• обработки сигналов, расчета и индикации измеряемых параметров;
• одновременного регулирования (пропорциональный закон регулирования) по любым двум измеряемым параметрам;
• управления внешними устройствами;
• формирования стандартных токовых сигналов для выдачи на устройства регистрации (самописцы);
• цифрового обмена по последовательному интерфейсу с компьютером верхнего уровня Modbus RTU;

• обеспечения взрывозащищенного  электропитания подключенных датчиков.

Прибор имеет в своем  составе три узла: ячейка сопряжения с датчиками ЯСД4, ячейка вычислительная ЯВ3 и ячейка индикации ЯИ5.

ЯСД4 содержит блок питания, вырабатывающий напряжения, необходимые для работы всех остальных узлов прибора, источник искробезопасного питания датчиков, подключаемых к прибору, и узлы оптронной развязки сигналов связи прибора и датчиков, обеспечивающие согласование уровней сигналов и защиту искробезопасных цепей от искроопасных.

ЯИ5 осуществляет индикацию измеренных датчиками параметров и состояния ключей. Кроме того, ЯИ5 выполняет функцию кросс-платы, связывающей ЯСД4 и ЯВ3.

ЯВ3 является центральным узлом  прибора. В ее задачи входит осуществление опроса датчиков, расчет измеряемых параметров, формирование изолированных токовых и дискретных управляющих сигналов, хранение настроечной информации при отключении питания прибора, обеспечение обмена данными с ЭВМ верхнего уровня, а также управление работой ЯИ5.

 

 

 

1.5. Органы управления и индикации прибора

 

Прибор имеет два режима работы:

– режим измерений;