Разработка универсальной микропроцессорной системы сбора сигналов с заданными параметрами - Дипломная работа

В металлургии одной из проблем на пути повышения качества производимого продукта, является проблема обнаружения шлака в струе металла, переливаемого из одной емкости в другую (из конвертора или печь-ковша в сталь-ковш, из сталь-ковша в промковш, из промковша в кристаллизатор). В большинстве случаев обнаружение шлака в струе металла происходит визуально оператором, контролирующим процесс. Результат в данном случае сильно зависит от квалификации оператора, и, зачастую, условия процесса (марка шлака и др.) не позволяют точно определить момент проникновения шлака даже опытному оператору. Существуют несколько методов автоматического определения проникновения шлака в струю металла. В настоящее время на ОАО «ММК» и ОАО «Северсталь» проводятся исследования по возможности и эффективности применения электромагнитного и вибрационного способов детектирования шлака на различных стадиях технологического процесса производства сталей.Шлаковый режим, определяемый количеством и составами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного агрегата. Шлак образуется в результате окисления составляющих части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SIO2 и CAO. Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали: 1. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и сера, происходит только после их окисления и обязательного перехода в виде оксидов из металла в шлак.Одной из проблем на пути повышения качества производимого продукта, является проблема обнаружения шлака в струе металла, переливаемого из одной емкости в другую (из конвертора или печь-ковша в сталь-ковш, из сталь-ковша в промковш, из промковша в кристаллизатор). В качестве примера, можно привести влияние шлака, попадающего из конвертера в сталь ковш на основные показатели качества процесса: · Толстый слой шлака на поверхности металла вызывает образование твердой корки, которая мешает проведению дополнительных операций по обработке (разогреву) металла в сталь-ковше; · Высокий уровень FEO и MNO в шлаке приводит к высокому общему содержанию кислорода в стали. · Фосфор, находящийся в шлаке, попадает в сталь во время подготовки (разогрева) сталь-ковша и ухудшает свойства стали;Существуют несколько методов автоматического определения проникновения шлака в струю металла. Электромагнитный метод предполагает установку в зоне струи металла чувствительного элемента, состоящего из одной или нескольких обмоток. Обмотка возбуждения создает электромагнитное поле и при изменениях в струе металла, связанные с проникновением в нее шлака, происходят изменения параметров поля, которые фиксируются измерительной обмоткой. Основным недостатком данного метода является необходимость располагать чувствительный элемент в горячей зоне (особенно в конверторе), что накладывает на него специальные требования.Система предназначена для автоматического определения момента проникновения шлака в струю жидкого металла, при сливе его из конвертера в сталь-ковш. При обнаружении шлака система выдает звуковой сигнал для принятия решения об окончания слива. На рисунке 1 представлено расположение оборудования системы детектирования шлака на конвертере: 1 - датчик шлака (два чувствительных элемента), 2 - кросс-блок с датчиком угла наклона конвертера, 3 - устройство обработки сигналов, 4 - пульт оператора, 5 - станция технологического мониторинга. На рисунке 1 показано размещение датчика шлака и электронного оборудования системы на конвертере. Чувствительные элементы датчика шлака, встроенные в футеровочные кирпичи располагаются в летке конвертера.Вибрационный метод основан на измерении вибраций, которые возникают при течении струи металла. Этот метод применяется при сливе металла из сталь-ковша в промковш. Чувствительный элемент устанавливается на манипулятор разливочного стакана, для определения вибраций сливаемого металла. На рисунке 5 изображен вид чувствительного элемента датчика шлака, устанавливаемого на манипулятор разливочного стакана.Для реализации данного технического задания был предоставлен модуль TE-STM32F207 выполненный на основе 32-разрядного микроконтроллера STM32F207 компании STMICROELECTRONICS. Примененный микроконтроллер имеет ядро Cortex-M3, порты USB OTG и Ethernet, два порта CAN. Максимальная тактовая частота микроконтроллера составляет 120 МГЦ. Отличительные особенности: · микроконтроллер STM32F207VGT6: 120 МГЦ Cortex-M3, 1 Мбайт Flash-памяти программ, 128 Кбайт ОЗУ, три 12-разрядных АЦП, два 12-разрядных ЦАП, Ethernet MAC 10/100, USB OTG, 2XCAN, 5XUSART, 3х SPI, I2C, SDIO, корпус LQFP100; · 2 разъема и драйверы портов CAN;Микроконтроллеры STM32 выполнены на основе ядра Cortex, которое подключено к Flash памяти по отдельной шине инструкций. Внутреннее статическое ОЗУ подключено напрямую к матрице шин AHB, с которой также связан блок ПДП. Каждая из шин связана с матрицей шин AHB посредством шинных преобразователей

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ ОТСЕЧКИ ШЛАКА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЕЙ

1.1 Шлаки сталеплавильных процессов

1.2 Влияние шлака на качество процесса

1.3 Известные методы детектирования шлака в струе металла

1.4 Описание электромагнитной системы детектирования шлака

1.5 Описание вибрационной системы детектирования шлака

1.6 Анализ поставленной задачи

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ СБОРА СИГНАЛОВ

2.1 Анализ возможностей периферийных устройств контроллера STM32F207

2.2 Описание алгоритма работы микроконтроллера

2.3 Выводы общего назначения

2.3.1 Описание выводов общего назначения

2.3.2 Описание регистров выводов общего назначения

2.3.3 Настройка выводов общего назначения

2.4 Аналогово-цифровой преобразователь

2.4.1 Характеристики АЦП

2.4.2 Описание работы АЦП

2.4.3 Описание регистров АЦП

2.4.4 Настройка АЦП

2.4.5 Обработчик прерываний АЦП

2.5 Прямой доступ к памяти

2.5.1 Описание работы ПДП

2.5.2 Описание регистров ПДП

2.5.3 Настройка ПДП

2.6 Таймер

2.6.1 Описание работы таймера

2.6.2 Описание регистров таймера

2.6.3 Настройка таймера

2.6.4 Обработчик прерываний таймера

2.7 UDP стек

2.7.1Настройка UDP стека

2.8 Основное тело программы

2.9 Краткая инструкция по применению и настройке

ГЛАВА 3. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

3.1 Требования к помещениям при работе за компьютером

3.2 Требования к микроклимату, ионному составу и концентрации вредных химических веществ в воздухе помещений

3.3 Требования к освещению помещений и рабочих мест

3.4 Требования к шуму и вибрации в помещениях

3.5 Требования к организации и оборудованию рабочих мест

3.6 Режим труда и отдыха при работе с компьютером

3.7 Обеспечение электробезопасности и пожарной безопасности на рабочем месте

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИНЯТЫХ В ПРОЕКТЕ РЕШЕНИЙ

4.1 Расчет материальных затрат на необходимое дополнительное оборудование

4.2 Расчет трудозатрат

4.3 Расчет заработной платы

4.4 Смета затрат

4.5 Амортизация

4.6 Расчет цены реализации разработки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А