Автоматизированный электропривод

Скачать работу - Автоматизированный электропривод

Реализация на микропроцессоре обладает весомыми преимуществами.

Гибкая логика, возможность легкой модернизации контроллера, перспективность.

Программируемая логика реализована на микропроцессоре типа МК-51 фирмы ATMEL – AT 89 C 51, который благодаря встроенной FLASH памяти, обладает возможностью электрического перепрограммирования, а значит быстрой модернизации управляющей программы.

Наличие микропроцессора в современных контроллерах позволяет создавать сложные, гибкие, компактные и надежные системы управления с централизованным управлением и диагностикой. 1. Структурный синтез цифрового автомата Обозначим структуру проектируемого микроконтроллера. 1) Управляющий логический блок на основе микропроцессора. 2) Блок сбора информации и преобразования ее в вид, требуемый для обработки микропроцессором. 3) Блок гальванической развязки входных сигналов и сигналов, поступающих на микропроцессор. 4) Блок связи с исполнительными устройствами (включающий гальваническую развязку) для преобразования выходных сигналов микропроцессора в мощные сигналы управления. 5) Блок начального сброса микропроцессора. 6) Блок индикации входных и выходных сигналов. 7) Блок электропитания контроллера. 2. Разработка принципиальной схемы. 1. Управляющий логический блок. В качестве основы для контроллера выбран популярный микропроцессор типа MK-51 от фирмы Atmel – AT89C51. Его основные преимущества перед подобными процессорами иных фирм: 1. Полностью совместим с семейством МК-51. 2. 4 кб встроенной перепрограммируемой Flash памяти (включая перепрограммирование непосредственно на плате по протоколу SPI ) при не менее 10 3 циклов перезаписи. 3. Работа на частотах от 0 до 40 МГц. 4. 128х8 бит ОЗУ. 5. 32 программируемых линии портов ввода/вывода. 6. Два 16-битных таймера счетчика 7. Шесть источников прерываний 8. Программируемый последовательный канал совместимый с RS -232- S . 2. Блок сбора информации и преобразования ее в вид, пригодный для обработки микропроцессором.

Входная информация и выходная информация проходит через в нешний разъем типа РШ2Н-2-16. В таблице 1 приведен список и условное обозначение входных и выходных сигналов из задания. Табл. 1.

Наименование сигнала по заданию	Присвоенное название
Входные сигналы
S1 - контактный датчик	S1
S2 – контактный датчик	S2
S3 – контактный датчик	S3
Ua - Аналоговый сигнал напряжения в диапазоне 0..10В	UA
Ev – датчик освещенности 0..200лк	EV
Выходные сигналы
Электромагнит Y1	Y1
Электромагнит Y2	Y 2
Тр. Модуль – VT1	Y3
Тр. Модуль – VT2	Y4
Условия переходов автомата
S1 U	X1
EV 40 лк	X2
(S1 S2) U > 1 B	X3
S3 ^ EV лк	X4
S2 ^ U	X5
EV > 100 лк	X6

Сигнал с датчика освещенности (фоторезистора СФ2-1) снимаем по такой схеме: Далее сигнал поступает на делительный мост из резисторов, формирующий нужный уровень сигнала, подаваемый на схему из двух компараторов. На не инвертирующий вход компаратора подается измеряемая величина напряжения, а на инвертирующий – величина опорного напряжения, при достижении которой значение логического сигнала на выходе компаратора меняется на противоположное.

Срабатывание при нужном значении освещенности регулируется подстроечными резисторы марки РП1 – 48 10КОм ± 10%. Компаратор LM 29000. Его электрические характеристики: Максимальный потребляемый ток 2 мА. Напряжение смещения 1 мВ. Корпус DIP -14. Для организации высокостабильного опорного напряжения выбраны специализированная микросхема LM4130 фирмы National Semiconductor. Выходное опорное напряжение 4.096 В Погрешность выходного напряжения 0.05% Температурный коэффициент нестабильности 3*10 -6 / о С Минимальное входное напряжение 5 В Потребляемый ток 1 мА Максимальный выходной ток 30-50 мА Изменение выходного напряжения (при I вых=30..50 мА) 0.05% По такой же схеме организован прием и формирование логических сигналов UA на микропроцессор. 3. Блок гальванической развязки входных сигналов и сигналов, поступающих на микропроцессор.

Входные величины поступают из внешней (для контроллера) среды, что говорит о возможном наличии помех различных типов. Так же необходимо предусмотреть возможность неправильной полярности подключения датчиков.

Поэтому возникла необходимость в гальванической развязке сигналов. Для того, чтобы развязать входные уровни микропроцессора и входных сигналов от датчиков применены три оптопары К249КН4П. Характеристики, по которым они были выбраны: Uмахком=60 В; Iвхmin=10 мА; Iвхmax=25 мА; Iком=8 мА.

Резисторы R 1 и R 2 рассчитываются из условий максимального входного и коммутируемого токов. Диод обеспечивает защиту от неправильной полярности включения.

Резисторы: R1 C2 – 23 0.25Вт 1600 Ом ± 0.25% R2 C2 – 23 0.125Вт 270 Ком ± 0.1% Диод КД521А(Д220А): U пр=1В, U обр=75В, I пр.ср=50мА, I обр=1мкА. Обработка выходных величин: Электромагнит. В данной работе автомат генерирует выходной сигнал управления электромагнитом (=24В, 10Вт). Данная мощность явно не позволяет подключать электромагнит непосредственно к выходу микропроцессора, поэтому здесь целесообразно применить мощные твердотельные оптоэлектронные реле.

Мощность на выходе которых может достигать достаточно больших значений. В оптопаре одновременно реализуется гальваническая развязка силовой и управляющей цепей, а также усиление по мощности сигнала.

Схема подключений оптоэлектронного реле: Твердотельное реле для цепей постоянного тока 5П19А1: Напряжение коммутации .................................... -60..+60В Ток коммутации ........................................................ -3..3А Входной ток ....................................................... 10 – 25мА Входное напряжение в выключенном состоянии -3.5..0.8 В Рассеиваемая мощность ........................................ 1000мВт Температура окр. среды ........................................ -45..+85 Корпус .................................................................... SIP 12 Резистор: R C2 – 23 0.125Вт 360 Ом ± 0.1% Транзисторный модуль Транзисторный модуль М2ТКИ-50-12 управляется специализированным драйвером - драйвер транзисторных модулей такого типа - IR 2112 фирмы International Rectifier . Драйвер способен выдерживать напряжения до 600 вольт. Схема включения приведена ниже: Symbol Description VDD Logic supply HIN Logic input for high side gate driver output (HO), in phase SD Logic input for shutdown LIN Logic input for low side gate driver output (LO), in phase V SS Logic ground VB High side floating supply HO High side gate drive output V S High side floating supply return VCC Low side supply LO Low side gate drive output COM Low side return Диод VD должен выдержать обратное напряжение 600В. Диод КД105Г(КД209В): U пр=1В I ср.пр=300мА I ср.обр=0.1мА U обр=800В Драйвер IR 2112: Параметры драйвера: VOFFSET 600V max. IO+/- 200 mA / 420 mA VOUT 10 - 20V ton/off (typ.) 125 & 105 ns Delay Matching 30 ns Корпус DIP14. Резисторы: R C2 – 29 0.5 10 Ом ± 0.25% Конденсатор: C К73 – 17 630В 0.1мкФ ± 10% Начальный сброс микропроцессора Для системы, построенной на базе микропроцессора необходима схема начального сброса и система предохранения от зависания. Так как из-за сильной электромагнитной помехи может исказиться часть информации, обрабатываемой микропроцессором в данный момент, что чревато сбоем в алгоритме управляющей программы, а так же зацикливанием работы процессора или его «зависанием». Все это приводит к отказу в работе контроллера. Как правило, такие сильные и фатальные помехи случаются очень редко, но если контроллер выполняет часть операций в отлаженном техническом процессе, то такой его отказ приводит к возникновению незапланированного простоя в работе и большими экономическими убытками.

Работоспособность контроллера можно восстановить, подав на процессор команду сброса (reset). Такие функции выполняет WatchDog Taimer . В данной работе эта система не реализована. Сброс микроконтроллера можно будет произвести кратковременным сбросом питающего напряжения или кнопкой Reset , расположенной на передней панели.

Конденсатор: C К50-16-50В-1 мкФ Индикация Возможны несколько способов реализации индикации: - на светодиодах , - на ЖК элементах , - на цифровых или символьных индикаторах и др. Для обеспечения визуального наблюдения за функционированием контроллера введен блок индикации сигналов. Его реализация является программной.

Подпрограмма опрашивает состояния входов и выходов и выводит эти значения в порт P0 микропроцессора МК51. Непосредственно на эти выходы подключены светодиоды, которые визуально отображают состояние входов и выходов. Для того, чтобы светодиоды можно было подключить напрямую к порту, они должны потреблять как можно меньше тока, но при этом обеспечивать достаточную яркость свечения. Этим запросам полностью удовлетворяют выбранные светодиоды КИПД02Б-1К. Ниже в таблице приведены их основные параметры.

Тип прибора	Цвет свечения	Значения параметров при Т=25 ° С	I пр.мах. mA	U обр (U обр.и ) B
I v. мккд (L, кд/м 2 )	U пр. B	I пр.ном. mA	мах. mkM
КИПД02Б-1К	Красный	900	1,8	5	0,7	20	3.0

При напряжении питания и токе светодиода 5 мА токоограничивающий резистор принимаем равным R=1кОм Резисторы: R C2 – 23 0.125Вт 1КОм ± 0.1% Питание элементов схемы На вход контроллера поступает питающее напряжение 24В, а в состав контроллера входят устройства, питающиеся от 5В, а также 15В. Проблема питания может быть решена с помощью специализированной интегральной схемы импульсного преобразователя постоянного напряжения.

Примером такого преобразователя может служить интегральный преобразователь DCP. На вход этого преобразователя поступает постоянное напряжение, и на выходе тоже имеется постоянное напряжение, но другого уровня. При этом осуществляется полная гальваническая развязка между входом и выходом с помощью встроенного трансформатора.

Микросхема заключена в корпус DIP14, компактна и удобна в использовании. В данной работе будет использоваться микросхема (DCP022405P(на выходе 5В)). Выходная мощность микросхем составляет 2Вт.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ DC/DC серии DCP02 На входе имеются две емкости: керамический конденсатор для устранения кратковременных пиков тока, возникающих при переключениях транзисторов и электролитический - для поддержания входного напряжения постоянным при его медленных колебаниях. На выходе также имеются керамические конденсаторы, емкость которых будет рассчитана ниже. Схема подключения интегральных импульсного преобразователя: Конденсатор на входе преобразователя имеет емкость 470мкФ. DA 1 Импульсный преобразователь DCP022405P Выходная мощность ................................................ 2Вт Выходное напряжение ............................................. 5В Входное напряжение ............................................... 24В DA 1 Импульсный преобразователь DCP022415 D P Выходная мощность ................................................ 2Вт Выходное напряжение ............................................. ± 15В Входное напряжение ............................................... 24В Конденсаторы: C1 К50 – 16 50В 470мкФ +50 -20% C2, C3 К50 – 16 50В 10мкФ +50 -20% C4 К50 – 16 50В 10мкФ +50 -20% 4. Конструирование контроллера Конструкция контроллера представляет собой плату печатную, вдвижную. Для выполнения основной печатной платы рекомендуется использовать двусторонний фольгированный стеклотекстолит марки ФТС2-35 ТУ 16-503.161-83. Двустороннее фольгирование выбрано из соображений уменьшения плотности расположения проводников и уменьшения размеров основной печатной платы устройства. Плату изготовить фотохимическим способом.

Дорожки на плате травление по «позитиву». Размеры печатной платы определяются в соответствии с ГОСТ 2.109-73. Для увеличения жесткости печатной платы монтировать на специальную рамку, отлитую с лицевой панелью из легкого алюминиевого сплава АЛ9. Толщина рамки и панели - 3 мм. Плата крепить к рамке при помощи стяжных винтов М3. На лицевой панели расположены отверстия под светодиоды, кнопка сброса.

Крепление кнопки сброса производится «под гайку» на передней панели.

Внешний разъем типа РШ2Н-2-16. Разъем - электрический соединитель для печатного монтажа, расположение штырьков линейное.

Предназначен для работы в электрических цепях постоянного и переменного тока с частотами до 3 МГц и цепях импульсного тока.

Рекомендуемый тип припоя – ПОС 60 ГОСТ 21930-76. Конструкция блока представляет из себя алюминиевое шасси, на котором закреплена печатная плата. Шасси блока одновременно является и направляющей при установке блока в основное (либо управляемое) устройство. На передней панели закреплены кнопка сброса и индикаторы. Плата соединена с кнопкой сброса гибкими проводами.

Разработка программного обеспечения При выборе микропроцессорной системы управления существенно уменьшается количество дискретных элементов. Что упрощает систему, и, следовательно, повышает ее надежность. С другой стороны отказ самого микропроцессора (само по себе это явление редкое, чаще сказываются ошибки проектирования) ведет к выходу абсолютно всей системы. В то же время появляется необходимость в управляющей программе.

Каждый тип микропроцессора обладает рядом только ему присущих особенностей: архитектурой, набором команд, функциональными возможностями и так далее. Все это было принято к сведению при написании программы для спроектированной системы управления.

Программа была написана на языке ассемблера для МК-51 с использованием системы отладки AVSIM 51. Далее приводится алгоритм работы программы, листинг программы и hex файл, представляющий собой образ ПЗУ предназначенный непосредственно для прошивки в микросхему.

оценка станка в Белгороде
независимая оценка транспортных средств в Москве
оценка самолета стоимость в Калуге