Курсовая работа Схемотехника узлов автоматики. КР_СУА_Кишкинёв М.А. ИТ-391. Разработать цикловую систему управления для 5 исполнительных устройств
 Скачать 161.11 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУ ВО ЛНР "ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ" Кафедра "Автоматизация и компьютерно-интегрированные технологии" Курсовая работа по дисциплине «Схемотехника узлов автоматики» Тема: «Разработать цикловую систему управления для 5 исполнительных устройств» Студента: Кишкинёв Максим Артёмович _________________ подпись Группа: ИТ-391 Руководитель работы: канд. техн. наук Воронов А.Э. _________________ подпись Защищено с оценкой _________________ 2022 ОглавлениеЗадание 3 Введение 4 Задача данного курсовой работы, состоит в том, что бы разработать электронную схему цикловой системы управления для 5 исполнительных устройств (гидроцилиндров). Система управления по сигналу концевого датчика должна обеспечивать определенную последовательность срабатывания устройств. 6 Алгоритм работы системы 7 Описание элементной базы 8 Принцип работы схемы 12 Расчет силовых ключей и выбор элементов 14 Заключение 17 Список использованной литературы 18 Задание Разработать цикловую систему управления для 5 исполнительных устройств (гидроцилиндр, пневмоцилиндр, электродвигатель и т.д.). Система управления должна обеспечивать определенную последовательность срабатывания устройств (табл.1). Для синтеза системы необходимо расставить датчики обратной связи, разработать логическую схему работы, рассчитать усилители управляющих сигналов. Исходные данные для разработки цикловой системы управления:
Таблица 1 Исходные данные для проектирования усилителей управляющих сигналов
Таблица 2 Введение Электроника – отрасль науки о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о способах формирования электрических приборов и устройств, в которых данная связь применяется с главной целью преобразования электромагнитной энергии, для передачи, обрабатывания и сохранения данных. Представляет основную значимость в научно-промышленной революции. Введение электрических устройств в разные области человеческой работы в существенной мере (нередко главной) содействует эффективной исследованию труднейших научно-технических задач, увеличению производительности физиологического и интеллектуального труда, улучшению финансовых характеристик изготовления. В основе достижений электроники формируется индустрия издающая электрическую технику с целью разных типов взаимосвязи, автоматики, телевидения, радиолокации, вычислительной техники, систем управления научно-техническими процессами, приборостроения, а кроме этого аппаратуру светотехники, инфракрасной и др. Современный период формирования технической характеризуется всегда вырастающим проникновении электроники во все области существования и работы людей. Согласно сведениям статистики вплоть до 80% с размера целой индустрии захватывает электроника. Свершения в сферы электроники содействуют удачному постановлению труднейших научно–технических задач. Увеличению производительности академических анализов, формированию новых типов автомобилей и оснащения. Исследованию результативных технологий и конструкций управления: получению вещества с неповторимыми качествами, совершенствованию действий созыва и обрабатывания данных. Включая обширный область научно–технических и производственных задач, электроника основывается в свершения в разных сферах познаний. Рядом данном с одной края микроэлектроника определяет проблемы пред иными науками и созданием, подстегивая их последующее формирование, и с другой стороны обеспечивает их высококачественно новыми промышленными средствами и способами изучения. В настоящее время наиболее распространены полупроводниковые приборы. Часть электроники, которая занимается вопросами применения различных приборов, называется промышленной электроникой. Она разделяется на два направления: 1.Информационная электроника – занимается вопросами управления различными процессами. К устройствам информационной электроники относятся: аналоговые усилители и преобразователи сигналов, генераторы сигналов, оптоэлектронные устройства, логические элементы, цифровые устройства, микропроцессорные системы. Они предназначены для измерения, обработки, передачи, хранения и отображения информации. 2.Энергетическая (силовая) электроника – занимается преобразованием параметров электроэнергии. К устройствам энергетической электроники относятся: выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения. Начало развития электроники можно отнести к началу 20 века, когда в 1904 г. англичанин Д.Флеминг создал первую электронную лампу (диод). В 1906 г. американец Л.Форест, введя в диод управляющий электрод, получил триод, способный усиливать и генерировать электрические колебания. В России первую электронную лампу создал в 1914 г. Н.Д.Папалекси. В 30-х годах началось активное изучение полупроводниковых материалов с целью их использования в электронике. Большой вклад в решение этой проблемы внесли теоретические работы советских физиков, возглавляемых академиком А.Ф.Иоффе. В 1948 г. американскими учеными был изобретен первый полупроводниковый усилительный прибор – биполярный транзистор. Аналогичные приборы несколько позже разработали советские ученые А.В.Красилов и С.Г. Мадоян. Обладая существенными преимуществами по сравнению с электронными лампами, транзисторы обусловили бурное развитие полупроводниковой электроники. Применение транзисторов в сочетании с печатным монтажом позволило получить малогабаритные электронные устройства с относительно малым потреблением электроэнергии. В 1957 г. фирмой General Electric был создан тиристор. В 1958 г. появился первый полевой транзистор. Начиная с 70-х годов всё большая часть электронной аппаратуры стала производиться на интегральных микросхемах. Современный этап развития электроники характеризуется широким использованием компонентов микроэлектроники, включая большие интегральные схемы. Дальнейший скачок в развитии электроники, начиная с 70-х годов, стал возможен с появлением интегральных микроэлектроных схем. Современный этап развития электроники характеризуется широким использованием компонентов микроэлектроники, включая большие интегральные схемы. После появления интегральных микросхем инженеры и физики направили свои усилия на разработку усовершенствованных технологических процессов, позволяющих осуществлять более компактное размещение элементов на одном кристалле. Интегральные микросхемы в настоящее время являются одним из самых массовых изделий современной микроэлектроники. Применение микросхем облегчает расчет и проектирование функциональных узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, ускоряет процесс создания принципиально новых аппаратов и внедрения их в серийное производство. Задача данного курсовой работы, состоит в том, что бы разработать электронную схему цикловой системы управления для 5 исполнительных устройств (гидроцилиндров). Система управления по сигналу концевого датчика должна обеспечивать определенную последовательность срабатывания устройств. Алгоритм работы системы Последовательность срабатывания исполнительных устройств: Прямой ход – (2,3),1,(5,4); Обратный ход – 5,(3,4,1),2; Блок-схема алгоритма работы показана на рисунке 1.  Рис.1 Описание алгоритма: Прежде всего, после включения системы, проводиться проверка датчиков начального положения, на наличие на них логического 0 (датчики замкнуты), если на одном из датчиков обнаружена логическая 1, система блокируется, и снова делает опрос всех датчиков, проверяя их. Далее в прямом направлении начинают движение последовательно первый и второй гидроцилиндры, а затем одновременно третий, четвертый и пятый гидроцилиндры. После этого в обратном направлении движутся одновременно первый, второй и третий гидроцилиндры, затем также одновременно четвёртый и пятый. После этого процесс повторяется заново, то есть циклически. При этом гидроцилиндры начинают двигаться только после того, как пройдёт весь путь предыдущий гидроцилиндр. Всеми гидроцилиндрами управляют электромагниты: по одному электромагниту на каждый, при этом если электромагнит включен, то гидроцилиндр движется к конечному положению и остается в нём. Если электромагнит выключен, то гидроцилиндр возвращается в начальное положение. Включение и отключение электромагнитов осуществляется с помощью концевых выключателей, которые подают сигналы при достижении гидроцилиндром начального или конечного положения. Каждый гидроцилиндр имеет датчик начального и конечного положения. Описание элементной базы В данном курсовом проекте, для построения схемы, использовались следующие элементы: элемент логики НЕ, триггеры, транзисторы, резисторы, конденсаторы, диоды. - Элемент НЕ (инвертор): Логический элемент НЕ осуществляет инвертирование входного сигнала. Он так же может выступать в качестве буфера. Условное обозначение представлено на рисунке 2.  Рис.2 Таблица истинности для элемента НЕ:
Таблица 3 - Элемент триггер: RS-триггер, или SR-триггер — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы. При подаче единицы на вход S (от англ. Set — установить) выходное состояние становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset — сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю. Состояние, при котором на оба входа R и S одновременно поданы логические единицы, в простейших реализациях является запрещённым (так как вводит схему в режим генерации), в более сложных реализациях RS-триггер переходит в третье состояние QQ=00. Одновременное снятие двух "1" практически невозможно. Условное обозначение RS - триггера представлено на рисунке 3.  Рис.3 Таблица истинности для RS – триггера:
Таблица 4 - Элемент резистор: Резистор (от англ. resistor— сопротивляюсь) — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома для участка цепи: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току, проходящему через него. Условное обозначение резистора представлено на рисунке 4.  Рис. 4 - Элемент конденсатор: Конденсатор (от лат. Condensare — "уплотнять", "сгущать") — двухполюсник, с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью. Устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Условное обозначение конденсатора представлено на рисунке 5.  Рис. 5 - Элемент диод: Диод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Условное обозначение диода представлено на рисунке 6.  Рис. 6 - Элемент транзистор: Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный. В биполярном транзисторе используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки. Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь P-n-перехода. Кроме того, для работы транзистора необходима малая толщина базы. Условное обозначение биполярного транзистора представлено на рисунке 7.  Рис. 7 - Элемент ключ: Ключ (переключатель, выключатель) — электрический коммутационный аппарат, служащий для замыкания и размыкания электрической цепи. Условное обозначение ключа представлено на рисунке 8.  Рис.8 Принцип работы схемы Схема включается нажатием на кнопку "Пуск", которая запускает САУ. При включении выполняется проверка концевых датчиков начального положения, на наличия на них логического нуля (активное состояние датчиков). При наличии на них сигнала 0 схема запускается. После нажатия кнопка "Пуск" включает триггер G2 и G3 который в свою очередь включает второй и третий гидроцилиндр. После того как они пройдут свой путь, замыкается датчик G1, подающий сигнал на триггер G1, который приводит в действие 1 гидроцилиндр. Когда устройство закончит свой путь, замыкается датчик G1, подающий сигнал на S – входы триггеров G5, G4 которые запускают пятый и четвертый гидроцилиндры одновременно. Подача логического нуля или 1 на датчики Gi, Bi осуществляется возвратным триггером. Этот триггер используется для устранения запрещенного состояния RS триггеров при переключении с прямого хода механизмов на обратный ход. После этого пятый и четвёртый гидроцилиндры перейдут в конечное положение, поочерёдно замыкаются датчики G3, G4, G5 и включается обратный ход. От датчика К5 идет сигнал на возвратный триггер. Далее благодаря логическому элементу НЕ (инвертор) сигнал меняется на противоположный и подавая его на R – вход триггера B5 выключает пятый гидроцилиндр. Далее инвертированный сигнал подается на последовательно соединенные датчики начального положения B1, B2, B3 и датчик B3 отключает триггеры B3., B4., B1., выключая третий, четвёртый и первый гидроцилиндры. Затем активируется датчик B4 отключает триггер B2, выключая второй гидроцилиндр. Когда все гидроцилиндры вернуться в исходное положение и последний датчик B5 посылает логический ноль на возвратный триггер, цикл повторяется. Для отключения схемы необходимо отжать кнопку "Пуск", система пройдет полный цикл и остановиться. Расчет силовых ключей и выбор элементов В качестве исходных данных для расчета силового ключа имеются значения напряжения и тока срабатывания электромагнитов:   Расчет сводится к выбору предельных параметров, предъявляемых к транзистору:  С учетом коэффициента надежности  =1.5 получим следующие уравнения:    По полученным данным, ввёл их в интернет-справочнике и получил на выбор несколько биполярных транзисторов. Выбрал именно этот 2SD1113, т. к. подходит по параметрам. Его параметры:      В момент переключения транзистора из закрытого состояния в открытое, и наоборот, на нем выделяется большая мощность в виде тепла. С целью защиты кристалла транзистора от перегрева, на последний устанавливают охлаждающий радиатор. Значение резистора R1 определяется по формуле:  (1)У резистора есть довольно важный параметр, который целиком и полностью влияет на надёжность его работы. Этот параметр называется мощностью рассеивания. Мощность, рассеиваемая этим резистором, составляет:  (2)Исходя из расчета, выбираем резистор мощностью  Вычислим R2 по формуле:  (3)Мощность, рассеиваемая этим резистором, составляет:  (4)Исходя из этого, выбираем резистор мощностью  .В качестве диода выбираем диод КД226В, имеющий следующие параметры:    Схема цикловой системы управления Заключение В ходе выполнения курсового проекта, я освоил навыки решения задач по разработке блоков логического и программного управления аналоговых и цифровых устройств, полученные при изучении курса "Схемотехника устройств автоматики". Была разработана система управления для 5 исполнительных устройств, которая обеспечивает определенную последовательность срабатывания этих устройств. Научился взаимодействовать с интернет-ресурсом по выбору нужного элемента по заданным параметрам. Получил навыки проектирования и расчёта электронных устройств технологического оборудования. Углубил и закрепил знания, приобретенные при изучении курса. Научился пользоваться научно-технической литературой, справочниками по радиоэлектронным элементам и интегральным микросхемам и другой документацией, необходимой при разработке электронных устройств. Разработанная схема достаточно надежна и оптимальна, но так как при ее разработке использовалась цифровая часть логических элементов, RS - триггеров - исключается возможность программирования, что само по себе не существенный недостаток, а даже наоборот существует возможность дальнейшей доработки и усовершенствования. Список использованной литературы "Справочник по цифровой схемотехнике" - В. И. Зубчук; "Карманный справочник по электронике" - М. Тули; "Основы электроники" - И. П. Жеребцов; Ресурс – "http://alltransistors.com/ru/" - Справочник транзисторов Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. – Изд. шестое. М. Мир, 2001. – 704с. ил.best.ru |