Элементы систем автоматики. Разработка автоматизированной системы

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ                                        4      1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА                      5                   2 РАЗРАБОТКА ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ВЫБОР             СЕРИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ                                                      6 3 ВЫБОР ДАТЧИКОВ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ                     8               3.1 Выбор  оптического датчика                                                            8                      3.2 Выбор  датчиков положения                                                            9                       3.3 Выбор  термодатчика                                                                     10             4 ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ                                                           15           5 ВЫБОР УСТРОЙСТВА СОГЛАСОВАНИЯ                               17    6 РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ                                19   7 РАЗРАБОТКА КОРПУСА  УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ             20   ЗАКЛЮЧЕНИЕ                            21 БИБЛИОГАФИЧЕСКИЙ СПИСОК                        22              ПРИЛОЖЕНИЕ А                                                                                         23
					140610.12.705.36.08 ПЗ
					Разработка устройства автоматизации. Пояснительная записка	Литера			Масса		Масштаб
Изм	Лист	№ докум	Подпись	Дата
Разраб.		Тарасов Т.А.
Пров.		Терентьев О.В.
Т.контр						Лист  3				Листов  23
						Филиал ЮРГУ в г. Златоусте кафедра ЭАПП группа ЗЛМС-414
Н.контр
Утв.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Широкое применение интегральных микросхем в цифровой электронике  в наше время открывает безграничные возможности для реализации всевозможных технических решений.

В данной курсовой работе необходимо разработать устройство автоматизации, управляющее двигателем постоянного тока. Для выполнения поставленной задачи составляется структурная логическая схема, выбираются различные датчики, такие как оптические, термодатчики и датчики управления. После этого разрабатывается печатная плата устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

 

Устройство автоматизации  производит управлений работой нагревательного  элемента печи. Датчики BI и В5 оптические датчики контролирующие положение заготовок в начальной и конечной позиции на конвейере. Датчики В2 и В4 - конечные выключатели, контролирующие закрытие   заслонок   печи.   Датчик   ВЗ термодатчик,   контролирующий

температуру в печи на выходе заготовок. Включение асинхронного двигателя М2 должно сопровождаться включением элемента сигнализации HL.

На основании схемы  расположения элементов управления и датчиков представленной на рисунке 1.1, составим структурную схему устройства представленную в графической части работы 140610.12.705.36.08 Э1 (приложение Б).

 

 

Рисунок 1.1 — Расположение датчиков устройства автоматизации

 

 

 

 

 

2 РАЗРАБОТКА ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ВЫБОР СЕРИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

 

В соответствии с таблицей истинности работы цифрового устройства представленной в приложении А, составляем карту Карно для минимизации логической функции (рисунок 2.1).

	1		1
1			1
	1	1
	1	1
1			1
		1	0
	1	1
	1	1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 — Карта Карно

 

Согласно рисунку 2.1 записываем минимизированную логическую функцию

                                               (2.1)

Для упрощения схемы  логического устройства приведем функцию  к базису И-НЕ.

                                                        (2.2)

Для выбора серии интегральных микросхем (ИМС) воспользуемся табличными данными основных характеристик различных серий представленных в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Основные параметры ИМС различных серий

Наименование параметра	Наименование серии
	133/155	533/555	530/531	1533	1530
Выходной ток лог. 1 (макс.), мА	0,8	0,4	1	2,6	2
Выходной ток лог. 0 (макс), мА	16	8	20	24	20
Входной ток лог. 0 (макс), мА	1,6	0,4	2	0,1	0,5
Входной ток лог. 1 (макс), мкА	40	20	50	20	20

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы 2.1

Выходное напряжение	лог. 0 (I=Iмакс), В	<0,4	<0,4	<0,5	<0,4	<0,5
	лог. 1 (I=Iмакс), В	>2,4	>2,7	>2,7	>2,4	>2,4
Выходной ток короткого  замыкания, мА		18-57	20-100	40-100	30-112	30-112

 

Анализируя представленную таблицу с основными характеристиками различных серий, выбираем серию 555 обладающую минимальной потребляемой мощностью во всех режимах работы, более высоким быстродействием и достаточно высокими нагрузочными способностями.

В соответствии с логическим выражением (2.2) составляем схему логического  устройства, представленную на рисунке 2.2.

 

                                 Рисунок 2.2 — Схема логического  устройства

В качестве ИМС выбраны  следующие типы: DD1, DD3, DD4-K555ЛА1, DD2, DD5-К555ЛА2, DD6-К555ЛН1

 

 

 

3 ВЫБОР ДАТЧИКОВ УСТРОЙСТВА  АВТОМАТИЗАЦИИ

 

В качестве датчиков B1 и B5 выбираем оптический датчик BJ7M-TDT     (рисунок 3.1).

                                         

                                        Рисунок 3.1 — Датчик BJ7M-TDT

 

Характеристики датчика  представлены в таблице 3.1

 

Таблица 3.1 – Характеристики датчика BJ7M-TDT

Параметр	Характеристика
Модель	BJ7M-TDT
Тип	Диффузионный NPN
Рабочее расстояние	700 мм
Объект регистрации	Прозрачный, полупрозрачный, непрозрачный материал
Гистерезис	Максимум 20% от номинально установленного расстояния
Время отклика	Не более 1 мс
Напряжение питания	от 12 до 24 В
Потребляемый ток	Максимум 30 мА
Источник света	Инфракрасный светодиод LED (850 нм модулированный)
Чувствительная настройка	Настройка VR
Индикация режима работы	Включается на свет (Включение  на прерывание света - по выбору)
Выход	Выход NPN открытый коллектор    '
Защита цепи	Защита от неправильной полярности, защита от КЗ
Приемник	Фото диод (встроенный IC)
Индикация	Светодиод LED
Внешнее освещение	Солнечный свет: 10,000lx, лампа накаливания: 3,000lx.
Защита	IP50 (IEC стандартный)

 

Сигнал направленный от датчика к цифровым узлам обработаем с 

помощью компаратора  на операционном усилителе AD795 (рисунок 3.2) со следующими характеристиками

— напряжение питания                                                         от 4 до 15 В;

— выходной ток                                                                    10 мА;

— выходное напряжение                                                      3 В.

Рисунок 3.2 — Компаратор на операционном усилителе AD795

 

Номиналы резисторов выбираем порядка 36 кОм.

 

3.2 Выбор датчиков положения

 

В качестве датчиков B2 и B4 выбираем выключатель концевой БКВ-1. Блок предназначен для дистанционного управления электроприводами машин и механизмов в передвижных и стационарных установках, а также для сигнализации, связанной с названными электроприводами, либо другими электротехническими устройствами, для внутреннего рынка и для поставки на экспорт. Возможность использования в качестве концевого выключателя, например в оболочках. Характеристики выключателя представлены в таблице 3.2

Таблица 3.2 – Выключатель концевой БКВ-1

Параметр	Характеристика
Ток нагрузки	До 16 А
Конструкция корпуса	состоят из корпуса, в  котором собрано коммутационное устройство.
Диаметр корпуса	57 мм
Операция выполняемая выключателем	Включение
Наличие схемы защиты от замыкания в нагрузке	ExdeIU/ExdeIICU

 

 

Любой механический контакт (в кнопках, тумблерах, переключателях и т.д.) не замыкается и не размыкается  сразу, мгновенно. Замыкание и размыкание сопровождается несколькими быстрыми замыканиями и размыканиями, приводящими к появлению паразитных коротких импульсов, которые могут нарушить работу дальнейшей цифровой схемы. Для того чтобы устранить явление дребезга контактов сигнал с выхода выключателя необходимо пропустить через формирователь сигнала без дребезга, принципиальная схема которого представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.3 — Формирователь  сигнала без дребезга

 

Номиналы резисторов в схему формирователя сигнала без дребезга выбираем порядка 1 кОм с номинальной мощностью 0,125 Вт.

 

3.3 Выбор термодатчика

 

Для осуществление контроля за температурой используем термоэлектрический преобразователь ТЖК.

Согласно заданию необходимо обеспечить срабатывание цифрового устройства при граничных температурах 390°С и 410°С. Определим напряжение срабатывания и отпускания по рисунку 3.3, тогда

      Рисунок  3.3 — Термо-ЭДС термопары железо-константан

 

Для усиления сигнала термопары используем прецизионный операционный усилитель К544УД12АС (рисунок 3.4). Характеристики усилителя представлены в таблице 3.3

 

Таблица 3.3 — Параметры операционного усилителя К544УД12АС