Системы контроля состояния подсистем танкера с использованием современной элементной базы (стр. 11 из 19)

где

- коэффициент, зависящий от угла поворота заслонки (при

= 65 - 70°С значение этого коэффициента максимально и равно 0.07),

Р - перепад давления на диске заслонки (Па), D - диаметр диска заслонки (м).

Выберем заслонку диаметром в 10 см, что соответствует диаметру прохода в седле трубопровода. Положим, что перепад давления на диске заслонки составляет

Р = 24500 Па. Тогда реактивный момент равен:

Мреак =

=1.715

Следовательно, двигатель должен развивать момент не меньше, чем 3,43

Выберем ИМ, который удовлетворяет рассчитанным параметрам. Для управления заслонками выбираются [18] однооборотные двигатели МЭО или многооборотные МЭМ - исполнительные механизмы, которые выпускаются в комплекте с определенным типом усилителя мощности.

Однооборотные ИМ типа МЭО поворачиваются на требуемый угол за указанное в маркировке время. Такой тип ИМ выпускается с концевыми выключателями, ограничивающими положение выходного вала и сигнализирующими о достижении предельных значений этого положения. Характерной особенностью двигателей типа МЭО является их высокое быстродействие, возможность длительной работы в стопорном режиме при полном напряжении питания, отсутствие ограничения по продолжительности и частоте включений.

В качестве ИМ выберем МЭО-6,3/10-0,25-01 (рис. 5.3), который имеет следующие технические характеристики, представленные в таблице 5.3:

Таблица 5.3 Технические характеристики исполнительных механизмов серии МЭО-6,3/10-0,25-01

Наименование характеристики	Величина характеристики
Номинальный момент на выходном валу,	16
Время одного оборота выходного вала, с	10
Максимальный рабочий угол поворота выходного вала, °	90
Напряжение питания при частоте 50 Гц, В	24
Потребляемая мощность, Вт	110
Масса, кг	7,3
Максимальная частота включений, кл/час	1200

Исполнительный механизм типа МЭО - 16-93 выпускается в комплекте с тиристорным усилителем ФЦ-0610, датчиком положения ДУП-М, пускателем бесконтактным реверсивным ПБР-2М, механизмом сигнализации положения МСП, блоком питания БП-24 и другим сопутствующим оборудованием.

Рис. 5.3 Внешний вид и конструкция ИМ МЭО - 16-93

5.3 Расчет разрядности АЦП и МК

Основываясь на информации о требуемой точности представления управляемых величин, их диапазоне изменения и количестве округлений в каждом используемом алгоритме первичной обработки информации, оценим длину разрядной сетки АЦП и АЛУ микроконтроллера.

Имеется три измеряемых величины: температура, давление, расход. Для их измерения используются датчики T7/MPX, 27SP, ДРК-1.

Требуемая точность контроля параметров равна:

Посчитаем разрядность АЦП, необходимую для считывания информации с датчиков, по формуле [14]:

,(5.1)

где Dx — диапазон изменения сигнала,

— коэффициенты, характеризующие доли погрешности вычислений, приходящиеся на датчики и АЦП соответственно. В соответствии с техническими характеристиками датчиков выбираем -

= 0,35;

= 0,5. Рассчитаем погрешность показаний каждого датчика по формуле:

(5.2)

В соответствии с (5.2) рассчитаем

для каждого измеряемого параметра:

Теперь по формуле (49) найдем количество разрядов АЦП, необходимое для каждого из каналов:

Выберем максимальное из них:

= 10. Рассчитаем число дополнительных разрядов в АЛУ микроконтроллера по формуле:

где

- количество округлений для каждого алгоритма,

- коэффициент ослабления помехи,

- коэффициент преобразования.

Подставив значения количества округлений для каждого алгоритма (m1 = 9, т2 = 30, т3 = 3, т4 = 4), приняв значение коэффициента ослабления помехи

= 5 и найдя значение коэффициента преобразования по формуле:

получим, что число дополнительных разрядов равно нулю.

Однако из-за погрешностей округления в алгоритме вычисления управляющего воздействия это число возрастет, но не более, чем на 4 разряда. А поскольку в микроконтроллере разрядность кратна байту, то АЛУ выбираемого микроконтроллера должно быть 16-ти разрядным.

Проверим выбранные технические средства по быстродействию. Для этого необходимо обеспечение условия:

,(5.3)

где

- время вычислений в микроконтроллере, для заданных алгоритмов,

- время преобразований аналоговых сигналов в цифровой код,

- время, затрачиваемое аппаратурой передачи данных на передачу информации от объекта управления к контроллеру и обратно. Подставив данные для микроконтроллера и АЦП в формулу (5.3), получим:

.(5.4)

Так как неравенство (5.4) выполняется, следовательно микроконтроллер и АЦП подходят по быстродействию для реализации системы.

5.4 Схема соединения устройств автоматизации

Фирма Advantech [19] предлагает широкий ассортимент технических средств автоматизации, в том числе модули серии ADAM-4000, которые в сочетании с функциональными возможностями программного обеспечения TRACE MODE позволяют просто решить большинство задач разработки масштабируемых систем распределенного сбора данных и управления.

При помощи модулей ADAM можно реализовать все необходимые функции разработанной автоматизированной системы управления: организацию ввода в микроконтроллер данных с датчиков и вывода сигналов на исполнительные механизмы, сопряжение с ЭВМ PC для осуществления контроля переменных системы. Основной причиной выбора устройств ADAM для технической реализации разработанной системы является то, что они совместимы с пакетом сбора данных, управления и контроля TRACE MODE, в котором разработан мониторинг системы контроля состояния подсистем нефтеналивного танкера. К тому же модули ADAM имеют хорошие функциональные, надежностные и качественные характеристики.

Компоненты, необходимые для сборки, инсталляции и конфигурирования сети из модулей ADAM:

• Модули ADAM;

• Системный компьютер, совместимый со стандартом IBM PC/AT, способный передавать символы в ASCII формате через порт RS-232 или RS-485;

• Источник питания модулей ADAM (от 10 до 30 В постоянного тока);

• Преобразователь интерфейса (при необходимости);

• Повторитель (при необходимости).

5.4.1 Общие характеристики модулей серии ADAM-4000

Модули серии ADAM-4000 являются малогабаритными многофункциональными интеллектуальными устройствами связи с объектом, специально разработанными для применения в промышленных условиях эксплуатации. Встроенный микропроцессор, входящий в состав каждого изделия, обеспечивает независимое от управляющей вычислительной системы выполнение функций гальванически изолированного ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов с последующей их нормализацией, фильтрацией и преобразованием в форму, пригодную для передачи по последовательному каналу связи, а также информационный обмен с ведущим узлом сети передачи данных на базе интерфейса RS-485.

Для обмена данными в системах на базе устройств ADAM используется единственная витая пара. Вследствие высоких уровней шумов, в промышленных условиях предпочтительнее использовать именно экранированные витые пары. Для обеспечения качественной, надежной связи в устройствах серии ADAM реализованы специальные цепи подавления и защиты от помех. Это упрощает монтажные и пуско-наладочные работы, а также позволяет снизить общую стоимость системы за счет сокращения затрат на кабельную продукцию, разъемные соединения, повторители и дополнительные фильтры.