43540

Цифровой блок управления (ЦБУ) электроприводом для позиционирования транспортера в соответствии с заданным количеством кодовых импульсов датчика угла поворота электропривода

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчет формирователя импульсов Счетчик импульсов Расчет импульсного усилителя мощности Объект разработки Разработать цифровой блок управления ЦБУ электроприводом для позиционирования транспортера в соответствии с заданным количеством кодовых импульсов датчика угла поворота электропривода. ЦБУ должен содержать фотоэлектрический импульсный датчик формирователь импульсов счетчик импульсов с предустановкой командный триггер и импульсный усилитель мощности.

Русский

2013-11-06

168 KB

35 чел.

Содержание

[1] Объект разработки

[2] Исходные данные

[3] Функциональная схема

[3.1] Назначение элементов

[3.2] Принцип работы центрального блока управления (ЦБУ)

[4] Расчет блоков принципиальной схемы

[4.1] Расчет ФИД

[4.2] Расчет формирователя импульсов

[4.3] Счетчик импульсов

[4.4] КТ – командный триггер

[4.5] Расчет импульсного усилителя мощности


Объект разработки

Разработать цифровой блок управления ( ЦБУ ) электроприводом для позиционирования транспортера в соответствии с заданным количеством кодовых импульсов датчика угла поворота электропривода.

ЦБУ должен содержать фотоэлектрический импульсный датчик, формирователь импульсов, счетчик импульсов с предустановкой, командный триггер и импульсный усилитель мощности.

Исходные данные

Номер зачетной книжки 20001484

Элементная база : ТТЛ

Диапазон изменения угла поворота : =150+5n5=165 – 175 кодовых импульсов

Относительный световой ток фотодиода :   IC / IT = 5+n=9

Относительная амплитуда помехи :   IП / IC = 0,1

Номинальное напряжение электродвигателя :  UH =100-8n=68  В

Пусковой ток электродвигателя : IЭД = 1+n=5 А

Функциональная схема

Рисунок 1 – Функциональная схема

Назначение элементов

ФИД – фотоэлектрический импульсный датчик. Датчик представляет  собой  оптрон, преобразующий поток излучения светодиода в импульсы тока фотодиода за счет   периодического прерывания потока излучения вращающимся щелевым диском, установленным на валу привода. Ток фотодиода кроме световой составляющей   Iс, имеет темновую составляющую IТ и составляющую помехи Uп, возникающую на частоте вибрации.

ФИ – формирователь импульсов. Формирователь импульсов выполняется на основе   регенеративного компаратора, который повышает крутизну фронта импульсов датчика,   а также устраняет влияние помехи и темнового тока фотодиода на выходной сигнал.

СИ – счетчик импульсов. Счетчик обеспечивает  подсчет числа импульсов датчика,  сформированных компаратором, и выдает на командный триггер сигнал после поступления заданного числа импульсов. Для изменения этого кода,  соответствующего заданному углу поворота, необходимо в схеме   предусмотреть  специальный переключатель-задатчик.

КТ – командный триггер. Командный триггер формирует сигнал управления электроприводом по командам "ПУСК" и "СТОП", которые могут подаваться как   вручную  от соответствующих кнопок, так и от внешних устройств.

ИУМ – импульсный усилитель мощности. Импульсный усилитель мощности содержит силовой транзистор, обеспечивающий необходимый ток в якорной цепи электродвигателя при включении его от командного триггера.

Принцип работы центрального блока управления (ЦБУ)

Назначение ЦБУ осуществить точное позиционирование ленточного транспортера в соответствии с заданным значением угла поворота исполнительного вала привода, который устанавливается с помощью специального переключателя – задатчика. По команде «Пуск» поступающей от кнопки ручного управления (РУ) или внешнего управления (ВУ) командный триггер (КТ) переходит в состояние логической 1 и через импульсный усилитель мощности (ИУМ) включает электродвигатель (ЭД). Вращение исполнительного вала через редуктор (Р), служащий для понижения угловой скорости вала, передается на фотоэлектрический импульсный датчик (ФИД).

На выходе ФИД формируется импульсы напряжения, количество которых определяется углом поворота исполнительного вала, а частота зависит от скорости вращения вала. Эти импульсы нельзя напрямую подать на счетчик импульсов (СИ) так как у них очень пологий фронт, слабый сигнал, и они содержат помеху. Поэтому эти импульсы подаются на формирователь импульсов (ФИ) который делает их пригодными для подачи на счетчик импульсов. СИ считает импульсы с ФИ и сравнивает их с заданным числом импульсов, если они равны, то счетчик выдает сигнал логического 0, который сбрасывает КТ в 0. Также по команде «Стоп» поступающей от кнопки ручного управления (РУ) или внешнего управления (ВУ) командный триггер (КТ) переходит в состояние логического 0 и далее чрез ИУМ выключает ЭД.

Расчет блоков принципиальной схемы

Расчет ФИД

Рисунок 2 –схема ФИД

Схема ФИД содержит светодиод VD1 с балансным резистором R1, который задает номинальный ток VD1. Сигнал фотодиода VD2 выделяется на нагрузочном резисторе R2.

Выбор элементов

В качестве светодиода выбираем инфракрасный излучатель типа АЛ107Б, который имеет минимальные габариты и позволяет совместно с инфракрасным светофильтром исключить влияние фоновой засветки на выходной сигнал ФИД. Его параметры следующие:

МИН=940 нм , МАКС=965 нм, PE=9 мВт, IПР. МАКС=100 мА, UПР=1.86 В

Задаем номинальный ток из условия IПР. НОМ=(0.1-0.2) IПР. МАКС что дает возможность увеличить срок службы излучателя (светодиода) и в то же время достаточно для получения необходимого потока излучения.

IПР. НОМ=0.15 IПР. МАКС=0.15100=15 мА

Определяем сопротивлений R1 из условия что напряжение питание UП1=20 В

Берем R1 из ряда E24 и окончательно принимаем R1=1.2 кОм5% тип МЛТ-0.25

В качестве фотоприемника выбираем кремниевый фотодиод VD2 который имеет малый темновой ток  IТ и высокую термостабильность работы (по сравнению с Ge). Окончательно выбираем ФД-27К имеющий минимальные габариты. Его параметры следующие:

IТ =1-2 мкА,  UРАБ=20 В

При выборе R2 используем технические условия предприятия изготовителя. По ним R2=10-100 кОм. Берем R2=100 кОм5% тип МЛТ-0.25. Определяем полезный световой сигнал(UC), темновой сигнал(UT) и сигнал помехи(UП):

IC=(5+n)IT=91.5=13.5 мкА

UC= ICR2=13.510 -6100103=1.35 В

UT=ITR2=1.510 -6100103=0.15 В

Расчет формирователя импульсов

Рисунок 3 – схема формирователя импульсов

Формирователь импульсов строится на основе регенеративного компаратора. Статическая характеристика имеет гистерезис, который позволяет исключить влияние помехи, вызванной вибрацией кромки щели, и темнового тока на выходной сигнал ФИД. Статическая характеристика с отмеченными порогами переключения показана на рисунке 4. Делитель R3-R4 задает опорное напряжение (нижний порог переключения) UОПUH, резисторы R5-R6 задают верхний порог переключения UB, а диод VD3 вместе с резистором R6 создают положительную ОС, сигнал которой суммируется с опорным напряжением, что и дает гистерезис. Диод VD4 нужен для исключения отрицательного напряжения на выходе компаратора. Стабилитрон VD5 служит для стабилизации напряжения логической единицы (2.4-5В), резистор R7 задает ток стабилитрона, а резистор R8 служит для согласования входного сопротивления для ТТЛ.

Рисунок 4 – Статическая характеристика регенеративного компаратора 

Определим порог переключения компаратора:

Проверяем условие

Следовательно, пороги назначили правильно. Выбираем операционный усилитель типа К140УД7 (Зарубежные аналоги µ A741HC, µ A741PC) представляющий собой операционный усилитель средней точности с внутренней частотной коррекцией и защитой выхода от короткого замыкания, и имеющий малое напряжение смещения нуля  - UСМ=не более 9 мВ, малый входной ток IВХ= не более 400 нА и большой коэффициент усиления KU=не менее 30 000. Его параметры при Uп=12 В следующие:

UОУ.МАКС=10 В, UСМ= 9 мВ, IВХ= 400 нА, KU= 30 000

Определим сопротивление резисторов делителя R3-R4 по напряжению нижнего порога переключения UH. Задаем ток делителя R3-R4:   IД>>IВХ.ОУ.

IД=500 IВХ.ОУ=50040010 –9=200 мкА

UП1=12 В

Решая эту систему линейных уравнений относительно R3 и R4, получим:

Окончательно принимаем по ряду Е24 R4=1.8 кОм5% тип МЛТ-0.25 и

R3=56 кОм5% тип МЛТ-0.25.

В качестве стабилитрона VD5 возьмем кремниевый стабилитрон типа КС133А, имеющий следующие параметры:

UСТ.НОМ=3.3 В,  IСТ.МИН =3 мА

В качестве диодов VD3 и VD4 возьмем кремниевые маломощные импульсные диоды типа КД522А с прямым падением напряжения UПР0.6 В

R5-R6 задают верхний порог переключения компаратора:

Второе уравнение получим из условия что сопротивления по входам “+” и “–“ должны быть равны, если R4<<R5 то R4 не учитываем и получим:

Напряжения логической единицы на выходе компаратора равно напряжению стабилизации стабилитрона:

    

Принимаем R6=470 кОм5% тип МЛТ-0.25 и R5=130 кОм5% тип МЛТ-0.25.

Проверим ранее заданное условие R4<<R5:  R5/R4=130/1.8=72>50 следовательно условие согласования входных сопротивлений по входам компаратора выполняется.

Резистор R8=390 Ом5% тип МЛТ-0.25 берем из условия согласования ЛЭ ТТЛ с источником сигнала (не более 400 Ом).

Рассчитаем резистор R7 задающий ток стабилизации.

Окончательно принимаем R7=510 Ом5% тип МЛТ-0.25

Счетчик импульсов

Счетчик импульсов строим на основе делителя частоты с изменяемым коэффициентом деления Кд в соответствии с таблицей углов:

Таблица 1

2

10

10100101

165

10100110

166

10100111

167

10101000

168

10101001

169

10101010

170

10101011

171

10101100

172

10101101

173

10101110

174

10101111

175

Для построения делителя частоты используем типовой четырехразрядный реверсивный двоичный счетчик с входами предустановки. Для обеспечения восьмиразрядного КД используем два таких счетчика. В качестве типового счетчика возьмем ИС из серии универсального применения К155ИЕ7(Зарубежные аналоги SN74193N, SN74193J).

Рисунок 5 – Счетчик импульсов

Для построения делителя частоты используем режим обратного счета. На входы предустановки подается коэффициент деления одновременно с нулевым импульсом сигнала Пуск/Запись и счетчик, по мере подачи на него импульсов от регенеративного компаратора, отнимает от значения коэффициента деления по единице. Когда счетчик дойдет до нуля, на выходе «обратного переноса» (0) возникнет сигнал логического нуля, который и будет сигнализировать о нужном количестве импульсов.

Для изменения заданного значения Кд предусматриваем 4 переключателя - задатчика SA1..SA4, так как в таблице 1 меняются только четыре младших разряда. Схема счетчика приведена на рисунке 5. Переключатели показаны в положении соответствующему максимальному значению КД(17510 или 101011112). Так как для создания логических единиц на входах предустановки используется висячая единица.

КТ – командный триггер

Командный триггер строим по схеме асинхронного RS-триггера на логических элементах И-НЕ, которые управляются «нулями». Схема командного триггера представлена на рисунке 8.

Рисунок 6 – командный триггер

Как видно из рисунка 8 и рисунка 7, вместо логических элементов в схемах применены диоды. Данный выбор основан на том, что такой путь является наиболее дешевых и простым в исполнении. Цена одного диода – 81 коп. Всего применено диодов – 7 штук, что составляет 5 рублей 67 копеек. В отличие от диодов, одна микросхема стоит более 3-х рублей, а нам потребывалось бы две микросхемы, что конечно было бы дороже.

Расчет импульсного усилителя мощности

Импульсный усилитель мощности предназначен для увеличения тока и напряжения, подаваемого с командного триггера. Это просто необходимо, т.к. величина напряжения и тока, которая требуется для работы двигателя, достаточно велика и поэтому двигатель не может работать от выходного напряжения командного триггера. Схема импульсного усилителя мощности представлена на рисунке 5.

 Рисунок 5 – Схема импульсного усилителя мощности

В этой схеме :

Rб  – ограничивает ток базы VT1 и обеспечивает условие его насыщения.

VT1 – силовой транзистор. Согласует КТ с нагрузкой ( двигателем) по мощности ( по току )

VD12 – защитный (обратный ) диод, который исключает влияние противоЭДС индуктивной нагрузки на коллекторное напряжение VT1                   

                  

Выбираем VT1 из условий :

Проверка:

Выбираем  и проверяем транзистор КТ827А со следующими параметрами:

Диод VD12 выбираем по току и напряжению. Удовлетворяет диод КД202В.

Как видно параметры данного транзистора удовлетворяют необходимым. Данный транзистор является наиболее рациональным, т.к. он самый дешевый и простой, т.к. не требуется применять составной транзистор. На рисунке 6 представлен рисунок выбранного транзистора.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15506. Городельська унія 12.44 KB
  Городе́льська унія 1413 угода між польським королем Владиславом ІІ Ягайлом та великим князем литовським Вітовтом укладена 2 жовтня 1413 року у місті Городлі на річці Західний Буг. Рішення угоди заперечуючи положення Кревської унії 1385 р. підтверджували існування Вели...
15507. Громадівський рух 23.27 KB
  Наприкінці 50х років XIX ст. в умовах лібералізації царського режиму відбувається відродження українського національного руху. Одним з центрів відродження стала столиця Російської імперії Петербург де мешкало чимало українців і куди після відбуття покарань дозволили по
15508. Два собори в Бересті 1596 27.26 KB
  Бересте́йська у́нія пол. Unia brzeska англ. Union of Brześć біл. Берасьцейская унія рос. Брестская уния рішення Київської митрополії Руської православної церкви на території Речі Посполитої розірвати стосунки з Константинопольським патріархатом та об'єднатися з Апостольськ
15509. Держава Романовичів у 13-14 столітті 14.27 KB
  По смерті короля Данила Романовича ГалицькоВолинська держава незважаючи на деяку внутрішню децентралізацію в останній третині XIII ст. залишалася єдиною ще майже століття. З самого початку її формально очолював Василько Романович 1264 1269 котрого решта князів шанувала я
15510. Етапи становлення Київської Русі 13.37 KB
  В історії Київської держави можна виділити такі основні періоди: 1 882-972рр. від початку правління князя Олега до смерті князя Святослава період швидкого зростання Київської Русі За цей час було створено величезне господарське й політичне об'єднання. Князь Олег підк
15511. Создания территориальных условий, рационального использования и охраны земель при отводе земельного участка 36.39 KB
  Территориальное землеустройство это комплекс мероприятий по образованию новых упорядочивание и изменению существующих землевладений и землепользовании специальных фондов земель установлению границ и режим использования земель адмистративнотерритори
15512. Енеоліт на території України 13.19 KB
  Енеоліт на території України Наприкінці V на початку IV тис. до н.е. деякі племінні групи які жили на території України освоїли мідь усвідомивши її переваги перед традиційними матеріалами. Поява металевих виробів що мали сталі форми ознаменувала початок нової перехі
15513. Етапи входження України до Великого князівсьва Литовського 22.72 KB
  Приєднання українських земель до Великого князівства Литовського Перервана традиція літописання зумовила наявність білих плям в історії польськолитовської доби. Через це частина істориків період існування Великого князівства Литовського до Люблінської унії 1569 р.
15514. Проектирование структуры и содержания дистанционного курса «Использование аудиоинформации при создании цифровых образовательных ресурсов» 1.92 MB
  КУРСОВАЯ РАБОТА Проектирование структуры и содержания дистанционного курса Использование аудиоинформации при создании цифровых образовательных ресурсов Содержание Введение 1. Теоретические основы проектирования дистанционных курсо