Проект микропроцессорной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Задание

Введение

Технологическая часть

Выбор средств автоматизации

Математическая модель

Функциональная схема системы управления

Схема внешних соединений

Программа для контроллера

Алгоритм программы

Заключение

Список литературы



Задание

контроллер сварной прокатка автоматизация

Тема курсового проекта: Спроектировать микропроцессорную систему для слежения за сварным соединением в головной части стана бесконечной холодной прокатки.

Исходные данные: В системе используются фотодатчик сварного соединения на выходе которого формируется импульсный сигнал в виде напряжения +5В , позиционный датчик стыкосварочной машины на выходе которого сигнал +5В, импульсный датчик установленный на оси ролика контактирующего с полосой (за один оборот ролика выдается 1000 импульсов, длина окружности ролика 0,1 м), толщина полосы в стан 2 мм, линейная скорость движения полосы составляет 5 м/c. Расстояние от стыкосварочной машины до 1 клети стана равно 800 м, расстояние от фотодатчика до первой клети 20м.

Функции системы: МП система должна : принимать сигнал датчика стыкосварочной машины и отслеживать координату расположения сварного шва в головной части стана, при обнаружении шва фотодатчиком необходимо снизить скорость стана до 1 м/с. В МП системе предусмотрена звуковая и световая сигнализация: при формировании сигнала стыкосварочной машины зажигаются все светодиоды на SDK, на дисплее отображается фраза “шов сварен”, раздается звуковой сигнал. При движении шва в головной части при переходе через каждые 100м гаснет каждый последующий светодиод SDK, при срабатывании фотодатчика раздается звуковой сигнал на дисплее SDK горит фраза “до первой клети 20м”, снижение скорости - на каждые 4 м на 1 м/с

Содержание проекта:

Введение. Технологическая часть.

Аппаратные средства микропроцессорной системы.

Описание технических средств для реализации проекта.

Алгоритм работы системы.

Программа для работы микропроцессорного контроллера на языках С и ассемблер.

Программа для персонального компьютера на языке С в среде С- Bilder.

Графическая часть:

А. Электрическая принципиальная схема МП системы.

Б. Алгоритмы работы системы.

В. Окно программы для персонального компьютера.



Введение

В настоящее время МПК становятся неотъемлемыми элементами в системах автоматизации технологических процессов, создавая вместе с операционными системами реального времени идеальную платформу для управления и визуализации информации.

Термином программируемый микропроцессорный контроллер (ПМК) обозначают изделия группы устройств преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, реализованных на базе микропроцессорной техники для работы в локальных и распределенных системах управления в реальном времени в соответствии с фиксированным набором рабочих программ, размещенным в постоянно запоминающем устройстве ПЗУ.

Контроллеры предназначены для автоматизации технологического оборудования и построения устройств локального управления, что определяет состав выполняемых ими задач:

1. сканирование датчиков;

2. выполнение вычислительных операций (для регулирования и контроля используются стандартные алгоритмы из Теории Управления);

3. управление исполнительными механизмами;

4. организация интерфейса с оператором (клавиатура, отображение текущего состояния на индикаторах);

5. диагностика системы с целью предупреждения аварийной ситуации;

6. осуществление безопасного пуска и останова системы и защита от неправильных действий персонала, защита от сбоев оборудования.

При производстве холоднокатаного листа на станах бесконечной холодной прокатки существует ряд проблем, связанных с обработкой полосы со сварными соединениями.

Необходимым условием прокатки сварного шва является снижение рабочей скорости полосы с 25-27 м/с до скорости пропуска шва, составляющей 2,5-5 м/с на выходе стана. Раннее снижение скорости полосы ведет к потере производительности оборудования, позднее - приводит к попаданию сварного шва в первую клеть стана на недостаточно сниженной скорости, что в свою очередь является причиной обрывов полосы, простоев оборудования и порчи дорогостоящих рабочих валков.

Существующие подсистемы слежения за сварным швом, входящие в АСУ ТП стана, работают с погрешностями, возникающими по ряду причин. В головной части стана расчет координаты шва осуществляется на основе данных о текущем запасе полосы в петлевом устройстве, полученных от кодового датчика, сигнал которого пропорционален положению тележки петлевого устройства. Движение тележки петлевого устройства посредством лебедки при формировании и расходовании запаса полосы приводит со временем к вытягиванию троса, соединяющего тележку петлевого устройства и лебедку. При изменении длины троса, а также при выборе провисаний полосы после останова стана, кодовый датчик тележки формирует сигнал, не соответствующий фактическому запасу полосы в петлевом устройстве, что требует постоянной корректировки показаний датчика и ведет к погрешности при определении координаты сварного шва в головной части стана.

Слежение за сварным швом при его прохождении через рабочие клети стана осуществляется косвенным методом по аналитическим зависимостям в функции вытяжки полосы между первой и пятой клетями. Расчетный метод является источником значительной ошибки в определении координаты местоположения шва, особенно при обработке рулонов с колебаниями физико-механических свойств, разнотолщинности подката, а также в связи с различием свойств металла шва и стыкуемых полос.



Технологическая часть

Прокатный стан представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для осуществления пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), а также транспортных и вспомогательных операций. В состав прокатных цехов или отделений в общем случае входит оборудование главной линии прокатного стана в составе черновых, промежуточных и чистовых рабочих клетей и передаточных механизмов, а также нагревательные печи, системы для гидросбива окалины, оборудование для транспортировки, резки, термообработки, отделки, правки, смотки, маркировки, упаковки проката и т.д.

Основными задачами прокатного производства являются получение готового проката заданных размеров и формы в требуемом количестве, с минимально возможными затратами, с высоким уровнем физико-механических свойств и качества поверхности.

Станы для раскатки полос из черных и цветных металлов методом холодной прокатки представляют собой оборудование для прокатки материала в холодном виде методом холодной деформации. Это означает, что исходный материал перед прокаткой не нагревается в печи.

К данному методу прокатки обращаются в целях получения тонкой полосы или ленты с минимальными значениями по толщине, с ровной блестящей плоскостью, прецизионными размерами по сечению и высокой гомогенностью свойств материала. Во время прокатки холодным способом имеется возможность изменения механических свойств обрабатываемого металла, выбирая необходимые параметры обжатий и температурных воздействий. Прокатка материалов в холодном состоянии методом холодной деформации широко распространена, а холоднокатаная продукция находит сегодня широкое применение почти во всех сферах нашей промышленности.

Все холодные станы непрерывной прокатки оснащены регуляторами процесса прокатки, работающими в режиме автоматики и позволяющими вести процесс непрерывно, без останова агрегата. В момент удаления готового рулона на выходе на входе идет заправка следующего рулона.

Рисунок 1- Структура АСУ ТП

Структура АСУ ТП непрерывного стана холодной прокатки

Клети оснащены быстродействующими гидравлическими нажимными устройствами (ГНУ), обеспечивающими регулировку межвалкового зазора путем вертикального перемещения верхнего полукомплекта валков с помощью силовых нажимных гидроцилиндров ГЦ.

Функционально в составе АСУ ТП можно выделить системы базового уровня автоматизации и системы верхнего уровня.

К базовому уровню автоматизации относятся системы управления гидравлическими нажимными устройствами СУ ГНУ, системы управления главными электроприводами прокатных валков, моталок, размывателей, вспомогательных механизмов и система управления подачей технологической смазки.

Верхний уровень АСУ ТП составляют система управления режимом стана(СУРС), система автоматического регулирования толщины и натяжения ( САРТ и Н) и система визуализации и контроля.

Система управления гидравлическими нажимными устройствами обеспечивают:

- регулирование положения верхнего полукомплекта валков и ,соответсвенно межвалкового зазора( «режим естественно клети»), регулирование взаимного положения штоков ГЦ( синхронизация). Статическая точность регулирования 3 мкм;

- регулирование силы прокатки ( режим « мягкой клети»). Переход из режима регулирования усилия прокатки («мягкая клеть») в режим регулирования положения ( «естественная клеть») и обратно производится безударно по сигналам от САРТ, а для 5-й клети- по сигналу оператора с центрального поста управления станом;

-автоматическое сведение/разведение валков до заданного раствора валков;

- ограничение сил и перемещений в авариных ситуациях, аварийное разведение валков, выдачу соответствующих предупредительных и аварийных сообщений на пульт оператора и в систему визуализации;

- выдачу информации о величине раствора валков, их перекосе, силе прокатки и разности сил по сторонам клети в систему визуализации и контроля.

Выбор средств автоматизации

Цилиндрический датчик К-С-18З

Наибольший предел измерений (НПИ)1; 2,2; 3,3; 4,7; 10; 15; 20; 22; 33; 47; 68; 100 т

Рабочий коэффициент передачи (РКП)2,85±0,01 мВ/В

Класс точности (по ГОСТ 30129)С3

Вид преобразуемой силы Сжатие

Число поверочных интервалов3000

Начальный коэффициент передачи (НКП)2,5 % от РКП

Входное сопротивление1450±10 Ом

Выходное сопротивление1402±5 Ом

Сопротивление изоляции?5000 МОм

Диапазон рабочих температур от -30 до +50 °С

Допустимая перегрузка в течение не более 1 часа125 % от НПИ

Разрушающая перегрузка200 % от НПИ

Рекомендуемое напряжение питания от 5 до 12 В

Максимальное напряжение питания15 В

Степень защиты (по ГОСТ 14254)IP 68

Материал корпуса датчика Легированная сталь

Рисунок 2 - Датчик измерения массы.

Модель BR4M-TDTD

BR фотоэлектрический датчик усовершенствованный в цилиндрическом корпусе

Цилиндрические фотоэлектрические датчики с приемом отраженного луча серии Autonics BR.

Фотоэлектрические датчики Autonics серии BR обладают превосходными характеристиками - по расстоянию срабатывания до 20 м (датчики с приемом прямого луча), возможность обнаружения узких зазоров (модели с узконаправленным лучом) и работы в условиях повышенных температур (модели со стеклянной оптической системой). Кроме того, новая линейка датчиков с приемом отраженного луча еще более расширит область их применения, позволяя удовлетворить индивидуальные требования каждого заказчика.

Отличительные особенности:

Дальность обнаружения до 20 м (датчики с приемом прямого луча)

Превосходная помехоустойчивость благодаря применению цифровой обработки сигнала

Высокое быстродействие - время срабатывания менее 1 мс

Встроенная защита от короткого замыкания (перегрузки по току) на выходе и переполюсовки в цепи питания

Рисунок 3 - Датчик положения

Оптический датчик (фотодатчик) серии G18 3 А2NC



Рисунок 4- Фотодатчик

Кнопка PPBB-30N "Пуск-Стоп." 1з+1р ИЭК BBD21-PPBB-K51

Рисунок 5 - Кнопка

Технические характеристики

Компания производитель	IEK
код PC	31847
Артикул	BBD21-PPBB-K51
диаметр установ. отверстия, мм	22мм
контактная группа	1НО+1НЗ
номинальное напряжение, в	230В
тип кнопки	Без фиксации, с возвратом
цвет кнопки	Красный/Зеленый

Датчик импульсов (Датчик скорости).

УКС210И обеспечивает выполнение следующих основных функций:

- преобразование последовательности электрических импульсов датчика в выходные сигналы (два дискретных - контакты реле);

- настройку устройства контроля скорости на номинальную частоту сигнала;

- ввод значений параметров (времени начала контроля, предельно допустимого снижения частоты следования импульсов, времени переключения выходных реле);

- контроль частоты сигнала и управления выходными реле.

Основные технические данные устройства

Наименование параметра	Значение параметра
1 Номинальное напряжение питания переменного тока, В	220
2 Допускаемые отклонения напряжения питания, %	От минус15 до плюс 10
3 Номинальная частота напряжения питания, Гц	50
4 Потребляемая от сети мощность, ВА	Не более 10
5 Номинальная настраиваемая частота следования управляющих импульсов, Гц	От 0,5 до 50
6 Регулируемая выдержка времени начала контроля, с	От 1,0 до 120
7 Регулируемая выдержка времени до переключения выходного реле, с	От 1,0 до 120 ЮЯИГ. 402223.003 РЭ
8 Диапазон уставок отклонения частоты следования управляющих импульсов от номинальной, %	От 1,0 до 99 с шагом 1,0
9 Сопротивление охранного шлейфа, Ом	200
10 Степень защиты, обеспечиваемая оболочками датчиков и вторичного преобразователя УКС210И, по ГОСТ 14254-96 (МЭК529-89)	IP54
11 Коммутационная способность выходного и аварийного реле: - коммутационная функция - ток переменный или постоянный, А, не более - напряжение переменного тока, В, не более - напряжение постоянного тока, В, не более - коммутируемая мощность, ВА (Вт), не более	Переключающий Контакт 2,5 250 30 100 (75)

Программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК 150



Рисунок 6- ОВЕН ПЛК 150

Контроллер ОВЕН ПЛК 150 предназначен

Для создания систем управления малыми и средними объектами

Построение систем диспетчеризации

Построение системы управления и диспетчеризации на базе ОВЕН ПЛК возможно как с помощью проводных средств - используя встроенные интерфейсы Ethernet, RS-232, RS-485, так и с помощью беспроводных средств - использую радио, GSM, ADSL модемы.

Общие сведения

Конструктивное исполнение	Унифицированный корпус для крепления на DIN-рейку (ширина 35 мм), длина 105 мм (6U), шаг клемм 7,5 мм
Степень защиты корпуса	IР20
Напряжение питания: ПЛК150-24 ПЛК150-220	18... 29 В постоянного тока (номинальное напряжение 24 В) 90... 264 В переменного тока (номинальное напряжение 220 В) частотой 47... 63 Гц
Потребляемая мощность	6 Вт
Индикация передней панели	1 индикатор питания 6 индикаторов состояний дискретных входов 4 индикатора состояний выходов 1 индикатор наличия связи с CoDeSys 1 индикатор работы программы пользователя

Ресурсы

Центральный процессор	32-х разрядный RISC-процессор 200 МГц на базе ядра АRМ9
Объем оперативной памяти	8 МВ
Объем энергонезависимой памяти хранения ядра СоDеSуs, программ и архивов	4 МВ**
Размер Retain-памяти	4 кВ***
Время выполнения цикла ПЛК	Минимальное 250 мкс (нефиксированное), типовое от 1 мс

Дискретные входы

Количество дискретных входов	6
Гальваническая изоляция дискретных входов	есть, групповая
Электрическая прочность изоляции дискретных входов	1,5 кВ
Максимальная частота сигнала, подаваемого на дискретный вход	1 кГц при программной обработке 10 кГц при применении аппаратного счетчика и обработчика энкодера

Дискретные выходы

Количество дискретных выходов	4 э/м реле
Характеристики дискретных выходов	Ток коммутации до 2 А при напряжении не более 220 В 50 Гц и cos j > 0,4
Гальваническая изоляция дискретных выходов	есть, индивидуальная
Электрическая прочность изоляции дискретных выходов	1,5 кВ

Аналоговые входы

Количество аналоговых входов	4
Типы поддерживаемых унифицированных входных сигналов	Напряжение 0...1 В, 0...10 В, -50...+50 мВ Ток 0...5 мА, 0(4)...20 мА Сопротивление 0...5 кОм
Типы поддерживаемых датчиков	Термосопротивления: ТСМ50М, ТСП50П, ТСМ100М, ТСП100П, ТСН100Н, ТСМ500М, ТСП500П, ТСН500Н, ТСП1000П, ТСН1000Н Термопары: ТХК (L), ТЖК (J), ТНН (N), ТХА (K), ТПП (S), ТПП (R), ТПР (В), ТВР (А-1), ТВР (А-2)
Разрядность встроенного АЦП	16 бит
Внутреннее сопротивление аналогового входа: в режиме измерения тока в режиме измерения напряжения 0...10 В	50 Ом Около 10 кОм
Время опроса одного аналогового входа	0,5 с
Предел основной приведенной погрешности измерения аналоговыми входами	0,5 %
Гальваническая изоляция аналоговых входов	отсутствует

Аналоговые выходы

Количество аналоговых выходов	2
Разрядность ЦАП	10 бит
Тип выходного сигнала ПЛК 150-И ПЛК 150-У ПЛК 150-А	Ток 4...20 мА Напряжение 0...10 В Ток 4...20 мА или напряжение 0...10 В
Питание аналоговых выходов	встроенное, общее на все выходы
Гальваническая изоляция аналоговых выходов	есть, групповая
Электрическая прочность изоляции аналоговых выходов	1,5 кВ

Интерфейсы связи

Интерфейсы	Ethernet 100 Base-T RS-232 RS-485
Скорость обмена по интерфейсам RS	от 4800 до 115200 bps
Протоколы	ОВЕН ModBus-RTU, ModBus-ASCII DCON ModBus-TCP GateWay (протокол CoDeSys)



Программирование

Среда программирования	CoDeSys 2.3.8.1 (и старше)
Интерфейс для программирования и отладки	RS-232 или Ethernet

Математическая модель

- линейная скорость движения полосы;

- толщина полосы;

- длина окружности ролика;

импульсов;

- плотность стали;

- ширина полосы;

- минимальный остаток полосы на разматывателе;

=187,2 кг - масса 10 м полосы

Расстояние от стыкосварочной машины до 1 клети стана равно 800 м

Расстояние от датчика шва до 1 клети стана равно 20 м

Функциональная схема системы управления

Рисунок 7 - Функциональная схема

1 - Датчик конца рулона

2 - 1 датчик импульсов

3 - 2 датчик импульсов

4 - Датчик шва

5,8 - усилитель

6 - Механизм сварки шва

7 - Двигатель тележки

9- Двигатель следующего рулона

10, 11 - датчики положения (присутствия)

Схема внешних соединений

Рисунок 8 - Схема внешних соединений

Дтп - тележка равномерно движется вправо

Дтл - тележка движется линейно ускоряясь влево

Дпр - подача нового рулона для сварки

Дсв - сварка рулонов

Дф - датчик выдающий сигнал об окончании рулона

Дш - датчик улавливающий шов за 20 метров до 1 клети(фотодатчик)

Ди1, Ди2 - датчики импульсов

Дп1, Дп2 - датчики положения

Программа для контроллера

Рисунок 9 - Код программы

В программе CoDeSys задали обозначения дискретных входов и выходов контроллера.

Соответственно:

выходы:

Q0 - Дтп (тележка равномерно движется вправо)

Q1 - Дтл (тележка движется линейно ускоряясь влево)

Q2 - Дпр (подача нового рулона для сварки)

Q3 - Дсв (сварка рулонов);

входы:

I0 - Дф (датчик конца рулона)

I1 - Дш (датчик шва)

I2, I3 - Ди (датчики импульсов)

I4, I5 -Дп (Датчики положения).

Рисунок 10 - Описание входов и выходов

Далее в программе CoDeSys выполнили анимированную визуализацию. Она выглядит следующим образом:



Рисунок 11 - визуализация программы (положение 1)

Рисунок 12 - визуализация программы (положение 2)

Из рисунков 11 и 12 мы можем понять, что при подаче нового рулона прекращается движение полосы, и тележка с петлей запаса движется вправо. После завершения сварки и обнаружения шва датчиком шва (Дш) тележка начинает двигаться влево с линейным ускорением, что позволяет снизить скорость полосы до требуемого минимума. Это происходит до тех пор, пока шов не пройдет все 5 клетей прокатного стана. Далее процесс повторяется.

Алгоритм программы

Так же наглядно можно рассмотреть процесс в виде алгоритма данной программы.



Заключение

В ходе данного курсового проекта были закреплены навыки работы в программе CoDeSys. Мы спроектировали микропроцессорную систему для слежения за сварным соединением в головной части стана бесконечной холодной прокатки.

Была разработана математическая модель системы, были разобраны аппаратные средства микропроцессорной системы и было изложено описание технических средств, для реализации проекта. Также были разработаны алгоритмы программы для работы системы в программе CoDeSys.

Размещено на Allbest.ru

...