Дипломная (вкр): Автоматизация контроля содержания угарного газа на предприятии ООО 'Мечел'

Автоматизация контроля содержания угарного газа на предприятии ООО 'Мечел'

ВВЕДЕНИЕ

Тема выпускной квалификационной работы «Автоматизация контроля содержания угарного газа на предприятии ООО «Мечел».

Угарный газ - один из основных продуктов горения практически всех известных горючих материалов. Благодаря своему составу и свойствам, отравление угарным газом является причиной большинства случаев гибели при пожарах.

С развитием научно-технического прогресса, а так же увеличением количества населения требуется всё больше ресурсов.

Очень многие области человеческой деятельности стали автоматизироваться. Процесс сушки руды не является исключением. Поскольку данное производство является вредным, то возникает необходимость в замене человеческого труда автоматическими системами, снижая, таким образом, количество персонала до минимума.

Замена ручного труда автоматикой позволяет получить значительные преимущества: повышение производительности; снижение материальных затрат на заработную плату рабочих; повышение объемов производства; возможность круглосуточной работы; повышение общей экономической эффективности на предприятии.

Наряду с технологическим процессом автоматизируется и система безопасности. Этот процесс вызван постоянным ростом требований организаций, занимающихся охраной труда. Предлагаемое в данной выпускной квалификационной работе устройство автоматического контроля содержания угарного газа позволяет повысить уровень безопасности персонала, работающего на предприятии ООО «Мечел», решая, таким образом проблему связанную с охраной труда.

Цель выпускной квалификационной работы - разработка и внедрение блока контроля содержания угарного газа, в технологический процесс сушки руды, на предприятии ООО «Мечел».

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы необходимо решить следующие задачи:

) провести анализ существующих путей решения данной проблемы;

) разработать схемы электрическую принципиальную и структурную;

) подобрать элементную базу;

) проанализировать составные узлы устройства;

) выполнить расчёты узла схемы, надёжности изделия;

) разработать технологический процесс изготовления разрабатываемого устройства;

) произвести расчёт экономических показателей;

) описать мероприятия по охране труда и технике безопасности при разработке, изготовлении проектируемого изделия.

Постоянный рост технологий, используемых в системах безопасности, поиск новых технологических решений, стремление повысить уровень защиты подчеркивает важность данного направления и актуальность выбранной темы.

1. специальная часть

1.1 Разработка схем

.1.1 Электрическая принципиальная схема

Разработка устройства начинается с анализа существующих технологических решений. В основе данного устройства лежит цифровой вольтметр построенный из АЦПCA3162Eи дешифратора CA3161E.АЦП выполняет измерение напряжения, полученного с операционного усилителя и преобразует сигнал для вывода на семисегментный индикатор.

От поляризации датчика при отключенном напряжении питания защищает полевой транзистор J177, открытый при отсутствии напряжения питания, и запирающийся при подаче на его затвор напряжения плюс относительно истока.

Для отображения информации используется LED индикатор LTD-5122.Он отображает информацию о содержании СО в диапазоне от от 1 до 999. Яркость отображаемой информации регулируют транзисторы 2N3906.

Для звуковой сигнализации в схеме присутствует пьезоизлучательSMB-17CC.

Для получения информации о содержании CO используется датчик TGS5042. Данные с датчика усиливаются операционным усилителем MAX9001ESD и передаются на цифровой вольтметр.

Схема питается напряжением плюс 5В полученного с блока питания, построенного на следующих элементах: трансформатор ОСМ1-0,063, диодный мост MB1S, и стабилизатор напряжения ADP3330ARTZ-5.

1.1.2 Структурная схема

Схема электрическая принципиальная состоит из следующих блоков (рисунок 1.1):

) датчикаCO;

)образцового напряжения;

)сравнивающего устройства;

) сирены;

)цифрового вольтметра;

)индикатора;

)блока питания;

) предохранительного блока.

Рисунок 1.1 - Структурная схема

Датчик контролирует содержание СО. Данные в виде аналогового сиг-нала подаются на сравнивающее устройство.

В сравнивающем устройстве аналоговый сигнал преобразуется в цифровой и сравнивается с эталонным. Эталонное напряжение подаётся с узла генерирующего образцовое напряжение.

В случае превышения предельного значения концентрации СО срабатывает сирена.

Информация о количестве СО регистрируется цифровым вольтметром, который управляет индикатором. Индикатор отображает абсолютное значение содержания СО в помещении.

Блок питания предназначен для преобразования входного переменного напряжения 220 Вв постоянное плюс 5 В для питания схемы.

Предохранительный блок обеспечивает защиту от поляризации датчикаTGS5042.

1.2 Элементная база

.2.1 Датчик угарного газа TGS5042-A00

Датчик - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но неподдающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

На рисунке 1.2представлены УГОи конструктив датчика TGS5042-A00.

a)

б)

Рисунок 1.2 - Датчик TGS5042-A00: а) - УГО; б)- конструктив

Технические характеристики:

)измеряемый компонент - CO;

)принцип работы - электрохимический;

)диапазон:

а)обнаружения угарного газа, млн^-1 (ppm):от0 до 10000;

б)температура постоянной работы: от 0 доплюс 50°C;

в)температура периодической работы: отминус 5 до плюс 55°C;

г)относительной влажности воздуха (без конденсации): от 5 до 90%;

)время отклика: не более 60c;

)масса датчика: не более 12 г;

)диаметр датчика: не более14,1мм;

)длина датчика: не более50,2мм;

)средняя продолжительность работы датчика: не менее 10 лет.

1.2.2 Операционный усилитель MAX9001ESD

Операционный усилитель - это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход.

На рисунке 1.3 представлены УГОи конструктив ОУ MAX9001ESD.

а)

б)

Рисунок 1.3 -Операционный усилительMAX9001ESD: а) - УГО; б)- конструктив

Назначение выводов: 02 -логическое отключение; 03 - выход операционного усилителя; 04 - инвертированный вход операционного усилителя; 05 - вход операционного усилителя; 06 - минус питания; 09 - эталонное напряжение; 10 - инвертированный вход компаратора; 11 - вход компаратора; 12 - выход компаратора.

Технические характеристики:

) категория продукта: быстродействующие операционные усилители;

)производитель: MaximIntegrated;

)количество каналов: 2 канала;

) скорость нарастания выходного напряжения:0.85В/мкс;

)усиление по напряжению: 106дБ;

)коэффициент подавления синфазного сигналаCMRR:72 дБ;

)входной ток смещенияIb:2 нА;

)входное напряжение смещения нуляVos: 1.5мВ;

)рабочий ток источника питания:0.45 мА;

)максимальная рабочая температура:плюс 85°C;

)минимальная рабочая температура:минус 40°C;

)вид монтажа:SMD;

)упаковка / блок:SO-14;

)упаковка:Tube;

)рабочее напряжение питания: от 2.5 Вдо 5.5 В.

1.2.3 Жидкокристаллический индикатор LTD-5122

Семисегментный цифровой LED индикатор - это индикатор, состоящий из семи светодиодов, установленных в форме цифры восемь. Зажигая или выключая соответствующие LED сегменты можно отображать цифры от нуля до девяти, а так же некоторые буквы.

На рисунке 1.4 представлены УГОи конструктивЖКИLTD-5122.

а)

б)

Рисунок 1.4 - Жидкокристаллический индикатор LTD-5122: а) - УГО; б)- конструктив

Назначение выводов: 01 - катод e; 02 - катодd; 04 - катод c; 05 - катод g; 07 - катод b; 08 -общий анод 3 разряда; 09 - общий анод 2 разряда; 10 - катод f; 11 - катод a; общий анод 1 разряда.

Технические характеристики:

)ток потребления: 30мА;

)пиковое потребление тока: 120мА;

)рассеиваемая мощность: 100 мВт;

) обратный ток: 10 мкА;

) температура работы: от минус 25 до плюс 85°C;

6)температура хранения: от минус 25 до плюс 85°C.

1.2.4 ПьезоизлучательSMB-17CC

Пьезокерамические излучатели это электроакустические устройства воспроизведения звука, использующие обратный пьезоэлектрический эффект.

Пьезоизлучатели широко используются в различных электронных устройствах часах-будильниках, телефонных аппаратах, электронных игрушках, бытовой технике.

На рисунке 1.5 представлены УГОи конструктив пьезоизлучателя SMB-17CC.

а)

б)

Рисунок 1.5 - ПьезоизлучательSMB-17CC: а) - УГО; б)- конструктив

Назначение выводов: 01 - напряжение питания, 02 - подбор частоты и громкости, 03 - земля.

Технические характеристики:

)производитель: Sonitron;

) частота излучения: от 50 до 2300 Гц;

)номинальное рабочее напряжение: от 1,5 до 12 В;

)максимальный ток: 1,4 мА;

)интенсивность звука: 79 дБ;

)диаметр(ширина) корпуса: 18,6 мм;

)толщина корпуса: 9,7 мм;

)рабочая температура: от минус 40 до плюс 85°C;

)монтаж: SMD;

) производитель:Sonitron;

)масса: 2 г.

1.2.5 Аналого-цифровой преобразователь СА3162E

Аналого-цифровой преобразователь - это устройство, предназначенное для преобразования непрерывно-изменяющейся во времени физической вели-чины в эквивалентные ей значения цифровых кодов. В качестве аналоговой величины может быть напряжение, ток, угловое перемещение, давление газа и т.д. АЦП CA3162Eработает в совокупности с дешифраторомСА3161Е.В схеме АЦП выполняет функции вольтметра производя измерения с операциионного усилителя.

На рисунке 1.6 представлены УГО и конструктив АЦП СА3162.

а)б)

Рисунок 1.6 -АЦПСА3162: а) - УГО; б)- конструктив

Назначение выводов: 01 - выходные данные в двоичном коде 1 разряда; 02 - выходные данные в двоичном коде 2 разряда; 03, 04, 05 -цифровой выход;06 - управление преобразования; 07 - земля; 08,09 - установка нуля; 10 -напряжение низкого уровня; 11 - напряжение высокого уровня; 12 -подключение конденсатора для калибровки; 13 - земля; 14 - питание плюс 5 В; 15 - выходные данные в двоичном коде 3 разряда; 16 - выходные данные в двоичном коде 4 разряда.

Технические характеристики:

)напряжение питания: от 4,5 до 5,5 В;

) номинальное напряжение питания: 5 В;

) ток потребления не более:17 мА;

) входное сопротивление:100 МОм;

) частота преобразования, при напряжении на выв. 6, равно логическому нулю, или при неподключенном выводе 06:4 Гц;

) частота преобразования, при напряжении на выводе 06, равном напряжению питания или логической единице:96 Гц;

) входное напряжение (между выводами 10 и 11): от 0 до 999 мВ;

) максимально допустимое напряжение между выводов 10 и 11, не при-водящее к порче микросхемы:15 В;

) максимально допустимое напряжение питания, не приводящее к порче микросхемы: плюс 7 В.

1.2.6 Дешифратор СА3161Е

Дешифратор-устройство для расшифровки (декодирования) сообщения и перевода содержащейся в нём информации на язык (в код) воспринимающей системы. Поступающая информация преобразуется (дешифрируется) и на соответствующем выходе (группе выходов) выделяется сигнал, указывающий признак (или содержание) входной информации.

На рисунке 1.7 представлены УГО и конструктив дешифратора СА3161Е.

а)

б)

Рисунок 1.7-Дешифратор DD2: а) - УГО; б)- конструктив

Назначение выводов: 01 - входные данные в двоичном коде 2 разряда; 02 - входные данные в двоичном коде 3 разряда; 06 - входные данные в двоичном коде 4 разряда; 07 - входные данные в двоичном коде 1 разряда; 09-15 - вывод информации на семисегментный индикатор.

В таблице 1.1 представлена таблица истинности дешифратораCA3161E.

Таблица 1.1 - Таблица истинности дешифратораСА3161Е