Разработка распределенной системы сбора данных с высоковольтных источников питания электрофизической установки Токамак КТМ

Тухтасинов, Махмуджон Рустамполвон угли Отделение информационных технологий (ОИТ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В данной работе представлены результаты по разработке распределённой системе сбора данных с высоковольтных источников питания электрофизической установки Токамак КТМ. Система позволяет осуществить сбор и обработку данных о напряжениях и токах высоковольтных источников питания электрофизической установки Токамак КТМ.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 15
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………… 17
1.1 Обзор методов построения источников питания электрофизической
установки Токамак КТМ …………………………………………………………………………… 17
1.1.1 Особенности конструкции ……………………………………………………………… 17
1.1.2 Условия эксплуатации ……………………………………………………………………. 23
1.2 Особенности распределённых систем ………………………………………………….. 25
1.3 Выводы по разделу ……………………………………………………………………………… 27
2 ВЫБОР АРХИТЕКТУРЫ РАСПРЕДЕЛЁННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА
ДАННЫХ С ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ТОКАМАК КТМ …………………………. 28
2.1 Обзор шкафа защиты трансформатора …………………………………………………. 30
2.1.1 Назначение устройства…………………………………………………………………… 30
2.1.2 Технические данные ………………………………………………………………………. 30
2.1.3 Состав устройства ………………………………………………………………………….. 31
2.2 Обзор промышленной электронно-вычислительной машины (ЭВМ
ОПУ_БЭУ) ……………………………………………………………………………………………….. 32
2.2.1 Назначение устройства…………………………………………………………………… 32
2.2.2 Технические характеристики ………………………………………………………….. 33
2.2.3 Состав устройства ………………………………………………………………………….. 34
3 ПРОГРАММНО – АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЁННОЙ
СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ С ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
ТОКАМАК КТМ …………………………………………………………………………………………. 38
3.1 Выбор и обоснование первичных датчиков напряжения и тока обмоток
высоковольтных трансформаторов ……………………………………………………………. 38
3.1.1 Выбор датчиков напряжения и тока обмоток высоковольтных
трансформаторов……………………………………………………………………………………. 38
3.1.2 Обоснование выбора модели AC 1005 ……………………………………………. 40
3.1.3 Плата трансформаторов тока ………………………………………………………….. 42
3.1.4 Описание платы сбора данных ……………………………………………………….. 43
3.2 Разработка плат сбора данных с первичных датчиков напряжения и тока
обмоток высоковольтных трансформаторов ………………………………………………. 46
3.2.1 Разработка структурной схемы платы сбора данных ………………………. 46
3.2.2 Разработка принципиальной схемы платы сбора данных ………………… 47
3.3 Обоснование выбора контроллера ШЗТ ……………………………………………….. 48
3.4 Разработка ПО распределённого сбора и передачи данных с контроллеров
ШЗТ в ЭВМ верхнего уровня ……………………………………………………………………. 52
3.4.1 Разработка ПО контроллера ШЗТ …………………………………………………… 52
3.4.2 Разработка ПО верхнего уровня ……………………………………………………… 55
4 Результаты………………………………………………………………………………………………… 62
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ И РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ ………… 63
5.1 Организация и планирование работ ……………………………………………………… 63
5.1.1 Продолжительность этапов работ …………………………………………………… 64
5.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта ………………………………………… 68
5.2.1 Расчет затрат на материалы ……………………………………………………………. 68
5.2.2 Расчет заработной платы ………………………………………………………………… 69
5.2.3 Расчет затрат на социальный налог ………………………………………………… 70
5.2.4 Расчет затрат на электроэнергию ……………………………………………………. 70
5.2.5 Расчет амортизационных расходов …………………………………………………. 72
5.2.6 Расчет прочих расходов …………………………………………………………………. 73
5.2.7 Расчет общей себестоимости разработки ………………………………………… 73
5.2.8 Расчет прибыли ……………………………………………………………………………… 74
5.2.9 Расчет НДС ……………………………………………………………………………………. 74
5.2.10 Цена разработки НИР …………………………………………………………………… 74
5.3 Оценка экономической эффективности проекта …………………………………… 74
5.4 Выводы по разделу ……………………………………………………………………………… 75
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………….. 76
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 77
6.1.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны правовые
нормы трудового законодательства)……………………………………………………….. 77
6.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ………. 78
6.2 Профессиональная социальная ответственность…………………………………… 80
6.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на
производстве при внедрении объекта исследования ……………………………….. 80
6.2.2 Обоснование мероприятий по защите персонала предприятия от
действия опасных и вредных факторов …………………………………………………… 81
6.3 Экологическая безопасность………………………………………………………………… 90
6.3.1 Анализ влияния процесса эксплуатации объекта на окружающую
среду ……………………………………………………………………………………………………… 90
6.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………… 90
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 91
6.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на производстве при
внедрении объекта исследований …………………………………………………………… 91
6.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ………………………………………… 91
6.5 Выводы по разделу ……………………………………………………………………………… 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 95
Список использованных источников ……………………………………………………………. 97
Приложение А …………………………………………………………………………………………….. 99
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 100
Приложение В……………………………………………………………………………………………. 116

Экспериментальные исследования, проводимые на ЭФУ типа Токамак,
нацелены на изучение способов создания и механизмов длительного,
стабильного поддержания реакции термоядерного синтеза. Как и во многих
других областях научных исследований, качество экспериментов, проводимых
на установках данного типа, во многом зависит от эффективности
измерительных систем, работающих в процессе управления параметрами
исследуемого объекта и обеспечивающих сохранение экспериментальной
информации.
Осуществление реакции термоядерного синтеза на установках типа
Токамак возможно только при использовании современных методов и средств
автоматизации. Системы управления технологическим процессом,
реализованные на основе современных средств микропроцессорной техники и
новых информационных технологий, обеспечивающие решение задач
комплексной автоматизации, являются неотъемлемой частью термоядерных
установок. Это связано с тем, что современные установки представляют собой
сложные инженерно-технические комплексы, для нормальной работы которых
необходима синхронная, безопасная и надежная работа всех технологических
систем, входящих в их состав [1]. Поэтому требуется объединение
многочисленного оборудования в единый комплекс и создание условий
обеспечения как безопасности работы персонала и сохранности техники, так и
гибкости управления в сочетании с представлением полной информации о
режимах работы, состоянии оборудования и проводимых экспериментах.
В этой связи особое внимание следует уделить разработке систем сбора
данных, обеспечивающих достоверность измерительной информации,
сохранение результатов в течении проведения эксперимента и выполняющих
функции передачи данных на верхний уровень в реальном масштабе времени.
Основной целью настоящей работы является разработка распределённой
системы сбора данных с высоковольтных источников питания ЭФУ Токамак
КТМ.
Для достижения поставленной цели необходимо:
1. Исследование методов построения источников питания ЭФУ типа
Токамак КТМ;
2. Выбор архитектуры распределенной системы сбора данных с
высоковольтных источников питания ЭФУ Токамак КТМ;
3. Разработка структурной схемы ПСД с первичных датчиков
напряжения и тока обмоток высоковольтных трансформаторов;
4. Разработка принципиальной схемы ПСД с первичных датчиков
напряжения и тока обмоток высоковольтных трансформаторов;
5. Выбор и обоснование контроллера ШЗТ;
6. Разработка программного обеспечения контроллера ШЗТ;
7. Разработка программного обеспечения верхнего уровня.

При выполнении научно-исследовательской работы был проведён
анализ предметной области и рассмотрен в первом разделе обзор методов
построения источников питания ЭФУ типа Токамак, где были приведены
структура обозначений, особенности конструкции различных трансформаторов
и условия эксплуатации. Это позволило понять, с чем придётся иметь дело при
разработке распределенной системы сбора данных с высоковольтных
источников питания ЭФУ Токамак КТМ и какими инструментами можно будет
воспользоваться при реализации данной разработки. Также рассмотрено
определение распределённой системы и представлены её шесть основных
характеристик. Кроме того, был приведен и рассмотрен ряд недостатков
распределённой системы и из этих недостатков можно увидеть, что при
проектировании распределенных систем возникает ряд таких проблем, как
идентификация ресурсов, коммуникация, качество системного сервиса,
архитектура программного обеспечения, которые надо учитывать
разработчикам.
Во втором разделе проводился выбор архитектуры для разрабатываемой
системы и приведены несколько типов архитектур из которых и была она
выбрана, после чего разработана и представлена архитектура системы сбора
данных в отчете.
В третьем разделе был рассмотрен датчик напряжения и тока обмоток
высоковольтных трансформаторов напряжения, где был представлен обзор на
выбранный датчик в который входят принцип работы, основные особенности,
область применения и характеристики, включающие в себя номинальный ток,
габариты коэффициент трансформации и т.д. После обзора выбранного датчика
предоставлены обоснования по данному выбору, сутью которых является
низкая потеря мощности, малые габариты, защита от короткого замыкания и
ценовая доступность. После выбора датчика и его обоснования была
разработана структурная и принципиальная схема платы сбора данных. Также в
разделе обоснован выбор контроллера ШЗТ.
После того как выбор аппаратной части был произведён были
составлены требования к ПО ШЗТ и разработан её алгоритм работы.
ПО ШЗТ разрабатывалась на языке программирования C++ в среде
разработки Eclipse, во время разработки были задействованы библиотеки
предоставленные компанией L-Card, которые предназначены для работы с
аналогово-цифровым преобразователем серии L791, также обоснованы выбор
языка программирования и его среды разработки.
По завершении разработки ПО ШЗТ, было разработано ПО верхнего
уровня для сбора и хранения данных. ПО верхнего уровня разрабатывалась на
языке программирования C++ в среде разработки Eclipse. После завершения
работ по разработке, были представлены результаты запуска ПО.
В четвёртом разделе приведён список добившихся результатов.
В пятом разделе было проведено планирование этапов научно-
технического исследования, была рассчитана трудоемкость всех работ и
занятость исполнителей при выполнении каждой из них. Также были
выполнены расчеты полных денежных затрат на разработку проекта.
В шестом разделе проанализированы условия труда на рабочем месте,
где велась работа над магистерской диссертацией и сделан вывод, что
помещение удовлетворяет необходимым нормам. В случае соблюдения техники
безопасности и правил пользования компьютером работа в данном помещении
не приведет к ухудшению здоровья работника.
Решая поставленную задачу, удалось достичь реализации контроллера
ШЗТ и приложения для сбора и регистрации данных в файл с аналогово-
цифрового преобразователя, а также передачи их на верхний уровень с
последующим сохранением данных.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Модернизация системы автоматизации АСУ ТП АО «Farg’onaazot»
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Интеграционный сервис передачи данных между АСУ ТП и MES
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Методы сегментации новообразований головного мозга
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)