Vornakov_konferentsiaNEW

1.

«Автоматизированная система сбора технологических параметров для
коррекции значения газовой динамики концентрации фтора в
технологических газах на входе и выходе пламенного реактора»
Выполнил: студент гр. Д-273 Ворнаков Н.А.
Руководитель: к.т.н., доцент каф. ЭиАФУ
Иванов Константин Александрович
2026 г.

2.

Актуальность
В условиях роста потребностей атомной энергетики в топливе перед предприятием сублиматовного завода поставлена задача
увеличения производительности конверсионного производства.
Ключевым
ограничением
выступает
деградация
парка
масс-спектрометров,
используемых
для
контроля
состава
технологического газа в пламенных реакторах. Закупка или восстановление данного оборудования в ближайшей перспективе
невозможны. Отсутствие автоматизированного анализа приводит к необходимости ручного управления процессом, что снижает
его непрерывность, качество и итоговую производительность.
В качестве альтернативы предложен метод, основанный на эффекте поглощения молекулами фтора ультрафиолетового
излучения в диапазоне длин волн 280–340 нм. Регистрация разности интенсивности входного и прошедшего сигнала позволяет
определять концентрацию фтора в газовой смеси.
Таким образом, актуальность работы заключается в экспериментальном обосновании и технической реализации
альтернативного метода контроля состава газа, обеспечивающего возможность автоматизации процесса конверсии в условиях
недоступности штатных средств измерений и направленного на повышение производительности стратегически важного
производства.
2

3.

Цель и задачи
Цель:
Обеспечить автоматизированную регистрацию данных в длительных экспериментах для последующего анализа
содержания
фтора
в
анодном
газе,
исключив
необходимость
ручного
сбора
показателей.
Задачи:
1.Проведение литературного обзора существующих решений.
2.Концептуальное проектирование системы.
2.1 Построение структурной схемы системы.
2.2 Построение функциональной схемы системы.
3.Техническая реализация системы.
3.1 Подбор программно-аппаратного комплекса.
3.2 Разработка принципиальной схемы.
3.3 Написание программного кода.
3.4 Испытания.
3

4.

1 Задача. Литературный обзор (существующие датчики и модули)
Arduino UNO
Arduino UNO R3 представляет собой микроконтроллерную платформу на основе 8-битного микроконтроллера ATmega328P с
архитектурой AVR, тактовой частотой 16 МГц . Объём Flash-памяти составляет 32 кБ, SRAM — 2 кБ, EEPROM — 1 кБ.
Ключевое ограничение для проекта: встроенный АЦП имеет разрядность 10 бит, что недостаточно для точной обработки
сигнала с промышленного датчика давления. Данное ограничение устраняется применением внешнего 16-битного АЦП
ADS1115.
DS3231MZ — часы реального времени (RTC)
DS3231MZ — высокоточные часы реального времени с погрешностью хода ±5 ppm (около ±0,43 секунды в сутки).
обеспечивает привязку регистрируемых показаний к реальному времени, что критически важно при проведении
длительных экспериментов.
LCD Keypad Shield — дисплей и клавиатура
Представляет собой плату расширения для Arduino, содержащую символьный ЖК-дисплей 16×2 и шесть кнопок. Служит для
локального отображения текущих параметров (температура, давление, ток и напряжение на УФ источнике) без
необходимости подключения к компьютеру.
4

5.

1 Задача. Литературный обзор (существующие датчики и модули)
ADS1115 — аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
Разрядность - 16 бит; максимальная частота дискретизации - 860 выборок/сек.
MCP3424 — аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
Разрядность - 18 бит; максимальная частота дискретизации - 240 выборок/с (при 14 бит) и 15 выборок/с (при 18 бит).
Термистор NTC 10k (B=3435 K).
Интерфейс - Аналоговый (делитель напряжения); точность () - ±0,5...1,0 °C.
Цифровой датчик температуры DS18B20 (1-Wire).
Интерфейс - Цифровой (1-Wire); точность - ±0,5 °C (в диапазоне –10…+85 °C).
5

6.

2 задача. Концептуальное проектирование системы
(Структурная схема)
6

7.

2 задача. Концептуальное проектирование системы
(Функциональная схема)
Arduino UNO – плата на базе МК
ATmega328P;
RTC – часы реального времени;
But1, But2, RES – кнопки управления;
SD Reader – кард-ридер;
LCD1602 – ЖК дисплей;
PC – персональный компьютер;
ADC1115 – АЦП 16 бит;
NTC – термистор (датчик
температуры);
V/A-meter – вольт-амперметр;
LED – УФ источник 365нм;
POWER – источник питания.
7

8.

3 Задача. Подбор программно-аппаратного
комплекса(Программное обеспечение)
Arduino IDE
Выбран в качестве основной среды разработки по следующим причинам: доступ к готовым инструкциям и шаблонам
для работы с датчиками, шилдами и другими компонентами; лёгкая загрузка программ на устройство; обеспечивает
связь с платой в режиме реального времени, помогая в отладке и мониторинге последовательных данных.
PuTTY
Преимущества: открытый исходный код; простота использования.
8

9.

3 Задача. Подбор программно-аппаратного
комплекса(Аппаратное обеспечение)
ПК
Лабораторный блок питания
Преимущества: стабилизация напряжения и защита от скачков; точная и плавная регулировка параметров.
Arduino UNO
Преимущества: лёгкость использования, оперативность прототипирования, модульность и расширяемость.
DS3231MZ – часы реального времени.
LCD Keypad Shield – плата расширения для платы Arduino с жидкокристаллическим дисплеем разрешением 16х2 символов
и интерфейсом из 6-ти кнопок.
ADS1115 – аналого-цифровой преобразователь разрядностью 16 бит.
SD Card Module – кард-ридер.
Thermistor NTC 10k – датчик температуры.
Преимущества: все вышеперечисленные датчики и модули совместимы с Arduino UNO и не требуют дополнителнительной
обвязки для работы с ними.
9

10.

3 Задача. Разработка принципиальной схемы
U1 – часы реального времени
(DS3231MZ);
U2 – ЖК дисплей (LCD-016N002L);
U3 – АЦП 16 бит (ADS1115);
J5 – кард-ридер (SD_Card_Module);
J6 – контакты питания УФ источника;
J7 – контакты подключения
промышленного датчика давления;
TH1 – датчик температуры
(Thermistor_NTC 10k);
SW1..3 – кнопки управления.
10

11.

3 Задача. Написание программного кода
11

12.

3 Задача. Испытания
12

13.

Результаты
Реальная система
Программное обеспечение
13

14.

Заключение
В рамках данной работы было создано и испытано устройство обеспечивающее автоматизированную регистрацию
данных в длительных экспериментах для анализа содержания фтора в анодном газе. Были разработаны структурная,
функциональная и принципиальная схемы, подобраны датчики и модули, написан код и проведены эксперименты,
подтвердившие работоспособность метода.
Таким образом, была обеспечена возможность автоматизации процесса конверсии урана, что в перспективе позволит
повысить производительность сублиматного завода (СКК) и перейти к непрерывному технологическому режиму.
Перспектива: интеграция системы стабилизации температуры и давления для промышленного применения.
14

15.

Спасибо за внимание!