проект. Курсовой проект по пм. 01 Проектирование цифровых устройств мдк. 01. 02 Проектирование цифровых устройств Пояснительная записка курсового проекта по специальности
 Скачать 241.55 Kb.
|
Проектирование цифрового устройства для автоматизации одного участка технологического процесса производство газировки. Курсовой проект по ПМ.01 Проектирование цифровых устройств МДК.01.02 Проектирование цифровых устройств Пояснительная записка курсового проекта по специальности 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы
Аннотация Настоящий документ представляет собой пояснительную записку курсового проекта на тему «Проектирование цифрового устройства для автоматизации одного участка технологического процесса производство газированных напитков». В состав пояснительной записки входят следующие разделы. В первом разделе делается постановка задачи. Во втором разделе описывается проектирование цифрового устройства. В приложении помещены структурная, функциональная и принципиальная схемы, они выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ 2.701-2008 и ГОСТ 2.743-91. Содержание Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования 1 «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого» 1 ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ 1 Введение В соответствии с заданием на курсовое проектирование надоразработать цифровое устройство для автоматизации одного участкатехнологического процесса производство газированных напитков. Газирование напитков делается для того чтобы увеличить их срок хранения. Увеличение хранения напитков происходит за счёт углекислых газов которые обладают консервирующимсвойством. Автоматизация технологических процессов есть одна из актуальных задач современности. Известно, что главной причиной аварий и техногенных катастроф является ошибка человека. Замена человека техникой позволяет избежать многих таких ошибок. Кроме того, автоматизированное производство даёт продукцию с меньшим разбросом параметров, то есть более высокого качества. Производство становится более быстрым. Как правило, оборудование для автоматизации технологических процессов стоит меньше, чем заработная плата высвобождаемых работников. Необходимо учесть тот факт, что автоматизации подлежат вредные и опасные производства, что позволяет уменьшить риск для жизни и здоровья работников. Таким образом, задача данного курсового проектирования является и актуальной, и социально значимой. 2.Специальная (практическая, опытно-экспериментальная) часть. 2.1. Постановка задачи. Задачей данного курсового проектирования является разработкацифрового устройства для автоматизации одного участка технологического процесса производство газированных напитков. С этим технологическим процессом и с принципами организации и работы котельных было ознакомлено на сайте[1] Газирование производится механическим введением и растворением в жидкости углекислого газа (фруктовые и минеральные воды, газированные, или шипучие, вина и вода) или естественным насыщением напитка углекислым газом, выделяющимся при брожении (бутылочное и акратофорное шампанское, игристые вина, сидр, пиво, хлебный квас). Напитки газируются в специальных аппаратах — сатураторах, акратофорах или металлических танках под давлением, с предварительным охлаждением жидкости и отводом из неё воздуха. Степень насыщения напитков углекислым газом до 5—10 г/л. Существует три вида газированной воды по уровню насыщения углекислым газом Слабогазированная при массовой доли углекислого газа от 0,2 до 0,3 %; Среднегазированная от 0,3 до 0,4 %; Сильногазированная - более 0,4 %. Схема описанного технологического процесса представлена на рисунке А6 2.2Проектирование цифрового устройства 2.2.1 Разработка структурной схемы Проектирование цифрового устройства для автоматизации одного участка технологического процесса производства газированных напитков. Начнём с разработки его структурной схемы в соответствии с требованиямиГОСТ 32037-2013 Структурная схема должна показывать связи между устройствами. Внешними устройствами являются датчики и эффекторы. Для участка технологического процесса, где происходит упаривание полученной газировки , требуется следующие датчики: Датчик наличия Датчик уровня Исполнительными устройствами являются регулированный клапан и транспортёр. Логика работы цифрового устройства следующая. Берутся стеклянные или пластмассовые бутылки. После этого происходит обработка специальным раствором которое обережёт стекло от механических повреждений. Параллельно с подачей бутылок происходит изготовление лимонада. Сначала происходит подача сиропа и воды в одну ёмкость. Затем это всё смешивается до получения лимонада. Затем лимонад газируют. Затем полученный лимонад заливают в бутылки. Таким образом на структурной схеме следует изобразить следующие восемь устройств: два датчика, два исполнительных устройства – регулированный клапан и транспортёр, блок цифрового устройства, отвечающий за анализ уровня и наличия, генерации команды регулированному клапану и транспортёру. Эти блоки связаны следующим образом. Информация от датчика уровня поступает на блок анализа уровня. Информация от датчика наличия поступает на блок анализа наличия. Вход блока анализа уровня подключен к блоку генерации команды регулированного клапана. Вход блока анализа наличия подключен к блоку генерации команды транспортёра. Выход генерации команды регулированного клапана подключен к исполнительному устройству - регулированный клапан, и к блоку генерации команды транспортёра, а выход генерации команды транспортёра – к транспортёру. Разработанная структурная схема показана на рисунке А5 2.2.2 Разработка функциональной схемы Функциональную схему составим отдельно для каждого из четырёх указанных на структурной схеме блоков проектируемого цифрового устройства. На вход блока анализа уровня поступает информация от датчика уровня. Предположим что есть определённое количество лимонада в бутылке(10/12). Очевидно что(11/12) это верхнее пороговое значение, а (…9/10) это нижнее пороговое значение. В бутылке лимонада 1 литр. Очевидно что может быть перебор или недобор лимонада, этим самым получается разрядность шины от датчика уровня равна семи. Обозначим эту величину Т, а её двоичные разряды от Т0 до Т6. Поступающая с датчика информация должна сравниваться с верхним и нижним предельными значениями. Предположим что верхний порог 1,1 л, а нижний порог – 0.9 л. Из этого следует, что на функциональной схеме блока анализа уровня будет блок сравнения уровня с верхним пределом и блок сравнения уровня с нижним пределом. Должны быть там также обозначены блоки, поставляющие информацию о значениях верхнего и нижнего порогов. По результатам сравнения должно быть принято решение, требуется ли повышать уровень наличия, или, наоборот, понижать. Это решение представляет собой двухразрядный выход проектируемого блока. Обозначим его А, а его разряды А0 и А1. Значение А=01 означает, что уровень ниже нормы, А=10 — выше нормы, А=00 – уровень не выше верхнего предела и не ниже нижнего предела, то есть в пределах оптимальной. Функциональная схема блока анализа уровня представлена на рисунке А4 Блок анализа наличия выглядит следующим образом. Входная величина будет называться ДН, потому что поступает от датчика наличия. Значение с датчика сравнивается с заданным значением наличия. Блок имеет один одноразрядный выход Б, который подает сигнал Б=1 о том, что необходимая концентрация достигнута и Б=0, если еще нет. Функциональная схема блока анализа наличия бутылки представлена на рисунке А3 На вход блока генерации команды уровня поступает двухразрядный вход А от блока анализа уровня. Он обрабатывается блоком изменения команды, который подаёт на блок хранения команды информацию о том что уровень газировки в бутылке соответствует норме, то есть команду +1, или о том что не соответствует норме, команда -1. Разрядность выхода на блок генерации команды наличия равна двум, поскольку он работает по наличии бутылки или её отсутствии, команда наличие бутылки – 1, команда отсутствия бутылки – 0. Разрядность выхода на регулированный клапан равна семи, поскольку он работает по определённому количеству жидкости, максимальное значение которой, как указывалось ранее, равно 1 литру. Изменение команды на +1 или -1 будет выполнять роль подлива или отлива лимонада на 0.1 л. Получается, семиразрядный выход блока генерации команды поступает с блока хранения команды на исполнительное устройство – регулированный клапан. Функциональная схема блока генерации команды уровня представлена на рисунке А1. На вход блока генерации команды наличия поступает: двухразрядный вход А от блока анализа наличия, одноразрядный вход Б от блока генерации команды уровня. Они обрабатываются блоком изменения команды, который подаёт на блок хранения команды требование отправить или не отправить бутылку с газировкой. Получается одноразрядный выход блока генерации команды наличия поступает с блока хранения команды исполнительному устройству – транспортёр. Функциональная схема блока генерации команды наличия представлена на рисунке А2. 2.2.3 Разработка принципиальной схемы Разработку принципиальной схемы начнём с представленной на рисунке А4 функциональной схемы блока анализа уровня. Входами этой части принципиальной схемы проектируемого цифрового устройства являются семь двоичных разрядов, поступающих от датчика уровня. Эта величина сравнивается с верхним пороговым значением. Для сравнения двух семиразрядных величин используем восьмиразрядный компаратор. Входы Т0-Т6 подаём на входы A0-A6 компаратора. На входы B0-B6 компаратора должны быть поданы семь разрядов заранее заданного верхнего порогового значения. Для задания этого значения используем блок микропереключателей S1-S7.Аналогично реализуем на принципиальной схеме блоки нижнего порогового значения и сравнения с нижним порогом. Осталось изобразить блок принятия решения. Он должен три выхода первого компаратора и три выхода второго компаратора превратить в два выхода всего блока анализа уровня. На выходах А0-А1 должен быть сигнал 10, если наличие выше нормы, сигнал 01, если ниже нормы, и сигнал 00 – если уровень находится в допустимом, то есть нормальном, диапазоне. Принципиальную схему блока анализа можно видеть на рисунке А.7. Далее идет электрическая принципиальная схема для блока анализа наличия. Входами этой части принципиальной схемы проектируемого цифрового устройства являются семь двоичных разрядов, поступающих от датчика концентрации. Эта величина сравнивается с уже заранее заданным оптимальным значением. Для сравнения двух семиразрядных величин используем восьмиразрядный компаратор. Входы ДК0-ДК6 подаём на входы A0-A6 компаратора. На входы B0-B6 компаратора должны быть поданы семь разрядов оптимального значения уровня. Для задания этого значения используем блок микропереключателей S1-S7. Осталось изобразить блок принятия решения. Он представляет собой одноразрядный выход компаратора, который сравнивает, равно одно значение другому или нет. Это и будет выход самого блока анализа наличия. На выходе Б должен быть сигнал 1, если значение, полученное с датчика концентрации, равно оптимальному; сигнал 0 – в противном случае. Принципиальную схему блока анализа наличия можно видеть на рисунке А.8. Теперь разработка принципиальной схемы для блока генерации регулированному клапану. Входом служит двухразрядный сигнал, поступающий с блока анализа уровня. Поскольку на выходе надо получить действиезаполнителя – подлить или отлить газировки, будет использоваться восьмиразрядный реверсивный счетчик, причем задействованы будут только семь выходов А0-А6, так как они будут отвечать за уровень газировки, которым надо управлять. Логика следующая: на вход счетчика +1 поступает единица, если А0=0 или А1=1. То есть значение +1 вычисляется по формуле ((notA0)orA1). Аналогично значение входа -1 может быть вычислено по формуле (A0 or(notA1)). Так реализован блок изменения команды. Выходы А0-А6 формируют команду Н заполнителе. Принципиальная схема блока генерации команды регулированному клапану представлена на рисунке А.9. Осталось разработать принципиальную схему для блока генерации команды наличия. В данном случае, поскольку логика подразумевает, что транспортёр готов и его надо то отправить, то не отправлять в нужной ситуации – будет использоваться асинхронный RS-триггер. Входами блока являются А0, А1 и Б. Вход Б показывает, достигнут ли уровень, чтоб её отправить. Однако, помимо этого уровень газировки не должен быть ниже предела, а значит - быть в норме или немного выше верхнего порога. Логика работы этой части схемы такая. Если А0=0 и А1=0, либо А0=1, но при этом в обоих случаях обязательно Б=1, на вход триггера S подается единицаи отправляется транспортёр. То есть значение входа S вычисляется по формуле (А0 or (notA0) and (notA1) andБ). Если уровень выше или ниже пороговых значений и при этом бутылка не в наличие, или, если она в наличии, но уровень ниже нормы, то подается единица на вход R. Соответственно, транспортёр не идёт. Получается, вход R триггера вычисляется по формуле. ((A0 or (notA0)) and (notБ) orA1 andБ). Это реализует команду сброса триггера, то есть транспортёр не идёт. Одноразрядный выход Q триггера образует команду К транспортёру. Принципиальная схема блока генерации команды наличия представлена на рисунке А.10 Заключение В результате курсового проектирования разработано цифровое устройство, с помощью которого можно автоматизировать работу системы, как одного из участков технологического процесса производства газировки. В приложении к пояснительной записке курсового проекта помещены структурная, функциональные и принципиальные схемы разработанного цифрового устройства, выполненные в соответствии с требованиями ГОСТ 2.701-2008 и ГОСТ 2.743-91. Таким образом, можно сделать вывод, что задание на курсовое проектирование выполнено в полном объёме. Список литературы 1 ГОСТ 32037-2013—Напиткибезалкогольныеислабо газированные, квасы. Дата введения 2014-07-01 2 https://ru.wikipedia.org/wiki/Газированная_вода 3 https://businessxxl.ru/proizvodstvo-napitkov/ 4 https://mppnik.ru/publ/1034-proizvodstvo-gazirovannyh-bezalkogolnyh-napitkov.html Приложение А Схемы  Рисунок А6  Рисунок А5  Рисунок А1  Рисунок А2  Рисунок А3  Рисунок А4  Рисунок А7.  Рисунок А8  Рисунок А9  Рисунок А10 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||