مقاله طراحی و ساخت بویه موج نگار ایرانی با استفاده از حداکثرتوانمندی داخلی

word قابل ویرایش
10 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

طراحی و ساخت بویه موج نگار ایرانی با استفاده از حداکثرتوانمندی داخلی

چکیده

بویه های موج نگار یکی از مهمترین نیاز های شبکه های اندازه گیری مشخصه های دریایی می باشد. بویه موج نگار به دلیل شرایط سـخت دریـایی یکی از پیچیده ترین نوع بویه ها از نظر ساختار مکانیکی بدنه، سخت افزار الکترونیکی و نرم افزار برداشت و ارسال داده است. این بویه برای انـدازه گیری مشخصه های فیزیکی موج شامل ارتفاع، پریود و جهت موج، مشخصه های اقیانوس شناسی شامل دمای آب، شوری آب و سـرعت جریـان و مشخصه های هواشناسی شامل دما، فشار و رطوبت نسبی هوا، و سرعت و جهت باد به کار می رود. در این مقاله بخش های مختلف بویه موج نگار که در داخل کشور طراحی و ساخته شده معرفی می گردد. بخش های مورد بررسی شـامل بدنـه و سـاختار مکـانیکی آن، حسـگرهای هواشناسـی، اقیانوس شناسی و موج نگاری، سخت افزار الکترونیکی جمع آوری و پردازش داده ها، سامانه تامین انرژی خورشیدی و در نهایت بخـش هـای نـرم افزاری می باشد.

کلمات کلیدی: بویه موج نگار، مشخصه های دریایی، ساختار مکانیکی، سخت افزار الکترونیکی، نرم افزار برداشت و ارسال داده

مقدمه

بویه سازه ای است شناور که به منظور های گوناگون همچون ناوبری، نشان گذاری، بارگیری و تخلیه نفت در ترمینال های دریایی، مهار شـناورها و موج نگاری مورد استفاده قرار می گیرند و بنا به کاربری، محل نصب و سایر شرایط عملکردی بایستی ملاحظات ویژه در طراحی تجهیزات مکانیکی و سخت افزارهای الکتریکی و الکترونیکی و نرم افزارهای ارتباطی هر یک در نظر گرفته شود. شرایط عملکردی، اسـتحکام سـازه ای، سـهولت بهـره برداری و تعمیر و نگهداری، ایمنی کافی، دوام، زیبایی و اقتصاد از جمله این ملاحظات می باشد..[۱]

بویه موج نگار مجموعه کاملی از تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی است که وظیفه اندازهگیری پارامترهای هواشناسی، اقیانوسشناسی و موج نگـاری را انجام می دهد. این مجموعه به عنوان یک پایگاه شناور است که به صورت خودکار مشخصه هـای دریـایی محـل نصـب را برداشـت و بـه سـاحل مخابره میکند. این مشخصه ها شامل مشخصه های فیزیکی موج دریا، شوری آب، دمای آب، سرعت جریان، دمـا، فشـار و رطوبـت نسـبی هـوا، و سرعت و جهت باد می باشد. از دیدگاه سیستمی یک بویه موج نگار از بخشهای مختلفی تشکیل شده است.[۲] بویه موج نگار ایرانی شامل بخـش های زیر است:

۱٫ سازه بدنه و تجهیزات مکانیکی
۲٫ سخت افزار های الکترونیکی
۳٫ حسگرهای هواشناسی، اقیانوس شناسی
۴٫ حسگر موج نگاری
۵٫ نرم افزار برداشت و ارسال داده
۶٫ نرم افزار پردازش و نمایش داده

بخش مکانیکی بویه شامل بدنه پلی اتیلنی، استوانه مرکزی آلومینیمی، دکل نصب حسگرها می باشد. ابعاد کلی اجزای این بخش با توجـه بـه نـوع کاربری بویه و پایداری کلی بویه در شرایط دریای متلاطم انتخاب شده است. آنگاه ابعاد و اندازه هر یک از قطعات با توجه به نوع حسگرهای به کـار رفته در بویه و تنش وارد بر هر یک طراحی و ساخته شده است. سخت افزار الکترونیکی بویه موج نگار شامل بردهای تغذیـه و کنتـرل و پردازنـده، مدارهای واسط، رادیو مودم، قطب نما و موقعیت سنج می باشد. این تجهیزات در داخل استوانه مرکزی نصب می شوند و ورودی ها و خروجی هـای هر یک با کابل به داخل یا بیرون استوانه ارتباط می یابد. چنان که پیش تر بیان شد بویه موج نگار همچنین دارای حسگرهای متنوعی مـی باشـد.
بومی سازی فناوری طراحی و ساخت این حسگرها یکی از فعالیت های قابل توجه در ساخت بویه موج نگار ایرانی می باشد. ایـن حسـگرها بـه سـه دسته تقسیم می شوند: حسگرهای هواشناسی، حسگرهای اقیانوس شناسی حسگر موج نگار. سامانه تامین انرژی در بویه شامل مجموعـه تجهیـزات

به کار رفته برای تولید، ذخیره و توزیع انرژی الکتریکی بین تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی بویـه مـی باشـد. ایـن مجموعـه شـامل سـلول هـای خورشیدی، باتری ها سیلد اسید و مبدل ها می شود. بخش نرم افزار بویه نیز شامل یک مجموعه نرم افزار تخصصی است که به برداشت، پـردازش، ارسال، نمایش و انتشار داده ها در شبکه اینترنت می پردازد.

معرفی ساختار مکانیکی بویه موج نگار

بویه موجنگار از اجزای زیر تشکیل شده است: -۱ استوانه مرکزی

-۲ بدنه پلی اتیلن
-۳ دکل حسگرهای هواشناسی

-۴ وزنه پایدار کننده
-۵ در پوش محافظ طراحی بویه موج نگار با توجه به نمونه های مشابه خارجی انجام گرفته است. در روند طراحی سعی شده است که تمام معیارهای طراحی این بویـه

و کلیه بویههای موجنگار مورد بررسی قرار گرفته و به بهترین ایده ممکن پرداخته شود. به علت شرایط خورنده محیط دریا و حداقل شناوری مـورد نیاز استوانه مرکزی حاوی تجهیزات از جنس آلومینیم دریایی انتخاب شده است. همچنین با توجه به مزایای بدنه پلی اتیلنی نسبت بـه بدنـه هـای فایبر گلاس [۴]، بدنه تامین کننده شناوری از جنس پلی اتیلن انتخاب و به روش روتو مولدینگ ساخته شده است. به منظور امکـان حمـل و نقـل آسان، مونتاژ سریع و ساده و توزیع ریسک آسیب پذیری، این بدنه به صورت چهار تکه ای طراحی و ساخته شده که با سه رینگ به سیلندر مرکـزی محکم میشوند. دکل بویه از جنس فولاد ضد زنگ۱ انتخاب و به صورت سه تکه طراحی و ساخته شده و برای تثبیت موقعیت بیشتر علاوه بر اینکه توسط بدنه پلی اتیلنی در بر گرفته شده، به استوانه مرکزی نیز در دو نقطه اتصال می یابد. وزنهی پایدار کننده با توجه به محاسبات پایداری کلـی بویه در نظر گرفته شده و از طریق یک فلنج۲ به استوانه مرکزی اتصال مـی یابـد. درپـوش محـافظ بـه منظـور محافظـت از درب بویـه و قطعـات الکترونیکی بر روی درب پیش بینی شده است. در شکل ۱ ساحتار مکانیکی شماتیک و در شکل ۲ نمونه واقعی بویه مـوج نگـار ایرانـی نشـان داده شده است.

معرفی سخت افزار الکترونیکی بویه موج نگار

در بویه های موج نگار قبلی سخت افزار الکترونیکی به چندین بخش مجزا تقسیم بندی و هر یک در مکان هـایی در داخـل سـیلندر، بـر روی درب اصلی و … نصب می شوند. این چیدمان دارای اشکالات زیر بوده است:

۱٫ اشکال در دسترسی آسان به تجهیزات
۲٫ افزایش زمان تشخیص عیب و تعمیرات
۳٫ افزایش خطاهای اپراتوری با توجه به تعدد سیم کشی ها

در همین راستا در طراحی بویه موج نگار ایرانی سعی شد تمامی بردها و تجهیزات الکترونیکی مجتمع شده و مشکلات بالا به حداقل برسد. پس از طراحی و ساخت بردهای الکترونیکی و مونتاژ آنها تمامی تجهیزات در یک واحد به نام سامانه سخت افزاری امید ۱۴۰۰ تجمیع شده اسـت. سـامانه امید، یک مجموعه سخت افزاری جمع آوری داده های هوا شناسی و اقیانوس شناسی است که به منظور نصب بر روی بویـه طراحـی شـده اسـت و قابلیت جمع آوری، ذخیره سازی، پردازش داده ها و ارسال آن به ایستگاه های مورد نظر و همچنین دریافت اطلاعات از ایستگاه را به صـورت آنـی۳

دارا می باشد. از قابلیت های این مجموعه می توان به موارد زیر اشاره نمود :
۱٫ قابلیت پردازش همه داده های اندازه گیری شده بر روی دستگاه
۲٫ امکان برقراری ارتباط دو طرفه با ایستگاه مورد نظر به منظور انتقال داده و کنترل دستگاه
۳٫ امکان بهره گیری از ترکیب دلخواهی از حسگرهای مختلف و جمع آوری اطلاعات مورد نظر از آنها
۴٫ قابلیت ذخیره سازی اطلاعات بر روی حافظه جانبی پردازشگر
۵٫ تامین انرژی مورد نیاز عملکرد دستگاه از طریق صفحات خورشیدی
۶٫ دارا بودن سیستم آنی استاندارد برای تبادل داده ها
۷٫ قابلیت تبادل داده ها تا فاصله ۱۵ کیلومتر از طریق رادیو مودم
۸٫ دارای سیستم ورودی خروجی های استاندارد

 

٢

دکل حسگرهای هواشناسی

درپوش بویه

بدنه پلی اتیلنی

استوانه مرکزی آلومینیمی
وزنه پایدار کننده

شکل : ۱ ساختار مکانیکی بویه موج نگار

شکل : ۲ نمونه واقعی بویه موج نگار ایرانی

٣

این مجموعه از پنج بخش رادیو مودم، قطب نما، پردازنده، مدار واسط پردازنده، برد توزیع انرژی تشکیل شده است که در شکل ۳ نشـان داده شـده است.

(الف) (ب)
شکل : ۳ الف) بلوک دیاگرام سامانه امید ب) نمایش چیدمان برد های الکترونیکی در سامانه امید

این مجموعه در داخل استوانه مرکزی نصب می گردد و در صورت بروز عیب به راحتی قابل تعویض می باشد در شکل ۴ نمونـه سـاخته شـده ایـن سامانه نشان داده شده است. سیستم تامین انرژی بویه شامل چهار عدد سلول خورشیدی و چهار عدد باتری سیلد اسید شارژپذیر می باشـد. بـرای مدیریت مصرف انرژی بهینه از یک سیستم تغذیه انرژی استفاده شده تا بهترین بازدهی از سلول های خورشیدی و باتری ها به دست آید. در شکل
۲ موقعیت سلول های خورشیدی بر روی بدنه نشان داده شده است.

(الف) (ب)

شکل : ۴ الف) پانل کانکتورهای سامانه امید ب) بردهای داخلی سامانه امید

حسگرهای هواشناسی و اقیانوس شناسی

با توجه به اینکه بیشتر حسگرهای هواشناسی و اقیانوس شناسی بویه های ساخت داخل قبلی حسگرهای خارجی بوده، در راستای بومی سازی کلی طراحی و ساخت بویه ایرانی می بایست این حسگر ها نیز با امکانات داخلی طراحی و ساخته می شد. این حسگرها عبارتند از :

.۱ حسگر دمای هوا .۲ حسگر فشار هوا
.۳ حسگر رطوبت نسبی هوا .۴ حسگر سرعت باد
.۵ حسگر جهت باد .۶ حسگر شوری و دمای آب

طراحی این حسگرها به گونه ای انجام گرفته که هر حسگر بدون نیاز به سیستم واسط و یا حتی سیستم جمع آوری اطلاعـات بتوانـد بطـور مجـزا کمیت مورد نظر را اندازه گیری و مقدار آن را از طریق پورت RS232 ارسال نماید. برای این منظـور از سـخت افـزاری اسـتفاده شـده کـه جهـت

پردازش سیگنال حسگرها ، مداری به همراه یک پردازنده میکروکنترلر داشته و این قابلیت را به هر حسگر می دهد تا بتواند بطور مجـزا داده هـای آن پردازش و مقدار کمیت مورد نظر را محاسبه کند. در شکل ۵ بلوک دیاگرام کلی حسگرها نمایش داده شده است.

۴

شکل : ۵ بلوک دیاگرام کلی حسگرها

برای فشار هوا دو نوع حسگر مورد بررسی قرار گرفت. حسگرهای به کار رفته از نوع حسگرهای پیزوالکتریک بوده که نزدیک ترین مشخصـات را بـا حسگر مرجع داشتند. با توجه به آزمایش های انجام شده حسگر MPX برای حسگرفشار هوا انتخاب گردید. پس از طراحی حسـگر فشـار بـا ایـن حسگر تست تغییر فشار در محدوده مشخص و درون محفظه ای بسته انجام گرفت و نتایج آن با یک حسگر مرجع مقایسه گردید. نتایج ایـن تسـت در شکل ۶ نشان داده شده است. میزان درصد خطای مطلق اندازه گیری شده در این حسگر % ۶٫۲۷ می باشد که برای سـاخت حسـگر فشـار هـوا مطلوب است.

برای رطوبت نسبی هوا از بین ۸ حسگری که مشخصاتی شبیه به حسگر مرجع را داشتند دو حسگر HIH4000 و SHT75 انتخاب شـد. پـس از انجام آزمایش بر روی هر کدام از این حسگرها خطای مطلق آنها مطابق با جدول ۱ به دست آمد.

جدول : ۱ میزان خطای حسگرهای رطوبت نسبی هوا

نوع حسگر درصد خطا
HIH4000
% ۸/۹
SHT75 % 12/3

با توجه به نزدیک تر بودن نتایج حسگر HIH به حسگر مرجع این حسگر برای حسگر رطوبت انتخاب گردید.

برای دمای هوا چندین نوع حسگر در دسترس مورد بررسی قرار گرفت. از بین آنها حسگر های PT1000 و LM35 و SHT75 دارای مشخصاتی

شبیه به حسگر دمای مرجع را داشتند. پس از تهیه و انجام آزمایش بر روی هر سه حسگر در محفظه تست به صورت همزمان مشخص شد حسـگر PT1000 دارای کمترین در صد خطا می باشد. لذا این حسگر به عنوان حسگر دما انتخاب شد. در شکل ۷ نمودار تغییـرات دمـای ایـن حسـگرها

نسبت به حسگر مرجع بر حسب زمان رسم شده است. در این نمودار، حسگر شرکت آندرا حسگر مرجع است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 10 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد