» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Август, 2019 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №8 (29) 2019
Автор: Теплов Александр Владимирович, магистрант 2 курса
Рубрика: Экономические науки
Название статьи: Анализ и актуальность использования программно-аппаратной платформы Arduino в современных условиях
Дата публикации: 31.07.2019
УДК 004.4
АНАЛИЗ И АКТУАЛЬНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЙ
ПЛАТФОРМЫ ARDUINO В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Борисов Евгений Алексеевич
магистрант 2 курса, факультет «Политехнический
институт»
Теплов Александр Владимирович
магистрант 2 курса, факультет «Политехнический
институт»
научный руководитель: Бодров Андрей Сергеевич
кандидат технических наук, доцент
Орловский государственный университет имени И.С.
Тургенева, г. Орел
Аннотация. Процесс производства
алюминия характеризуется большим числом параметров. В данной статье
рассматривается возможность использования программно-аппаратной платформы
Arduino для контроля и передачи параметров электролиза алюминия. Также
осуществляется сравнение с традиционными устройствами контроля.
Ключевые слова: автоматизация процесса,
электролиз, алюминий, контроль параметров, сеть, система, микроконтроллер.
Во всем мире
на сегодняшний день наиболее распространенным способом промышленного
производства алюминия является электролиз криолит-глиноземного расплава.
Высокий уровень популярности данного метода обусловлен, высокой степенью
рентабельности такого производства, что делает его наиболее экономически
выгодным для предприятия, занимающегося производством алюминия в больших
объемах.
В свою
очередь процедура электролиза криолит-глиноземного расплава имеет не мало
недостатков, главным из которых является выделение в процессе производства
большого объема вредоносных веществ и химических соединений. Все это оказывает
сильное влияние на персонал, работающий непосредственно в электролизном корпусе
любого алюминиевого завода. Кроме того, эти вещества, не смотря на все
установки фильтрации, также выбрасываются и во внешнюю среду, что пагубно
влияет на экологическую обстановку любого города, расположенного вблизи такого
производства.
Сам процесс
производства характеризуется довольно большим числом параметров, к которым
относятся:
- температура электролита;
- концентрация глинозема;
- величина межполюсного зазора;
- высота расплава алюминия на катоде;
- температура катодного кожуха;
- криолитовое отношение и др.
Поддержание оптимальных значений данных параметров может привести
к существенному снижению объема вредных выбросов, а также повышению
рентабельности производства.
Одним из
основных параметров является концентрация глинозема. Непосредственный контроль
данного параметра, ввиду отсутствия технических средств, на сегодняшний день не
представляется возможным.
Несоблюдение
его значений в пределах нормы хотя бы для одной электролизной ванны может
привести к анодному эффекту, следствием которого является нарушение работы
всего цеха и увеличение объема вредных выбросов.
В решении
данной проблемы может помочь автоматизация процесса контроля за данным
параметром, для чего необходима целая система, включающая в себя довольно
большое число датчиков и коммуникационных устройств.
Данная
автоматизационная система может быть основана на использования современной
аппаратно-программной платформы Arduino.
Arduino – это
электронный конструктор, который позволяет создавать разнообразные
электронно-механические устройства. Состоит из программной и аппаратной части.
Программная часть включает в себя среду разработки (программа для написания и
отладки прошивок), множество готовых библиотек, упрощенный язык
программирования. Аппаратная часть включает в себя большую линейку микроконтроллеров
и готовых модулей для них.
Для
построения системы контроля на основе платформы Arduino в первую очередь
необходима базовая плата с микроконтроллером. В качестве такой платы подходит,
Arduino Uno – контроллер,
построенный на основе ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых входа/выхода, 6
аналоговых входов, разъем USB, силовой разъем
и разъем ICSP. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру
посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи.
В отличии от
цифровых портов аналоговые могут только принимать сигнал, но в то же время они
измеряют напряжение поступающего сигнала. В данной плате стоит 10-битный
аналогово-цифровой преобразователь. Это значит, что нулевое напряжение
считывается как 0, а 5 вольт считываются как значение 1023. То есть аналоговые
входы измеряют, подаваемое на них напряжение, с точностью до 0,005 вольт.
Данная плата может обеспечить достаточную точность измерения напряжения в
межполюсном промежутке, а также автоматическое аналого-цифровое преобразование
для дальнейшей передачи по линиям связи.
Учитывая, что
развитие в области инфокоммуникаций также не стоит на месте, в данной системе
должны быть использованы технологии передачи, отвечающие современным
тенденциям. Такой технологией является Ethernet.
Данный модуль
имеет возможность подключения витой пары с использованием разъема RJ-45 и
соединения с маршрутизатором.
Таким
образом, используя всего две платы Arduino, возможно осуществление оперативного
непрерывного контроля за напряжением в межполюсном промежутке для одной
электролизной ванны. А при внедрении данной конструкции на все электролизеры
корпуса, появляется возможность свести к минимуму вероятность внезапного
возникновения анодного эффекта.
Также стоит
заметить, что стоимость приведенных выше плат Arduino довольно невысокая, даже
в сравнении с примитивными устройствами измерения напряжения с заданной
точностью. Это ставит данную платформу в еще более выигрышное положение в
сравнении с традиционными устройствами контроля.
Список литературы:
- Улли Соммер. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. БХВ-Петербург, 2012. – ISBN 978-5-9775-0727-1.
- Ревич Юрий. Занимательная электроника. БХВ-Петербур, 2015 – ISBN 978-5-9775-3479-6.
- Виктор Петин. Проекты с использованием контроллера Arduino, 2-е издание. БХВ-Петербург, 2015. – ISBN 978-5-9775-3550-2.
- Теро Карвинен, Киммо Карвинен, Вилле Валтокари. Делаем сенсоры. Проекты сенсорных устройств на базе Arduino и Raspberry Pi. Вильямс, 2015 – ISBN 978-5-8459-1954-0.
- http://arduino.ru. Информация о продукции компании Arduino.
Комментарии: