Материал: Учет расхода газа

Учет расхода газа

Министерство образования и науки Челябинской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное

Учреждение «Коркинский горно-строительный техникум»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по МДК 02.01 Микропроцессорные системы

УЧЕТ РАСХОДА ГАЗА

Выполнил студент

группы КСК-13

А.В.Печенкин

Введение

Курсовой проект - это очень важный вид учебной и научно-исследовательской работы. Основной целью выполнения курсового проекта является освоение технологии проектных работ, выбор и обоснование технических решений, развитие навыков самостоятельной работы, а также закрепление и расширение знаний, полученных на лекциях, лабораторных и практических занятиях по принципам построения микропроцессорных устройств.

Микроконтроллерные технологии очень эффективны. Одно и то же устройство, которое раньше собиралось на традиционных элементах, будучи собрано с применением микроконтроллеров становится проще, не требует регулировки и меньше по размерам. Кроме того, с применением микроконтроллеров появляются практически безграничные возможности по добавлению новых потребительских функций и возможностей к уже существующим устройствам.

Целью данного курсового проекта является проектирование устройства для контроля и учета газа на микроконтроллерах.Система контроля и учета расхода газа на газопроводе относится к системам контроля, управления, сигнализации и наблюдения за расходом газа на газопроводе и может быть использовано для жилищно-коммунального хозяйства.

Система контроля и учета расхода газа на газопроводе содержит размещенный на ответвлении от последнего управляемый отсечной клапан и объемный диафрагменный счетчик газа со встроенным мерным механизмом и подключенным к нему через вращающийся вал с диском на конце отсчетным устройством расхода газа, включающим импульсную линию от телеметрического датчика. Система дополнительно содержит местный канал связи для передачи информации в прямом и обратном направлениях, устройства передачи информации на расстояние в прямом и обратном направлениях, удаленный канал связи и удаленного потребителя информации с функцией контроля и управления, при этом местный канал связи сообщает отсчетное устройство расхода газа с устройствами передачи информации на расстояние в прямом и обратном направлениях, а последние сообщены удаленным каналом связи с удаленным потребителем информации, обладающим функцией контроля и управления отсечным клапаном.

Задачи данного курсового проекта можно сформулировать таким образом:

-       выбрать элементную базу (микроконтроллер, датчики и другие необходимые устройства), удовлетворяющие требованиям быстродействия и функциональным возможностям реализации принципа работы устройства учета расхода газа с учетом простоты и меньших затрат;

-       программу для реализации устройства учета расхода газа на микроконтроллерах;

в выбранной инструментальной среде(AVR Studio, MPLAB IDE и т. д) осуществить отладку программы.

1.      Общая часть

1.1    Анализ задачи

Системы для контроля учета расхода газа (далее по тексту - система) предназначены для измерения объема неагрессивного, сухого газа (далее - газ), приведенного к стандартным условиям по ГОСТ 2939 путем измерения объема газа при рабочих условиях счетчиками газа турбинными (TRZ, TRZ2, СГ) или ротационными (RABO, RVG) и автоматической электронной коррекции по измеренным значениям температуры, давления газа, вычисленного по ГОСТ 30319 или подстановочному значению коэффициента сжимаемости газа.

Комплексы могут применяться для измерения объема природного газа по ГОСТ 5542 и других неагрессивных, сухих и очищенных газов (воздух, азот, аргон и т.п. за исключением кислорода в напорных трубопроводах газораспределительных пунктов и станций (ГРП, ГРС), теплоэнергетических установок и других технологических объектов.

Устройство относится к системам контроля, управления, сигнализации и наблюдения за расходом газа на газопроводах для жилищно-коммунального хозяйства.

Известны различные устройства учета газа на газопроводах для жилищно-коммунального хозяйства. Так, например, известен счетчик газа для бытовых нужд, содержащий корпус, механизм отсчета мерных объемов газа, связанный с отсчетным механизмом, включающим табло [SU 1661579 G01F 1/00, 1988]. Информацию о расходе газа по этому прибору можно получить только на месте установки счетчика, непосредственно контролируя табло его отсчетного механизма. В последнее время стал применяться в жилищно-коммунальном хозяйстве счетчик газа объемный диафрагменный типа NPMT [Счетчик газа объемный диафрагменный. Паспорт. Завод газового оборудования «Газдевайс». ГЮНК 407260.004 ПС]. Этот счетчик предназначен для учета газообразного топлива - сжиженного газа, нефтяного газа, крекинг-газа и природного газа. Особенностью счетчика является то, что он имеет в отсчетном устройстве телеметрический датчик (геркон) для вывода информации в виде импульсов, каждый из которых соответствует определенному объему газа, пропущенному через счетчик (например, 0, 01 м3/имп.). В случае применения его в условиях взрывоопасных зон помещений и наружных установок к разъему телеметрического датчика счетчика типа NPMT допускается применение электрооборудования с выходной искробезопасной электрической цепью, сертифицированного для взрывоопасной газовой смеси категории Устройства учета расхода газа можно классифицировать следующим образом:

-       по назначению: домовые и промышленные;

-       по числу выходов: с одним и двумя выходами;

-       по технологическим схемам:

-       с одной линией редуцирования;

-       с основной и резервной линиями редуцирования;

-       с двумя линиями редуцирования, настроенными на разное выходное давление, и двумя резервными линиями;

-       с четырьмя линиями редуцирования (две основные, две резервные), с параллельным редуцированием, с одним или двумя выходами.

Устройство учета расхода газа выполняет следующие функции:

-       вычисление приведенного к стандартным условиям объема газа;

-       Отображение на дисплее корректора информации о текущих значениях измеряемых и рассчитываемых параметров (объем, давление, температура и т.д), данных архивов и журналов - суточного потребления и максимальных расходов текущего и прошедшего месяца с указанием времени и даты и т.д.;

-       возможность интеграции в систему с дистанционной передачей данных с помощью интерфейса постоянного подключения RS232 (RS485) или оптического интерфейса

-       дистанционная передача данных архива и технологических данных с помощью программного обеспечения;

-       периодический вывод данных на принтер, оснащенный последовательным портом;

-       представление отчетов о нештатных ситуациях, авариях, несанкционированных вмешательствах;

-       архивирование основных измеряемых и вычисляемых параметров;

-       почасовая запись данных в архив за 9 месяцев;

-       ввод и изменение исходных условий и данных (процедура настройки);

-       при использовании модуля функционального расширения МР260 возможно постоянное подключение различных по типу устройств (принтер, модем, ПК и пр.) для передачи или вывода на печать интервального архива (принтер), дистанционного управления корректором (модем, ПК).

-       возможность работы по подставному значению расхода.

-       контроль температуры окружающей среды (опционально);

-       контроль перепада давления на счетчике газа (опционально, не требует внешнего питания, дооснащение в процессе эксплуатации);

-       использование дополнительных высокочастотных (A1R, A1K) и среднечастотных (R300) датчиков импульсов для контроля расхода газа (опционально, дооснащение датчиком R300 в процессе эксплуатации);

-       возможность считывания данных по оптическому интерфейсу с использованием кабеля адаптера КА/О-USB ;

-       удобный 4-строчный дисплей.

Устройство учёта потребления газа выполняют непрерывное измерение расхода природного газа по узлам учёта осуществляют непрерывный сбор аналоговой и цифровой информации с ПИП с периодом не более 5 с, накопление, обработку и передачу этих данных осуществляют сбор информации и итоговую обработку этой информации.Обеспечивается возможность:

-       ввода данных, характеризующих расходомерный узел, с фиксацией даты и времени (режим программирования вычислителя);

-       ввода параметров, характеризующих выходные сигналы первичных преобразователей и назначение каналовАЦП;

-       изменения параметров, характеризующих состав природного газа и атмосферное давление (при использовании преобразователя избыточного давления);

-       отображения всех преобразованных сигналов преобразователей и вычисленный расход, а также промежуточных значений величин, характеризующих расход;

-       считывания всех архивов и сохранения их в виде файлов на жёстком диске персонального компьютера в папке с наименованием предприятия.

-       работы с несколькими вычислителями;

-       конфигурирования (запись постоянных характеристик) вычислителя

-       чтения и отображения в виде таблиц потребления энергоносителя за указанный месяц (сутки);

-       вывода данных на печать;

-       архивирования данных на НЖМД персонального компьютера;

учет расход газ микроконтроллер

1.2    Предварительное проектирование микропроцессорной системы

Проектирование микропроцессорной системы начинается с анализа и уточнения технического задания на разработку микропроцессорной системы. В процессе разработки микропроцессорной системы происходит переход от одного уровня представления к другому более детальному.

Этапы и задачи проектирования микропроцессорной системы:

при проектировании многопроцессорных микропроцессорных систем, содержащих несколько типов микропроцессорных наборов, необходимо решать вопросы организации памяти, взаимодействия с процессорами, организации обмена между устройствами системы и внешней средой, согласования функционирования устройств, имеющих различную скорость работы, и т. д.

Ниже приведена примерная последовательность этапов, типичных для создания микропроцессорной системы:

-       формализация требований к системе;

-       разработка структуры и архитектуры системы;

-       разработка и изготовление аппаратных средств и программного обеспечения системы.

Комплексная отладка и приемосдаточные испытания проводятся по этапам.

Этап 1. На этом этапе составляются внешние спецификации, перечисляются функции системы, формализуется техническое задание (ТЗ) на систему, формально излагаются замыслы разработчика в официальной документации.

Этап 2. На данном этапе определяются функции отдельных устройств и программных средств, выбираются микропроцессорные наборы, на базе которых будет реализована система, определяются взаимодействие между аппаратными и программными средствами, временные характеристики отдельных устройств и программ.

Этап 3. После определения функций, реализуемых аппаратурой, и функций, реализуемых программами, схемотехники и программисты одновременно приступают к разработке и изготовлению соответственно опытного образца и программных средств. Разработка и изготовление аппаратуры состоят из разработки структурных и принципиальных схем, изготовления прототипа, автономной отладки.

Разработка программ состоит из разработки алгоритмов; написания текста исходных программ; трансляции исходных программ в объектные программы; автономной отладки.

Этап 4. На каждом этапе проектирования МПС людьми могут быть внесены неисправности и приняты неверные проектные решения. Кроме того, в аппаратуре могут возникнуть дефекты.

-       микроконтроллера;

-       дисплея;

-       датчиков расхода, температуры и давления проходящего газа.

-       элемента питания(батареи)

-       LCD дисплея

Дадим основное назначение данных устройств.

Датчик давления - первичный преобразователь давления в электрическое напряжение.

Датчик расхода - считывает количество проходящего газа.

Датчик температуры - первичный преобразователь температуры в электрическое напряжение.

LCD дисплей - элемент, отображающий значение веса в виде десятичных цифр.

Микроконтроллер - элемент, управляющий устройство учета расхода газа, т.е. опрашивающий датчик с некоторой периодичностью и преобразующий его аналоговый электрический сигнал в цифровой, а также выводящий это значение на индикатор.

Батарея питания - элемент, питающий устройство учета расхода газа.

Их принцип действия. Датчики собирают информацию о расходе газа, его температуре и давления.Вся информация обрабатывается микроконтроллером и после преобразования в десятичные числа передается на LCDдисплей в форме удобной для отслеживания абонентом.

Рисунок 1 - Структурная схема устройства

1.3    Выбор и обоснование элементной базы

Таблица 1 - Характеристика микроконтроллера PIC16F87A

В байтах