Автоматизированное рабочее место аппаратчика-промывальщика промывочно-рециркуляционной станции

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

/

/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ КОМПЛЕКСА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН

1.1 Эксплуатация комплекса внутренней обработки котлов цистерн

1.2 Отмывка цистерн

1.3 Ополаскивание цистерн

1.4 Регенерация моющего раствора

1.5 Дегазация и сушка цистерн

1.6 Гомогенизация собранных СНО

1.7 Очистка сепаратора от шлама

1.8 Очистка фильтра отстойника

2. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА АППАРАТЧИКА-ПРОМЫВАЛЬЩИКА

2.1 Размещение цепей управления

2.2 Размещение цепей контроля

2.3 Размещение цепей индикации

2.4 Дополнительные цепи

3. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

3.1 Локальный микроконтроллер

3.2 Главный микроконтроллер

3.3 Датчик определения концентрации нефти

3.4 Взаимодействие микроконтроллера с внешними устройствами

3.4.1 Питание РIС-микроконтроллеров

3.4.2 Тактирование PIC-микроконтроллеров

3.4.3 Схемы сброса

3.4.4 Управление светодиодами и оптронами

3.4.5 Управление реле

3.4.6 Управление ЖКИ-модулем

4. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ

5. ОЦЕНКА СТОИМОСТИ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА АПАРАТЧИКА-ПРОМЫВАЛЬЩИКА ПРОМЫВОЧНО-РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СТАНЦИИ

6. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА АППАРАТЧИКА-ПРОМЫВАЛЬЩИКА ПРОМЫВОЧНО - РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СТАНЦИИ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Проектом рассматривается объект промывочно-рециркуляционной станции в городе Мозыре-11, замена технологического оборудования на ПРС Барбаров «Гомельское отделение Белорусской железной дороги».

Промывочно-рециркуляционная станция включает технологический комплекс для одновременной внутренней обработки трех цистерн с системой регенерации и очистки загрязненного моющего раствора с возвратом его в цикл.

В промывочно-рециркуляционный технологический комплекс входит:

- оборудование для приготовления моющего раствора и подачи его на отмывку цистерн;

- крышки технологические универсальные с моющей машинкой;

- устройство УСН-150Р для нижнего слива;

- оборудование для отвода моющего раствора и ополаскивающей воды из цистерн;

- оборудование сбора и регенерации моющего раствора;

- оборудование для гомогенизации СНО, выделившихся в процессе очистки;

- оборудование подачи воздуха для сушки и дегазации цистерн.

Оборудование сбора и регенерации моющего раствора предназначено для очистки от грубых механических примесей, взвешенных веществ и нефтепродуктов моющего раствора с целью повторного использования его для мойки цистерн.

В оборудование для сбора и регенерации моющего раствора входит:

- фильтры-отстойники;

- сепарационные модули;

- расходные емкости для моющего раствора и ополаскивающей воды.

Оборудование промывочно-рециркуляционной станции предполагается разместить на площадке.

Применяемая в настоящем проекте технология позволяет перейти на оборотное водоснабжение при отмывке цистерн за счет использования моющих средств нового поколения О-БИСМ, не создающих устойчивые углеводородные эмульсии в воде.

ПРС оснащена автоматизированной системой контроля и управления, позволяющей организовать постоянный контроль параметров технологического процесса и управление его режимами с поддержанием их параметров в заданных значениях.

Производительность ПРС по внутренней отмывке - 50 четырехосных цистерн в сутки.

ПРС предназначена для отмывки внутренних поверхностей цистерн из-под нефтепродуктов.

ПРС состоит из технологического комплекса для одновременной обработки трех цистерн и системы регенерации для очистки загрязненного моющего раствора с возвратом его в цикл.

Система регенерации предназначена для очистки от грубых механических примесей, взвешенных веществ и нефтепродуктов моющего раствора с целью повторного использования его для мойки цистерн.

Режим работы ПРС согласно заданию на проектирование следующий:

- количество рабочих дней в году - 365;

- количество рабочих смен в сутки -3;

- продолжительность рабочей смены - 8 часов;

Технологический процесс внутренней отмывки железнодорожных цистерн включает следующие стадии:

- приготовление моющего раствора;

- заполнение расходной емкости, фильтра-отстойника и сепарационного модуля;

- заполнение и нагрев воды в расходной емкости ополаскивающей воды;

- мойка котлов цистерн моющим раствором;

- ополаскивание котлов водой;

- очистка загрязненного моющего раствора в фильтре-отстойнике, сепарационном модуле;

- сбор и гомогенизация СНО (смешанных нефтеотходов);

- сушка котлов цистерн нагретым воздухом и охлаждение холодным воздухом;

- удаление шлама из фильтра-отстойника и сепарационного модуля.

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ КОМПЛЕКСА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН

1.1 Эксплуатация комплекса внутренней обработки котлов цистерн

Подготовка оборудования к работе. При подготовке технологического комплекса к работе осуществляются операции по заполнению модулей емкостного, сепарационного и фильтра-отстойника моющим раствором и емкостного модуля для споласкивающей воды водопроводной водой.

Первоначальное заполнение емкости приготовления раствора водой производится из водопровода через автоматический клапан. Последующие заполнения емкости происходит из емкости модуля споласкивающей воды автоматически. Открыть кран подачи водопроводной воды и открыть клапан.

Когда вода, по мере поступления в емкость, достигнет уровня датчика, загорится сигнальная лампочка «Нижний уровень МПР-03», откроется клапан, загорится сигнальная лампа «Пар МПР-03», включается насос «Циркуляция МПР-03». Вода, циркулируя через теплообменник, будет нагреваться паром до заданной температуры, установленной на измерителе-регуляторе «Температура МПР-03».

Трехходовые клапана установлены таким образом, что в режиме «Циркуляция МПР» для них не требуется никаких управляющих сигналов для переключения.

Когда температура воды достигнет заданной на регуляторе, отключится насос, а клапан подачи пара в теплообменник закроется. Когда вода достигнет уровня датчика, загорится лампочка «Верхний уровень «МПР-03».

Если температура воды меньше, чем установлена на реле-регуляторе, то продолжается нагрев воды в емкости приготовления раствора. При достижении заданной температуры на пульте управления загорится лампочка «Готов к загрузке». В стакан емкости приготовления раствора засыпают порошок «О-БИСМ» для получения 3,5% концентрации рабочего раствора. (В «стакан» емкости приготовления необходимо засыпать 9 мешков порошка «О-БИСМ» по 35 кг или 315 кг порошка из другой упаковки.)

При нажатии кнопки «Подтверждение загрузки», загорится сигнальная лампочка «Подтверждение загрузки». При этом выключается сигнал лампочки «Готов к загрузке» и включается насос «Циркуляция МПР-03». Клапан «Перемешивание» переключается, и вода начнет поступать в «стакан» с порошком модуля приготовления.

По истечении установленного на «Перемешивание» времени, загорится сигнальная лампочка «Перекачка раствора», трехходовой клапан переключится, и насос начинает перекачивать раствор в сепарационный модуль. Трехходовой клапан установлен таким образом, что при перекачке на него не нужно подавать управляющие сигналы.

Процесс перекачки прекратится по срабатыванию датчика в емкости приготовления раствора, при этом погаснет лампочка «Нижний уровень МПР».

Повторить до момента срабатывания датчика в расходной емкости моющего раствора. При наполнении модулей раствором с помощью насоса необходимо заполнить моющим раствором и фильтр-отстойник.

Повторный забор водопроводной воды в емкость приготовления осуществляется из емкостного модуля споласкивающей воды насосом (М10) «Перекачка воды» по датчикам уровня в МПР-03 и МЕ-25с. Наличие нижнего уровня в МЕ-25с и отсутствие нижнего уровня в МПР-03 являются необходимыми условиями для включения насоса.

Открывается клапан, включается насос. При появлении верхнего уровня в емкости модуля сработает датчик, загорится сигнальная лампочка «Верхний уровень». При этом закроется клапан и насос выключится.

Для нагрева моющего раствора до рабочей температуры 65°С ± 15°С в модуле МПР-03 предусмотрен циркуляционный контур, включающий насос (М7) «Циркуляция - домывка», МЕ-25м и теплообменник. Насос также используется для подачи моющего раствора на устройство домывки горловины.

Если температура раствора в емкостном модуле ниже заданной на измерителе регулятора «Температура МЕ-25м», то запуск мойки в автоматическом режиме по кнопке «Мойка «Пуск» невозможен. Клапан «Пар МЕ-25м», пар поступит в теплообменник, включается насос «Циркуляция - Домывка».

Пар греет раствор до температуры, установленной на измерителе-регуляторе «Температура». При достижении раствором заданной температуры, клапан перекрывает доступ пара в теплообменник, насос выключается.

Если напряжение питания подано на схему управления, то открывается клапан «Вода». Когда вода достигнет уровня датчика «Нижний уровень», загорится сигнальная лампочка «Нижний уровень». Если температура воды ниже установленной на измерителе - регуляторы «Температура», то открывается клапан, загорится сигнальная лампа «Пар». Включается насос (М10) «Циркуляция». Вода циркулирует через теплообменник, пар греет воду до заданной на измерителе-регуляторе температуры. Когда температура воды достигнет заданной, отключится насос (М10), закроется клапан, погаснет лампочка «Пар».

Когда вода достигнет уровня датчика «Верхний уровень», загорится сигнальная лампочка «Верхний уровень». Закроется клапан, погаснет лампочка «Вода».

1.2 Отмывка цистерн

Запуск комплекса возможен только в том случае, когда температура раствора достигла температуры, установленной на реле-регуляторе. При этом уровень моющего раствора в расходной емкости должен быть максимальным (датчик показывает наличие раствора). При соблюдении этих условий на пульте управления загорится лампочка «Готов к мойке».

Переключатели «Режим работы» необходимо установить: «Ручной - Автомат» в положение «Автомат». Переключатель «Мойка - Споласкивание» в положение «Мойка». При этом клапан «Мойка» открыт. Горит сигнальная лампа «Мойка», а клапан «Споласкивание» закрыт.

Перед началом мойки необходимо подстыковать к нижнему сливному прибору цистерн устройство нижнего слива УСН-150Р. Для этого:

- со сливного прибора цистерны снять защитную крышку и закрепить её в горизонтальном положении цепью.

- снять устройство нижнего слива УСН-150Р с гаражного устройства и довести его под сливной прибор цистерны. Вращая маховик на УСН-150Р закрепить его на нижнем сливном приборе цистерны.

- открыть поворотную задвижку у фильтра грубой очистки.

Повторить для второй и третьей отмываемой цистерны.

- опустить переходной мостик с эстакады на цистерну и открыть люк цистерны.

При необходимости на горловину цистерны установить фартук для домывки горловины. Щетку для домывки уложить в фартук. Открыть шаровой кран на эстакаде и провести отмывку крышки цистерны.

После выполнения отмывки горловины закрыть шаровой кран снять фартук устройства домывки.

Ключом клапана нижнего слива открыть клапан, вращая рукоятку ключа против часовой стрелки. В зимнее время, если клапан открыть невозможно, выполнить следующие действия:

- на щите управления переключатель режима работы «Ручной - Автомат» перевести в положение «Ручной».

- открыть шаровой кран у устройства УСН-150Р, в зависимости от номера позиции клапана нижнего слива. Разогрев клапанов можно проводить на всех позициях одновременно, при этом необходимо открыть все перечисленные краны.

- для подачи раствора в систему разогрева на пульте управления нажать кнопку «Циркуляция» и кнопки - «Откачка1» («Откачка2» или «Откачка3»), в зависимости от позиции, на которой происходит разогрев клапанов. (При разогреве клапанов на трех позициях одновременно включаются три откачивающих насоса (М2, МЗ и М4) нажатием кнопок.

Через 15 минут нажатием кнопки остановить подачу раствора в систему разогрева клапана. Через 3 минуты нажатием кнопок остановить насосы откачки (М2, МЗ и М4).

Закрыть шаровые краны. Перевести переключатель режима работ «Ручной - Автомат» в положение «Автомат».

Ключом открыть клапан нижнего слива цистерны, рели клапан цистерны открыть невозможно, повторить операции.

Перемещая пневматические тали с технологическими крышками и в горизонтальной плоскости установить их над горловинами цистерн.

Нажимая на пульте управления пневмотали кнопки перемещения «Вверх» и «Вниз» опустить технологическую крышку на горловину цистерны, обращая особое внимание на расположение штока клапана нижнего слива, лестницы и торировочных планок. Моющая машинка TZ 68 должна свободно вращаться.

Пуск установки будет возможен при наличии заданной на измерителе-регуляторе температуры раствора в емкостном модуле, и наличии уровня раздела сред, загорится сигнальная лампочка «Готов к мойке».

Если переключатель установлен в положении «Мойка», то клапана «Мойка» открыты, и горит сигнальная лампа «Мойка». Клапана «Споласкивание» закрыты, и лампочка не горит.

На пульте управление нажать кнопку «Мойка «Пуск», при этом включится напорный насос (М8) «Подача «Мойка». Кнопками осуществляется выбор количества цистерн под мойку с соответствующим отключением откачивающих насосов.

По истечении установленного на КТЗ времени мойки напорный насос (М8) «Подача «Мойка-Споласкивание» выключится. Откачивающие насосы (М2) «Откачка1», (МЗ) «Откачка2» и (М4) продолжают работать до момента срабатывания датчиков потока. «Поток1», «Поток2» и «Поток3». Датчики потока установлены в магистрали слива перед откачивающими насосами.

При прекращении воздействия жидкости хоть на один из датчиков потока выключается соответствующий откачивающий насос (М2, МЗ или М4). В процессе мойки одновременно с включением напорного и откачивающих насосов открываются затворы «Слив1», «Слив 2» и «Слив 3». В процессе мойки раствор перекачивается насосами откачки в фильтр-отстойник ФО-01, при этом должен быть открыт затвор, а затвор закрыт.

Когда выключатся откачивающие насосы, запускаются реле времени «Дооткачка», на котором устанавливается время работы насоса (3-5 мин). Насос включается при подаче напряжения на клапан «Воздух в DM20/75».

Одновременно с включением насоса в режиме «Мойка» открывается клапан. Насос откачивает оставшийся моющий раствор из коллектора в фильтр-отстойник. По истечении времени, установленном на «Дооткачка» закроется клапана и «Дооткачка - Мойка», насос выключится.

1.3 Ополаскивание цистерн

При необходимости выполнения операции споласкивания цистерны необходимо провести определенные работы. Если операцию споласкивания проводить не нужно, то перейти к п.п.1.4.

После окончания процесса мойки котла цистерны проводится споласкивание внутренней поверхности теплой водой из емкостного модуля.

Пуск установки в режиме «Споласкивание» будет возможен при наличии заданной на измерителе-регуляторе температуры в споласкивающем модуле и наличии верхнего уровня. При выполнении этих условий загорится сигнальная лампочка «Готов к споласкиванию».

Переключатель установим в положение «Споласкивание», при этом клапан «Споласкивание» и клапан «Мойка» закрыты.

При нажатии на кнопку «Пуск» Споласкивание», запускается реле времени «Время споласкивания». Включаются откачивающие насосы ( М2, МЗ и М4) и насос (М8) «Подача «Споласкивание». Блокируется пусковая кнопка SB38.1 «Споласкивание «Пуск», горит сигнальная лампочка «Пуск «Споласкивание». По истечении установленного времени споласкивания на КТ4 «Время споласкивания» - 12+20 мин, в зависимости от требований по подготовке и типу перевозимого груза, выключится насос (М8). Откачивающие насосы (М2, МЗ и М4) выключатся по датчикам потока.

Далее аналогично режиму мойки запускается реле времени, определяющее продолжительность дооткачки споласкивающей воды. Насос откачивает из коллектора споласкивающую воду через клапан в расходную споласкивающую емкость. Клапан при этом закрыт. По истечении времени, закроется клапан, насос выключится и клапан закроется.

Если в процессе споласкивания произошла потеря воды из расходной емкости, то открывается клапан «Вода», и в расходную емкость начнет поступать вода, пока ее уровень не достигнет датчика «Верхний уровень».

1.4 Регенерация моющего раствора

Отработанный раствор, проходя через фильтр-отстойник, попадает в модуль сепарационный и далее в расходную емкость. В фильтре-отстойнике из раствора выделяются тяжелые нефтешламы, насыщенные минеральными примесями. В сепараторе загрязненный раствор разделяется на 3 фазы: всплывающие нефтепродукты, шламы и очищенный раствор. В процессе работы сепаратора нефтепродукты перетекают в карман сбора по обогреваемому наклонному лотку. Температура регулируется при помощи датчика «Температура».

Если температура в кармане сбора меньше, чем установленная на (ТРМ-1) «Температура сепаратора», то при помощи клапана происходит подача пара в змеевик нагрева. При достижении заданной температуры клапан закрывается.

Температура в кармане сбора регулируется при помощи датчика «Температура СНО». Если температура ниже установленного значения, то открывается клапан «Пар СНО», загорается сигнальная лампочка «Пар СНО». Пар греет СНО до заданной температуры. При ее достижении клапан закрывается, и лампочка гаснет.

Откачка СНО производится автоматически по датчику «Уровень СНО», при этом включается насос (М5) «Откачка СНО». Время работы насоса определяется установленным на реле времени «Откачка СНО» интервалом.

Во время мойки часть моющего раствора растворяется в СНО и происходит замещение моющего раствора нефтепродуктами.

По сигналам датчиков раздела сред, установленных в сепараторе, погаснет сигнальная лампочка «Раздел сред». «Перекачка раствора» переключается, при этом переключается клапан «Выдавливание» и включается насос (М9) «Циркуляция».

Закрывается клапан «Декомпрессия», происходит выдавливание из сепаратора в карман сбора СНО. При появлении сигнала раздела сред срабатывает реле, выключается насос (М9) и переключается клапан.

1.5 Дегазация и сушка цистерн

Пуск оборудования для дегазации и сушки котлов ж/д цистерн происходит в автоматическом режиме по окончании операций отмывки и споласкивания. Значения температуры горячего воздуха для сушки «Температура», время периода «Вентиляции» и время «Сушки» установлены заранее, причем время на сушку должно быть меньше или равно времени вентиляции.

При пуске процесса включится вентилятор и начнется отсчет реле времени «Время вентиляции» и «Время сушки». Если температура воздуха, выходящего из оборудования меньше заданной, то автоматически по сигналу (КН1) откроются клапаны подачи пара для подогрева воздуха. При достижении необходимой температуры датчик подает сигнал на (КН1), клапан закрывается, процесс нагрева остановится, процесс поддержание температуры до окончания временного цикла «Сушка» поддерживается автоматически.

Весь процесс работы устройства закончится по окончании цикла «Время вентиляции». По этому сигналу отключится вентилятор, реле времени сбросятся в ноль и будут готовы повторить цикл.

1.6 Гомогенизация собранных СНО

Заполнение емкостей модуля гомогенизации происходит поочередно, выбор емкости осуществляется в ручном режиме закрытием/открытием клапанов. Заполнение каждой емкости происходит до срабатывания датчика верхнего уровня, после чего на пульте управления загорается соответствующая лампочка «Верхний уровень». Заполнение прекращается. Затем в ручном режиме переключаются клапаны на вторую емкость.

По мере накопления второй емкости, в первой производятся следующие операции: нагрева, отстаивания, откачки отстоявшейся воды, гомогенизации и откачки гомогенизированной смеси нефтепродуктов.

Перед началом работы модуля на щите управления задаются температуры на измерителе-регуляторе: 65°С ± 15°С, которые должны поддерживаться в указанных диапазонах.

Процесс разогрева и поддержания заданных температур возможен только при наличии нефтепродуктов в емкости в объеме превышающем «Нижний уровень», т.е. когда нет сигнала датчика «Нижнего уровня» об отсутствии нефтепродуктов в емкости.

В случае срабатывания датчика температуры на нижнем пределе автоматически (или вручную кнопкой SB7 или SB8) открывается соответствующий клапан подачи пара или для нагрева емкостей, загорается лампочка «Пар 1» или «Пар 2» соответственно. Закрытие клапанов происходит также автоматически (или в ручном режиме кнопками SB7 или SB8) по срабатыванию датчиков температуры на верхнем пределе.

При нормативных остатках в цистерне заполнение одной емкости будет продолжаться не более 12 часов, время на последующие операции (нагрева, отстаивания, откачки отстоявшейся воды и гомогенизации) также составит не более 12 часов. Время отстаивания смеси нефтепродуктов после заполнения не должно превышать 7 часов.

Перед началом гомогенизации, при срабатывании датчика «Раздел сред» и соответствующей лампочки на щите управления «Раздел сред», необходимо произвести откачку отстоявшегося раствора насосом до момента, когда сигнал о разделе сред от датчика пропадет и лампочка погаснет.

Откачку производят в ручном режиме от кнопки «Откачка раствора» для этого необходимо открыть ручной клапан (для соответствующей емкости) при открытом клапане, при этом загорится лампочка «Откачка раствора». Отключение насоса откачки производят кнопкой «Откачка раствора», при этом лампочка погаснет. Ручные клапаны перекрывают.

По окончании данной операции производится операция гомогенизации, для этого открывают клапаны. Последовательным нажатием кнопок «Измельчение» и «Циркуляция» включить соответствующие насосы, и загорятся лампочки «Измельчение» и «Циркуляция». Рекомендуемое время гомогенизации одной емкости - 4,5 часа, но не менее 1,5 часов. По окончании отключить насосы кнопками «Циркуляция» и «Измельчение». Закрыть ручные краны.

Гомогенизированную смесь перекачивают в отдельно стоящую емкость насосом. Для этого необходимо открыть ручные краны, включить кнопкой «Откачка СНО» (загорится лампочка) насос и производить откачку до момента срабатывания датчика нижнего уровня. По сигналу датчика нижнего уровня кнопкой «Откачка СНО» откачку остановить, лампочка погаснет. Время откачки Ориентировочно составляет 30 минут.

1.7 Очистка сепаратора от шлама

В результате отмывки внутренней поверхности цистерн на дне сепаратора скапливается шлам (нерастворимые отложения). Для обеспечения длительной бесперебойной работы комплекса необходимо производить ежесуточно откачку шлама после промывки цистерн. Для проведения этой операции необходимо откачать чистый моющий раствор через УСН в отмытую цистерну, установленную на позицию отмывки. Для этого переключатель режима работы «Ручной - Автомат» перевести в положение «Ручной». Краны открыть. Удостоверится, что шаровые краны закрыты.

На пульте управления кнопкой включить насос (М6) «Перекачка осадка».

Откачку раствора необходимо производить до срабатывания датчика, на щите загорается лампочка «Нижний уровень». Это будет свидетельствовать о том, что раствор откачан до необходимого уровня. Остановка насоса (М6) производится нажатием кнопки.

Затем краны открыть. Включить на 10 минут насос (М6) «Перекачка осадка», который производит взмучивание шлама в левой части сепаратора. После остановки насоса краны закрыть.

Включить насос (М6) «Перекачка осадка», который в этом положении кранов производит прокачку взмученного раствора через блок фильтров. Очистка раствора продолжается 5-10 минут, после чего насос выключается, краны закрываются.

После этого необходимо вскрыть блок фильтров, проверить состояние фильтрующего элемента и, при необходимости, удалить отфильтрованный шлам. После очистки или замены фильтрующего элемента фильтр закрывается.

Для приведения комплекса в рабочее состояние необходимо обеспечить возврат слитого раствора. Для этого кнопкой включить откачивающий насос (М4) «Откачка 3». При этом будет происходить возврат раствора в фильтр-отстойник, а затем в сепаратор.

Когда загорится лампочка «Поток 3», выключить насос (М4) кнопкой, перевести переключатель режима работы в положение «Автоматический режим».

1.8 Очистка фильтра отстойника

В процессе очистки моющего раствора происходит заполнение конусной части фильтра-отстойника шламом. Поэтому необходимо производить очистку фильтра.

Срабатывание датчика «Уровень осадка» говорит о том, что необходимо произвести очистку фильтра - на щите загорается лампочка «Осадок». Эта операция производится в то время, когда процесс отмывки цистерн не осуществляется. Очистка ФО-01 производится в полуавтоматическом режиме.

После того, как оператор принимает решение об очистке фильтра-отстойника, необходимо нажатием кнопки на щите управления фильтром-отстойником открыть клапан. При этом чистый раствор из ФО-01 перетечет через УСН в предварительно отмытую цистерну, установленную на позиции отмывки цистерн. Затем, при срабатывании датчика загорится лампочка «Слив раствора», при этом необходимо нажатием кнопки закрыть клапан.

Нажатием кнопки включить перемешивающее устройство (М7). Время перемешивания определяется в процессе пусконаладочных работ и задается на реле времени «Время размешивания». По истечению времени - выключить устройство нажатием кнопки. По завершению операции перемешивания открыть краны и нажатием кнопки SB4 включить насос (М6) и откачать шлам в передвижную емкость. Время работы насоса задается на реле времени «Время откачки» и составляет 1-2 мин. (уточняется в процессе пусконаладочных работ). После окончания перекачки шлама необходимо закрыть краны и вернуть раствор в фильтр-отстойник.

Возврат раствора осуществляется с помощью откачивающего насоса. Операция аналогична описанной в предыдущих пунктах.

2. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА АППАРАТЧИКА-ПРОМЫВАЛЬЩИКА

Принципы функционирования автоматизированного рабочего места АРМ аппаратчика-промывальщика обеспечивает автоматизацию следующих операций эксплуатации комплекса внутренней обработки котлов цистерн:

- предварительные операции;

- отмывка цистерн;

- споласкивание цистерн;

- дегазация и сушка цистерн;

- заключительные операции.

Операции регенерации моющего раствора, гомогенизации собранных нефтепродуктов, очистки сепаратора от шлама, очистка фильтра-отстойника и прочие осуществляются местными устройствами и в рамках данного дипломного проекта не рассматриваются.

Предварительные операции заключаются в подготовке системы обеспечения нижнего рабочего места (СОНРМ) и системы обеспечения верхнего рабочего места (СОВРМ) к выполнению основных операций по обработке цистерн: мойки и споласкивания.

1. К нижнему сливному прибору цистерны необходимо подключить вручную устройство нижнего слива УСН-15ОР.

Контроль подключения осуществляется одновременным замыканием трех контактов. При замыкании всех трех контактов считается, что к данной цистерне подсоединено устройство нижнего слива и данное рабочее место будет участвовать в основных операциях. На рабочем месте зажигается светодиод индикации «УСН подключено». Контроль и индикация данной операции обеспечивается местным микроконтроллером (LocPIC).

2. Опустить переходной мостик с эстакады на цистерну и открыть люк цистерны.

Контроль установки мостика на цистерну осуществляется одновременным замыканием двух контактов. При этом зажигается светодиод «Мостик установлен». Контроль и индикация возможен также на местный микроконтроллер.

3. К горловине цистерны присоединить вручную моющую машинку TZ 68 с телескопическим устройством.

Контроль присоединения осуществляется одновременным замыканием трех контактов. При замыкании всех трех контактов считается, что к данной цистерне присоединена моющая машинка, и это рабочее место окончательно признается участвующим в основных операциях мойки и споласкивания. На рабочем месте зажигается светодиод «Машинка установлена». Контроль и индикация обеспечивается местным микроконтроллером.

Телескопическое устройство для внутренней мойки цистерн специально разработано для обеспечения простого и безопасного метода очистки труднодоступных мест скопления отложения нефтепродуктов в торцевых концах цистерны.

Данное устройство оборудовано орбитальной моющей головкой.

Орбитальная моющая головка приводится во вращение одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях без применения какого-либо внешнего приводного механизма, а только за счет давления потока поступающего на головку (рисунок 6).

Рисунок 6 - Принцип действия орбитальных моющих головок

При выполнении предварительных операций появляется возможность осуществления основных.

4. Переключателем «Режим» выбрать автоматический режим, установить переключатель в положение «Автомат». При этом зажигается светодиод «Автомат», светодиод «Ручной» погашен.

При выборе режима «Автомат» открывается клапан фильтра грубой очистки в модуле фильтра очистки (ФО). Управление, контроль и индикация возложены на общий микроконтроллер.

5. Переключателем «Операция» выбрать основную операцию - отмывка цистерн, установить переключатель в положение «Мойка». При этом зажигается светодиод «Мойка», светодиод «Споласкивание» погашен. При выборе режима «Мойка» в расходной емкости моющего раствора (РЕМР) открывается клапан подачи моющего раствора. Управление, контроль и индикация возложены на общий микроконтроллер.

6. Необходимо произвести проверку условий работы комплекса внутренней обработки котлов цистерн. Прежде чем начнется подача моющего раствора для отмывки цистерн, следует определить температуру моющего раствора и наличие максимальной заполненности расходной емкости. Если температура не достигает требуемой (65єС), местное устройство управления РЕМР осуществляет подогрев моющего раствора до заданной температуры. Контроль соответствия измеряемой и заданной температур производится общим микроконтроллером (comPIC).

Если уровень моющего раствора не достигает максимального, устройство управления РЕМР дозаполняет емкость. Контроль соответствия уровня моющего раствора максимальному осуществляется общим микроконтроллером АРМ. Если проверка пройдена, зажигается светодиод «Готовность». Если производится подогрев моющего раствора, зажигается светодиод «Подогрев». Если производится дозаполнение РЕМР, зажигается светодиод «Заполнение». На SKKU-устройстве производится индикация вышеприведенных сообщений. Контроль и индикацию обеспечивает общий микроконтроллер АРМ.

7. По готовности появляется возможность нажать кнопку «ПУСК» и запустить операцию «Мойка» в работу. Если произведен запуск системы в работу, зажигается светодиод «Работа», светодиод «Сбой» погашен. При этом на время работы блокируются тумблера «Режим» и «Операция». Управление, контроль, и индикация обеспечивается общим микроконтроллером АРМ.

По нажатию кнопки «ПУСК» на каждом рабочем месте включаются:

-напорный насос (СОВРМ);

-откачивающий насос (МО);

-затвор слива (ФО).

Включение насосов контролируется срабатыванием соответствующих датчиков потока. Контроль и управление осуществляется местным микроконтроллером АРМ на каждом рабочем месте.

8. Время осуществления операции «Мойка» определяется интеллектуальным датчиком, который определяет концентрацию нефти в водонефтяной эмульсии. Процесс мойки осуществляется до того, пока концентрация нефти в водонефтяной эмульсии не достигнет нормы.

9. По окончании операции «Мойка» закрывается клапан подачи моющего раствора в РЕМР (comPIC), отключаются напорные насосы (LocPIC).

Откачивающий насос отключается по срабатыванию датчика потока (lоcPIC). При этом общий микроконтроллер включает на 5 минут насос дооткачки в МО. При завершении интервала дооткачки закрывается затвор слива в ФО. Управление и контроль осуществляется как общим, так и местными микроконтроллерами.

10. Операция «Мойка» завершена, загорается светодиод «Выполнено».

11. Операция споласкивания выполняется аналогично, но со следующими изменениями.

Вместо операции «Мойка» выбирается операция «Споласкивание». При этом зажигается светодиод «Споласкивание», светодиод «Мойка» погашен. При этом открывается клапан подачи теплой воды из расходной емкости споласкивающей воды (РЕСВ).

Проверка условий работы осуществляется контролем заданной температуры и наличием максимального уровня в РЕСВ. Время осуществления споласкивания составляет 15 минут.

12. По окончании операций мойки и споласкивания автоматически осуществляется дегазация и сушка цистерн. Длительность операции составляет 15 минут.

13. Заключительные операции. По выполнении основных операций необходимо вручную отсоединить моющую машинку TZ 68, закрыть люк цистерны, поднять переходной мостик, вручную отсоединить устройство нижнего слива УСН-150Р. При этом на каждом рабочем месте зажигается светодиод «Свободно» и общий «Разрешено».

14. В АРМ аппаратчика-промывальщика предусмотрены аварийные кнопки: общая «Стоп» (контроль осуществляется общим микроконтроллером), местные «Останов» (на каждом рабочем месте). При нажатии соответствующей кнопки производится зажигание светодиодов «Стоп» (ComPIC) и «Останов» (locPIC).

обработка котел микроконтроллер датчик

2.1 Размещение цепей управления

1. Тумблер выбора режима работы.

Имеет значения «Ручной»/«Автомат». Размещается в СОВРМ, обеспечивается ComPIC. Управляет выбором автоматизированной работой комплекса внутренней отмывки цистерн.

2. Тумблер выбора операции.

Имеет значение «Мойка»/«Споласкивание». Размещается в СОВРМ, обеспечивается ComPIC. Управляет подключением соответствующей системы подачи моющего раствора или споласкивающей воды.

3. Контакт включения клапана фильтра грубой очистки. Располагается в модуле ФО, обеспечивается comPIC.

4. Контакт управления клапаном подачи моющего раствора. Располагается в модуле РЕМР и обеспечивается comPIC. Разрешает подачу моющего раствора в систему отмывки.

5. Контакт управления клапана подачи споласкивающей воды. Располагается в модуле РЕСВ и обеспечивается comPIC. Разрешает подачу моющего раствора в систему отмывки.

6. Кнопка «Пуск». Размещается в СОВРМ и обеспечивается comPIC. Запускает систему отмывки в работу.

7. Контакт управления напорным насосом. Размещается на каждом рабочем месте СОВРМ и обеспечивается каждым locPIC. Включает подачу моющего раствора или споласкивающей воды на каждую моющую машинку.

8. Контакт управления откачивающим насосом. Размещается в откачивающем модуле (МО), обеспечивается каждым locPIC. Включает/отключает откачивающие насосы в МО.

9. Контакт управления затвором слива. Размещается в МО и обеспечивается каждым locPIC.

10. Контакт управления насосом дооткачки. Является дополнительным элементом откачивающей системы, размещается в МО и обеспечивается comPIC.

11. Кнопка «Стоп». Кнопка аварийного отключения системы, размещается в СОВРМ и обеспечивается comPIC.

12. Кнопка «останов». Кнопка аварийного отключения системы на каждом рабочем месте СОВРМ и обеспечивается каждым locPIC.

В таблице 1 приведена сводная информация по управляющим цепям АРМ.

Таблица 1 - Цепи управления

№	Наименование	Подключение	Кол-во	Обеспечение
		Интерфейс	Линия		Система	Устройство управления
1	Выбор режима «Ручной»/«Автомат»	Тумблер	1	1	СОВРМ	comPIC
2	Выбор операции «Мойка»/ «Споласкивание»	Тумблер	1	1	СОВРМ	comPIC
3	Управление клапаном фильтра грубой очистки	Контакт управления мощным реле	1	1	ФО	comPIC
4	Управление клапаном подачи моющего раствора	Контакт управления мощным реле	1	1	РЕМР	comPIC
5	Управление клапаном подачи споласкивающей воды	Контакт управления мощным реле	1	1	РЕСВ	comPIC
6	Кнопка «Пуск»	Кнопка	1	1	СОВРМ	comPIC
7	Управление напорным насосом	Контакт управления мощным реле	1	1	СОВРМ	locPIC
8	Управление откачивающим насосом	Контакт управления мощным реле	1	1	МО	locPIC
9	Управление затвором слива	Контакт управления мощным реле	1	1	МО	locPIC
10	Управление насосом дооткачки	Контакт управления мощным реле	1	1	МО	comPIC
11	Кнопка «Стоп»	Кнопка	1	1	СОВРМ	comPIC
12	Кнопка «Останов»	Кнопка	1	1	СОВРМ	locPIC

Как видно из таблицы 1 для comPIC требуется 8 управляющих цепей, для locPIC требуется 4 управляющие цепи.

2.2 Размещение цепей контроля

1. Контакт подключения УСН-150Р.

Размещается в системе обеспечения нижнего рабочего места (СОНРМ). Три контакта на одно устройство УСН-150Р. Осуществляет проверку подключения/отсоединения УСН-150Р, а также участие в отмывке цистерны на данном рабочем месте. Обеспечивается местным микроконтроллером (locPIC).

2. Контакт установки переходного мостика на цистерну.

Размещается в системе обеспечения верхнего рабочего места СОВРМ на цистерну. Два контакта на одно рабочее место. Осуществляет проверку установки/подъема переходного мостика. Обеспечивается locPIC.

3. Контакт подключения моющей машинки TZ 68 на горловину цистерны.

Три контакта на одну TZ 68. Осуществляет проверку подключения/отсоединения моющей машинки, а также участие в отмывке цистерны на данном рабочем месте. Размещается в СОВРМ. Обеспечивается locPIC.

4. Датчик температуры моющего раствора. Размещается в РЕМР, обеспечивается comPIC. Участвует в разрешении операции «Мойка».

5. Датчик максимального уровня моющего раствора. Размещается в РЕМР, обеспечивается comPIC. Участвует в разрешении операции «Мойка».

6. Датчик температуры споласкивающей воды. Размещается в РЕСВ, обеспечивается в comPIC. Участвует в разрешении операции «Споласкивание».

7. Датчик контроля слива. Размещается в СОНРМ, обеспечивается locPIC. Используется для определения концентрации нефти в сливной воде.

8. Датчик максимального уровня споласкивающей воды. Размещается в РЕСВ, обеспечивается comPIC. Участвует в разрешении операции «Споласкивание».

9. Датчик потока напорного насоса. Размещается в СОВРМ. Контролирует работу системы подачи моющего раствора или споласкивающей воды. Обеспечивается каждым locPIC.

10. Датчик потока откачивающего насоса. Размещается в откачивающем модуле (МО). Контролирует работу системы откачки загрязненного раствора или воду каждым locPIC.

В таблице 2 приведена сводная информация по контрольным цепям АРМ.

Таблица 2 - Контрольные цепи

№	Наименование	Подключение	Кол-во	Обеспечение
		Интерфейс	Линия		Система	Устройство управления
1	Подключение УСН-150Р	Контакт	1	3	СОНРМ	LocPIC
2	Контроль переходного мостика	Контакт	1	2	СОВРМ	LocPIC
3	Подключение моющей машинки TZ 68	Контакт	1	3	СОВРМ	LocPIC
4	Температура моющего раствора	MicroLan	1(2)	1	РЕМР	comPIC
5	Максимальный уровень моющего раствора	Контакт	1	1	РЕМР	comPIC
6	Температура споласкивающей воды	MicroLan	1(2)	1	РЕСВ	comPIC
7	Контроль слива	MicroLan	1	3	СОНРМ	LocPIC
8	Максимальный уровень споласкивающей воды	Контакт	1	1	РЕСВ	comPIC
9	Датчик потока напорного насоса	Контакт	1	1	СОВРМ	LocPIC
10	Датчик потока откачивающего насоса	Контакт	1	1	МО	LocPIC

Как видно из таблицы 2 для comPIC требуется 4 контролирующие цепи. Для LocPIC требуется 6 контролирующих цепей.

2.3 Размещение цепей индикации

1. «УСН подключено» - загорается на каждом рабочем месте СОВРМ, подтверждает подключение УСН-150Р В каждом СОНРМ. Обеспечивается locPIC.

2. «Мостик установлен» - загорается на каждом рабочем месте СОВРМ, подтверждает установку мостика на цистерну. Обеспечивается locPIC.

3. «Машинка установлена» - загорается на каждом рабочем месте СОВРМ, подтверждает подключение TZ 68 на горловину цистерны. Обеспечивается locPIC.

4. Режим работы «Автомат»/ «Ручной». Соответствующий светодиод загорается при выборе соответствующего режима. Обеспечивается comPIC.

5. Операция «Мойка»/ «Споласкивание». Светодиод операции загорается при выборе соответствующего режима. Обеспечивается comPIC.

6. «Готовность». При выполнении предварительных условий: заданная температура, максимальный уровень, зажигается светодиод «Готовность». Обеспечивается comPIC.

7. «Подогрев»/«Заполнение». Данный светодиод зажигается при несоблюдении одного или двух необходимых условий, и иллюстрируют происходящие операции. Обеспечивается comPIC.

8. «Работа»/«Сбой». По нажатию кнопки «Пуск» указывается текущее рабочее состояние системы.

9. «Выполнено». При завершении операции мойки или споласкивания и отключения откачивающего и дооткачивающего насосов зажигается данный светодиод. Обеспечивается comPIC.

10. «Стоп». Загорается при нажатии кнопки «Стоп». Обеспечивается comPIC.

11. «Останов». Загорается при нажатии на рабочем месте кнопки «Останов». Обеспечивается locPIC.

12. «Простой». При не участии рабочего места в операциях мойки ли споласкивания (то есть при невыполнении предварительных операций: не подключены УСН-150Р, TZ 68 и не опущен мостик). Обеспечивается locPIC.

13. «Свободно». Зажигается при соблюдении заключительных операций и разрешает уборку трех цистерн с комплекса. Обеспечивается comPIC.

14. «Чисто». Зажигается при соблюдении заключительных операций на каждом рабочем месте и указывает на неподключенное (свободное) состояние цистерн. Обеспечивается каждым locPIC.

15. Операции индикации, связанные с comPIC (4-10,13) отображаются на ЖКИ-модуле. Кроме того на ЖКИ-модуле отображается температура окружающей среды и время до окончания текущей фазы работы.

В таблице 3 приведена сводная информация по цепям индикации АРМ.

Таблица 3 - Сводная информация по цепям индикации АРМ.

№	Наименование	Подключение	Кол-во	Обеспечение
		Интерфейс	Линия		Система	Устройство управления
1	«УСН подключено»	Светодиод	1	1	Локальное РМ	locPIC
2	«Мостик установлен»	Светодиод	1	1	Локальное РМ	locPIC
3	«Машинка установлена»	Светодиод	1	1	Локальное РМ	locPIC
4 4.1 4.2	Режим «Автомат» «Ручной»	ЖКИ светодиод	2	2	Общее РМ	comPIC
5	Операция «Мойка»/ «Споласкивание»	ЖКИ светодиод	2	2	Общее РМ	comPIC
6	«Готовность»	ЖКИ светодиод	1	1	Общее РМ	comPIC
7 7.1 7.2	Неготовность «Подогрев» «Заполнение»	ЖКИ светодиод	2	2	Общее РМ	comPIC
8 8.1 8.2	Состояние «Работа» «Сбой»	ЖКИ светодиод	2	2	Общее РМ	comPIC
9	«Выполнено»	ЖКИ светодиод	1	1	Общее РМ	comPIC
10	«Стоп»	ЖКИ светодиод	1	1	Общее РМ	comPIC
11	«Свободно»	ЖКИ светодиод	1	1	Общее РМ	comPIC
12	«Останов»	Светодиод	1	1	Локальное РМ	locPIC
13	«Простой»	Светодиод	1	1	Локальное РМ	locPIC
14	«Чисто»	Светодиод	1	1	Локальное РМ	locPIC

Как видно из таблицы 3 для comPIC требуется 12 линий индикации. Для locPIC требуется 6 линий индикации.

2.4 Дополнительные цепи

Дополнительные цепи необходимы для обеспечения работы микроконтроллерных устройств locPIC и comPIC:

- Подключения ЖКИ-модуля на comPIC, предполагается использование I2C-интерфейса;

- Обеспечение связи между comPIC и locPIC, предполагается использование последовательного интерфейса на обоих сторонах (RS-485);

- Обеспечение связи между comPIC и общим пультом управления комплекса;

- Цепи задающего генератора;

- Цепи сброса микроконтроллера;

- Цепи питания;

- Температура окружающей среды (comPIC, MicroLan-интерфейс);

- Цепь Real-Time генератора - comPIC.

В таблице 4 приведена информация по дополнительным цепям микроконтроллеров.

Таблица 4 - Дополнительные цепи

№	Наименование	Подключение	Кол-во	Обеспечение
		Интерфейс	Линия		locPIC	comPIC
1	ЖКИ-модуль	I2C	2	1	-	+
2	Связь между микроконтроллерами	Последовательный (RS-485)	4	1	+	+
3	Задающий генератор	Линия	2	1	+	+
4	Сброс	Линия	1	1	+	+
5	Цепи питания	Линия	2	1	+	+
6	Связь между comPIC и пультом управления	Последовательный	4	1	-	+
7	Real-Time генератор	Линия	2	1	-	+

Как видно из таблицы 4 для comPIC требуется 17 линий. Для locPIC требуется 9 линий.

Таким образом, общее устройство comPIC должно иметь не меньше 41 линии; для locPIC требуется не менее 24 линий.

Рисунок 7 - Функциональная схема устройства управления

3. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Согласно рассмотренному ранее принципу функционирования (смотрите главу 2), устройство управления АРМ аппаратчика-промывальщика промывочно-рециркуляционной станции состоит из трех локальных микроконтроллеров (locPIC), обслуживающих каждое рабочее место, и одного общего микроконтроллера (comPIC), управляющего и контролирующего основными операциями мойки и споласкивания, а также осуществляющего передачу данных о ходе процесса на пульт управления комплекса.

В качестве локального и общего микроконтроллеров предполагается использование среднего(PIC16) и старшего(PIC18).

3.1 Локальный микроконтроллер

В качестве локального микроконтроллера (LocPIC) используем микроконтроллер PIC16F767.

Рисунок 8 - Локальный микроконтроллер(LocPIC)

Характеристика микроконтроллера:

- высокоскоростная RISС-архитектура;

- 35 инструкций;

- все команды выполняются за один цикл, кроме инструкций переходов,

выполняемых за два цикла;

- тактовая частота:

- DC- 20МГц, тактовый сигнал;

- DC-200нс,один машинный цикл;

- до 8К х14слов FLASH памяти программ;

- до 368х8 байт памяти данных(ОЗУ);

- до 256х8 байт EEPROM памяти данных;

- совместимость по выводам с PIC16C73B/74B/76/77;

- система прерываний (до 14 источников);

- 8-уровневый аппаратный стек;

- прямой, косвенный, и относительный режим адресации;

- сброс по включению питания(POR);

- таймер сброса(PWRT) и таймер ожидания запуска генератора(OST)после включения питания;

- сторожевой таймер WDT с собственным RC генератором;

- программируемая защита памяти программ;

- режим энергосбережения SLEEP;

- выбор параметров тактового генератора;

- высокоскоростная, энергосберегающая CMOS FLASH/EEPROM технология;

- полностью статическая архитектура;

- программирование в готовом устройстве(используется два вывода микроконтроллера);

- широкий диапазон напряжений питания от 2В до 5.5В;

- повышенная нагрузочная способность портов ввода/вывода(25мА);

- малое энергопотребление:

- <0.6мА,3.0В,4.0МГц;

- 20мкА,3.0В,32кГц;

- <мкА в режиме энергосбережения;

Характеристики периферийных модулей:

- таймер 0: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем;

- таймер 1: 16-разрядный таймер/счетчик с возможностью подключения внешнего резонатора;

- таймер 2: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем и выходным делителем;

- два модуля сравнение/захват/ШИМ (ССР):

- 16-разрядный захват (максимальная разрешающая способность 12.5нс);

- 16-разрядное сравнение (максимальная разрешающая способность 200нс);

- 10-разрядный ШИМ;

- многоканальное 10-разрядное АЦП;

- последовательный синхронный порт MSSP;

- ведущий/ведомый режим SPI;

- ведущий/ведомый режим I2C;

- последовательный синхронно-асинхронный приемопередатчик USART с поддержкой детектирования адреса;

- ведомый 8-разрядный параллельный порт PSP с поддержкой внешних сигналов -RD,-WR,-CS(только в 40/44-выводных микроконтроллерах);

- детектор пониженного напряжения(BOD) для сброса по снижению напряжения питания(BOR).

Рисунок 9 - Параметры LocPIC

Рисунок 10 - Цоколевка PIC16F767

Рисунок 11 - Сравнение характеристик микроконтроллеров

Рисунок 12 - Структурная схема PIC16F767

Локальный микроконтроллер занимается обслуживанием одного из трех рабочих мест. В таблице 5 приведено описание выводов микроконтроллера.

Таблица 5 - Описание выводов микроконтроллера

№	Наименование	Назначение	Интерфейс	Направление	Вывод микроконтроллера
1	Управление напорным насосом	У	Контакт управления мощным реле	out	RC0-11
2	Управление откачивающим насосом	У	Контакт управления мощным реле	out	RA1-3 RC1-12
3	Управление затвором слива	У	Контакт управления мощным реле	out	RA2- RC2-13
4	Подключение УСН-150Р	К	Контакт	in	RB3-24
5	Контроль переходного мостика	К	Контакт	in	RB4-25
6	Подключение TZ 68	К	Контакт	in	RB5-26
7	Датчик потока напорного насоса	К	Контакт	in	RB1-22
8	Датчик потока откачивающего насоса	К	Контакт	in	RB2-23
9	«УСН подключено»	Н	Светодиод	out	RA0-2
10	«Мостик установлен»	Н	Светодиод	out	RA1-3
11	«Машинка установлена»	Н	Светодиод	out	RA2-4
12	«Останов»	Н	Светодиод	out	RA3-5
13	«Простой»	Н	Светодиод	out	RA4-6
14	«Чисто»	Н	Светодиод	out	RA5-7
15	Сеть RS 485	Д	Микросхема RS-485	in/out	RC6/TX/CK-17 RC6-16 RC7/RX/DT-18
16	Задающий генератор	Д	Линия	in/out	RA6/OSC2/CLKO RA7/OSC1/CLKI
17	Сброс	Д	Линия	in	MCLK/RE3-1
18	Цепи питания	Д	Линия	in	Vdd-20 vss-8,19
19	Кнопка «Останов»	У	Контакт	in	RB0/INT-21

Таблица 6 - Описание функций микроконтроллера

Обозначение	DIP	SOIC	Тип буфера	Описание
OSC1/CLK IN	9	9	ST/CMOS*	Вход генератора/ вход внешнего тактового сигнала
OSC2/CLKOUT	10	10		Выход генератора. Подключается кварцевый резонатор. В RC режиме тактового генератора на выходе OSC2 присутствует тактовый сигнал CLKOUT, равный Fosc/4.
MCLR/Vfp	1	1	ST	Вход сброса микроконтроллера или вход напряжения программирования. Сброс микроконтроллера происходит при низком готическом уровне сигнала на входе.
				Двунаправленный порт ввода/вывода PORTA.
RAO/AN 0 RA1/AN1	2 3	2 3	TTL	RAO может быть настроен как аналоговый канал 0 RA1 может быть настроен как аналоговый канал 1.
RA2/AN2/VREF-	4	4	TTL	RA2 может быть настроен как аналоговый канал 2 или вход отрицательного опорного напряжения.
RA3/AN3/Vref.	5	5	TTL	RA3 может быть настроен как аналоговый канал 3 или вход положительного опорного напряжения.
RA4/0CKI RA5/-SS/AN4	6 7	6 7	ST TTL	RA4 может использоваться в качестве входа внешнего тактового сигнала для TMR0. Выход с открытым стоком. RA1 может быть настроен как аналоговый канал 1 или вход выбора микросхемы в режиме ведомого SPI.
RSO/INT RB1	21 22	21 22	TTUST:,, TTL	Двунаправленный порт ввода/вывода PORTB. PORTB имеет программно подключаемые подтягивающие резисторы на входах. RB0 может использоваться в качестве входа внешних прерываний
RB2	23	23	TTL
RB3/PGM	24	24	TTL	RB3 может использоваться в качестве входа для режима низковольтного программирования
RB4	25	25	TTL	Прерывания по изменению уровня входного сигнала
RB5	26	26	TTL	Прерывания по изменению уровня входного сигнала
RB6/PGC	27	27	TTL/ST12*	Прерывания по изменению уровня входного сигнала или вывод для режима внутрисхемной отладки ICO
RB7/PGD	28	28	TTUST12'	Тактовый вход в режиме программирования. Прерывания по изменению уровня входного сигнала или вывод для режима внутрисхемной отладки ICD. Вывод данных в режиме программирования
RC0/T1OSO/T1CKI	11	11	ST	Двунаправленный порт ввода/вывода PORTC . RC0 может использоваться в качестве выхода генератора TMR1 или входа внешнего тактового сигнала для TMR1
RC1/T10SI/CCP2	12	12	ST	RC1 может использоваться в качестве входа генератора для TMR1 или вывода модуля ССР2
RC2/CCP1	13	13	ST	RC2 может использоваться в качестве вывода модуля ССР1
RC3/SCK/SCL	14	14	ST	RC3 может использоваться в качестве входа/выхода тактового сигнала в режиме SPI и ГС
RC4/SDI/SDA	15	15	ST	RC4 может использоваться в качестве входа данных в режиме SPI или вход/выход данных в режиме гС
RC5/SD0	16	16	ST	RC5 может использоваться в качестве выхода данных в режиме SPI
RC6/TX/CK	17	17	ST	RC6 может использоваться в качестве вывода передатчика USART в асинхронном режиме или вывода синхронизации USART в синхронном режиме
RC7/RX/DT	18	18	ST	RC7 может использоваться в качестве вывода приемника USART в асинхронном режиме или вывода данных USART в синхронном режиме
Vss	8, 19	8,19	-	Общий вывод для внутренней логики и портов ввода вывода
Voo	20	20	-	Положительное напряжение питания для внутренней логики и портов ввода/вывода

3.2 Главный микроконтроллер

В качестве главного микроконтроллера (comPIC) используем микроконтроллер PIC18F6527.

Рисунок 13 - Главный микроконтроллер comPIC

Характеристика микроконтроллера:

Высокоскоростной RISC микроконтроллер:

* оптимизированная архитектура и система команд для написания программ на языке с;

* система команд совместима с командами семейств PIC16C, PIC17C и PIC18C;

* линейное адресное пространство памяти программ 32 кбайта;

* линейное адресное пространство памяти данных 1,5 кбайт;

Быстродействие до 10MIPS:

- тактовая частота от DC до 4МГц;

- тактовая частота в режиме PLL от 4МГц до 10МГц 16-раз рядные команды, 8-разрядные данные. Система приоритетов прерываний. Аппаратное умножение 8x8 за один машинный цикл.

Таблица 7 - Характеристика памяти микроконтроллера

Устройство	Память программ	Память данных (байт)	ЕЕ PROM память данных (байт)
	Flash (байт)	Команд
PIC18F6527	48К	324576	3936	1024

Характеристика периферийных модулей:

* высокая нагрузочная способность портов ввода/ вывода;

* три входа внешних прерываний;

* модуль tmr0: 8/16-разрядный таймер/счетчик с программируемым 8-

разрядным предделителем;

* модуль tmr1:16-разрядный таймер/счетчик;

* модуль tmr2: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным регистром

периода (основной для ШИМ);

* модуль tmr3:16-разрядный таймер/счетчик;

* вторичный генератор тактового сигнала на основе tmr1/tmr3;

* два модуля ССР;

Выводы модуля ССР могут работать как:

- 16-разрядный захват, максимальная разрешающая способность 6.25нс (TCY/16)

- 16-разрядное сравнение, максимальная разрешающая способность 100нс (TCY)

- ШИМ, разрядность от 1 до 10 бит, максимальная частота ШИМ 156кГц,8 бит;

* модуль ведущего последовательного синхронного порта (MSSP);

- 3-х проводной интерфейс SPITM (поддерживает 4 режима);

- I2C TM (ведущий и ведомый режим);

* адресуемый модуль USART, поддержка интерфейса RS-485 и RS-232;

* модуль PSP, ведомый параллельный порт;

Аналоговые периферийные модули:

* модуль 10-разрядного АЦП:

- высокая скорость преобразования;

- работа модуля АЦП в SLEEP режиме микроконтроллера;

- DNL = ±1 Lsb, INL = ±1Lsb;

* программируемый детектор пониженного напряжения (PLVD) ;

- при обнаружении снижения напряжения возможна генерация прерываний;

* программируемый сброс по снижению напряжения питания;

Особенности микроконтроллеров:

* 100 000 гарантированных циклов стирание/запись памяти программ;

* 1 000000 гарантированных циклов стирание/запись eeprom памяти данных;

* возможность самопрограммирования;

* сброс по включению питания (por), таймер включения питания (pwrt), таймер

запуска генератора (ost) ;

* сторожевой таймер wdt с отдельным rc генератором;

* программируемая защита кода программы;

* режим пониженного энергопотребления и режим SLEEP;

* выбор режима работы тактового генератора, включая: -4 х pll (от основного генератора) ;

- вторичный генератор (32кгц) ;

* внутрисхемное программирование по двухпроводной линии (icsp) с одним напряжением питания 5в;

* внутрисхемная отладка по двухпроводной линии (icd) ;

КМОП технология:

* высокоскоростная энергосберегающая КМОП технология;

* полностью статическая архитектура;

* широкий диапазон напряжений питания (от 2.0в до 5.5в) ;

* промышленный и расширенный температурные диапазоны.

На рисунке 14 представлена цоколевка микроконтроллера PIC18F6527.

Рисунок 14- Цоколевка микроконтроллера PIC18F6527

Рисунок 15 - Структурная схема микроконтроллеров PIC18F6527

Таблица 8 - Описание микроконтроллера

Обозначение	Номер вывода	Тип	Тип	Описание
	DIP	PLCC	TQFP	вывода	буфера
-MCLR/V№	1	2	18			Вход сброса микроконтроллера или напряжение программирования
-MCLR				I	ST	Вход сброса микроконтроллера Активный низкий логический уровень
OSC1/CLKIN	13	14	30			Кварцевый резонатор или вход внешнего тактового сигнала
OSC1				I	ST	Вход для подключения кварцевого резонатора или внешнего тактового сигнала. ST буфер в RC режиме тактового генератора, CMOS в остальных режимах
CLKIN				I	CMOS	Вход внешнего тактового сигнала. Всегда связан с функциями OSC1 (см. OSC1/CLKIN, OSC2/CLKO)
OSC2/CLKO/ RA6	14	15	31			Кварцевый резонатор или выход тактового сигнала
OSC2				О		Выход для подключения кварцевого резонатора в режиме кварцевого резонатора тактового генератора
CLKO				О		В RC режиме тактового генератора на выводе CLKO присутствует сигнал с частотой Fosc/4, синхронный выполнению команд микроконтроллером
RA6				I/O	TTL	Канал порта ввода/вывода PORTA-двунаправленный порт ввода/вывода
RAO				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
ANO				I	AN	Аналоговый вход 0
RA1				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
AN1				I	AN	Аналоговый вход 1
RA2/AN2/Vref	4	5	21
RA2				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода.
AN2				I	AN	Аналоговый вход 2.
Vref-				I	AN	Вход опорного напряжения АЦП.
RA3/AN3/Vref.	5	6	22
RA3				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода.
AN3				I	AN	Аналоговый вход 3
Vref.				I	AN	Вход опорного напряжения АЦП
RA4H0CKI	6	7	23
RA4				I/O	ST/OD	Цифровой канал порта ввода/вывода. Выход с открытым коллектором
TOCKI				I	ST	Вход тактового сигнала для TMR0
RA5/AN4/-SS/LVDIN	7	8	24
RA5				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
AN4				I	AN	Аналоговый вход 4
-SS				I	ST	Вход выбора ведомого SPI
LVDIN				I	AN	Вход детектора пониженного напряжения
RBO/INTO	33	36	8
RBO				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
INTO				I	ST	Вход внешнего прерывания 0
RB1/INT1	34	37	9
RB1				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
INT1				I	ST	Вход внешнего прерывания 1
RB2/INT2	35	38	10
RB2				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
INT2				I	ST	Вход внешнего прерывания 2
RB3/CCP2	36	39	11
RB3				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
CCP2				I/O	ST	Вход захвата 2, выход сравнения 2, выход ШИМ 2
RB4	37	41	14	I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
						Прерывания по изменению уровня сигнала на входе
RB5/PGM	38	42	15
RB5				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
						Прерывания по изменению уровня сигнала на входе
PGM				I	ST	Включение режима низковольтного программирования ICSP
RB6/PGC	39	43	16
RB6				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
						Прерывания по изменению уровня сигнала на входе
PGC				I	ST	Вход тактового сигнала для внутрисхемной отладки и программирования ICSP
RB7/PGD	40	44	17			Прерывания по изменению уровня сигнала на входе
RB7				I/O	TTL	Цифровой канал порта ввода/вывода
						Прерывания по изменению уровня сигнала на входе
PGD				I	ST	Вывод данных для внутрисхемной отладки и программирования ICSP
						PORTC - двунаправленный порт ввода/вывода.
RC0/T1OSO/T1CKI	15	16	32
RCO				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
T10SO				О	-	Выход для подключения кварцевого резонатора TMR1
T1CKI				I	ST	Вход тактового сигнала для TMR1/TMR3
RC1/T10SI/CCP2	16	18	35
RC1				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода.
T10SI				I	CMOS	Вход для подключения кварцевого резонатора TMR1
CCP2				I/O	ST	Вход захвата 2, выход сравнения 2, выход ШИМ
RC2/CCP1	17	19	36
RC2				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
CCP1				I/O	ST	Вход захвата 1, выход сравнения 1, выход ШИМ 1
RC3/SCK/SCL	18	20	37
RC3				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
SCK				I/O	ST	Вход/выход тактового сигнала в режиме SPI
SCL				I/O	ST	Вход/выход тактового сигнала в режиме ^С
RC4/SDI/SDA	23	25	42
RC4				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
SDI				I	ST	Вход данных в режиме SPI
SDA				I/O	ST	Вход/выход данных в режиме l2C
RC5/SDO	24	26	43
RC5				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
SDO				О	-	Выход данных в режиме SPI
RC6/TX/CK	25	27	44
RC6				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
TX				О	-	Выход передатчика USART в асинхронном режиме
CK				I/O	ST	Вывод синхронизации в синхронном режиме USART
RC7/RX7DT	26	29	1
RC7				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
RX				I	ST	Вход приемника USART в асинхронном режиме
DT				I/O	ST	ВЫВОД Данных USART в синхронном режиме PORTD --двунаправленный порт ввода/вывода или параллельный ведомый порт для подключения к шине микропроцессора
						В режиме PSP подключены входные буо>еры ТТЛ
RDO/PSPO	19	21	38	I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
					TTL	Данные параллельного ведомого порта
RD1/PSP1	20	22	39	I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
					TTL	Данные параллельного ведомого порта
RD2/PSP2	21	23	40	I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
					TTL	Данные параллельного ведомого порта
RD3/PSP3	22	24	41	I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
					TTL	Данные параллельного ведомого порта
RD4/PSP4	27	30	2	I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
					TTL	Данные параллельного ведомого порта
RD5/PSP5	28	31	3	I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
					TTL	Данные параллельного ведомого порта
RD6/PSP6	29	32	4	I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
					TTL	Данные параллельного ведомого порта
RD7/PSP7	30	33	5	I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
					TTL	Данные параллельного ведомого порта
						PORTE - двунаправленный порт ввода/вывода
RE0/-RD/AN5	8	9	25
REO				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода.
-RD				I	TTL	Вход сигнала чтения ведомого параллельного порта (см. -WR и-CS
AN5				I	AN	Аналоговый вход 5
RE1/-WRVAN6	9	10	26
RE1				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
-WR				I	TTL	Вход сигнала записи в ведомый параллельный порт (см. -RD и -CS)
AN6				I	AN	Аналоговый вход 6
RE2/-CS/AN7	10	11	27
RE2				I/O	ST	Цифровой канал порта ввода/вывода
-CS				I	TTL	Вход сигнала выбора ведомого параллельного порта (см. -RD и-WR)
AN7				I	AN	Аналоговый вход 7
Vss	12,31	13,34	6,29	P	-	Общий вывод для логики ядра и портов ввода/вывода
VDD	11,32	12,35	7,28	P	-	Напряжение питания для логики ядра и портов ввода/вывода

Обозначения:

TTL = ТТЛ совместимый вход;

ST = вход с триггером Шмитта и КМОП уровнями;

О = выход;

OD = выход с открытым коллектором (нет диода, подключенного к Vdd;

CMOS = КМОП совместимый вход/выход;

I = вход;

Р = питание;

AN = аналоговый вход;

Общий микроконтроллер обеспечивает управление локальным микроконтроллером.

В таблице 9 соответствие цепей АРМ выводов главного микроконтроллера.

Таблица 9 - Соответствие цепей АРМ выводов главного микроконтроллера ComPIC

№	Наименование	Назначение	Интерфейс	Направление	Вывод микроконтроллера
1	Выбор режима «Ручной/ «Автомат»	У	Тумблер	in	RA0-24
2	Выбор операции «Мойка/ «Споласкивание»	У	Тумблер	in	RA1-23
3	Управление клапаном фильтра грубой очистки	У	Контакт управление мощным реле	out	RF0-18
4	Управление клапаном подачи моющего раствора	У	Контакт управление мощным реле	out	RF1-17
5	Управление клапаном подачи споласкивающей воды	У	Контакт управление мощным реле	out	RF2-16
6	Кнопка «Пуск»	У	Контакт	in	RA2-22
7	Кнопка «Стоп»	У	Контакт	in	RB0/INT0-48
8	Температура моющего раствора	К	MicroLan	In/out	RA3-21
9	Температура споласкивающей воды	К	MicroLan	In/out	RA3-21
10	Максимальный уровень моющего раствора	К	Контакт	in	RB1-47
11	Максимальный уровень споласкивающей воды	К	Контакт	in	RB2-46
12	Режим «Автомат» «Заполнение»	Н	Светодиод Светодиод	out out	RD0-58 RD1-55
13	Операция «Мойка» «Споласкивание»	Н	Светодиод Светодиод	out out	RD2-54 RD3-53
14	Состояние «Работа» «Сбой»	Н	Светодиод Светодиод	out out	RD4-52 RD5-51
15	«Готовность»	Н	Светодиод	out	RE0-2
16	Неготовность «Подогрев» «Заполнение»	Н	Светодиод Светодиод	out out	RE1-1 RE2-64
17	«Стоп»	Н	Светодиод	out	RD6-50
18	«Свободно»	Н	Светодиод	out	RD7-49
19	SKKU-модуль	Д	IІC	In/out	RC3/SCL/-34 RC4/SDA/-35
20	Сеть RS-485	Д	Микросхема RS-485	In/out	RC6/TX1-31 RC7/RX1-32 RC5-36
21	Задающий генератор	Д	Линия	In/out	RA6/O5C2/CLKO RA7/O5C1/CLKI
22	Сброс	Д	Линия	in	RC5/MCLR-7
23	Цепи питания	Д	Линия	in	vdd-10,26,38,5,7 vss - 9,25,41,56
24	Связь comPIC-пульт управления	Д	Последовательный интерфейс	in	RC1/TX2/4 RC2/RX2/5
25	Real-Time-генератор	Д	Линия	in	RC0/T/OS0 RC1/T/OSI
26	Температура окружающей среды	Д	MicroLan	In/out	RA3-21
27	Управление насосом дооткачки	У	Контакт управления мощным реле		RF3-15

3.3 Датчик определения концентрации нефти

Принцип измерения концентрации нефтепродуктов датчиком основан на определении содержания нефтепродуктов в природных объектах методом инфракрасной спектрофотометрии.

Инфракрасная спектрофотометрия - это наиболее универсальный и достоверный метод определения содержания нефтепродуктов, учитывающий алифатические и алициклические углеводороды, содержание которых в нефти достигает 90 %. Определение содержания нефтепродуктов по этому методу основано на выделении нефтяных компонентов экстракцией четыреххлористым углеродом, хроматографическом отделении углеводородов от соединений других классов в колонке с оксидом алюминия и количественном их определении по интенсивности поглощения С-Н связей метиленовых (-СН2-) и метильных (-СН3-) групп в инфракрасной области спектра фотометрическим способом. Данный метод позволяет делать эффективную оценку нефтяного загрязнения, осуществлять непосредственный мониторинг загрязнений нефтяными углеводородами без потери каких-либо фракций и гарантирует достоверность, воспроизводимость и точность результатов измерений.

Датчик измерения концентрации нефтепродуктов (структурная схема прибора представлена на рисунке 16) является двухканальным спектрофотометром, которым измеряется разность оптических плотностей раствора нефтепродуктов в четыреххлористом углероде на двух длинах волн. В первом (измерительном) канале 1 используется спектральный участок излучения (2930 ± 70) см-1 (3,42 мкм), который соответствует области поглощения С-Н связей в СН2 - и СН3 - группах алифатических, алициклических углеводородов и боковых цепей ароматических углеводородов и СН-группах ароматического кольца. Во втором (опорном) канале 2 используется спектральный участок (3,0 мкм), на котором углеводороды не поглощают ИК-излучение. Наличие опорного канала позволяет выделить ослабление светового потока, зависящее только от концентрации определяемых веществ в растворителе. Источниками света 1 и 2 для измерительного и опорного каналов являются импульсные полупроводниковые излучатели со встроенными узкополосными интерференционными фильтрами. Пространственно совмещенные световые потоки опорного, и измерительного каналов проходят оптическую систему с водонефтяной эмульсией 5 и направляются на фотоприемник 3. Часть излучения обоих каналов поступает на фотоприемник 4. Электрические сигналы фотоприемников 3 и 4, пропорциональные интенсивностям излучения соответствующих каналов, поступают на двухканальный усилитель 6. Далее на аналого-цифровой преобразователь, а затем направляются в микропроцессор.

Рисунок 16 - Структурная схема датчика

1. Инфракрасный светодиод с длиной волны 3.42 мкм (измерительный канал). 2. Инфракрасный светодиод с длиной волны 3.0 мкм (опорный канал). 3. Фотоприемник с фильтром на измерительную длину волны. 4. Фотоприемник с фильтром на опорную длину волны. 5. Водо-нефтяная эмульсия. 6. Двухканальный усилитель. 7. Аналогово-цифровой преобразователь. 8. Микроконтроллер.

На основе вышеперечисленных параметров был выбран фотоприемник серии IRA-E10S1.

Технические характеристики:

1. Диапазон оптической чувствительности, мкм: 1-20.

2. Чувствительность, мВ: 3,0.

3. Угол обзора, ? : 17х17.

4. Напряжение питания, В: 3-15.

5. Диапазон рабочих температур, °C: -25 - +55.

В качестве источников света были выбраны фотодиоды BL-L512PD и BPW24R.

Технические характеристики фотодиода BL-L512PD:

1. Длина волны в максимуме полосы излучения лmax, мкм: 3,42.

2. Полуширина спектра излучения источников, мкм: 0,3-0,50.

3. Квантовая эффективность, %: 0,03-0,2.

4. Полный угол излучения не больше, град.: 60.

5. Прямое напряжение, В: не более 2.

Технические характеристики фотодиода BPW24R:

1. Длина волны в максимуме полосы излучения лmax, мкм: 3,0.

2. Полуширина спектра излучения источников, мкм: 0,25-0,60.

3. Квантовая эффективность, %: 0,05-0,1.

4. Полный угол излучения не больше, град.: 40.

5. Прямое напряжение, В: не более 2.

В данном датчике будем использовать микроконтроллер PIC16F62Х (рисунок 19).

Рисунок 19 - Цоколевка микроконтроллера PIC16F62Х

Высокопроизводительный RISC-процессор:

· Всего 35 простых для изучения односложных инструкции;

· Скорость работы: тактовая частота до 20 МГц;

· Минимальная длительность такта 200 нс;

· 16 аппаратных регистров специального назначения;

· 8 - уровневый аппаратный стек;

· Прямой, косвенный и относительный режимы адресации для данных и инструкций;

· Механизм прерываний

Периферия:

· Timer0 - 8-разрядный таймер/счетчик реального времени с 8-разрядным предварительным делителем;

· Timer1 - 16-разрядный таймер/счетчик реального времени с внешним входом;

· Timer2 - 8-разрядный таймер/счетчик реального времени с 8-разрядным регистром периода, предварительным делителем и выходным делителем;

· Аналоговый модуль компаратора:

- Два аналоговых компаратора;

- Программируемый модуль встроенного источника опорного напряжения (VREF)

- Программируемый мультиплексорный вход от входов устройства и

внутреннего источника опорного напряжения;

- Выходы компаратора могут быть сигнальными выходами;

· 15 линий ввода/вывода с индивидуальным заданием направления

· Высокий втекающий/вытекающий ток для непосредственного управления светодиодными индикаторами;

· Универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик (USART/SCI);

· 16 байт общей памяти;

· Модуль захвата/компаратора/ШИМ:

- захват 16 разрядов, макс. разрешающая способность 12,5 нс;

- сравнение 16 разрядов, макс. разрешающая способность 200 нс;

- ШИМ, макс. разрешающая способность 10 разрядов;

Особенности ядра:

· Сброс при включении питания (POR);

· Таймер включения питания (PWRT) и таймер запуска генератора (OST)

· Сторожевой таймер (WDT) с собственным встроенным RC-генератором для повышения надежности работы;

· Сброс по падению напряжения питания (BOD);

· Программируемая защита кода;

· Режим экономии энергии (SLEEP);

· Программирование на плате через последовательный порт (с использованием двух выводов);

· Четыре программируемых пользователем идентификатора;

· Низкое напряжение программирования;

· Multiplexed MCLR-pin;

· Programmable weak pull-ups on PORTB;

· Пробуждение из режима SLEEP по изменению состояния выводов;

· Внутренние резисторы к шине питания на линиях ввода/вывода;

· Внутренний резистор на линии MCLR;

· Выбираемые режимы тактового генератора:

- FLASH конфигурационные биты для установки режимов генератора;

- Двухчастотный INTRC c низким энергопотреблением;

- EXTRC: внешний недорогой RC-генератор;

- XT: стандартный генератор на кварцевом резонаторе;

- LP: экономичный, низкочастотный генератор на кварцевом резонаторе.

- HS: высокочастотный генератор на кварцевом резонаторе.

- EC: вход для подключения внешнего генератора.

Технология КМОП:

· Экономичная, высокоскоростная технология КМОП FLASH

· Полностью статическая архитектура

· Широкий рабочий диапазон напряжений питания:

- PIC16F627 - от 3,0В до 5,5В

- PIC16F628 - от 3,0В до 5,5В

· Низкое потребление энергии:

- < 2 мА при 5,0 В, 4,0 МГц;

- 15 мкА (типичное значение) при 3 В, 32 кГц;

- < 1,0 мкА (типичное значение) в режиме STANDBY при 3В;

Рисунок 20 - Принципиальная схема датчика

Алгоритм работы датчика представлен на рисунке 21.

Рисунок 21 - Алгоритм работы датчика

3.4 Взаимодействие микроконтроллера с внешними устройствами

3.4.1 Питание РIС-микроконтроллеров

У всех PIC-микроконтроллеров есть два вывода питания Vss и Vdd :

· Vss - «минус» питания;

· Vdd - «плюс» питания.

Питание PIC-микроконтроллеров любых типов, тактируемых от встроенного высокочастотного генератора (вариант HS), осуществляется напряжением от +4,5 до +5,5 В. В sleep-режиме внутреннее ОЗУ сохраняет свое содержимое при напряжении питания 1,5 В.

Чтобы устранить высокочастотные пульсации но питанию, применяют многослойный керамический конденсатор емкостью не менее 0,1 мкФ, который монтируется как можно ближе к корпусу микросхемы.

Если напряжение питания находится в пределах норм, установленных для ИСТ ГЛ (от 4,75 до 5,25 В), то и уровни на входах/выходах PIC-микроконтроллеров будут соответствовать уровням Т.

3.4.2 Тактирование PIC-микроконтроллеров

У всех микросхем подсемейства PIC16 имеются два вывода, предназначенные для тактирования их работы: OSC1 (CLKIN) и OSC2 (CLKOUT). Для тактирования могут использоваться генераторы нескольких типов.

В версиях микросхем с ультрафиолетовым и электрическим стиранием тип тактового генератора задается программированием соответствующих битов конфигурационного слова (особого регистра, доступного только во время программирования микросхемы). Для одной и той же микросхемы может быть задан или кварцевый, или RC-генератор.

Что касается однократно программируемых (OTP - One-Time-Programmable) версий микросхем, то для них тип тактового генератора выбирается при заказе или покупке. В маркировке PIC-микроконтроллеров 16CXX версий OTP тип генератора указывается в суффиксе. В зависимости от типа тактового генератора выделяют следующие версии PIC16:

XT - с внутренним генератором на стандартном кварцевом резонаторе (согласно терминологии фирмы Microchip). Эта версия работает до максимальной частоты 4 МГц;

HS -высокоскоростная версия (high Speed), которая также тактируется внутренним генератором с кварцевым резонатором, по способна работать на частотах до 20 МГц;

RC -тактируется внутренним RC-генератором и способна работать на частотах до 4 МГц, но с меньшей стабильностью по частоте, чем версии с кварцевыми генераторами;

LP - версия с малым потреблением (Low Power), тактирующаяся низкочастотным кварцевым генератором. У этой версии максимальная рабочая частота не превышает 200 кГц.

Для стабилизации частоты наряду с кварцевыми резонаторами возможно использование керамических резонаторов. Для генерации используется вывод OSC1. Вывод OSC2 является выходом внутренней рабочей частоты микроконтроллера (частоты командных циклов), которая в четыре раза меньше, чем частота генератора.

Существуют различные схемы тактирования PIC-микроконтроллеров.

Для версий с кварцевым или керамическим резонатором используют схему, изображенную на рисунке 22. Значение конденсаторов С1 и С2 выбирается в зависимости от типа резонатора (кварцевый или керамический) и частоты. Для версии XT резистор R1 не нужен, однако иногда он требуется для микроконтроллеров версии HS. Только точное знание характеристик кварцевого резонатора позволяет определить, есть ли необходимость в резисторе R и каким должно быть его значение.

Рисунок 22 - Схема тактирования PIC-микроконтроллеров

3.4.3 Схемы сброса

Все микроконтроллеры, в том числе и микроконтроллеры подсемейства PIC16 и PIC18, имеют вывод сброса, называемый в данном случае MCLR. У PIC-микроконтроллеров предусмотрена внутренняя схема автоматического сброса при включении напряжения, она устойчиво работает, если скорость роста напряжения питания достаточно высока. Если напряжение питания при включении растет медленно, требуется внешняя схема сброса (так называемый ручной сброс), одни из вариантов которой представлен на рис 23.

Внешняя схема сброса может потребоваться, если вы используете кварцевый резонатор относительно низкой частоты, с достаточно большим временем «разгона». В таком случае применяется схема, приведенная на рисунке 23. Эта схема известна пользователям и может применяться для микроконтроллеров, выпускаемых не только компанией Microchip, но и другими фирмами. Значение резистора R1 может варьироваться от 100 Ом до 1 кОм. Он служит для защиты входа MCLR микроконтроллера от положительного напряжения на конденсаторе C при выключении питания.

Рисунок 23 - Схемы сброса PIC-микроконтроллеров

Наконец, если напряжение питания может снижаться до уровней, способных нарушить нормальную работу микроконтроллера, лучше использовать схему, инициирующую сброс, когда напряжение падает ниже определенного порога.

3.4.4 Управление светодиодами и оптронами

Управление светодиодами - самое простое, что может встретиться на практике. Схемно оно может немного изменяться в зависимости от используемого микроконтроллера. У некоторых микроконтроллеров выходы рассчитаны на ток большой силы, а поэтому светодиод может быть подключен к ним непосредственно через ограничивающий ток резистор. В качестве примера приведем схему управления четырьмя светодиодами через порт APIC-микроконтроллера 16С5Х. Напомним, что допустимая сила тока каждого выхода параллельного порта указанных микросхем составляет 20 мА, что вполне достаточно для зажигания одного светодиода. Но суммарный ток порта не должен превышать 50 мА. В рассматриваемом случае воспользуемся светодиодом на 10 мА, чтобы не превышать этого максимума.

Если требуется, чтобы индикация была хорошо видна, следует использовать светодиоды высокой яркости или применить схему, в которой к выходу микроконтроллера подключен примитивный усилитель на транзисторе.

Ограничительный резистор Rn выбирается в зависимости от требуемой силы тока. Учитывая значение сопротивления в цепи базы транзистора и его коэффициент усиления, через светодиод можно получать ток в 100 мА и более, чего вполне достаточно.

Если один микроконтроллер должен управлять больше чем четырьмя светодиодами, целесообразнее выбрать интегральную микросхему с несколькими усилителями тока.

3.4.5 Управление реле

Некоторые специалисты по электронике не используют реле, считая их устаревшими компонентами, но во многих устройствах реле незаменимы. Это почти идеальные переключатели, которыми легко управлять и которые обеспечивают превосходную гальваническую развязку между схемой и нагрузкой. Кроме того, реле постоянно совершенствуются: повышается их надежность, уменьшаются размеры. В использовании реле вместе с микроконтроллерами нет, таким образом, ничего анахроничного.

Принцип управления реле очень близок к принципу управления светодиодами. И учитывая, что даже самые маленькие реле потребляют ток значительной силы, для управления ими требуется внешний транзисторный усилитель. Поэтому, как и в случае со светодиодами, при подключении не более четырех реле лучше использовать отдельные транзисторы, а при большем количестве - микросхемы ULN2003 и ULN2803, выходные токи которых (500 мА) позволяют управлять реле любого типа.

Поскольку реле - компоненты индуктивные, не надо забывать о защитном диоде, включенном в обратном направлении параллельно обмотке, как это показано па рис. 3.5. Напомним, что в используемых микросхемах уже стоят защитные диоды.

Хотя есть реле с напряжением питания 5 В, часто этого значения бывает недостаточно. Управление реле с большим напряжением успешно осуществляется схемами с транзисторами или с микросхемами ULX2003 или ULN2803. Схемы, изображенные на рис. 16, предназначены именно для такого случая и могут управлять реле со стабилизированным или посстабилизированным напряжением.

Рисунок 24 - Схемы управления реле

3.4.6 Управление ЖКИ-модулем

Используем алфавитно-цифровой ЖКИ-модуль BC2004A20C с I2C интерфейсом фирмы Bolymin.

Данный ЖКИ-модуль содержит четыре строки по двадцать символов в каждой (20x4). Размер отображаемого символа составляет 5x7 точек. Напряжение питания (Vdd) находится в диапазоне от 4.5 до 5.5 В. Потребляемый ток составляет 1.6 мА. Цифровые уровни управления соответствуют TTL-уровням.

Особенностью данного ЖКИ-модуля является управление через I2C интерфейс, в качестве ЖК-контроллера используется встроенная микросхема PCF2116 производства Philips Semiconductors.

Условно-графическое изображение ЖК-модуля BC2004A20C приведено на рисунке 17, цоколевка - таблице 10.

Рисунок 25 - Условное графическое обозначение ЖК-модуля BC2004A20C

Таблица 10 - Цоколевка ЖКИ-модуля

№ вывода	Название	Функция
1	Vdd	Напряжение питания +5В
2	SCL	Вход синхронизации для I2C
3	SDA	Вход/Выход данных для I2C
4	Vss	Общий (GND)

Для соединения ЖКИ-модуля с контроллером используется параллельная синхронная шина, насчитывающая 8 или 4 (выбирается программно) линий данных DB0...DB7, линию выбора операции R/W, линию выбора регистра RS и линию стробирования/синхронизации Е. Кроме линий управляющей шины имеются две линии для подачи напряжения питания 5 В - GND и Vdd, и линия для подачи напряжения питания драйвера ЖКИ - Vdd. При этом управление со стороны микроконтроллера осуществляется по I2C шине.

Основные элементы ЖК-модуля, с которыми приходится взаимодействовать при программном управлении: регистр данных (DR), регистр команд (IR), видеопамять (DDRAM), ОЗУ знакогенератора (CGRAM), счетчик адреса памяти (АС), флаг занятости контроллера.

Управление контроллером ведется посредством интерфейса управляющей системы. Основными объектами взаимодействия являются регистры DR и IR. Выбор адресуемого регистра производится линией RS, если RS = 0 - адресуется регистр команд (IR), если RS = 1 - регистр данных (DR).

Данные через регистр DR, в зависимости от текущего режима, могут помещаться (или прочитываться) в видеопамять (DDRAM) или в ОЗУ знакогенератора (CGRAM) по текущему адресу, указываемому счетчиком адреса (АС). Информация, попадающая в регистр IR, интерпретируется устройством выполнения команд как управляющая последовательность. Прочтение регистра IR возвращает в 7-ми младших разрядах текущее значение счетчика АС, а в старшем разряде флаг занятости (BF).

Видеопамять, имеющая общий объем 80 байтов, предназначена для хранения кодов символов, отображаемых на ЖКИ. Видеопамять организована в две строки по 40 символов в каждой. Эта привязка является жесткой и не подлежит изменению.

У контроллера PCF21116 существует набор внутренних флагов, определяющих режимы работы различных элементов контроллера.

Переопределение значений флагов производится специальными командами, записываемыми в регистр IR, при этом комбинации старших битов определяют группу флагов или команду, а младшие содержат собственно флаги.

Работа с ЖК-модулем по I2C осуществляется посылкой как минимум двух байт. В первом содержатся биты C0, RS, R/W, управляющие выбором регистров и операцией записи/чтения (C0 RS R/W 0 0 0 0 0). Во втором содержатся конкретные данные (D7 - D0).

Инициализация ЖК-модуля осуществляется следующим образом:

1) START I2C;

2) выводим на шину адрес ЖК-модуля: 0x74;

3) выводим команду записи в IR (C0=1, RS=0, R/W=0) 0x80;

4) выводим управляющую комбинацию (восьмиразрядная шина данных, четыре линии ЖКИ) 0x3С;

5) повторяем 4;

6) повторяем 3 и 4. Необходимы паузы для установки ЖКИ осуществляется за счет последовательной передачи по шине I2C;

7) выводим 0x06, определяя смещение счетчика на увеличение;

8) повторяем 3;

9) выводим 0x14, производим установку сдвига курсора;

10) 0x08 - выключаем дисплей и курсор;

11) выводим необходимую информацию для заполнения полей;

12) подаем команду 0x00;

13) включаем дисплей 0x0C;

14) STOP I2C.

Интерфейс I2C (Inter-integrated Circuit) состоит из двух линий (SDA и SCL) и предназначен для низкоскоростного обмена последовательного обмена данными с периферийными устройствами, подсоединенных к одной общей шине.

Линия SCL используется для передачи синхроимпульсов; линия SDA - для побитной передачи данных. Каждое устройство, подключенное к шине, может быть или приемником или передатчиком, а также ведущим (Master) или ведомым (Slave). Ведущее устройство инициирует передачу данных.

В микроконтроллерах PIC обмену данными по интерфейсу I2C соответствует особый режим работы порта MSSP. Линии SCL соответствует вывод RC3 порта С, линии SDA - вывод RC4 того же порта. Эти линии порта С должны быть настроены на вход установкой соответствующих битов в регистре TRISC в «1». Выводы SDA и SCL автоматически настраиваются при включении режима I2С. Включение модуля MSSP выполняется установкой бита SSPEN (SSPCO<5>) в «1».

Для управления модулем MSSP в режиме I2С используется шесть регистров:

* SSPCON. регистр управления MSSP;

* SSPCON2, регистр управления 2 MSSP;

* SSPSTAT, регистр статуса MSSP;

* SSPBUF, буфер приемника/передатчика;

* SSPSR, сдвиговый регистр (пользователю не доступен);

* SSPADD, регистр адреса.

В регистре SSPCON устанавливается требуемый режим I2С. С помощью четырех битов (SSPCON<3:0>) можно выбрать один из режимов I2С:

* Ведомый режим I2С, 7-разрядная адресация;

* Ведомый режим I2С, 10-разрядная адресация;

* Ведущий режим I2C, тактовый сигнал = Fosc/(4 * (SSPADD+1));

* Программная поддержка ведущего режима I С.

При выборе любого режима I2С выводы SCL и SDA должны быть настроены на вход, установкой соответствующих битов регистра TRISC в «1». После выбора режима I2С и установки бита SSPEN в 1 выводы SDA (линия данных), SCL (линия синхронизации) подключаются к модулю MSSP.

Регистр SSPSTAT содержит биты статуса передачи данных: обнаружение на шине битов START (S) или STOP (Р), флаг приема байта данных или адреса, указатель загрузки старшего байта 10-разрядного адреса, бит операции приема/передачи.

В регистр SSPBUF загружаются данные для передачи по шине I2C, и из него читаются принятые данные. Регистр SSPSR выполняет сдвиг принимаемых/передаваемых данных. При приеме данных регистры SSPBUF, SSPSR работают как двухуровневый буфер приемника. Буфер позволяет принимать следующий байт до чтения предыдущего принятого байта из регистра SSPBUF. Когда байт полностью загружен в SSPSR, он передается в регистр SSPBUF и устанавливается флаг прерывания SSPIF в 1. Если полностью принят следующий байт до чтения предыдущего байта из SSPBUF, то устанавливается бит SSPOV (SSPCON<6>) в Т, а байт в регистре SSPSR будет потерян.

В регистр SSPADD записывается адрес ведомого устройства. В 10-разрядном режиме пользователь должен сначала записывать старший байт адреса (11110А9А8). После соответствия старшего байта адреса необходимо загрузить младший байт адреса (А7:А0).

4. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ

Схема электрическая принципиальная устройства управления АРМ аппаратчика-промывальщика представлена в графическом приложении (лист 6).

Основным устройством данной схемы является общий микроконтроллер ComPIC-микросхема DD1 (PIC18F6527). Все основные операции контролируются и управляются именно этой микросхемой. В частности порт А обеспечивает:

- выбор режима работы: «Автомат»/ «Ручной». Линия-RA0(вывод 24);

- выбор вида операции: «Мойка»/»Споласкивание». Линия-RA1(вывод 23).

При наличии на этих выводах логической единицы считается выбранным режим работы «Автомат» и вид операции «Мойка». При наличии логического нуля - «Ручной» и «Споласкивание».

Кнопка «Пуск» SB5 подключена к линии RA2(вывод 22). При нажатии этой кнопки на линии выставляется логическая единица, и микроконтроллер приступает к выполнению основной программы. При этом не представляется возможным изменить режим работы и вид операции, т.к. линии обслуживающие тумблера SA1 «Режим» и SA2 «Операция» не опрашиваются до конца выполнения цикла работы. Однако при этом является возможным прервать выполнения программы в ComPIC и соответственно выполнение текущей работы. Для этого необходимо нажать кнопку SB6 «Стоп». Данная кнопка подключена к линии RB0(вывод 48),которая обслуживает внешнее прерывание.

Линии RB1 (вывод47) и RB2 (вывод 46) осуществляют проверку выполнения предварительных условий: наличие максимального уровня в РЕМР (при операции «Мойка») и наличие максимального уровня в РЕСВ (при операции «Споласкивание»). При достижении максимального уровня срабатывает датчик и на соответствующей линии появляется логический ноль.

Еще одним необходимым условием является температура моющего раствора в РЕМР. Проверка температуры производится датчиком DS18B20D, который подключен к линии RA3 (вывод 21). На этой линии программно организован интерфейс MicroLan (1-wire). Порт D микроконтроллера PIC18F6527 (линии RD0-RD7) и порт E(линии RE0-RE2) обеспечивают светодиодную индикацию режимов работы («Автомат»/ «Ручной»), вида операции («Мойка»/ «Споласкивание») текущего состояния:

- «Работа» - при нормальном функционировании;

- «Сбой» - при обнаружении ошибки функционирования;

- «Стоп» - при нажатии кнопки «Стоп»;

- «Свободно» - при нормальном окончании работы, и освобождения цистерн на каждом рабочем месте от переходного мостика, моющей машинки, устройства нижнего слива;

- «Готовность» - при установке переходного мостика, моющей машинки, устройства нижнего слива на каждой цистерне и выполнении предварительных условий;

- «Подогрев» - если не выполнено предварительное условие - недостаточная температура моющего раствора в РЕМР;

- «Заполнение» - если не выполнено предварительное условие достижения максимального уровня в РЕМР (РЕСВ).

Данная информация также дублируется на ЖКИ-модуле HG1 BC2004A20C, управление которым осуществляется по интерфейсу I2C, аппаратно поддерживаемым на линиях RC3/SCL1 (вывод 34) и RC4/SDA1 (вывод 35).

Управление клапанами различных устройств осуществляется на основе порта F:

- клапан фильтра в ФО - линия RF0(вывод 18);

- клапан подачи моющего раствора в РЕМР - линия RF1(вывод 17);

- клапан подачи споласкивающей воды в РЕСВ - линия RF2(вывод 16);

- клапан насоса дооткачки в МО - линия RF3(вывод 15).

Схема управления построена на основе МОП транзистора с изолированным затвором обогащенного типа с n-каналом IRLZ34N (VT1-VT4).

Данный транзистор позволяет коммутировать цепи при максимальном напряжении 60В и токе до 2А.

Локальный микроконтроллер LocPIC выполнен на основе PIC16F767(DD2-DD4).

Локальный микроконтроллер контролирует:

- подключение устройства нижнего слива УСН-150Р - линия RB3 (три контакта подключения подсоединены через схему “n”);

- подключение моющей машинки - линия RB4 (три контакта подключения

подсоединены через схему “n”);

- присоединение переходного мостика - линия RB5(два контакта через схему “n”);

- нажатие кнопки «Останов» - линия RB0/INT(вывод 21- LocPIC);

- контроль наличия напорного насоса - линия RB1(вывод 22);

- контроль наличия потока откачивающего насоса - линия RB2 (вывод 23).

Линии порта С LocPIC RC0-RC2 осуществляют управления напорного насоса (СОВРМ), откачивающим насосом (МО), затвором слива (МО).

Схема управления построена на основе МОП транзистора с изолированным затвором обогащенного типа с n-каналом IRL234N (VT5-VT13).

Локальный микроконтроллер обеспечивает светодиодную индикацию через порт А (RA0-RA5):

- «УСН подключено» - линия RA0(вывод 2);

- «Мостик установлен» - линия RA1(вывод 3);

- «Машинка установлена» - линия RA2(вывод 4);

- «Останов» - линия RA3(вывод 5) - при нажатии локальной кнопки «Останов»;

- «Простой» - линия RA4 (вывод 6) - при простое или выполнении подготовительных операций на ComPIC;

- «Чисто» - при нормальном окончании работы операций, отключении моющей машинки, устройства нижнего слива и поднятии переходного мостика.

Взаимодействие между ComPIC и LocPIC организовано по сети RS-485.

У ComPIC задействованы линии последовательного порта USART (RC5,RC6/TX1,RC7/RX - выводы 36,31,32); у LocPIC - линии последовательного порта USART(RC5,RC6/TX,RC7/RX - выводы 16-18). Для поддержки функционирования линий RS-485 в схему включены приемо-передатчики MAX 485 (DD5-DD8).

В ComPIC предусмотрено взаимодействие с внешним пультом управления через последовательный порт USART (линии RG0-RG2-выводы 3-5).

5. ОЦЕНКА СТОИМОСТИ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА АПАРАТЧИКА-ПРОМЫВАЛЬЩИКА ПРОМЫВОЧНО-РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СТАНЦИИ

Стоимость разработки автоматизированного рабочего места оператора промывочно-рециркуляционной станции складывается из стоимости разработки программного обеспечения, стоимости разработки и изготовления электронных блоков системы, и стоимости дополнительного оборудования.

Для расчета конечной отпускной цены разработанного опытного образца необходимо определить количество часов, затраченных непосредственно на выполнение разработки.

Таблица 11 - График выполнения работ

Тип исполняемой работы:	Затраченное время, дни:
1 Разработка схем:
Разработка структурной схемы устройства	10
Разработка принципиальной схемы устройства	12
Итого:	22
2 Разработка ПО
Разработка алгоритма работы микроконтроллера	7
Разработка управляющей программы PIC контролером	7
Итого:	14

Количество дней, затраченных на разработку схем равно:

;

Количество дней, затраченных на разработку ПО равно:

;

В среднем количество часов, затраченных на разработку всей системы, составило:

- разработка программного обеспечения (ПО) - ЧПО = 4 часа в день:

- разработка схем ЧСХ = 4 часа в день.

Тогда, общее количество часов, затраченных на разработку:

;

Определим фонд оплаты труда (ФОТ) и отчисления на социальные нужды за разработку схемы и ПО, для чего необходимо выяснить такие параметры как оклад инженера и часовую норму выработки в месяц.

Оклад инженера разработчика (студента - дипломника) составляет в соответствии с тарифным коэффициентом 2.86:

тыс. руб. в месяц.

Количество рабочих часов в месяц для 8-ми часового рабочего для и 5-ти дневной рабочей недели:

КРЧ= 169,8 ч.

Следовательно, величина фонда оплаты труда по разработке схем и ПО составляет:

тыс. руб;

тыс. руб;

тыс. руб;

К фонду оплаты труда необходимо добавить следующие налоги и отчисления:

Отчисления на соц. нужды - 35 % ФОТ;

тыс. руб;

Тогда фонд оплаты труда с отчислениями составит:

тыс. руб;

Материальные затраты на разработку ПО состоят из стоимости электроэнергии. Для разработки ПО использовался один персональный компьютер, стоимость которого составляет порядка 2 млн. руб. Максимальный срок эксплуатации компьютера равен пяти годам, за этот промежуток времени его комплектующие полностью устареют, и будет необходимо приобрести новые.

Расходы на электроэнергию при цене 487 руб за один кВт и потребляемой компьютером мощности в размере 120 Вт в час составят:

тыс. руб;

тыс. руб;

Амортизационные отчисления за один день использования компьютера составят.

тыс. руб;

где 253 - среднее количество рабочих дней в году

Величина амортизационных отчислений за весь период разработки ПО будет определяться как произведение отчислений за один день на количество полных рабочих дней, в течении которых использовался компьютер:

тыс. руб;

Определим стоимость материалов использованных при изготовлении схемы по формуле:

где ni,- количество однотипных элементов i, Элi - стоимость одного элемента i.

Стоимость материалов и радиоэлементов, использованных на изготовление схемы, приведена в таблице 12.

Таблица 12- Стоимость комплектующих системы сбора и обработки данных

Элементы	ni	Элi, руб	Мi, руб.
1. Резисторы	106	500	53 000
2. Конденсаторы	12	2500	30 000
3. Светодиоды	33	500	16 500
4. Кварцевый резонатор	6	3 700	22 200
5. Кнопка	10	600	6000
6. Оптопара	8	600	4800
7. LCD	1	257 600	257 600
8. Микросхемы
PIC18F6527	1	26 000	26 000
PIC16F767	3	30 200	90 600
PIC16C711	1	7 250	7 250
MAX485	4	18 000	72 000
К155ЛН1	2	750	1 500
К155ЛИ6	9	5 650	50 850
Всего:	632 900

Итого получаем:

тыс. руб;

Перечень и стоимость контрольно - измерительной аппаратуры, и дополнительного оборудования приведены в таблице 13.

Таблица 13 - Используемая контрольно-измерительная аппаратура и дополнительное оборудование

Наименование	Цена. руб.	Потребляемая мощность. Вт
Вольтметр В3-68	200 000	20
Персональная ЭВМ	2 000 000	120
Итого:	2 200 000	140

Общая стоимость контрольно измерительной аппаратуры и дополнительного оборудования = 2 200 тыс. руб.

Амортизационные отчисления рассчитываются исходя из срока эксплуатации системы равного 5 годам. Величина амортизационных отчислений за время разработки блоков составит:

тыс. руб.

Суммарная потребляемая мощность контрольно измерительной аппаратуры и дополнительного оборудования - 140 Вт.

Расходы на электроэнергию составят:

тыс. руб.

Материальные затраты на разработку блоков

тыс. руб.

Себестоимость продукции определяется суммой фонда оплаты труда и
материальных затрат на производство блоков системы управления стендом динамических испытаний:

Рассчитаем величину прибыли в размере 15% для поглощения непредвиденных затрат и дополнительного премирования сотрудников, которое должно ускорить производство и увеличить производительность труда:

тыс. руб.

Произведем расчет налога на добавленную стоимость по ставке 20%:

;

тыс. руб;

Следовательно, общая стоимость разработки и производства опытного образца составит:

млн. руб.

6. Организация рабочего места АППАРАТЧИКА-пРОМЫВАЛЬЩИКА промывочно-рециркуляционной станции

При работе с автоматизированной системой мойки железнодорожных цистерн рабочее место аппаратчика-промывальщика должно соответствовать санитарным правилам и нормам. Эти нормы указаны в СанПиН №9 - 131РБ2000г. “ Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, электронно-вычислительным машинам и организации работы ”.

Рабочее место представляет собой закрепленную за отдельным рабочим часть производственной площади, оснащенную необходимыми технологическим, вспомогательным оборудованием, технологической и организационной оснасткой, предназначенными для выполнения определенной части производственного процесса.

Каждое рабочее место имеет свои специфические особенности, связанные с особенностями организации производственного процесса, многообразием форм конкретного труда. Состояние рабочих мест, их организация напрямую определяют уровень организации труда на предприятии. Кроме этого организация рабочего места непосредственно формирует обстановку, в которой постоянно находится работник на производстве, что влияет на его самочувствие, настроение, работоспособность и, в конечном итоге, на производительность труда.

Помещение, в котором в настоящее время находится рабочее место оператора, представляет собой необорудованное производственное помещение. Выполнение поставленных задач в данном помещении не представляется возможным, поэтому предлагается выделить другое помещение, которое будет отвечать предъявляемым требованиям.

Согласно СанПиН 9-131 РБ площадь на одно рабочее место с ВДТ, ЭВМ и ПЭВМ для пользователей должна составлять не менее 6,0 м2, а объем не менее 20,0 м3 . При этом помещения с ВДТ, ЭВМ и ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение.

Естественное освещение должно осуществляться через свето-проемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивать коэффициент естественной освещенности (КЕО) не ниже 1,5%.

Исходя из этого рекомендуется выделить помещение с северной или северо-восточной стороны, имеющее оконные проемы и общей площадью около 20 м2 , но никак не меньше.

Что касается оконных проемов, то предлагается два окна, что обеспечит необходимую освещенность и комфортные условия для работы.

Приблизительный план помещения представлен на рисунке 27.

Рисунок 27 - План рабочего помещения

В рекомендуемой планировке рабочего места используется стол с пультом управления, табло индикации, шкаф и стеллаж.

Главными элементами рабочего места оператора являются стол и кресло, а основным рабочим положением является положение сидя. Поэтому для создания благоприятных условий труда предлагается вращающийся стул с подлокотниками, оснащенный пневматической системой регулировки высоты и угла наклона спинки.

Микроклимат на рабочем месте оказывает большое влияние на состояние здоровья и производительность труда оператора. Ввиду того, что видеотерминалы являются источником тепловыделений, это может привести к повышению температуры и снижению относительной влажности воздуха на рабочих местах, что способствует раздражению кожи. В соответствии с СанПиН 9-131 работы, выполняемые оператором, который пользуется компьютером, относятся к категории 1а. Для помещения, где размещено рабочее место оператора, принимаются следующие допустимые микроклиматические условия, приведенные в таблице 14.

Таблица 14. Микроклиматические условия

Период года	Температура воздуха, єС	Скорость движения воздуха, м/с	Относительная влажность воздуха, %
Холодный	22-24	<0.1	40-60
Теплый	23-25	<0.1	40-60

С учетом специфики производственного процесса, т. е. повышенной температуры и пониженной влажности в помещении, организуется система вентиляции на базе одного кондиционера с возможностью регулировки температуры и влажности воздуха, а также предусматривается приточная система вентиляции.

В качестве кондиционера будем использовать Electrolux EACS-07 HC.

Краткая характеристика Electrolux EACS-07 HC:

- Тип: Сплит - система;

- Работа на площадь до: 34 м2;

- Мощность охлаждения: 2,2 кВт;

- Мощность обогрева: 2,3 кВт;

- Габариты (ШxВxГ) внутреннего блока: 790х265х170 мм;

- Потребляемая мощность: охлаждение (Вт) 740;

- Потребляемая мощность: обогрев (Вт) 720;

- Вес внутреннего блока нетто (кг) 9;

- Вес внешнего блока нетто (кг) 25;

Electrolux EACS-07 HC представляет собой настенную сплит - систему нового поколения, имеющую оригинальный дизайн и хорошие технические показатели.

Сплит система - кондиционер, который состоит из одного наружного и одного внутреннего блоков. Сплит системы обладают целым рядом достоинств, среди которых высокая эффективность, низкий уровень шума, свобода выбора места расположения и типа внутреннего блока.

В стандартную комплектацию кондиционера уже входят три фильтра для очистки воздуха:

LTC-фильтр

Катехиновый

Dust-фильтр

Первый фильтр служит для разложения вредных примесей, второй для абсорбции неприятных запахов и наконец, третий защищает теплообменник от пыли.

Сплит - система очень компактна и удобна в эксплуатации, в комплект входит пульт ДУ, предусмотрено несколько автоматических режимов.

Отопление помещения - центральное водяное от городских тепловых сетей. Возможно, использование электрического обогревателя средней мощности на особо холодный период времени и во время демисезонного отключения отопления.

На рабочем месте оператора источниками шума, как правило, являются шум при обслуживании железнодорожных цистерн.

Снижение шума обеспечивается за счет применения звукопоглощающих материалов при облицовке помещения.

Для уменьшения уровня шума из вне предлагается уплотнить по периметру притворов окон и дверей каким-нибудь волокнисто-пористым материалом: фибролитовые плиты, стекловолокно, минеральная вата, полиуретановый поропласт, пористый поливинилхлорид и др.

Важное место в комплексе мероприятий по охране труда и оздоровлению условий труда занимает создание оптимальной световой среды, то есть рациональная организация естественного и искусственного освещения помещения и рабочего места.

Искусственное освещение должно создавать хорошую видимость информации на экране видеотерминала и рабочих материалов на столе. Для освещения рабочего места оператора применяется комбинированное освещение (общее + местное). Освещенность рабочих поверхностей при комбинированном искусственном освещении, как и предполагается в соответствии с СанПиН 9-131 составит не менее 500 лк. Для исключения засветки экрана прямыми световыми потоками светильники общего освещения с люминесцентными лампами располагаются сбоку от рабочего места под потолком параллельно линии зрения оператора. Местное освещение обеспечивается светильниками, устанавливаемыми непосредственно на рабочем столе ниже или на уровне линии зрения оператора, чтобы не вызывать ослепления.

Для предотвращения распространения огня во время пожара с одной части здания на другую в здании устроены противопожарные преграды в виде противопожарных стен, перегородок. Конструкции изготовлены из кирпича, стекла, металла. Деревянные конструкции пропитаны антипирином. На случай вынужденной эвакуации людей при пожаре из здания, где расположен кабинет оператора, имеются эвакуационные выходы и пути, на которых предусмотрены искусственное освещение.

Для ликвидации пожара в помещении, где расположено рабочее место оператора, применяются первичные средства пожаротушения. На лестничной клетке находится специальный ящик с песком. На стене имеется ящик с пожарным стволом и пожарным рукавом из тканевого материала. В рабочем кабинете необходимо наличие огнетушителя, в данном случае рекомендуется типа ОУ-2.

В кабинете под потолком необходимо предусмотреть два дымовых пожарных извещателя ИП 212-3СУ системы сигнализации, предназначенной для обнаружения и оповещения о пожаре.

Функциональные параметры ИП 212-3СУ :

- Защищаемая площадь - до 85 кв.м

- Светодиодный индикатор состояния; в тревожном режиме светится постоянно

- Устойчив к резким изменениям температуры, влажности и фоновой освещенности

- Стандарт защиты от агрессивного воздействия окружающей среды - IP43

- Встроенная защита от перегрузки при срабатывании

- Корпус из ударопрочной пластмассы

- Расширенный температурный диапазон позволяет устанавливать эти пожарные извещатели в неотапливаемых помещениях

-Норма средней наработки на отказ с учетом техобслуживания - 60 000 ч.

Применение двух пожарных извещателей определяется нормами по пожарной безопасности.

Разработанное рабочее место аппаратчика-промывальщика промывочно-рециркуляционной станции согласно СанПиН 9-131 РБ 2000 позволит сохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня, повысит, как в количественном, так и в качественном отношениях производительность труда оператора.

Заключение

В данном дипломном проекте разработано автоматизированное рабочее место аппаратчика-промывальщика промывочно-рециркуляционной станции. Основные результаты работы сводятся к следующему.

Разработана структурная схема интеллектуального датчика определения концентрации нефти в сливной воде, на основе которой, а также выбранной элементной базы была спроектирована электрическая принципиальная схема устройства.

Разработана функциональная схема автоматизированного рабочего места, на основе которой, а также выбранной элементной базы была спроектирована электрическая принципиальная схема устройства.

Для работы в данном рабочем месте промывочно-рециркуляционной станции организованно рабочее место аппаратчика-промывальщика согласно СанПиН №9 - 131 РБ.

Произведённый расчёт стоимости проектируемого устройства показал экономическую целесообразность использования разработанного автоматизированного рабочего места.

Таким образом, разработанное устройство позволит значительно облегчить и ускорить процесс внутренней мойки железнодорожных цистерн, что неизбежно скажется на качестве работы станции.

Список использованных источников

1 Бочков, К.А., Серенков, А.Г., Кондрачук, В.Ф., Харлап, С. Н. Автоматика, телемеханика и связь на транспорте: Пособие по оформлению дипломных проектов по специальности «АТиС на транспорте» БелГУТ- Гомель:2001.-74с.

2 Тавернье, К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения: Пер. с фр. / К. Тавернье - М.: ДМК Пресс, 2004. - 272 с.

3 СанПиН 9-131 РБ 2000 - 2.2.2. Технологические процессы, сырьё, материалы,

оборудование, рабочий инструмент - Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, электронно-вычислительным машинам и организации работы - Санитарные правила и нормы.

4 Пейтон Дж. Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях -М.:

БИНОМ, 1994 - 352с.

5 PIC16F7X7 Datasheet. Microchip Technology Inc.. 2004. [Электронный ресурс] -

Режим доступа: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/30498c.pd

6 PIC18F6527 Datasheet. Microchip Technology Inc.. 2004. [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=

en021970

7 PIC16F62X Datasheet. Microchip Technology Inc.. 2004. [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.microchip.ru/d-sheets/40300.htm:PIC16F627:1x1

8 Интернет источник: www.gaw.ru.

9 Интернет источник: http://www.fotodiod.ru/infra-fotodiod.html

10 Интернет источник: http://www.elstandart.spb.ru