Разработка микропроцессорного контроллера автоматизации ДНС

0

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«КРАЕВОЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

 

 

 

 

 

 

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Тема:     «Разработка микропроцессорного контроллера автоматизации ДНС»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение

1.Составление принципиальной схемы контроллера

1.1 Выбор радиокомпонентов и эмуляция работы схемы в Proteus

1.2 Написание программного кода в среде разработки MPLAB IDE для микроконтроллера.

  1. Сборка контроллера в готовое устройство

2.1 Создание печатной платы

2.2 Сборка контроллера

2.3 Отладка работы готового контроллера

Заключение

 

 

 

Введение :

Современные нефтедобывающие предприятия представляют собой сложные комплексы технологических объектов . Успешный процесс добычи и перекачки нефти и газа  зависит от строгого контроля и поддержания на заданном уровне давления , температуры . расхода , а также контроля качества выходного продукта . Поддержание с заданной точностью на заданном уровне параметров быстротекущих процессов при ручном управлении оказывается невозможным. Поэтому современное нефтедобывающее производство возможно только при  оснащении технических установок соответствующими  автоматическими приборами , информационно-измерительными системами и системами автоматического управления Таким образом современный этап развития  добычи , перекачки и подготовки нефти и газа немыслим  без применения контрольно- измерительных приборов и АСУ ТП  обеспечивает представление  оперативной информации персоналу для диагностики и прогнозирования состояния оборудования , контроль и управление технологическими процессами и оборудованием , представление возможности выяснения причин нарушения нормального режима работы , анализ разных рабочих ситуаций .

В данной исследовательской работе производится разработка автоматизации  проекта и реальная реализация  его на рабочем макете дожимной насосной станции и УПСВ, предназначенного для контроля , управления , регулирования и сигнализации аварий , происходящих на данном объекте.

Цель работы : для того , чтобы упростить процесс эксплуатации , повысить надежность системы в данной исследовательской  работе  разработан, изготовлен , запрограммирован и установлен на действующий макет  новый  микропроцессорный контроллер для  централизованного управления технологическим процессом.

 

 

 

1 Составление принципиальной схемы контроллера

1.1 Выбор радиокомпонентов

Для создания контроллера в первую очередь нужно было определится с поставленными задачами по автоматизации. Поэтому для того что бы на стенде новый контроллер смог выполнять функции автоматизации  были поставлены следующие задачи:

  • Возможность подключения различных датчиков по токовой петле 4-20мА.
  • Отображение информации до 16 подключенных датчиков.
  • Контроль работы мощности насосов
  • Автоматизация работы ДНС посредством автоматического регулирования мощности насосов.

Поэтому для разработки такого контроллера с нуля нужно было в первую очередь выбрать соответствующие радиодетали которые смогли бы автоматизировать на стенде весь технический процесс откачи нефти и контроля процесса откачки.

Какие радиокомпоненты были выбраны:

  • Микроконтроллер PIC16F877A с 4 портами ввода вывода. Со встроенным АЦП на 8каналов(аналого цифровым преобразователем) для работы с токовой петлей 4-20мА. Модулем CCP для регулирования через ШИМ (широтно импульсной модуляцией) мощности насосов на стенде.
  • Дисплей LCD1602 для вывода информации по датчикам и контролю мощности насосов.
  • Аналоговые переключатели TS5A3157 для удвоения количества каналов АЦП.
  • Программатор PICKIT 2 для осуществления заливки прошивки в микроконтроллер
  • Стабилизаторы напряжений на 5 и 18V.
  • Блок питания для питания контроллера
  • Остальное : кварцевые резонаторы, резисторы, конденсаторы в обвязке контроллера и мультиплексоров.

1.2 Написание программного кода в среде разработки MPLAB IDE, создание схемы эмуляция работы контроллера в Proteus.

Написание программы для микроконтроллера пожалуй является самым ключевым моментом в создании вообще какого либо электронного устройства на микроконтроллере. Так как программный код это инструкция по которой микроконтроллер выполняет поставленную задачу. От того как качественно написан этот самый программный код будет зависеть скорость работы самого устройства. К примеру если код будет слишком громоздким, не оптимизированным то оно будет долго выполнятся, микроконтроллер будет тормозить и работать с ошибками.

Написание программного кода я выполнял в среде разработки MPLAB IDE.

Так как я осваивал язык Си с нуля, мне пришлось немного трудновато, пока я не привык к синтаксису и не научился работать с этим языком программирования.

Программа MPLAB IDE 8.30

Для отладки программного кода я использовал отладчик схем Proteus. Данная программа позволяет эмулировать работу электронных схем, в том числе и работу микроконтроллеров с отлаживаемой прошивкой. Только данная программа достаточно требовательна к железу компьютера. Во время эмуляции схем бывали случаи ошибки программы из-за недостаточной вычислительной компьютера.

Для меня эта программа позволила обойтись без сборки отладочной схемы что сильно удешевило и упростило процесс написания программного кода.

Рабочее окно программы Proteus 8.

 Я написал программный код который  может  работать с токовой петлей 4-20мА, получать данные с датчиков, выводить информацию на дисплей и регулировать мощность насосов посредством ШИМ регулирования.

После того как код уже был готов, я мог завершить создание электронной схемы  и приступать к созданию печатной платы.

Схема контроллера(без блока питания, питается от 18V)

 

  1. Сборка контроллера в готовое устройство

2.1 Создание печатной платы

Для создания рисунка печатной платы я использовал программу SprintLayout. Данная программа является подобием Автокада, но только она легче и заточена под создание печатных плат.

На картинке изображена печатная плата самого контроллера. Там же и сам микроконтроллер, сверху экран, справа 6 точек это для подключения программатора PICKIT 2, слева две кнопки для управления(в последствии я эти кнопки вынес и добавил еще 2 кнопки)

 

2.2 Создание печатной платы и сборка контроллера

Так как плата была уже довольно сложной, в которой содержались аналоговые переключатели довольно мелких размеров то для производства печатной платы была выбрана фоторезистивная технология.

С помощью фоторезиста можно добится печатных плат довольно высокого качества.

Сначало берется загатовка для печатной платы это обычный фольгированный текстолит. Текстолит обезжиривается и полируется. На текстолит приклеивается негативный фоторезист. На принтере печатается негативный фотошаблон. С помощью фотошаблона и УФ лампы происходит засветка фоторезиста. После засветки фоторезист проявляют в кальцинированной соде. А уже потом заготовку помещают в травильный раствор, в моем случае это был персульфат аммония. На вытравленной печатной плате высверливаются отверстия для компонентов и на этом создание печатной платы завершается.

Вот несколько фотографии производства печатных плат.

Плата контроллера после проявки, ожидает травления

Плата блока питания в процессе травления в растворе персульфате аммония

Плата блока питания во время засветки ультрафиолетовыми лучами. Сверху над платой находится фотошаблон

Это готовая плата лабораторного блока питания, для примера.

После травления и сверловки начинается процесс сборки. Припаиваем все компоненты на плату, микроконтроллер ставим на место, все собираем до кучи…

Нижняя сторона контроллера. С этой стороны платы установлены аналоговые переключатели, SMD резисторы и конденсаторы.

Уже собранный контроллер. Пятна остались после очистки от флюса. Микроконтроллер находится под дисплеем

Плата блока питания. Тут у нас трансформатор, диодный мост, стабилизатор на LM317T, конденсаторы. Этот блок формирует 18В который питает датчики и сам контроллер.

 

 

 

2.3 Отладка работы готового контроллера

Перед тем как встроить  контроллер в стенд нужно в первую очередь проверить его работу. А именно проверить работу меню, управления, регулировки мощности двигателей, корректность показаний измерений.

В процессе отладки выяснилось что, меню, измерения параметров с датчиков работают исправно, но не работает регулировка мощности двигателей через ШИМ.ШИМ сигнал при 30% мощности насосов

ШИМ сигнал при 10% мощности насосов

Полевой транзистор для регулировки мощности насосов

При дальнейшем анализе мне удалось устранить неисправность и регулировка мощности насосов заработала.      

Проверка регулятора мощности. Выставлено 50%

На нагрузке при 50% выставленной мощности потребление 0.8А

Выставлена мощность насосов в 90%

На нагрузке в это время потребление повысилось до 1.1А что говорит об исправности работы регулирования мощности насоса.

       Устанавливаем контроллер вместе с блоком питания в корпус.

 

 

Устанавливаем контроллер с датчиками и уровнемерами  в стенд, расключаем и настраиваем , включаем в работу.

 

 

 

                                       Заключение

Промышленные контроллеры –мозг современных систем промышленной автоматизации . Они ближе всего расположены к технологическому процессу . Их отказ практически приводит сразу к отказу всей системы промышленной автоматизации . Поэтому к разработке, надежности  и программированию их предъявляются высокие требования , что учтено в этой исследовательской работе. При испытаниях , наладке и длительном технологическом прогоне контроллер PIC16F877A и используемое программное обеспечение работали без каких либо сбоев и проблем , его достоинства –дешевизна и надежность.

 

Скачать:  У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

 

 

Категория: Курсовые / Электроника курсовые

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.