43696

Таймер керування водяним насосом

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Розрахунок ЗІП повинен проводитись по встановленим нормам.1 Логічний розрахунок JKтригера. Необхідно виконати розрахунок jk тригера.2Конструктивний розрахунок таймеру керування водяним насосом 5.

Украинкский

2013-11-07

233.02 KB

5 чел.

Вступ

Автоматизація - один з напрямів науково-технічного прогресу, застосування саморегулівних технічних засобів, економіко-математичних методів і систем управління, звільняють людину від участі в процесах одержання, перетворення, передачі і використання енергії, матеріалів або інформації, істотно зменшують ступінь цієї участі або трудомісткість виконуваних операцій.

В даному дипромному проекті розглядається таймер керування водяним насосом, що використовуєтсья для крапельної поливки рослин в теплиці. Блок керування являє собою 2 таймера, один відповідає за стан "поливка", а інший за стан "очікування". Система поливки складається з масиву труб з ніпельними головками на кінцях, що підведені до коренів рослин. Коли насос працює, тиск в трубах збільшується і вода проходить через ніпельні головки. Коли ж насос зупиняється, тиск зменшується, і вода надходити перестає.

Такий метод  поливки збільшує продуктивність та зменшує кількість витраченої води. А автоматизований метод керування звільняє людину від необхідності постійного контролю поливки. Достатньо лиш один раз виставити необхідні параметри поливки і блок керування все зробить сам. При необхідності можна корегувати ці параметри.


1.Найменування  та область використання таймера керування водяним насосом.

Таймер керування водяним насосом використовується здебільшого в теплицях, для збільшення ефективності вирощування різних видів квітів. Проте блок можливо використовувати для поливки абсолютно різних рослин і в різних умовах.

  

 

 2.Підстави для розробки

  2.1 Призначення

Пристрій призначений для автоматизації поливки рослин крапельним методом в теплицях.

   2.2 Склад пристрою:

   - елементи логіки (DD1.1, DD1.2,  DD2.1, DD2.2, DD4.1-DD4.4);

   - генератор (DD3);

   - 4-разрядный реверсивний двійково/десятковий лічильник (DD5-DD8);

   - дешифратор перетворювач двійково/десяткового коду в код семисегментного індикатора(DD9-DD12);

   - діод (VD1-VD7);

   - конденсатор (C1-C9);

   - резистор (R1-R32);

   - вимикач кнопковий (SB1-SB2);

   - декадний перемикач (SA1-SA4);

   - семисегментний індикатор (HG1-HG2);

   - світлодіоди HL1-HL2.

 2.3 Технічні вимоги:

 2.3.1Загальні:

  - час роботи пристрою - цілодобово;

  - електрична міцність повинна відповідати ТУ на схему;

  - пристрій повинен працювати в нормальних умовах

(Т=5-40С,вологість=75%,Р=730- 780 мм.рт.ст.);

  - транспортування тільки в належній упаковці.

      

2.3.2 Власні вимоги:

      - живлення пристрою = 9В;

    2.4 Вимоги по надійності:

- розрахована надійність не повинна бути меншою від вимог замовника;

- строки виконання розрахунку надійності повинні бути вказані лабораторією  надійності;

-  місце випробування пристрою на надійність повинні проводитися в       спеціальних лабораторіях;

   - час відновлення роботоздатності не більше 30хв;

    - міри підвищення надійності виконуються за рахунок резервування.

    2.5 Конструктивні вимоги:

    - мінімальна номенклатура мікросхем;

    - максимальна уніфікація елементів схеми;

    - доступність до елементів керування і регулювання ;

    - мінімальна кількість органів управління;

    - конструкція повинна мати високу технологічність;

    - мінімальна кількість органів контролю;

    - максимально використовуються стандартизовані та нормалізовані деталі;

- пристрій повинен бути виконаний на одній платі розміром не більше

120 x 90 мм;

 - мінімальна номенклатура деталей, які кріплять в вузол.

3Вибір та опис електричних схем

3.1Опис схеми електричної принципової(Е3)   

При включенні живлення імпульс, сформований ланцюгом R8С1, встановлює тригер на елементах DD1.2, DD1.3 в стан, при якому на виході DD1.3 буде лог. 0, а на виході DD1.2 - лог. 1. При цьому тригер на елементах DD4.1, DD4.2 рівнем лог. 0, що надходить через діод VD2, буде встановлений у стан, в якому лог. 1 з одного його виходу відкриє елемент DD4.3 для проходження імпульсів тактового генератора, зібраного на мікросхемі DD3. Лог. 0 з іншого виходу заблокує елемент DD4.4.

У цьому стані рівень лог. 1 з виходу елемента DD1.2 забороняє роботу лічильників мікросхеми DD3 і, поступаючи через діоди VD5 і VD7 на лічильники DD5-DD8, переводить їх у режим передустановки. Індикатори HG1, HG2, підключені через перетворювачі коду DD9-DD12 до виходів лічильників, відображають їх стан відповідно в розглянутому випадку положенню декадних перемикачів SA1-SA4. Обмотка реле К1 знеструмлена, так як на виході елемента DD1.1 лог. 0 (завдяки лог. 1 на його вході 13). Світлодіоди HL1 і HL2 вимкнені.

За допомогою перемикачів SA1 і SA2 задають у хвилинах тривалість інтервалу, протягом якого контакти реле К1 будуть замкнуті і водяний насос включений. За допомогою перемикачів SA3, SA4 - тривалість паузи.

Запускають у роботу таймер натисканням на кнопку SB1. Тригер на елементах DD1.2, DD1.3 змінює стан на протилежний, дозволяючи роботу лічильників мікросхеми DD3. Про те, що вони працюють, свідчить мигання з частотою 1 Гц світлодіода HL1. Так як на всіх входах елемента DD1.1 тепер встановлено лог. 0, на його виході - лог. 1. Транзистор VT1 відкрито, реле спрацьовує, включаючи насос. Увімкнено і світлодіод HL2.

Через відкритий елемент DD4.3 на лічильник DD5DD6 надходять хвилинні імпульси з виведення 10 мікросхеми DD3. Кожен з них зменшує вміст лічильника на одиницю. Коли воно стане нульовим, лог. 0 з виходу переносу (вив. 7 мікросхеми DD6) перемкне тригер на елементах DD4.1, DD4.2 в протилежне стан. У результаті елемент DD4.4 буде відкритий, a DD4.3 - закритий і рахунок часу продовжить лічильник DD7DD8.

На виводи 11 і 12 елемента DD1.1 надійде рівень лог. 1, і реле К1 розімкнеться ланцюг живлення насоса. Світлодіод HL2 згасне, сигналізуючи  паузу в роботі насоса. Рівень лог. 1 буде поданий через діод VD6 і на входи дозволу передустановки мікросхем DD5 і DD6. У лічильник знову буде записано число, відповідне положення перемикачів SA1, SA2.

Коли вміст лічильника DD7DD8 у свою чергу зменшиться до нуля, імпульсом, що надійшли через діод VD1 з виведення 7 мікросхеми DD8, тригер DD4.1, DD4.2 буде повернений до свого попереднього стану. Насос і світлодіод HL2 будуть включені, лічильник DD5DD6 почне відлік часу роботи насоса, a DD7DD8 перейде в стан, заданий перемикачами SA3, SA4. Таким чином, витримка встановлених інтервалів буде повторюватися циклічно, поки таймер не зупинять натисканням на кнопку.

Конденсатори СЗ, С4, С6 служать для зменшення перешкод і виключення випадкових спрацьовувань тригерів.

Положення перемикачів SA1 - SA4 можна змінювати і під час роботи таймера. При цьому стан зупиненого в даний момент лічильника змінюється негайно. Інтервал, відлік якого не закінчено, буде витриманий до кінця незалежно від маніпуляцій з перемикачами, і лише після цього нове значення буде прийнято.

Відлік інтервалів можна вести не у хвилинах, а в секундах. Для цього потрібно, відключивши висновки 1 і 13 мікросхеми DD4 від виведення 10 мікросхеми DD3, з'єднати їх з її висновком 4, тобто подати на входи лічильників DD5-DD8 секундні імпульси замість хвилинних. Максимальна тривалість кожного інтервалу складе 99 с. Припустимо подати, наприклад, на лічильник DD5DD6 секундні, а на DD7DD8 - хвилинною імпульси. У результаті можна буде задати тривалість роботи насоса від 1 до 99 с, а тривалість паузи між його включеннями - від 1 до 99 хв.

Пристрій збирають на двосторонній друкованої плати .На ній розташовані всі елементи, за винятком кнопок, перемикачів, реле та діода VD3, припаяної безпосередньо до виводів обмотки реле.

Конденсатори С8 (будь-який малогабаритний) і С9 (оксидний К50-35 або імпортний) припаяні до встановлених на платі шинам "+" і "-". Уніфіковані шини можна замінити відрізками дроту, прокладеними між відповідними контактними майданчиками.

Пронумеровані контактні майданчики поблизу мікросхем DD5-DD9 призначені для підключення декадних перемикачів ПП10 або їм подібних. Номери майданчиків збігаються з номерами проводів джгута на схемі. Виводи перемикачів підключають до ланцюга +9 В.

Транзистор КТ972А замінюють на КТ972Б або 2SD1111. У крайньому випадку замість нього встановлюють два транзистора (серій КТ315 і КТ815), з'єднаних за схемою складеного транзистору.

Імпортні здвоєні семисигментні індикатори які світяться зеленим кольором  BD-A542RD можна замінити іншими світлодіодними із загальним анодом, які можуть мати два або чотири індткатори. Проте при заміні може знадобитися коректування друкованої плати. Підійдуть навіть світлодіодні індикатори із загальним катодом, якщо з'єднати виводи 6 перетворювачів коду DD9-DD12 і не підключені до індикаторів висновки резисторів R29-R32 не з ланцюгом +9 В, а із загальним проводом.

4 Технічні вимоги до пристрою

4.1 Обґрунтування вимог до конструкції виробу

Згідно з завданням плата має мати розмір не більше 120 х 90. Відповідно з конструкторським розрахунком деякі елементи довелось розмістити з тильної сторони плати, задля дотримання максимальних розмірів друкованої плати.             

  4.2 Вимоги до технологічності пристрою :

Впроваджений у виробництво технологічний процес повинен бути найбільш економічним з усіх можливих варіантів.

Оптимальним буде такий технологічний процес, у якому використовуються прогресивні прийоми роботи, високопродуктивне устаткування, технологічна оснастка і засоби контролю, типові і нормалізовані технологічні процеси.

Для прискорення технологічного підготування виробництва до випуску нових виробів і зменшення витрат на підготування застосовують типові технологічні процеси. Типізація технологічних процесів полягає у виборі з усього різноманіття чинних технологічних процесів найбільш продуктивного і рентабельного. Пристрій повинен бути технологічним.

 4.3 Вимоги до надійності пристрою :

  1.  випробування блоку має проводитись у лабораторних умовах при температурі повітря 20°С та атмосферному тиску 730-780 міліметрів ртутного стовпчика і відносною вологістю повітря 65 +, мінус 15%;
  2.  для проведення випробувань на надійність потрібен розроблений для цього графік;
  3.  прилад повинен працювати протягом 80 000 годин без перебоїв;
  4.  для надійності роботи блоку використовують резервування елементів.
  5.  електрична міцність ізоляції повинна без пробою витримувати допустимі в ТУ значення напруги і струму;
  6.      збільшення міцності ізоляціі по напрузі повинно бути у 1,5-2 рази вище, ніж розрахункове;
  7.     по струму: перетин провідників повинен бути таким, щоб щільність струму не перевищувала 10 А на мм2
  8.     відстань між елементами та провідниками повинна бути не менше, ніж зазначена у стандартах та ГОСТах.

 4.4 Вимоги до  завадозахищеності  пристрою

      При розробці повинні бути передбачені міри захисту від зовнішнього впливу та завад. В ТУ мають бути зазначені максимальні значення електричних і магнітних полів, що не порушують нормальну роботу блоку. Вузли і блоки, що являються джерелами завад повинні мати заходи, що будуть ефективно захищати від впливу завад навколишні елементи. Джерела повинні мати екран, який з'єднується з загальним проводом і землею. Рівень завад, створюваний  в момент ВКЛ, ВИКЛ і роботи не повинен перевищувати затверджених норм, для цього необхідно ВКЛ, ВИКЛ шунтувати конденсатором.

Перехідний опір в місцях з’єднання не повинен перевищувати 0,004 Ом.

Провідники на друкованій платі повинні мати довжину не більше 10см.

4.5  Вимоги до  використання комплектуючих елементів

Збіркові одиниці блоку виготовляються із виробів вітчизняного та закордонного виробника без спеціального відбору по вихідним параметрам. Строк зберігання з моменту їх виготовлення не повинен  перевищувати двох років. Комплект елементів, строк  зберігання яких більше 2 років, повинні встановлюватись у кількості не більше 25% від загальної. Забороняється використовувати елементи в режимах і умовах більш тяжких, ніж в зазначених у ТУ на ці елементи.

4.6  Вимоги до умов експлуатації

Приміщення, в якому експлуатується блок повинно мати опалення та кондиційоване повітря. Запиленість повітря в приміщенні, де встановлений блок, не повинна перевищувати 75 мкг/м3 при розмірі частинок не більше 3-х мікрон. Конструкція блоку повинна захистити елементи від осідання на них пилу. Джерело живлення блока повинно використовувати 9 В, f=50+(-)1 Гц. Джерело живлення для ІМС 9 В. В ТУ на схему повинні бути вказані значення показників надійності, які забезпечують цілодобову роботу блока. Такими показниками являються: наробка на збій у годинах, коефіцієнт технічного використання блоку. Повинні бути вказані вимоги до запасних частин. Розрахунок ЗІП повинен проводитись по встановленим нормам. Середній строк служби блоку 3 років.

   5 Розрахунки по проекту

5.1 Логічний розрахунок JK-тригера.

В схемі керування водяним насосом необхідно використати лічильник. Доцільно лічильник будувати на j-k -тригерах. Необхідно виконати розрахунок j-k тригера.

Тригери – це елементи пам’яті призначені для запам’ятовування біта інформації. Тригери можуть працювати в режимі ділення частоти.

           JK-трігер працює за умовою  Qt = Q;

C = 0;   Qt = Q;  

C = 1;   Qt = D:

Складемо таблицю істинності.

Таблиця 5.1.1 – Таблиця істинності

J

K

Q(t)

Q(t+1)

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

Малюнок 5.1.1 – Карта Вейча

Qt=  C^AvC^DvQ^D = C^Dv( CvD ) ^Q ;

Qt=  C^Dv( CvD ) ^Q = C^D^ C^D^ Q;

    

Малюнок 5.1.2JK-тригер на елементах И-НЕ

5.2 Чотирьох розрядний двійково десятковий лічильник на JK тригерах

   

Розглянувши ряд серій інтегральних схем знаходимо, що в серії 561 є ІМС К561 ИЕ14 в якій інтегровано 4 JK-тригера. В схемі доцільно використати К561ИЕ14 це і економічно підвищує надійність  пристрою.


    5.2Конструктивний розрахунок таймеру керування водяним насосом

5.2.1 Дані для розрахунку:

- Габаритні розміри елементів схеми;

- Схема електрична принципова з переліком елементів;

- Коефіцієнт заповнення площі плати 0,5;

- Густина струму в друкованому провіднику j=20а/мм2;

- Напруга живлення для ІМС Uживл=5В.

5.2.2 Розрахунок площі, яку займає мікросхема  К176 ИЕ12; К555 ТМ2; К561ЛЕ10, ЛЕ6, ЛА7, ИЕ14.

                                 

                   Малюнок 5.2.1- Габаритний розмір К176 ИЕ12; К555 ТМ2; К561ЛЕ10, ЛЕ6, ЛА7, ИЕ14.

S імс = L* d,          (5.1)

де  L – довжина ІМС, мм;

         d – ширина ІМС, мм;

                           Sімс=20.32* 10,16=206,45 мм2;

5.2.3 Розрахунок площі, яку займають всі ІМС цього типу:

Розрахунок проводимо за формулою

                            SІМС =206,45  * 12= 2477,4 мм2

5.2.4 Розрахунок площі, яку займає BD-A542

                                 

                   Малюнок 5.2.2 - Габаритний розмір BD-A542

S ЕІ = L* d,          (5.2)

де  L – довжина ІМС, мм;

        d – ширина ІМС, мм;

                           S ЕІ = 22.86 * 17.78= 406,45 мм2;

5.2.5 Розрахунок площі, яку займають всі ІМС цього типу:

Розрахунок проводимо за формулою (5.3)

                            SзагЕІ=406,45 * 2= 812.9 мм2

5.2.6 Розрахунок площі, яку займає резистор С2 – 23                   

                                 

Малюнок 5.2.3 - Габаритний розмір резистора С2 – 23 

             S R = L* d,          (5.3)

де  L – довжина R, мм;

         d – ширина R, мм;

                           S R= 5 * 15=  75 мм2;

5.2.7 Розрахунок площі, яку займають всі R цього типу:

Розрахунок проводимо за формулою (5.5)

                            SзагR=75 * 19 = 1425 мм2

5.2.8 Розрахунок площі, яку займає конденсатор К50-12, К50-6, К50-24                   

                                 

Малюнок 5.2.4 - Габаритний розмір конденсатора К50-12, К50-6, К50-24

             S C = L* d,          (5.4)

де  L – довжина C, мм;

         d – ширина C, мм;

                           S C= 5 * 15=  75 мм2;

5.2.9 Розрахунок площі, яку займають всі С цього типу:

Розрахунок проводимо за формулою (5.6)

                            SзагС=75 * 2 = 150 мм2

5.2.8 Розрахунок площі, яку займає транзистор КТ503Б                   

Малюнок 5.2.5 - Габаритний розмір транзистора КТ503Б

                           S VT = π* d2/4,          (5.5)

де  π – арифметична стала, 3,14;

         d – діаметр VT, мм;

S VT= 3,14 * 102/4=  78,5 мм2;

5.2.9 Розрахунок площі, яку займають всі VT цього типу:

Розрахунок проводимо за формулою (5.6)

                            SзагVT=78,5  * 1 = 78,5 мм2

5.2.8 Розрахунок площі, яку займає діод КД522А                   

Малюнок 5.2.6 - Габаритний розмір діода КД522А

             S C = L* d,          (5.6)

де  L – довжина DA, мм;

         d – ширина DA, мм;

                           S VD= 5 * 15=  75 мм2;

5.2.9 Розрахунок площі, яку займають всі VD цього типу:

Розрахунок проводимо за формулою (5.6)

                            SзагDA=75 * 6 = 450 мм2

5.2.10 Розрахунок загальної площі, що займають всі ІМС  на схемі:  

   SзагІМС= SІМС                                                (5.7)

   SзагІМС =206,45  * 12= 2477,4  мм2

5.2.11 Розрахунок загальної площі, яку займають всі навесні елементи

  Sне= SзагІМС+ SзагR + SзагС + SзагVT+ S VD+ SзагЕІ                                        (5.8)

  Sне=2477,4  +812.9 +1425+150+78,5+450  =5393,8 мм2

5.2.12 Визначимо площу друкованої плати, якщо Кз = 0,5

                  Sдп= Sне/Кз       (5.9)

Sдп=5393,8 /0,5=10787 мм2

5.2.13 Визначимо розміри друкованої плати, задаючись однією з сторін, наприклад А=120 мм, тоді друга сторона ДП буде дорівнювати:

В= Sдп/А      (5.10)

В=10787/120 = 89 мм

Розмір друкованої плати по розрахунку є:     120  х  89    мм

Розмір друкованої  візьмемо максимальний      120 х 90    мм;

5.2.14 Розрахунок ширини друкованого провідника в вузьких місцях, виходячи з густини струму та фактичного струму, що протікає через провідник

Sn=Imax/J,      (5.11)

де  Imax – максимальний струм у друкованому провіднику, 0.45 А

       J –густина струму на зовнішній частині плати, А*мм2

Sn=                                             мм2

5.2.15 Визначаємо фактичний переріз провідника

Sф=a*t,      (5.12)

де  a – це товщина фольги (0,055 мм);

       t – допустима ширина друкованого провідника другого класу точності, 0.5 мм.

Sф=   =   мм2

5.2.16 Діаметр отвору після металізації визначається з наступного відношення

d0=dB+(0,15+0,2),     (5.13)

де      dв -  діаметр виводу навісного елемента, 0.7 мм

dв =0,7 мм

5.2.17 Діаметр отвору під металізацію визначається з наступного відношення

d=d0+(0,15- 0,2),     (5.14)

d=0,7 + 0,15 =0,85

5.2.18 Розрахунок площі контактної площадки

                  dк=d+c+2b,      (5.15)

де  d – діаметр отвору, 0.7 мм;

        b – необхідна радіальна товщина контактної площадки в вузькому місці при виготовленні друкованої плати другого класу точності (В);

         с – коефіцієнт, який враховує вплив розкиду міжцентрових відстаней, або зсув фольги в різних шарах (0.1-0.2)

5.2.19 Розрахунок товщини друкованої плати

H=dмоК      (5.16)

де      dмо – діаметр металізованого отвору;

К  -  відношення номінального діаметру найменшого з металізованих отворів до товщини ДПП 2 класу точності.

H=1,00/0,5=2 мм

Висновок: друкована плата виготовляється з двостороннього склотекстоліту марки СФ2-50 фотосубтрактивним методом, розміри друкованої плати 120х90 мм. Деякі радіоелементи розташовуються на тильній стороні плати, і в конструктивному розрахунку не враховуються. Параметри друкованої плати повинен відповідати другому класу точності.

5.3 Розрахунок надійності пристрою керування водяним насосом

Надійність - властивість виробу успішно виконувати свої функції протягом певного проміжку часу і при певних умовах експлуатації.

На надійність сучасної апаратури впливають різні кліматичні фактори і механічні впливи.

При проектуванні пристроїв потрібно враховувати навантажувальну здатність кожного елемента по схемі електричній принциповій, температуру навантаження і можливість їх резервування.

При проектуванні пристроїв і блоків необхідно вирішувати такі задачі:

спроектувати виріб з заданими технічними параметрами;

забезпечити надійну роботу блоку протягом потрібного періоду експлуатації.

В залежності від повноти урахування факторів, які впливають на роботу виробів розрізняють попередній та кінцевий розрахунки надійності виробу.

5.3.1 Попередній розрахунок надійності блоку:

  1.  Попередній розрахунок надійності можливо привести при наступних умовах застосуванням експоненціального закону розподілення часу безвідмовної роботи:
  2.  інтенсивність відмов не залежить від часу при нормальному експлуатуванні схеми;
  3.  відмови незалежні при відмові окремих елементів апаратури;
  4.  відмови елементів суматору підкоряється простому закону розподілення часу безвідмовної роботи, тобто ідуть один за одним через рівні проміжки часу.

          Попередній розрахунок надійності виконується на етапі ескізного проектування, коли проводиться аналіз різних варіантів електричної схеми по очікувальній надійності.

      Таблиця 5.3.1 - Вхідні значення інтенсивності відмов елементів

Найменування елементів

Інтенсивність

відмов λ0∙10-8 ,1/год.

Кількість

Добуток

Ni∙ λ0∙10-8 ,1/год.

Мікросхеми

К561ЛЕ10

1

К561ЛЕ6

1

К176ИЕ12

1

К561ЛА7

1

К561ИЕ14

4

К176ИД2

4

Елементи індикаціі

       BD-A542

2

       Світлодіоди

АЛ307БМ

2

Резистори

С2-23

32

Конденсатори

К50-12

9

Діоди

КД522А

6

КД 102Б

1

Транзистори

КТ972А

1

Перемикачі

ПП10

4

Кнопки

2КП

2

Визначаємо сумарну інтенсивність відмов, за формулою

                                                                                            (5.17)

де Nі - кількість елементів і-того типу;

    Хо і - середньостатистична інтенсивність відмов, 1/год.


=  +5+128+45+210+70+85+120+60)=122

Визначаємо середній час напрацювання на відмову, за формулою

                                                      (5.18)

де λ - інтенсивність відмов елементів, 1/год.

                                                     T0=1/1220 = 0,00082 ∙108 год

5.3.1.1 Визначаємо ймовірність безвідмовної роботи в інтервалу часу 0...1000 год., за формулою 5.43.

P(t)=

де P(t)-ймовірність безвідмовної роботи протягом часу t,год

 е - основа натурального логарифму;

 t, год - заданий момент часу, год.                                          

Таблиця 5.3.2- Задані моменти часу

t, год

  0

1000

  2000

  3000

  4000

   5000

6000

7000

8000

P(t)

  1

0,9878

0,9758

0,9640

0,9523

0,9408

0,9294

0,9181

0,9070

Р(t)0=1

P(t)1000== 0,9878

P(t)2000== 0,9758

P(t)3000== 0,9640

P(t)4000=  = 0,9523

P(t)5000== 0,9408

P(t)6000== 0,9294

P(t)7000==  0,9181

P(t)8000== 0,9070

Результати обчислень заносимо до таблиці 5.2.

5.3.1.2 Будуємо графік ймовірності безвідмовної роботи від t,год.

                   Малюнок 5.3.1 – графік ймовірності безвідмовної роботи від t,год.

5.3.2 Кінцевий розрахунок надійності пристрою

Кінцевий розрахунок надійності виконується, коли відомі реальні режими роботи елементів, відомі коефіцієнт навантаження елементів, навколишня температура, складність інтегральних мікросхем.

Кінцевий розрахунок надійності виробу базується на наступних принципах:

  1.  відмова будь-якого елемента призводить до відмови всього виробу;
  2.  відмова елементів є подіями випадковими і незалежними;
  3.  інтенсивність відмов всіх елементів виробу залежить від часу;
  4.  справедливий експлуатаційний закон розподілення відмов.

5.3.3 Виходячи з місця встановлення розраховуючого блоку знаходимо коефіцієнти впливу α1 та α2 - таблиця 5.3.3:

Найменування  

елемента

Позначення у схемі

Інтенс. відмов ел.

λ0∙10-8  1/год.

Кільк. елементівпів,шт

Попр. коеф

   α1

Попр. коеф.

 α2

Добуток

Елементи індикаціі

       BD-A542

HG

2

1

0.3

21

       Світлодіоди

АЛ307БМ

HL

2

1

0.3

1.5

Резистори

С2-23

R

32

1

0.3

38.4

Конденсатори

К50-12

С

9

1

0.3

13.5

Діоди

КД522А

VD

7

1

0.3

75.3

КД 102Б

VD

1

1

0.3

21

Транзистори

КТ972А

VT

1

1

0.3

25.5

Перемикачі

ПП10

SA

2

1

0.3

18

Кнопки

2КП

SB

2

1

0.3

18

Контактніплощадки та пайка

329

1

0.3

2.961

Провідники

88

1

0.3

0.528

5.3.2.2 Інтенсивність відмов IMC при експлуатації визначається в залежності від складності по формулі 5.19

λe=λ0∙K1∙Kн                                                                                                  (5.19)

де λ0 - середня інтенсивність відмов і-го елемента, 1/год;

K1 - коефіцієнт впливу, залежить від коефіцієнта навантаження Kн і температури t;

Kн - коефіцієнт тиску і вологості.

λe=(21+1.5+38.4+13.5+75.3+21+25.5+18+2.961+0.528) =217.68

5.3.2.3 Визначаємо інтенсивність відмов ІМС

 

       Таблиця 5.3.4 - Визначення інтенсивності відмов ІМС

Найменування

Кількість

  λe=λ0∙K1∙Kн

елементів

пі, шт

       1

46*1*0,3

13.8

       1

46*1*0,3

13.8

1

21*1.27

26.67

1

46*1*0.3

13.8

4

46*1.27

233.68

4

21*1.27

106.68

= (13.8+13.8+26.67+13.8+233.68+106.68)= 408.43

 5.3.2.4 Складаємо одержану із розрахунку сумарну інтенсивність для всіх елементів, за формулою 5.20

λІМС= +                                                                     (5.20)                                  

                               λІМС= (217.68+408.43)∙10-8=626.11

5.3.2.5 Визначаємо середній час напрацювання схеми на відмову, за формулою 5.21

                                                                    (5.21)

Де λІМС - інтенсивність відмов елементів;

= 0,00159∙108 год

5.3.2.6 Визначаємо ймовірність безвідмовної роботи в інтервалу часу 0...1000 год.

P(t)=                                                               (5.22)

де P(t) - ймовірність безвідмовної роботи протягом часу t,год ;

     е - основа натурального логарифму;

     t - заданий момент часу, год.

5.3.2.7 Вірогідність безвідмовної роботи протягом 24 годин:

                             P(t)==0.9998

Таблиця 5.3.5 - Задані моменти часу

t, год

  0

1000

  2000

  3000

  4000

   5000

6000

7000

8000

P(t)

  1

0.9937

0.9875

0.9813

0.9752

0.9691

0.9691

0.9571

0.9511

Р(t)0=1

P(t)1000== 0.9937

P(t)2000== 0.9875

P(t)3000== 0.9813

P(t)4000=  = 0.9752

P(t)5000== 0.9691

P(t)6000== 0.9631

P(t)7000==  0.9571

P(t)8000== 0.9511

Результати обчислень заносимо до таблиці 5.5

5.3.2.8 Будуємо графік ймовірності безвідмовної роботи від t,год

Малюнок  5.3.2 – графік ймовірності безвідмовної роботи від t,год

5.3.2.9 Визначаємо коефіцієнт готовності до роботи, за формулою 5.23:


    (5.23)

де Т    - час безвідмовної роботи блоку, 81967год;

                           Тв - час на відмовлення несправного блоку, 24 год.

0.513

5.3.2.10 Визначаємо коефіцієнт технічного використання блоку, за формулою 5.48:

                                                                 (5.24)

де Тпр. час профілактики, год.

                                         0.9995

Даний розрахунок показує, що таймер має високу надійність технічного використання.

5.4 Розрахунок технологічності таймера керування водяним насосом

Для розрахунку показників технологічності складається таблиця вихідних даних та переліку до схеми електричної та специфікації та до складальних креслень.

   Таблиця 5.4.1

   Найменування вихідних даних

Умовні по -значення

      Кількість

1 Кількість мікросхем

Німс

12

2 Кількість електрорадіоелементів

Нере

52

3 Кількість монтажних з'єднань

Нм

329

4 Кількість монтажних з'єднань, виконаних автоматизо- ваним та механізованим способами розуміють габаритні розміри (без урахування номінальних значень)

Нам

291

5Кількість типорозмірів ІМС

Нт.імс

 5.4.1 Визначаємо коефіцієнт використання мікросхем в блоці, за формулою

                    (5.17)

де Німс – кількість мікросхем, шт.

     Нере – кількість ЕРЕ, шт.

= 0,1875

5.4.2 Розрахуемо коефіціент автоматизації та механізації монтажу

Ка.м.= На.м.м            (5.18)

де  На.м – кількість з’єднань, що виконуються механізованим і автоматизованим шляхом шт.

         HМ – кількість монтажних з’єднань шт.

Ка.м = 291/329 = 0,88

5.4.3 Визначаємо коефіцієнт автоматизації та механізації підготовки ЕРЕ, за формулою


                                                    (5.19)

 де -кількість ЕРЕ, підготовка яких виконується механізовано, шт.

     Н імс - кількість мікросхем, шт;

     Н ере - кількість ЕРЕ, шт.

5.4.4 Визначаємо коефіцієнт повтору ІМС, за формулою

                                                                                                   (5.20)

де Нт.ере - кількість типів розмірів ІМС, шт.

= 0,5

5.4.5 Кожному базовому показнику присвоюємо коефіцієнт вагової значимості базового показника:

      Таблиця 5.4.2

№ п/п в

Формула для обчислення

     Значення

 ранжированій

Кі

       

 Кі 

  послідовності

1

0,1875

1

     0,1875

2

0,88

1

    0,88

3

1

0,5

     0,5

4

0,5

0,18

     0,09

             2,5675

2,68

1.6575

5.4.6 Розраховуємо показник технологічності конструкції виробу, за формулою 5.21

                                                         (5.21)

де Кі - розраховані вище показники технологічності;

     - коефіцієнт вагового значення показника;

                                  

          = 0,618

5.4.7 Рівень технологічності аналізується, за формулою 5.54

                                                                                           (5.22)

де Кн -нормативне значення показника технологічності, дорівнює 0,5-0,8.

6 Розробка та опис конструкції виробу

6.1 Опис конструкції пристрою керування водяним насосом

   Пристрій керування водяним насосом  виконаний на друкованій  платі розміром 120х 90 мм та товщиною 2 мм, пристрій розміщений у корпусі, що захищає елементи плати від потрапляння пилу, вологи та інших небажаних речовин. Друкована плата двостороння. Монтаж двусторонній.

    Встановлювати потрібно в такому місці, щоб забезпечити найменші коливання температури та вільний доступ до елементів конструкції.

   Саму плату можна встановлювати в будь-якому місці, звідки буде зручно, та в тому місці, яке відповідає названим вище вимогам. Плата пристрою світлових ефектів  представлена на кресленнях КІСТ.711147.007 СБ та ІСТ.711147.007 друкована плата.             

6.2 Обґрунтування вибору елементів

К561ЛЕ10

Мікросхема представляє собою три трьох входові елементи або-ні. Містять в собі 54 інтегральних елементів. Корпуст типу 201.14-1

Малюнок 6.1 Графічне зображення К 555ИД

Призначення виводів: 1, 2, 3, 4, 5, 8,11,12,13 – входи; 6,9,10 – виходи; 7 – загальний, 14 – напруга живлення.

Таблиця 6. 1 Електричні параметри елементу ИД7 серій 555 і 155

Назва параметру

К561ЛЕ10

К564ЛЕ10

Номінальна напруга живлення

3...15 В

3...15 В

Вихідна напруга низького рівня

 <0,01В

 <0,01В

Вихідна напруга високого рівня

>7.2 В

>7.2 В

Струм живлення

< 5  кмА

< 5  кмА

Вхідний струм низького рівня

<|-0.05| мкА

<|-0.05| мкА

Вхідний струм високого рівня

 <0,05 мкА

 <0,05 мкА

Вихідний струм низького рівня

>0.6 мА

>0.6 мА

Вихідни струм високого рівня

>|-0.25| мА

>|-0.25| мА

Час затримки

< 125 нс

< 125 нс

В таблиці 6.1 наведені електричні параметри мікросхеми ЛЕ10 серій  561 та 564. Оскільки електричні параменти у них однакові, обираємо мікросхему  К561ЛЕ10.

К561ЛЕ6

Мікросхема представляє собою два логічних елемента ні-або. Містить 49 інтегральних елемента. корпуст типу 201.14-1

Малюнок 6.2 Умовне графічне позначення К561ЛЕ6

Призначення виводів :1– вихід Y1;  2,3,4,5,9,10,11,12 входи. 7 – загальний; 13– вихід Y2, 14  Напруга живлення.

Таблиця 6.2 Електричні параметри

Електричні параметри

К561ЛЕ6

К155ЛЕ6

Напруга живлення

3...15 В

5 В

Вихідна напруга низького рівня

4,99В

2 В

Вихідна напруга високого рівня

3,6 В

3,6 В

Струм споживання при низькому рівні вихідної напруги при

0,5 мкА

57 мА

Вихідний струм низького рівня

0,3 мА

0,3 мА

Вихідний струм високого рівня

0,3 мА

0,3 мА

Час затримки розповсюдження сигналу при

включенні(вимиканні)

180 нс

180 нс

В таблиці 6.2 наведені електричні параметри з яких видно, що в елементі ИД7 серії 561 параметри кращі ніж в цього ж елементу серії 155, тому в дипломному проекті розглядається саме елемент К 564ЛЕ6.

К176ИЕ12

Мікросхема 176ІЕ12 складається з кварцового генератора із зовнішнім кварцовим резонатором на частоту 32768 Гц, 15-розрядного дільника частоти на 60 з індивідуальними входами скидання й тактування. Корпус типу 201.14-1

Малюнок 6.3 Умовне графічне позначення К176ИЕ12

7– вхід генератора, 9– вхід установки дільника в 0, 5– вхід лічильника,  вхід установки лічильника в  0, 10- вихід лічильника на 60, 4 вихід дільника 2^15 (1 гц), 13– вихід генератора інверсний (32768 гц)

Таблиця 6.3 Електричні параметри

Електричні параметри

К561ЛЕ6

Параметри при живленні

9 В

Вихідний струм логічного  0

0.5 мА

При вихідному напрузі

0.3 В

Вихідний струм логічної 1

0.5 мА

При вихідному напрузі

8.2 В

Максимальна робоча частота,

1.2 МГц

В таблиці 6.3 наведені електричні параметри ІМС К176ИЕ12. Дана ІМС представлена лише в цій серіі. Отже обираєм К1776ИЕ12.

К561ЛА7

Мікросхема являє собо чотири логічних елемента І-НІ. Містить 64 інтегральних елемента. Корпус типу 201.14-1

Малюнок 6.4 Графічне зображення К 561ЛА7

Призначення виводів: 1, 2, 3, 4, 5, 8,11,12,13 – входи; 6,9,10 – виходи; 7 – загальний, 14 – напруга живлення.

Таблиця 6. 4 Електричні параметри елементу ИД7 серій 555 і 155

Назва параметру

К561ЛА7

К155ЛА7

Номінальна напруга живлення

3...15 В

5 В

Вихідна напруга низького рівня

4,99В

2 В

Вихідна напруга високого рівня

3,6 В

3,6 В

Струм живлення

0,5 мкА

57 мА

Вхідний струм низького рівня

0,3 мА

0,3 мА

Вихідний струм низького рівня

180 нс

180 нс

В таблиці 6.1 наведені електричні параметри з яких видно, що в елементі ЛА7 серії 561 параметри кращі ніж в цього ж елементу серії 155, тому в дипломному проекті розглядається саме елемент К 564ЛА7.

К561ИЕ14

Мікросхема являє собою двійково/двійково-десятковий  чотирьохрозрядний реверсивний лічильник з попередньою установкою. містить 278 інтегральних елементів. корпуст типу 238.16-1.

Малюнок 6.5 Графічне зображення К 561ЛА7

Призначення виводів: 1– вхід дозволу установки V; 2– вихід 4 розряду Q8; 3– вхід 4 розряду D8;  4– вхід 1 розряду D1; 5– вхід переносу P0; 6– вихід розряду Q1; 7– вихід переносу Р; 8– загальний; 9 вхід двійково/двійково-десятковийж; 10–стеження/віднімання; 11–вихід 2 розряду Q2; 12 вхід розряду D2; 13– вхід 3 розряду D4; 14– вихід 3 розряду Q4; 15– тактовий вхід; 16 –напруга живлення.

Таблиця 6. 5 Електричні параметри елементу ИЕ14 серій 564 і 561

Назва параметру

К561ИЕ14

К564ИЕ14

Номінальна напруга живлення

3...15 В

3...15 В

Вихідна напруга низького рівня

Вихідна напруга високого рівня

9 В

9 В

Струм живлення

100 мкА

100 мкА

Вхідний струм низького рівня

0,6 мА

0,6 мА

Вхідний струм високого рівня

0,2 мА

0,2 мА

Затримка

230 нс

650 нс

В таблиці 6.5 наведені електричні параметри з яких видно, що в елементі ИЕ4 серії 561 параметри кращі ніж в цього ж елементу серії 564, тому в дипломному проекті розглядається саме елемент К 564ИЕ14.

К176ИД2

Мікросхема являє собою дешифратор який використовується для управлінням семисегментним індикатором.

Малюнок 6.6 Графічне зображення К 176 ИД2

Призначення виводів:  9,10,11,12,13,14,15– виходи; 5,3,2,4– входи даних.

Таблиця 6. 6 Електричні параметри елементу176  ИД2

Назва параметру

К176ИД2

Параметри при живленні

+9  В

Вихідний струм логічного 0

2.0  мА

При вихідному напрузі

0.3 В

Вихідний струм логічної 1

2.0 мА

При вихідному напрузі

8.2 В

Затримки розповсюдження

850 НС

Аналогів не має. в дипломному проекті розглядається ІМС К176ИД2.

6.3 Обґрунтування вибору матеріалів для блоку

Матеріали для виготовлення плати повинні мати:

  1.  малу діелектричну проникливість для зменшення паразитних ємностей між друкованими провідниками;
  2.  тепло та вологостійкість;
  3.  мінімальну вартість;
  4.  технічну міцність і рівну поверхню;
  5.  стабільність електричних параметрів при експлуатації.

Цим вимогам задовольняє склотекстоліт марки СФ-2-50 ГОСТ 10.316-70. Цей матеріал має гарне зчеплення з струмопровідним покриттям, мінімальну деформацію в процесі виготовлення та експлуатації виробів на його основі.

При пайці необхідно використовувати припій марки ПОС-61М ГОСТ 14-59, який має порівняно низьку температуру плавлення (190°С), що запобігає перегріванню плати та елементів при пайці та забезпечує міцність механічних з'єднань.

При пайці неприпустимо використовувати кислотні флюси. Раціонально використовувати без кислотні флюси типу каніфолі світлої ГОСТ797-64 з відсутністю впливу на опір ізоляції залишків флюсу, що виключає необхідність його усунення за допомогою ацетону чи спирту після пайки.

Після закінчення пайки для підвищення стійкості до кліматичного впливу, плату потрібно покрити захисним епоксидний лаком марки УР-231 ОСТ 1950055-85 у три шари. Оптимальна товщина лакового покриття повинна складати 30-100 мкм.

7 Технологічний розділ проекту

7.1 Технологія зборки та монтажу плати таймеру керування водяним насосом

7.1.1 Вибір типу виробництва

Тип виробництва визначається побудовою та ступінню деталізації розробки технологічних процесів.

Одиничне виробництво - це процес виготовлення одного або декількох виробів, що зовсім не повторюється, або повторюється через невизначені проміжки часу. Таке виробництво характеризується застосуванням універсального устаткування і пристосувань, використанням нормалізованого й універсального вимірювального інструмента, розташуванням устаткування групами по типам верстатів.

Серійне виробництво - це процес виготовлення виробів, що ведеться партіями або серіями через визначені проміжки часу. В залежності від номенклатури виробів, що випускаються і програми їх випуску застосовується як універсальне, так і спеціалізоване устаткування. Крім нормалізованого робочого і вимірювального інструмента застосовується як універсальний, так і спеціалізований робочий і вимірювальний інструмент.

Масовим виробництвом називається таке виробництво, при якому виготовлення виробу ведеться таким чином, що на тих самих робочих місцях повторюються однакові операції.

Для масового виробництва характерно застосування спеціалізованого устаткування з автоматичним циклом роботи, розташованим відповідно до технологічного процесу. Основна умова масового виробництва - здійснення принципу взаємозамінності.

Виходячи з розміру річного випуску N=117900  штук вибираємо масовий тип виробництва. Таймер доцільно випускати на потоковій лінії з тактом 1 хвилина.

7.2 Обґрунтування вибору технологічного процесу

Технологічний процес складається з дій, пов'язаних з послідовною заміною форм або стану матеріалу. Технологічний процес ділиться на операції. Для розробки технологічного процесу необхідні:

  1.  складальні креслення;
  2.  принципові схеми;
  3.  монтажні схеми;
  4.  специфікації;
  5.  технічні умови;
  6.  дані про наявне устаткування і його планування;
  7.  виробничий план випуску виробів.

Впроваджений у виробництво технологічний процес повинен бути найбільш економічним з усіх можливих варіантів.

Оптимальним буде такий технологічний процес, у якому використовуються прогресивні прийоми роботи, високопродуктивне устаткування, технологічна оснастка і засоби контролю, типові і нормалізовані технологічні процеси.

Для прискорення технологічного підготування виробництва до випуску нових виробів і зменшення витрат на підготування застосовують типові технологічні процеси. Типізація технологічних процесів полягає у виборі з усього різноманіття чинних технологічних процесів найбільш продуктивного і рентабельного.

Застосовуємо технологічний процес з такими операціями, які відносяться вже до конвеєрного виробництва, тобто до збірки та монтажу плати:

а) електромонтажна, при якій виконують установку виводів ЕРЕ і мікросхем в металізовані отвори друкованої плати відповідно до креслення. ЕРЕ і мікросхеми встановлюються по одну сторону плати завдяки чому можливо застосовувати груповий спосіб пайки;

б) пайка хвилею припою, при якій провідники, ЕРЕ і мікросхеми
з'єднуються між собою сплавами;

в) контроль;

г) допайка елементів;

д) нанесення лаку на плату;

е) остаточний контроль усієї плати.

7.2.1 Розробка маршрутної технології

Основними документами при розробці технологічних процесів є маршрутні карти. В них вказуються структура технологічного процесу і його виконання, послідовність операцій, режими роботи використаного устаткування, технологічна оснастка, порядок монтажу, методи регулювання та контролю.

Маршрутні карти визначають послідовність проходження оброблюваної одиниці (деталі, блоку, виробу) по операціях і містять опис всіх операцій без виділення кожної операції окремим документом.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КІСТ 711147.007 ПЗ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44818. Методика обучения фонетике и орфоэпии 12.83 KB
  Цели изучения фонетики – раскрыть перед учащимися роль звуковой стороны языка показать связь последней с лексикой и грамматикой. Познавательные цели: дать школьникам представление о звуковой системе русского языка предупредить бытовое смешение звука и буквы развивать речевой слух научить работать с орфоэпическим словарём познакомить с нормами литературного произношения. Практические цели: формирование учебноязыковых фонетических явлений: распознать звуки русского языка классифицировать их анализируя звуковой состав слова...
44821. Основной капитал предприятий 20.86 KB
  К основному капиталу относится та часть авансированного капитала которая затрачена на постройку зданий сооружений на покупку машин оборудования инструмента. После реализации товара основной капитал по частям возвращается в денежной форме предпринимателю. Основной капитал подвергается физическому и моральному износу.
44822. Мова - суспільне явище. Функції мови 22.5 KB
  Можна дати чималу кількість визначень до поняття мова Мова засіб спілкування мислетворення інтелектуального та естетичного освоєння світу. Мислетворча засіб творення і вираження думки. Номінативна засіб називання усіх ознак предметів дій тощо. Пізнавальна засіб пізнання і накопичення досвіду.
44824. Предпринимательство. Субъекты и формы предпринимательской деятельности 38.28 KB
  По назначению готовой продукции: производящая средства производства производящая средства потребления. По особенностям функционирования выделяют: 1активные ОС заняты в процессе воспроизводства продукции здание в цехе станки машины приборы и т.Фондоотдача Отражает объем продукции приходящийся на один рубль основных фондов. Показывает какая величина основных фондов приходится на рубль выпущенной продукции.
44825. Эффективность государственного регулирования в переходной экономике 24 KB
  Эффективность государственного регулирования в переходной экономике Система государственного регулирования в переходной экономике характеризуется двумя определяющими тенденциями. В переходной экономике роль государственного регулирования в целом выше чем в развитом рыночном хозяйстве. Далее в переходной экономике рынок не сразу становится главным регулятором хозяйственной деятельности поэтому государству приходится активно вмешиваться в экономические процессы. В переходной экономике по сравнению с административнокомандной...
44826. Die Berliner Mauer 26 KB
  Gebut wurde die Berliner Muer nfng der 60er Jhre um den Flüchtlingsstrom vom Osten in den Westen zu stoppen. Die DDR steht kurz vor dem us ist wirtschftlich und politisch bnkrott. Die Sttsgrenze wird geöffnet die Vereinigung der beiden deutschen Stten ist nch über 40 Jhren Trennung in Sicht.