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

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

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.