Інформаційно-вимірювальна система тиску газу в газопроводі (стр. 1 из 5)
Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління
Кафедра МПА
ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА ТИСКУ ГАЗУ В ГАЗОПРОВОДІ
Пояснювальна записка
з дисципліни “Інформаційно-вимірювальні системи”
до курсового проекту за спеціальністю 8.091302
“Метрологія та вимірювальна техніка”
08-03.КП.009.00.000 ПЗ
Вінниця ВНТУ 2008
Зміст
Вступ
1. Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи
2. Розробка структурної схеми інформаційно-вимірювальної системи тиску газу в газопроводі
3. Розробка електричної принципової схеми інформаційно-вимірювальної системи тиску газу в газопроводі
4. Електричні розрахунки
5. Розрахунок похибки вимірювання
Висновки
Література
Вступ
Забезпеченість України паливно-енергетичними ресурсами одне з найголовніших завдань національної економіки, без розвитку якого неможливе успішне здійснення соціальних, економічних і науково-технічних програм. Газ набув дуже широкого використання в нашому житті, оскільки є не лише висококалорійним паливом, але і цінною сировиною для хімічної промисловості. Газ має великі переваги перед всіма іншими видами палива, як по калорійності, так і по ціні. Частка газу у використанні первинних енергоресурсів становить 45 %.
Споживачам газ доставляється по газорозподільним мережам – системах трубопроводів для транспортування газу по об’єктах. Газопроводи газорозподільних мереж бувають низького (до 0,005 МПа), середнього (від 0,005 до 0,3 МПа), високого (від 0,3 до 0,6 і від 0,6 до 1,2 МПа) тисків.Гідравлічні режими роботи газорозподільних мереж приймаються з умов забезпечення стійкої роботи газорегуляторних пунктів і устаткування, а також пальників комунальних і промислових споживачів при максимально допустимих перепадах тиску газу. Саме тому вимірювання тиску газу в трубопроводах є дуже важливим.
На даний час розроблено багато засобів вимірювання тиску газу. Актуальність ж розробки інформаційно-вимірювальної системи тиску газу полягає в необхідності підвищення точності, швидкодії та одночасному контролі декількох параметрів, а саме тиску, розрідження та перепаду тиску у газопроводі, а також вимірювання температури за допомогою однієї системи та представлення її оператору в зручному вигляді на одному відеотерміналі. Сполучення інформаційно-вимірювальної системи з комп’ютером дозволяє швидко отримувати, обробляти та зберігати для подальшого використання великі потоки інформації.
В роботі проведено огляд літературних джерел, розглянуто основні первинні пертворювачі тиску газу, обгрунтовано варіант реалізації системи, а на його основі – розробку структурної та принципової електричної схеми системи.
1. Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи
Перед безпосередньою розробкою ІВС вимірювання тиску газу в газопроводі розглянемо три можливих варіанти реалізації цієї системи.
Структурна схема першого варіанту реалізації системи наведена на рисунку 1.1.
Рисунок 1.1 – Структурна схема першого варіанту реалізації системи
Принцип роботи наведеного варіанту полягає в наступному. Кожна з фізичних величин, які вимірюються, перетворюються у відповідному вимірювальному каналі за допомогою первинного та вторинного вимірювальних перетворювачів, після чого уніфікований сигнал поступає на вхід АЦП. АЦП працює в режимі freerun, здійснюючи безперервне перетворення вхідного аналогового сигналу в цифровий код. Код з виходу АЦП подається безпосередньо на порт мікроконтролера, при цьому кожен АЦП підключений до окремого порту, що дозволяє постійно контролювати значення всіх фізичних величин, що вимірюються. Мікроконтролер обробляє поступаючи інформацію, а результати обробки передаються через інтерфейс на персональний комп’ютер.
Структурна схема другого варіанту реалізації системи наведена на рисунку 1.2
Рисунок 1.2 – Структурна схема другого варіанту реалізації системи
Принцип роботи даного варіанту полягає в наступному. Фізична величина у відповідному вимірювальному каналі перетворюється в уніфікований сигнал за допомогою первинного та вторинного вимірювальних перетворювачів, після чого поступає на вхід АЦП. АЦП працює в режимі постійного перетворення. Кожен вимірювальний канал має свою адресу. Виходи всіх АЦП підключені до шини обміну даними. До шини також підключені мікроконтролер та інтерфейс для зв’язку з ПЕОМ. Якщо необхідно в певний момент часу провести вимірювання фізичної величини у будь-якому вимірювальному каналі, то процесор виставляє на шину адресу відповідного каналу. Після перетворення АЦП виставляє на шину цифровий код, який зчитується процесором.
Структурна схема третього варіанту реалізації системи наведена на рисунку 1.3.
Рисунок 1.3 – Структурна схема третього варіанту реалізації системи
Третій варіант реалізації працює наступним чином. Фізична величина, що вимірюється перетворюється в уніфікований сигнал за допомогою первинного та вторинного перетворювачів, після чого уніфікований сигнал поступає на вхід мультиплексора. Якщо необхідно виміряти певну фізичну величину, мікроконтролер подає на мультиплексор код відповідного вимірювального каналу. Далі сигнал з виходу мультиплексора поступає на вхід АЦП, який перетворює його на цифровий код і виставляє цей код на шину обміну даними. Цей код зчитується мікроконтролером, який також підключений до шини. Крім того до шини підключений інтерфейс, через який результати вимірювання передаються на ПЕОМ.
Для вибору кращого варіанту реалізації системи використаємо узагальнений якісний критерій порівняння, який полягає у визначенні загальної ефективності системи як відношення реального якісного критерію
, який забезпечує заданий варіант реалізації системи, до потенційного якісного критерію 
, що відповідає ідеальній системі: 
.(1.1)В даному випадку чим ближче значення Е до 1, тим більше варіант реалізації системи відповідає ідеальному.
Порівняльний аналіз варіантів реалізації систем наведений в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 – Порівняльний аналіз варіантів реалізації ІВС
| Параметр | 1-й варіант реалізації системи | 2-й варіант реалізації системи | 3-й варіант реалізації системи | Ідеальна система |
| Точність | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Швидкодія | 1 | 1 | 0 | 1 |
| Використання ресурсівCPU | 0 | 1 | 0 | 1 |
| Складність реалізації | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Складність ПЗ | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Собівартість | 0 | 0 | 1 | 1 |
 | 4 | 5 | 4 | 7 |
Отже, згідно таблиці 1.1 значення якісного критерію для першого варіанту реалізації системи
;для другого варіанту
;і для третього
.Отже, другий варіант реалізації системи більше відповідає ідеальній системі при обраних характеристиках для порівняння, а оскільки ці характеристики необхідно забезпечити в системі, що розробляються, то для подальшої розробки виберемо саме другий варіант реалізації.
2. Розробка структурної схеми інформаційно-вимірювальної системи тиску газу в газопроводі
Кожний засіб вимірювання є технічним засобом певної структури. Ступінь складності засобу вимірювання визначається характером та кількістю перетворень, необхідних для перетворення інформативного параметра вхідного сигналу в інформативний параметр вихідного сигналу. Всі ці проміжні перетворення здійснюються перетворювальними елементами і засновані на певних фізичних ефектах, які забезпечують своїм поєднанням роботу засобу вимірювань.
Структурною схемою вимірювального кола засобу вимірювань називається схема, що відображає його основні функціональні частини (структурні елементи), їх призначення та взаємозв’язки. Ступінь диференціації структурної схеми на структурні елементи, що зображаються переважно прямокутниками, визначається призначенням схеми[1].
У попередньому розділі було вибрано варіант реалізації інформаційно-вимірювальної системи зображений на рисунку 1.2. Розробимо структурну схему системи спираючись на цей варіант. Отже, згідно завдання на курсовий проект задана системи повинна складатись із чотирьох вимірювальних каналів, в трьох з яких відповідно вимірюватимуться надлишковий тиск, різниця тисків та розрідження в газопроводі, а четвертий канал слугуватиме для контролю температури в газопроводі.
Газ – корисна копалина, яка є сумішшювуглеводнівта невуглеводневих компонентів, перебуває у газоподібному стані за стандартних умов (тиску 760 мм ртутного стовпчика або 101,325 кПа і температури 20° C) і є товарною продукцією.
Основним компонентом (більше 98%) природного газу є метан, тому його властивості практично співпадають з властивостями метану. Варто відзначити, що природній газ не має запаху, а відомий всім запах газу – це запах етилмеркаптану, який спеціально додається до газу для можливості виявлення його витоку з газопроводу по запаху. Крім того до складу природнього газу входять етан, пропан, бутан, пентани, гексани, гектани, октани, нонани, бензол, толуол, водень, кисень, оксид вуглецю, двоокис вуглецю, азот, кисень та гелій.