УРОВЕНЬ ТОПЛИВА, ДАТЧИКИ, ПРОМЫШЛЕННЫЙ КОНТРОЛЛЕР, ПРОГРАММИРОВАНИЕ, ДАТЧИК ХОЛЛА, INMARSAT, ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ
Данная работа посвящена разработке автономной распределённой ИИС, которая устанавливается на танкерах «Волгонефть». Система предназначена для автоматического контроля уровня топлива в бункере, а также частоты вращения валов двигателей. Поддерживается передача данных на диспетчерский пульт посредством спутниковой системы Inmarsat. Обеспечивается обмен сообщениями между капитаном судна и диспетчером. Осуществляется определение текущих координат нахождения судна.
Содержание
Введение
1. Проектно-пояснительный раздел
1.1 Анализ технических характеристик существующей модели ИИС
1.2 Выбор и техническое описание датчика уровня топлива
1.3 Выбор и техническое описание вторичного преобразователя
1.4 Выбор и техническое описание промышленного контроллера
2. Разработка программно-аппаратного комплекса
2.1 Проект распределённой измерительной системы
2.2 Структура программного обеспечения распределённой ИИС
2.3 Линейная аппроксимация градуировочной характеристики
2.4 Структура управляющей программы микроконтроллера
2.5 Конфигурирование DDE-сервера UniDDE
2.6 Разработка клиентского приложения
2.7 Разработка серверного приложения
2.8 Организация взаимодействия с базой данных
2.9 Разработка программы автоматического обновления базы данных
3. Технико-экономическое обоснование
3.1 Расчет затрат на зарплату разработчиков системы
3.3 Смета расходов на оборудование
3.4 Расходы по арендной плате за помещения
3.5 Затраты на освещение и отопление
3.6 Оплата машинного времени
3.7 Расчет экономической эффективности разрабатываемой системы
4. Охрана труда
4.1.4Требования к естественному и искусственному освещению
4.1.5 Требования к шуму и вибрации
4.1.6 Требования к ионизирующим и неионизирующим излучениям
Заключение
Приложение А
Приложение Б
Перечень сокращений
СУБД – система управления базами данных
OPLC – акроним для Панели управления (OP) + Программируемого логического контроллера (LC).
ПЛК – программируемый логический контроллер
DDE – direct data exchange – технология прямого обмена данными
ЧЭ – чувствительный элемент
CAN – control area network
HMI – human-machine interface (человеко-машинный интерфейс)
ПЭВМ – персональная электронная вычислительная машина
ПУЭ – правила устройства электроустановок
Введение
Последние годы мы наблюдаем устойчивый и довольно существенный рост цен на горюче-смазочные материалы. Рост цен на горючее вынуждает руководителей предприятий, занимающихся перевозками людей и грузов поднимать цены на услуги, что в свою очередь вызывает дальнейшую цепную реакцию роста цен на другие товары и услуги и приводит к негативным процессам в обществе.
Проблема роста цен на топливо делает актуальной задачу сокращения потерь топлива, возникающих вследствие утечек, нецелевых расходов, несанкционированного отбора и т.п. Поставленная задача может быть решена применением совокупности технических, организационных и административных мер.
В данной работе будет решена техническая задача, состоящая в разработке системы, осуществляющей в автономном режиме постоянный и точный контроль расхода топлива на речном танкере «Волгонефть».
Объём топливной цистерны танкера «Волгонефть» составляет свыше 90 кубометров, масса топлива составляет почти 50 тонн. Практика показывает, что потери топлива за счёт несанкционированного отбора доходят до одной тонны в день. Экономические потери составляют почти 20 тысяч рублей в день.
Разработанная система ведёт постоянный контроль уровня топлива в цистерне и с заданной периодичностью отправляет полученные данные на диспетчерский пункт. Кроме этого, ведётся контроль частоты вращения валов двигателей танкера, что даёт возможность диспетчеру оценить суточный расход топлива и сравнить его с фактическим.
Передача данных осуществляется с помощью спутниковой системы Inmarsat, благодаря чему также обеспечивается постоянная связь экипажа с диспетчером в любой точке Земли.
Основные компоненты системы являются сертифицированными, серийно выпускаемыми изделиями: датчик уровня топлива, датчики Холла, промышленный контроллер, ПЭВМ, спутниковая антенна. Такое решение имеет два основных преимущества: надёжность компонентов гарантируется их производителями, период эксплуатации составляет свыше 15 лет при условии проведения планового технического обслуживания; система в целом является легко тиражируема, поскольку не содержит оригинальных компонентов, трудных в производстве.
Окупаемость системы, при учёте масштаба потерь, составит около двух месяцев.
Технические возможности оборудования содержат большой потенциал по дальнейшему расширению функциональности системы.
1. Проектно-пояснительный раздел
1.1 Анализ технических характеристик существующей модели ИИС
В настоящее время на судне установлена самодельная система, выполняющая измерение уровня топлива и частоты вращения валов. Сигналы от датчиков преобразуются из аналогового вида в цифровой сигнал стандарта RS-232 и через соответствующий порт поступают в ПЭВМ капитана судна. Преобразование и усиление сигналов выполняется электронными блоками, установленными в системе распределительных коробок.
Схемы преобразования и усиления сигнала смонтированы вручную на изготовленных вручную печатных платах.
Датчик уровня представляет собой конденсатор, состоящий из семи сегментов. Каждый сегмент представляет собой конденсатор, обкладками которого служат платы из текстолита. Сегменты соединены между собой несколькими проводниками. На конденсатор подаётся переменный сигнал с заданными характеристиками. При изменении уровня топлива происходит изменение ёмкости конденсатора, что регистрируется контроллером, на основе чего осуществляется вычисление уровня топлива.
Электронные блоки системы выполнены на элементной базе фирмы Atmel. Элементная база этого производителя отличается хорошей производительностью и невысокой ценой, поэтому находит применение в широком спектре электронных приборов. Каждый электронный компонент выполняет узкоспециализированную функцию, что позволяет разрабатывать на их основе приборы различного назначения.
Однако это преимущество имеет значимость только при разработке новых или нестандартных, решающих новые, не стоявшие ранее задачи.
Анализируя поставленную задачу можно увидеть, что задачи измерения уровня топлива в баке и частоты вращения вала двигателей являются давно тривиальными задачами. В настоящее время уже существует специализированное и сертифицированное оборудование для решения подобных задач.
Поэтому подход, использованный разработчиками системы, представляется принципиально неверным. Этот факт выражается в довольно существенных недостатках:
1 Разработка печатных плат для единичных экземпляров датчиков и распределительных коробок является невыгодной. Это связано с тем, что изготовление печатных плат является сложным многоступенчатым технологическим процессом, в котором используются вредные вещества (кислоты, растворители, лаки и т.п.). Поэтому производители, обладающие необходимым оборудованием (например, ФГУП «СЭМЗ», ФГУП «НИИ «Экран») возьмутся изготовить только достаточно крупную партию плат (от 100 экз.), что неприемлемо в условиящ поставленной задачи.
2 При изготовлении электронных блоков должны решаться вопросы их помехоустойчивости, помехозащищённости, электромагнитной совместимости. Должны рассчитываться показатели надёжности (вероятность отказа, среднее время восстановления и т.п.) для гарантированного обеспечения работоспособности приборов в существующих условиях эксплуатации. Очевидно, эти вопросы разработчиками не рассматривались, чем объясняется нестабильная работа существующей системы.
3 Самодельные электронные блоки обладают более низкой ремонтопригодностью по сравнению с продукцией сертифицированных производителей.
Отдельно следует рассмотреть программное обеспечение системы. В системе осуществляется сбор данных и генерация отчётов с предоставлением их в виде интернет-страниц через сервер Apache. Для сбора данных используется система управления базой данных (СУБД) фирмы Oracle.
Данная СУБД обладает широкими возможностями и предназначена для организации больших по объёму распределённых баз данных. Однако она предъявляет высокие требования к аппаратным ресурсам. Поэтому в рассматриваемом случае это является причиной низкого быстродействия. По этой причине применение СУБД Oracle для решения поставленных задач считаю неправильным.
Вместо громоздкой и сложной СУБД Oracle целесообразно использовать машину баз данных, представляемую фирмой Borland (BDE).
Ещё более простое решение – использовать СУБД, встроенную в систему Windows.
1.2 Выбор и техническое описание датчика уровня топлива
Аналоговые датчики типа Е предназначены для непрерывного измерения уровня различных жидких и сыпучих сред. Дискретные датчики типа ЕС предназначены для сигнализации предельного уровня различных жидких и сыпучих сред. Датчики уровня должны работать в комплекте с вторичным преобразователем.
Принцип действия аналогового датчика типа Е основан на преобразовании изменения электрической емкости чувствительного элемента (ЧЭ) датчика, вызванного изменением уровня контролируемой среды. Далее сигнал с датчика передается на вторичный преобразователь для отображения уровня на цифровом дисплее и управления выходными реле.
Принцип действия дискретного датчика типа ЕС основан на преобразовании изменения электрической емкости ЧЭ датчика в выходной сигнал постоянного тока. Этот сигнал, в свою очередь, используется для управления срабатыванием выходного реле.