Элементы систем автоматики. Разработка автоматизированной системы

Параметр	Единица измерения	Значение
Коэффициент усиления напряжения		2000000
Напряжение смещения	мкВ	25
Максимальное выходное напряжение	В	6
Средний входной ток, не более	нА	3,5
Высота	мм	4,8
Длина выводов	мм	13,5
Напряжение питания	В	от 3,5 до 16
Диапазон рабочих температур	oС	от -45 до +100

                                  

           Рисунок 3.4 — Внешний вид операционного усилителя К544УД12АС

Схема неинвертирующего усилителя представлена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 —Схема с операционным усилителем

 

Зададим следующие значения сопротивлений:

Коэффициент усиления по напряжению примет значение

                             

                                   (3.1)

тогда

                                

                         (3.2)

                                                    (3.3)

Полученные значения не могут быть использованы в качестве цифровых сигналов, их требуется обработать с помощью устройства называемого  компаратором. Схема компаратора  на операционном усилителе представлена на рисунке 3.5. Выходное напряжение компаратора составляет

 

                     

 

              Рисунок 3.6 — Гистерезисный компаратор напряжения

 

Принимаем входное сопротивление  компаратора R7 = 5,1 кОм.

Определим напряжение смещения

 

                                                (3.4)

Определим коэффициент  передачи цепи положительной обратной связи (ПОС)

 

                                                     (3.5)

 

Определим сопротивление  цепи делителя

 

                                                  (3.6)

 

Принимаем R9 =6,4 кОм.

Определим сопротивление  ПОС

 

 

                                                           (3.7)

 

 

 

 

Принимаем R8 = 205 кОм.

                       (3.8)

Принимаем R10 = 28 кОм

Проверим полученные напряжения срабатывания и отпускания

 

                           (3.9)

                         (3.10)

 

Отклонения напряжения срабатывания и отпускания составляют менее 1%, следовательно, номиналы резисторов выбраны верно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

 

Выбор  источника  питания  осуществляем  исходя  из  суммарной потребляемой  мощности  элементов  схемы.  Составим  таблицу  основных потребителей мощности (таблица 4.1).

 

   Таблица 4.1 — Потребители мощности

Наименование элемента	Количество	Потребляемая мощность одним элементом, мВт	Суммарная мощность, мВт
Микросхемы серии К555	8	2	16
Операционный усилитель K140УД1Б	1	60	60
Операционный усилитель  К544УД12АС	1	50	60
Операционный усилитель AD795	2	50	100
Оптический датчик BJ7M-TDT	2	500	500
Итого			786

 

В качестве источника  питания выбираем PS-05-1 со следующими характеристиками:

— номинальное выходное напряжение                              15 В;

— номинальная выходная мошность                                5 Вт;

— номинальное входное напряжение                                 от 100 до 264В;

— диапазон рабочих температур  от                                   -10 до +60^oC;

— габаритные размеры                                                         75x40х20 мм.

Надежный импульсный источник питания, обладающий малыми габаритами, минимальным числом внешних пассивных элементов обвязки, широким диапазоном питающих напряжений. В источник встроены комплектами защиты от короткого замыкания, перегрузки, перенапряжения и перегрева

Внешний вид источника  питания представлен на рисунке 4.1.

 

Рисунок 4.1 — Внешний вид источника питания PS-05-1

 

 

Рисунок 4.2 – Габаритные размеры источника питания

 

Разъем CN1 выходной разъем вывод 1 — +15 В, вывод 2 — О В.

Разъем CN2 входной разъем вывод 1 — «земля», вывод 2 — ~220 В («нейтраль») и вывод 3-220 В («линия»).

При переключениях логических элементов в цепях питания создаются кратковременные импульсные токи, в результате элементы становятся источниками помех для соседних логических элементов. Поэтому для исключения подобного явления устанавливают фильтрующие конденсаторы имеющие малое сопротивление для высокочастотных сигналов. Конденсаторы должны располагаться на плате как можно ближе к ИМС, число конденсаторов определяется числом ИМС.

Выбираем конденсаторы типа TZ03Z050F169 номинальной емкостью 5 пФ, с рабочим напряжением 50 В в количестве 8 штук. 

Для получения постоянного  источника питания на 5 В используем схему со стабилизатором напряжения L7805CV (рисунок 4.3) имеющим следующие характеристики:

Номинальный выходной ток                                                                1,5 А

Максимальное входное  напряжение                                                 40 В

Выходное напряжение                                                                     5 В

            

Рисунок 4.3 — Схема стабилизатора напряжения

 

 

 

5 ВЫБОР УСТРОЙСТВА СОГЛАСОВАНИЯ

 

Устройство согласования должно обеспечивать включение и  выключение мощной нагрузки от маломощного  источника сигнала.

Согласно представленного  задания мощность нагрузки составляет 0,25 кВт, питание осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220 В, тогда ток рабочего органа равен 1,8 А.

Выходная логическая схема серии К555 имеет выходное напряжение уровня логической единицы  равное 4,5 В и ток 0,4 мА максимум 20 мА.

Исходя из этих условий, выбираем однофазный полупроводниковый контактор 2297138 ELR 1-24DC/600AC-20 со следующими техническими характеристиками:

— род тока выходной цепи                                                      переменный;

— род тока цепи управления                                                    постоянный;

— номинальный рабочий ток выходной цепи                                     20 А;

— диапазон рабочего напряжения выходной цепи                    42...660 В;               

— напряжение срабатывания для цепи управления                              4 В;

— напряжение отпускания для цепи управления                                 1 В;

— максимальное напряжение цепи управления                                  32 В;

— Предельная нагрузка                                                                    525 A²c.

Контактор содержит встроенный индикатор включения, поэтому дополнительной индикации предусмотренной структурной  схемой не требуется.

Внешний вид и габаритные размеры контактора представлены на рисунке 5.1.

               

 

        Рисунок 5.1 — Контактор 2297138 ELR 1-24DC/600AC-20

 

Принципиальная  схема  и  схема  подключения  устройства  автоматизации представлены  в  графической  части  работы  140610.705.36.08 Э3   и 140610.12.705.36.08 Э5    соответственно.

Перечни  элементов  представлены  на  листах  140610.12.705.36.08 ПЭ3 и 140610.12.705.36.08 ПЭ5  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ  ПЛАТЫ

 

На этапе разработки печатной платы были согласованы  габаритные размеры платы габаритными  размерами выбранного источника питания, то есть ширина разрабатываемой платы равна длине платы источника питания 75 мм, расстояния между крепежными отверстиями тоже согласовано аналогично.

Корпуса интегральных микросхем DDI — DD7 типа DIP 14, DAI типа DIPS.

Расстояние между контактными  площадками для резисторов определяется их габаритными размерами, в данном случае принимаем равным 10 мм. Расстояние между контактными площадками для  конденсаторов соответствует рисунку 4.2.

Разъем CENR-10F представлен на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 — Разъем CENR-10F

 

Разъем PWL-2 представлен на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 — Разъем PWL-2

 

Габаритные размеры  разъемов определяются числом контактов.

Разработка печатной платы выполнена в системе  автоматизированного проектирования (САПР) Proteus.

Расположение элементов  на печатной плате представлено на чертеже 140610.12.705.36.08 Э7 (приложение Ж). Печатная плата представлена и графической части курсовой работы на чертеже 140610.12.705.36.08 ВО (приложение 3).

 

 

 

 

 

    7 РАЗРАБОТКА КОРПУСА УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

В корпусе устройства должны размещаться печатная плата  устройства автоматизации и блок питания, установленные на цилиндрических стойках высотой 10 мм. Максимальная высота элементов блока питания  согласно представленному рисунку 4.1 составляет 20 мм. Высота корпуса должна составлять 40 мм. Ширина внутреннего пространства корпуса и его длина определяется габаритами печатных плат устройства и блока питания, и составляют 80 и 160 мм соответственно.

Рассматривая номенклатуру существующих корпусов устройств выпускаемых различными фирмами можно найти подходящий по габаритным размерам корпус, но установочные размеры крепежных элементов не соответствуют установочным размерам печатных плат, так как рассчитаны на установку одной единственной платы. Следовательно, будут требовать доработки.

Воспользуемся существующей базой типоразмеров корпусов и создадим собственный, таким образом, чтобы  имелась возможность взять стандартный  корпус и доработать его или изготовить собственный по представленным чертежам.

Корпус устройства с  габаритными, установочными и присоединительными размерами представлен на чертеже 140610.12.705.36.08

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Разработанное устройство автоматизации на основе интегральных микросхем 555 серии ТТЛ является работоспособным и пригодным к эксплуатации. Выбраны оптимальные размеры устройства, его технические характеристики подходят для применения на производстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Терентьев О.В., Элементы  систем автоматики. Учебное пособие к курсовой работе. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. – 36с.

2. Опадчий  Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая  и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под ред.  О.П. Глудкина. – М.: Телеком, 2003. 768 с.

3. www.chipdip.ru.

           4. Микросхемы серии ТТЛ. - http://lib.qrz.ru/book/export/html/5105.

5. Каталог электронных  компонентов. - http://www.imek.su/.