АННОТАЦИЯ 2
ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЗОРНАЯ ЧАСТЬ
1.1 Основные принципы построения САР 8
1.2 Основные принципы построения регуляторов температуры 9
1.3 Методы настройки регулятора 16
1.4 Принципы применения ШИМ для управления оборудованием 20
1.5 Обзор систем для моделирования 21
2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Анализ объекта автоматизации 25
2.2 Разработка структурной схемы системы 32
2.3 Разработка алгоритма работы 33
2.4 Требования к элементам структурной схемы 35
3 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1 Выбор элементной базы 36
3.2 Разработка принципиальной схемы 44
3.3 Разработка программы 45
3.4 Моделирование работы системы 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 53
ПРИЛОЖЕНИЯ
ООО "Уральский завод спецконструкций" (УЗСК) с 2009 года занимается производством изделий и оборудования для АЗС, предприятий нефтяной, сельскохозяйственной и производственной сфер деятельности, а также предприятий, специализирующихся на добыче полезных ископаемых и перевозках грузов.
На производстве спецконструкций одним из важных технологических процессов является регулирование температуры печей, которые используются при штамповке металлических изделий для их нагрева с целью увеличения пластичности. В данный момент, на производстве используется двухпозиционное регулирование температуры печи.
Объемную штамповку и другие, связанные с обработкой заготовок больших сечений и размеров, операции проводят в горячем состоянии при температурах в пределах 850-1150°С.
Следовательно, достаточно актуальной является проблема регулирования температуры в печи, с использованием современных технических средств.
Целью выпускной работы является проектирование архитектуры, разработка алгоритмов работы и реализация микроконтроллерной системы автоматического регулирования (САР) температуры в печах на основе микроконтроллера Arduino UNO.
Установленная цель обуславливает следующие задачи:
- проведение анализа задач САР;
- определение архитектуры и обобщенной структуры САР;
- обоснование и выбор средств реализации САР;
- проектирование структурных составляющих и алгоритмов работы САР;
- проектирование программного обеспечения САР;
- моделирование работы САР.
Объектом исследования является система автоматического регулирования температуры в печах.
Предметом исследования является использование современных технологий для автоматизации процесса регулирования температуры.
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы разработана система автоматического регулирования температуры электрической печи для цеха №1 предприятия ООО ’’Уральский завод спецконструкций”.
Разработанная система может послужить недорогой, выполняющей основные функции прикладной моделью, которая позволит провести анализ основных характеристик технологического процесса и настройку требуемых параметров системы без значительных затрат и усилий.
Объектом исследования являлась система автоматического регулирования температуры в печах.
Целью работы являлась разработка микроконтроллерной системы автоматического регулирования температуры в печах на основе микроконтроллера Arduino UNO.
В результате исследования написана программа, обеспечивающая обмен данными между микроконтроллером и датчиком температуры, автоматическое регулирование технологическим процессом на основе ПИД-регулирования и ШИМ.
По результатам моделирования можно сказать, что по сравнению с двухпозиционным регулированием температуры, которое использовалось до модернизации печи, алгоритм автоматического управления температурой с помощью ПИД регулирования поддерживает ее в заданном диапазоне с большим КПД. Так, двухпозиционное регулирование включает нагрев после снижения температуры меньше нижнего предела диапазона, а выключает при переходе через верхний диапазон, что приводит к перерасходу электроэнергии. ПИД- регулирование позволяет «спрогнозировать» изменение температуры и переключить оборудование до достижения граничных диапазонов.
Так, при мощности печи 150 кВт/ч и повышении КПД ее использования на 20% получаем экономию энергоресурсов в размере 1 001 721,6 руб/год на одной печи. Если на предприятии используется несколько подобных печей, то экономический эффект от внедрения разработанной системы будет намного ощутимее.
Таким образом, можно сделать вывод, что выполненная работа соответствует поставленному заданию.
