Энкодерный манометр

В настоящее время, становится всё более актуальна задача интеграции манометров в АСУ ТП, которые представляют собой универсальные малогабаритные устройства, содержащие дополнительные блоки, заменяющие необходимые устройства для обработки сигналов с манометра на производстве. В процессе работы был выполнен макет печатного узла с энкодерным преобразователем для стрелочного манометра, включающий в себя дополнительные блоки: аналоговый токовый выход, цифровой индикатор, устройства для коммутации внешних цепей. Разработано программное обеспечение позволяющее измерять значения угла поворота стрелки манометра, пересчитывать их в давление с учетом калибровки по 2 точкам и выводить информацию о давлении на дополнительные блоки.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 18

1 Обзор предметной области………………………………………………………………………… 20

1.1 Обзор литературы на тему электронной, механической и функциональной
части стрелочных электрических манометров и способов их калибровки ….. 20

1.2 Обзор методов повышения точности ……………………………………………………. 25

2 Объект и методы исследования …………………………………………………………………. 29

2.1 Механическая конструкция манометра ………………………………………………… 29

2.2 Электрическая конструкция манометра. Структурная схема ………………… 31

2.3 Методы исследования………………………………………………………………………….. 32

3 Расчеты и аналитика …………………………………………………………………………………. 36

3.1 Подбор компонентов …………………………………………………………………………… 36

3.1.1 Функция 1. Отображение измеренного давления на ЦИ ………………….. 36

3.1.2 Функция 2. Передача данных по аналоговому интерфейсу ……………… 37

3.1.2.1 Выбор ОУ …………………………………………………………………………………… 39

3.1.2.2 Выбор ЦАП…………………………………………………………………………………. 40

3.1.3 Функция 3. Измерение угла поворота стрелочного индикатора ………. 42

3.1.4 Функция 4. Прием, обработка и передача данных …………………………… 43

3.1.5 Функция 5. Коммутация внешних цепей ………………………………………… 44

3.1.6 Компоненты схемы питания …………………………………………………………… 46

3.2 Разработка схемы электрической принципиальной ………………………………. 49

3.2.1 Расчет импульсного преобразователя напряжения ………………………….. 49

3.2.2 Расчет источника опорного напряжения …………………………………………. 49

3.2.3 Расчет цепи управления ЭМР …………………………………………………………. 50
3.2.4 Расчет схемы передатчика токового сигнала…………………………………… 51

3.3 Создание макета печатного узла ………………………………………………………….. 55

3.4 Разработка ПО …………………………………………………………………………………….. 57

3.4.1 Алгоритм работы ПО устройства……………………………………………………. 57

3.4.2 Алгоритм работы функции ЦИ ………………………………………………………. 59

3.4.3 Алгоритм работы ЦАП…………………………………………………………………… 60

3.4.4 Алгоритм работы функции ЭМР …………………………………………………….. 61

4 Результаты проведенного исследования ……………………………………………………. 63

4.1 Исследование №1. Калибровка по 2 точкам …………………………………………. 63

4.2 Создание индивидуальной шкалы циферблата …………………………………….. 65

4.3 Исследование №2. Работа схемы …………………………………………………………. 67

5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 72

5.1 Предпроектный анализ ………………………………………………………………………… 72

5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………. 72

5.1.2 Анализ конкурентных технических решений ………………………………….. 73

5.1.3 SWOT – анализ ………………………………………………………………………………. 74

5.2 Планирование научно – исследовательских работ ………………………………… 76

5.2.1 Структура работ в рамках научного исследования ………………………….. 76

5.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………….. 77

5.2.3 Разработка графика проведения научного исследования …………………. 78

5.3 Бюджет научно – технического исследования………………………………………. 80

5.3.1 Расчет материальных затрат исследования ……………………………………… 81

5.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ …….. 83

5.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы ……………………………… 83

5.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы …………………… 85
5.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ………… 85

5.3.6 Расчет затрат на научные и производственные командировки ………… 86

5.3.7 Накладные расходы ……………………………………………………………………….. 86

5.3.8 Формирование бюджета затрат ………………………………………………………. 87

5.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования ………………………. 87

6 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 91

6.1 Производственная безопасность ………………………………………………………….. 91

6.1.1 Отклонение показателей микроклимата в помещении …………………….. 91

6.1.2 Превышение уровней шума ……………………………………………………………. 93

6.1.3 Повышенный уровень электромагнитных излучений ……………………… 94

6.1.4 Поражение электрическим током …………………………………………………… 95

6.1.5 Освещенность ………………………………………………………………………………… 97

6.2 Пожарная опасность ………………………………………………………………………….. 101

6.3 Экологическая безопасность………………………………………………………………. 103

6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………… 105

6.4.1 ЧС природного характера …………………………………………………………….. 105

6.4.2 ЧС техногенного характера ………………………………………………………….. 106

Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 107

Список использованных источников ………………………………………………………….. 108

Приложение А. Раздел на иностранном языке…………………………………………….. 113

Приложение Б. Сравнительные таблицы для выбора компонентов ……………… 122

Приложение В. Схема электрическая принципиальная со спецификацией ….. 128

Приложение Г. Результаты исследования №2 …………………………………………….. 133

В ходе выполнения ВКР был произведен патентный обзор и обзор
производителей на наличие манометров с использованием ЭП и способов
реализации калибровки измеренного давления. Была разработана схема
электрическая принципиальная печатного узла, внесены конструктивные
изменения в механизм манометра, написано ПО МК для осуществления
приема, передачи и обработки информации, полученной от ЭП. Проведено
2 исследования с целью получения данных о статической характеристике
манометра с помощью ЭП, вычислении начальной и конечной точек для
калибровки цифровых значений, а также проверена работоспособность
печатного узла с использованием калибровки по 2 точкам.
Разработанная схема не является законченным функциональным
решением, поскольку не решены задачи внедрения манометра в системы
АСУ ТП с помощью цифрового канала передачи данных по промышленному
протоколу, а также создания более точной калибровочной кривой по 3 и более
точкам при прямом и обратном ходе.
Внедрение процесса калибровки манометра и создания индивидуальной
шкалы с помощью АСУ ТП, позволит улучшить качество изготавливаемых
манометров и сократить время изготовления прибора.
Глава финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение отражает экономическую составляющую данной работы, а
именно материальные и нематериальные затраты, заработные платы
магистранта и руководителя и общие затраты на изготовление готового образца
печатного узла манометра. В главе социальная ответственность описаны
основные нормы и акты безопасности жизнедеятельности вовремя
работе над ВКР.