Курсовая работа (т): Информационно–измерительная система распределенного действия для контроля измерения веса

Информационно–измерительная система распределенного действия для контроля измерения веса

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Факультет телекоммуникаций

Кафедра МиС

Курсовой проект на тему

«Информационно - измерительная система распределенного действия для контроля измерения веса»

Выполнила: студентка гр.762101

Мичукова Я.А

Проверил

Басов В.Г

Минск 2011г.

Введение

Информационная техника имеет колоссальное и непрерывно возрастающее значение в жизни человечества. Она решает огромный круг задач, связанных, главным образом, со сбором, обработкой, передачей, хранением, поиском и выдачей разнообразной информации человеку или машине. Производительность труда и эффективность производства сегодня во многом определяются степенью автоматизации технологических процессов.

Информационно-измерительная техника предназначена для получения количественной информации об объектах материального мира. Как правило, получение всего объема измерительной информации должно выполняться за ограниченное время. Если эти функции возложить на человека, вооруженного лишь простейшими средствами измерений и вычислительными устройствами, то в силу физиологических ограничений он, даже при весьма значительной тренировке, не сможет их выполнять. Решение этой проблемы путем увеличения числа обслуживающего персонала не всегда уместно, а иногда даже недопустимо. Все эти факторы привели к появлению нового класса средств измерений - информационно-измерительных систем.

Итак, информационно-измерительная система (ИИС) - это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и вспомогательных технических средств, предназначенных для получения измерительной информации, ее преобразования и обработки с целью представления потребителю, управления и классификации (контроль, диагностика, обнаружение, распознавание и др.).

Создание ИИС связано с решением многих вопросов: метрологическая унификация средств измерений (датчиков, преобразователей, указателей) независимо от вида измеряемых величин; оптимизация распределения погрешностей между различными средствами измерений, входящими в состав ИИС; наиболее целесообразное размещение указателей перед оператором и др.

Практически всегда в ИИС необходимы не только получение информации о различных параметрах объекта измерения, но и некоторая предварительная её обработка: сравнение полученных значений параметров со значениями, заданными в качестве минимальных (так называемых уставок), определение значения и знака разностей, вычисление некоторых обобщённых (производных) параметров и т. п.

Развитие ИИС идёт по пути их автоматизации. Автоматизация процессов измерения в ИИС заключается в более полной внутренней обработке полученной информации, когда оператору вместо сообщения значений отдельных параметров по каждому каналу выдаётся некоторый обобщённый показатель работы контролируемого объекта, определённый по значениям ряда отдельных параметров.

Данный курсовой проект посвящен разработке информационно-измерительной системы распределенного действия, предназначенной для измерения и контроля веса.

Данная тема является весьма актуальной, поскольку процесс измерения веса широко распространен на различных предприятиях многих отраслей: машиностроительной, пищевой и др. Сегодня необходимо знать вес с наибольшей возможной точностью и получать результат взвешивания в минимально короткое время. При этом важно решить проблему с наименьшими затратами сил и средств, требующихся для достижения результата и представить его в форме наиболее удобной для восприятия и дальнейшей обработки.

1. Обзор методов решения аналогичных задач

Вопросы автоматизации процессов взвешивания являются весьма актуальными. Появление прецизионных тензометрических датчиков любого конструктивного и климатического исполнения позволило решить проблемы преобразования информации о массе в электрический сигнал для взвешивающих устройств. Однако вопросы, связанные с представлением информации в удобном для человека виде, остались. Немало также проблем с выбором технических средств - обеспечение высокой надежности в промышленных условиях (вибрация, пыль, влага, температура) и разработка интеллектуального программного обеспечения. В последнее время были разработаны и внедрены различные весоизмерительные системы и комплексы, лишенные этих недостатков. Рассмотрим некоторые из них.

Комплекс технических средств для автоматизации процессов взвешивания.

Комплекс создан на основе современной высоконадежной элементной базы. Структурная схема комплекса показана на рисунке 1.1. В качестве весоизмерительных датчиков использованы датчики силоизмерительные тензорезисторные 1909 ДСТ. Основу комплекса составляет четырнадцатислотовое шасси промышленного компьютера, внутри которого устанавливается центральная процессорная плата, контроллер монитора SVGA, платы интерфейсов и цифрового ввода-вывода. К центральной процессорной плате подключены мышь, промышленная клавиатура и дисководы. Необходимое количество модулей аналогового входа подключается к плате последовательных интерфейсов. Дискретные датчики (микропереключатели и др.) и исполнительные элементы (устройства индикации и др.) подключаются к плате цифрового ввода-вывода. Выходы тензодатчиков подключаются к модулю аналогового ввода. Питание тензодатчиков осуществляется от промышленных источников питания. Применение модулей аналогового ввода типа ADAM-4017 фирмы Advantech, имеющих интерфейс RS-485, позволяет размещать их на расстоянии до 1200 м от комплекса технических средств, т.е. рядом с весоизмерительными устройствами, и тем самым максимально снизить погрешности, возникающие в низковольтной измерительной цепи «датчик - преобразователь». В состав комплекса входит программное обеспечение, которое поддерживает все этапы его работы[1].

Рисунок 1.1 - Структурная схема комплекса технических средств для автоматизации процессов взвешивания

Автоматизированная система управления процессом изготовления медных анодов

Данная система решает задачу минимизации отклонения веса анода от нормы. Объектом рассмотрения в данной системе являются анодная печь, карусельная машина и система желобов, по которым жидкая анодная медь из печи транспортируется к изложницам карусельной машины.

Как известно, вес является немаловажным фактором при переработке анодов в цехе электролиза меди. Поэтому с целью получения анодов установленного веса, а также улучшения условий труда и повышения культуры производства была разработана и внедрена автоматизированная установка весового дозирования (УВД).

В состав этой установки входят два ковша: промежуточный ковш, куда направляется металл из печи, и дозировочный ковш, из которого металл сливается в изложницу. Каждый ковш установлен на своей платформе, снабженной тензометрическим весоизмерителем. Работой УВД управляет автоматизированная система.

Рассматриваемая система является трехуровневой. Первый уровень включает в себя приборы контроля, измерения и исполнительные механизмы. Второй - микропроцессорный контроллер в модулями ввода-вывода сигналов, обрабатывающий полученную информацию в заданную логическую цепь управления технологическим процессом. Третий уровень образуют сервер базы данных и автоматическое рабочее место (АРМ) оператора (разливщика). Структурная схема системы представлена на рисунке 1.2 . В состав системы входят:

·    пультовой конструктив (фирмы Rittal), на базе которого организовано АРМ оператора, использующее промышленную рабочую станцию фирмы Advantech и пульт управления с необходимым набором пускателей, переключателей, кнопок управления и аварийного отключения; в нижней части пультового конструктива (в шкафу) размещены:

§ микропроцессорный промышленный контроллер, предназначенный для приема сигналов с датчиков, их последующей обработки и выдачи управляющих сигналов на объекты управления;

§  входные и выходные модули УСО фирмы Grayhill серий 70L(дискретные) и 73L(аналоговые);

§  цифровые измерительные преобразователи сигналов тензодатчиков DMJ (Scaime) с интерфейсом RS-485$

§  преобразователь интерфейсов (RS-232/RS-485) ADAM-4520 (Advantech);

§  сетевой коммутатор, предназначенный для сетевых подключений по протоколу TCP/IP;

§  блоки питания элементов.

·    система гидропривода ковшей;

·        весоизмерительные устройства фирмы Scaime серии F60Х на 5 т и 2 т для промежуточного и дозировочного ковшей соответственно(каждое устройство содержит четыре тензодатчика, соединенных в мостовую схему);

·        частотный преобразователь управления печью и каруселью;

·        программное обеспечение контроллера;

·        программное обеспечение АРМ оператора.

При повороте печи медь через желоб попадает в промежуточный ковш, на фундаменте которого установлено весоизмерительное устройство для определения веса меди в процессе налива. При достижении заданного значения веса в промежуточном ковше контроллер выдает сигнал его подъема на гидроцилиндр и перелива меди в дозировочный ковш. Отслеживая заполнение дозировочного ковша, контроллер выдает сигнал на опускание промежуточного ковша. При полном опускании промежуточного ковша происходит регистрация веса меди в дозировочном ковше. Измерение веса меди в дозировочном ковше осуществляется четырьмя тензодатчиками, соединенными в мостовую схему для уменьшения погрешности измерения. Далее контроллер дает команду на подъем дозировочного ковша, контролируя при этом вес наливаемой в изложницу меди. Когда количество вылитой меди достигнет заданного значения, подается команда на опускание дозировочного ковша, при полном его опускании регистрируется остаток веса в нем меди. После полного опускания дозировочного ковша подается сигнал подъема на гидроцилиндр промежуточного ковша, и цикл повторяется.

Одновременно с управлением разливом меди производится контроль параметров системы гидропривода, контроль частотного привода поворота карусели и количества изготовленных медных анодов. Все полученные данные отображаются на экране АРМ оператора.

Основной показатель работы системы - среднеквадратическое отклонение веса анода от нормы- по данным на десять тысяч отлитых анодов не превышает 0,5 кг [2].

Автоматическая система управления технологическим процессом хлебо-булочного предприятия

Система выполняет широкий набор функций, среди которых контроль остатков муки разных сортов и свободных объемов в силосах, прихода и расхода сырья, работы оборудования и выхода готовой продукции, а также формирование отчетов разного уровня. Задача перед разработчиками автоматизированной системы первоначально ставилась простая: в режиме реального времени отслеживать количество муки в каждом силосе с помощью современных аппаратно-программных средств. Тривиальность технического решения этой задачи очевидна: использование тензодатчиков и тензопреобразователей, преобразование кодов аналого-цифровым преобразователем в реальные значения весов, сохранение данных в электронном архиве автоматического рабочего места (АРМ) оператора и передача этих данных в виде отчетных форм на сервер локальной компьютерной сети предприятия для бухгалтерии. Точность учета остатков муки с помощью такой системы увеличивается на порядок.

Кроме значений веса, система может подсчитывать и выдавать на экран дисплея АРМ оператора данные о свободных объемах силосов. Система также предоставляет оператору возможность «делить» муку с одного муковоза в несколько силосов. Система подсчитывает также общее количество муки, закачанной в данный силос и откачанной из силоса за смену, за сутки, а также суммарное количество муки одного сорта по силосам.

Реализация такой системы осуществляется с помощью следующих технических средств:

·    контроллер тензоизмерений, установленный непосредственно на складе;

·        контроллер учета готовой продукции;

·        АРМ оператора. В качестве АРМ весовщика используется обычный офисный компьютер.

Функциональная схема автоматизированной системы учета муки и готовой продукции представлена на рисунке 1.3. В шкафу контроллера тензоизмерений размещены:

·    каркас MicroPC, содержащий процессорную плату 5066, плату ввода-вывода дискретных сигналов 5600-48 и сетевую карту Ethernet;

·        модули ADAM-4016 - преобразователи тензосигнала - и плата модулей гальванической изоляции ADAM-3864 фирмы Advantech;

·        модули опторазвязки;

·        интерфейсная плата для жидкокристаллического дисплея;

·        клеммные колодки.

На жидкокристаллический дисплей, расположенный на дверце шкафа, выводится информация о текущих значениях веса муки в силосах, а также диагностическая информация об исправности каналов тензоизмерений. Переключение отображения с одного канала на другой производится при помощи клавиатуры КР-1, расположенной также на дверце шкафа контроллера.

АРМ оператора, АРМ весовщика и контроллер тензоизмерений включены в общую ЛВС предприятия через десятимегабитовый концентратор Ethernet.

Так была решена задача непрерывного измерения веса муки в силосах в режиме реального времени с визуализацией результатов измерений в графической и табличной форме, определения веса откачиваемой и закачиваемой муки и ряд других задач [3].

Система измерения веса сыпучих материалов

Существует целый класс весоизмерительных устройств работающих в динамическом режиме. Это в первую очередь такие устройства, которые работают с сыпучими материалами в технологических линиях и в системах погрузки - разгрузки. С их помощью осуществляется контроль за материальными потоками в различных производствах, измеряется производительность технологических аппаратов, производится дозировка компонентов и т. д.

Наиболее распространенными устройствами непрерывного измерения веса сыпучих материалов стали ленточные весоизмерители. Общеизвестные конструкции различных фирм имеют достаточно высокую надежность и точность получения результатов измерения веса.

К существенному недостатку метода можно отнести сравнительно высокую сложность конструкции механизма измерения. Следует также отметить, что на результат измерения веса влияет не только погрешность, связанная с точностью и качеством элементов конструкции и датчиков, но и погрешность, обусловленная самим методом. Эта погрешность непосредственно зависит от длины платформы весоизмерителя, равномерности подачи материала на ленту, равномерности распределения его по длине ленты и равномерности сброса с нее.

В идеальном случае длина платформы весоизмерителя должна стремиться к нулю, а датчик реагировать на поступающий материал и игнорировать измеренный. Но поскольку реальный процесс поступления материала на ленту некоторой порции и сброс с нее предыдущей осуществляется одновременно, при необязательном их равенстве, то значение веса устанавливается с помощью расчетного коэффициента. Есть и другой способ измерения веса сыпучих материалов.

Согласно этому способу, материал под собственным весом падает из питателя на наклонную под определенным углом пластину, которая опирается на датчик и после отражения от нее попадает в приемное устройство. Вес определяется расчетным путем, из значений действующих на датчик сил, угла падения материала и его физических свойств.

Рисунок 1.3 - Структурная схема автоматической системы управления технологическим процессом хлебо-булочного предприятия

От значительного числа вышеперечисленных недостатков можно избавиться, используя систему измерения веса, реализующую динамический метод измерений. Сущность метода заключается в воздействии на измерительную систему работающих весов эталонной силы и сравнении полученного при этом результата измерения с результатом, полученным при отсутствии воздействия. Структурная схема двухроликовой системы измерения веса, реализующей динамический метод измерений, показана на рисунке 1.4.