99604

Система автоматического регулирования температуры

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Терморезисторный датчик ДТС035 преобразует контролируемую величину (температуру) в электрический сигнал; Регулятор ТРМ151-06 выступает в качестве регулирующего органа; Электронные ключи (симисторные оптопары ТТР HD4025ZD3) – используются для коммутации цепи регулирования; Однофазный двигатель переменного тока – регулирует значение температуры на выходе схемы;

Русский

2016-09-26

1.18 MB

1 чел.

Система автоматического регулирования температуры

Пояснительная записка

Содержание

Введение  2  

1 Разработка структурной схемы 4              

2 Разработка электрической принципиальной схемы             6

3 Расчетная часть                12

4 Разработка конструкции 17

Заключение  18

Список использованных источников 19

Приложение А - Перечень элементов


Введение

Измерение и контроль температуры – одна из важнейших задач человека, как в процессе производства, так и в быту, поскольку многие процессы регулируются температурой, например:

- регулирование отопления на основании измерения разности температур теплоносителя на входе и выходе, а также разности температуры в помещении и наружной;

- регулирование температуры воды в стиральной машине;

- регулирование температуры электроутюга, электроплитки, духовки  и т. д.;

-контроль температуры узлов персонального компьютера.

Кроме того, путем измерения температуры можно косвенно определять и другие параметры, например поток, уровень и т. п.

Историю термодинамики можно начать с изобретения Г. Галилеем в 1592 г. простого устройства – термоскопа. В его первом термоскопе показания искажались изменением барометрического давления. Вскоре был изобретен газовый термоскоп постоянного объема, он оказался значительно более чувствительным и более точным. Вместо воздуха трубку стали заполнять жидкостью: сначала водой, потом спиртом и, наконец, ртутью.

В двадцатом столетии получило распространение электричество и разнообразное оборудование, потребляющее его энергию. Данное явление не могло оставить в стороне процессы измерения, что привело к появлению таких термодатчиков как термопары и металлические терморезисторы. С развитием полупроводниковых приборов появились полупроводниковые терморезисторы. Дальнейшее развитие и усовершенствование полупроводниковых технологий значительно расширило список термодатчиков и улучшило их параметры.

В течение XX века быстро развивались все отрасли техники. Производство от индивидуального перешло к непрерывному, поточному. Этот вопрос сопровождался снижением доли не только ручного человеческого труда, и труда по управлению оборудованием. Во многих случаях человек не в стоянии управлять техникой в связи с опасностью, большими скоростями, либо влиянием присутствия человека на качество выпускаемой продукции.

При массовом производстве необходим тщательный контроль на всем протяжении процесса. Человек не в состоянии контролировать все. Поэтому всё большую роль, а подчас и главную, играют автоматические устройства (автоматы).

Автоматизация позволяет во много раз повысить производительность труда и качество продукции.

Автоматизация подразумевает широкое использование электронной аппаратуры, это обусловлено ее быстродействием, точностью, высокой чувствительностью, малым потреблением энергии, постоянно возрастающей экономичностью.

В данном курсовом проекте разрабатывается блок системы автоматического регулирования в системе горячего водоснабжения.


1 Разработка электрической структурной схемы

Схема электрическая структурная представлена в графической части курсового проекта БККП.023307.100 Э1.

По условию курсового проектирования разрабатываемая схема должна соответствовать следующим требованиям:

- Регулируемый (контролируемый) параметр - температура;

- Датчик – терморезисторный ДТС035;

- Тип, семейство устройства управления – модули ОВЕН

- Исполнительное (регулирующее) устройство – однофазный двигатель переменного тока;

- Мощность потребления исполнительного устройства – 500 Вт;

- Электронный ключ – симисторная оптопара;

- Напряжение питания – 220 В, 50 Гц;

Входящие в состав схемы устройства выполняют следующие функции:

- Терморезисторный датчик ДТС035 преобразует контролируемую величину (температуру) в электрический сигнал;

- Регулятор ТРМ151-06 выступает в качестве регулирующего органа;

- Электронные ключи (симисторные оптопары ТТР HD4025ZD3) – используются для коммутации цепи регулирования;

-  Однофазный двигатель переменного тока – регулирует значение температуры на выходе схемы;

- Панель оператора СМИ1 – предназначена для осуществления ввода/вывода данных, отображения параметров и управления технологическими процессами.

Датчик принимает сигнал о заданном значении температуры в системе горячего водоснабжения и передаёт его на регулятор ТРМ151-06. Регулятор работает по программе технолога. С выходных элементов регулятора через электронные ключи двигатель меняет положение задвижки.

В систему включена панель оператора СМИ1 в роли «Мастера», расположенная на расстоянии 500 метров от теплопункта. Она использует двухпроводный последовательный канал связи RS-485 для связи с регулятором. Использует протокол «ОВЕН». Через интерфейс RS-232 происходит обмен данными с персональным компьютером.


2
Разработка электрической принципиальной схемы

Схема электрическая принципиальная приведена на чертеже БККП.023307.100 Э3.

Напряжение питания стенда составляет 220В 50Гц. Оно подаётся на колодки ХТ1 и ХТ2. Ток через гнезда «1» и «2» клеммной колодки ХТ1 проходит через автоматический выключатель QF1 и вставку плавкую FU1.

Автоматический выключатель QF1 предназначен для защиты твердотельных реле от перегрузок и коротких замыканий, а также для включения и отключения электрических цепей. Вставка плавкая FU1 защищает регулятор ТРМ151-06 (блок А1) и её элементы от перегрева и возгорания при протекании тока высокой силы.

К регулятору через гнезда «3», «4», «5» и «6» колодки ХТ1 подключены два твердотельных реле UZ1 и UZ2 (выходы регулятора, соответственно: «8», «7», «5», «4»). В качестве нагрузки этим реле использованы обмотки двигателя М1, также подключённые через гнезда колодки ХТ1 («7» и «8»). К обмотка возбуждения двигателя подведено напряжение 220 В, 50 Гц через клеммную колодку ХТ2.

К выходам регулятора «9», «10» и «11» подключен терморезисторный датчик RK1. Провода экранированы.

Регулятор ТРМ151-06 (блок А1) с помощью интерфейса RS-485 обменивается информацией с панелью оператора СМИ1 (блок А2). Провода экранированы.

Блок А2 подключается к сети 220 В, 50 Гц с помощью вилки. Он также защищен от перегрева и возгорания при протекании тока высокой силы своей вставкой плавкой FU2. Кроме того, включение панели оператора СМИ1 происходит при замыкании тумблера SA1.

Все основные элементы стенда (регулятор, датчик, панель оператора, электронные ключи) выбраны па каталогу фирмы ОВЕН: 

- они соответствуют всем необходимым техническим требованиям, минимальной цене;

- фирма ОВЕН обеспечила потребителей качественной и доступной справочной документацией.

При выборе остальных элементов руководствовался наличием элементов в лаборатории автоматики БГПК, а также их функциональными возможностями, параметрами и стоимостью.

Таким образом, для реализации системы автоматического регулирования температуры были выбраны следующие элементы:

- Универсальный двухканальный программный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ151;

- Терморезисторный датчик ДТС035;

- Панель оператора с цифровой индикацией ОВЕН СМИ1;

- Однофазные твердотельные реле KIPPRIBOR HD4025ZD3;

- Автоматический выключатель А-63;

- Вставки плавкие ВП1-1 (0,16 А, 250 В), АГО.481.30 3ТУ;

- Держатели для вставок плавких ДВП4-1В;

- Колодки клеммные ЗПС18-8 и ЗПС18-2.

Общие технические характеристики ПИД-регулятора ОВЕН ТРМ151 представлены в таблице 1

Таблица 1

Параметр

Значение

Напряжение питания

90...245 В

перем. тока

Частота напряжения питания

47...63 Гц

Потребляемая мощность

не более 6 ВА

Количество входов для подключения датчиков

2

Время опроса одного входа

0,3 с

Количество выходных элементов

2

Интерфейс связи с компьютером

RS-485 (пр. ОВЕН)

Габаритные размеры (мм) и степень защиты корпуса:

– настенный Н

– щитовой Щ1

130х105х65, IP44

96x96x70, IP54

Рисунок 1 – Внешний вид ПИД-регулятора ОВЕН ТРМ151

Общие технические характеристики панели оператора с цифровой индикацией ОВЕН СМИ1 представлены в таблице 2

Таблица 2

Параметр

Значение

Напряжение питания

90...264 В перем. тока

Частота напряжения питания

47...63 Гц

Количество дискретных входов

6

Интерфейс

RS-485


Скорость передачи данных

2.4; 4.8; 9.6; 14.4; 19.6; 28.8; 38.4; 57.6; 115.2 кбит/с

Протоколы передачи данных

ОВЕН; Modbus ASCII; Modbus RTU

Тип корпуса

щитовой Щ2

Габаритные размеры корпуса

96х48х100

Рисунок 2 – Внешний вид панели оператора с цифровой индикацией ОВЕН СМИ1

Общие технические характеристики однофазного твердотельного реле KIPPRIBOR HD4025ZD3 представлены в таблице 3

Таблица 3

Параметр

Значение

Коммутируемое напряжение

40…440 VAC

Ряд токов коммутации

10, 25, 40 А

Тип коммутационных элементов

Симисторы

Вид коммутации

коммутация при переходе через 0

Потребляемый ток в цепи управления

6…35 мА

Время переключения реле

≤10 мс

Габаритные размеры

57,2х43,5х29 мм

 

Рисунок 3 – Внешний вид однофазного твердотельного реле KIPPRIBOR HD4025ZD3

Основные параметры канального датчика ДТС035 представлены в таблице 4

 

Таблица 4

Параметры

D = 8 мм,

M = 20х1,5 мм,

S = 22 мм

Длина монтажной части L, мм

60, 80, 100, 120,160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000

Рисунок 4 – Конструктивное исполнение датчика ДТС035

 


3 Расчет элементов схемы

3.1 Расчет токов в цепи нагрузки  

Рисунок 5 – Рассчитываемая схема

Исходные данные

Напряжение питания Uп=220B;

Мощность, потребляемая двигателем Рдв=500 Вт.

Порядок расчета

Рассчитываем ток двигателя по формуле

 Iдв=Pдв/Uп (1)

Iдв=500/220=2,72 А

При расчете берем во внимание значение пускового тока двигателя

 Iдв.п.= Iдв·2  (2)

Iдв.п.=2,72·2=5,44 А

Определяем ток нагрузки, исходя из значения запаса номинального тока реле

 Iн= Iдв.п.·k                    (3)

где k – запас по току для электродвигателей (k=5…10)

Iн= 5,44.·5=27,2 А

Выбираем твердотельное реле Kippribor HD4025ZD3.

Проверяем условие для установки радиатора

 Iн ≥ 40А                  (4)

Так как полученный ток нагрузки Iн меньше 40 А, то радиатор не нужен.

3.2 Расчет вставки плавкой

а)

б)

Рисунок 6 – Рассчитываемая схема: а – для ТРМ151-06, б – для СМИ1

Исходные данные

Напряжение питания Uп=220 В;

Мощность регулятора РТРМ=6 ВА;

Мощность панели оператора РСМИ=6 ВА.

Порядок расчета

Ток, протекающий через вставку плавку Iвп, А, будет равен току, протекающего через регулятор Iтрм, А.

 Iвп=Iтрм,  (5)

где Iтрм=Pтрм/Uп (6)

Iтрм=6/220=0,0272 А

Iвп=0,0272 А

Вставка плавкая должна выдерживать ток IFU, в 1,5 раза больший, чем ток Iвп:

 IFU=1,5Iвп (7)

IFU=1,5·0,0272=0,041 A

Выбираем вставку плавкую ВП1-1 (0,16 А, 250 В), АГО.481.30 3ТУ.

Так как мощность регулятора и панели оператора одинаковы, то данная плавкая вставка подходит для обоих случаев.

3.3 Расчет автоматического выключателя

Рисунок 7 – Рассчитываемая схема

Исходные данные

Напряжение питания Uп=220 В;

Ток двигателя пусковой Iдв.п.=5,44 А;

Ток потребления в цепи управления твердотельного реле IТТР=25 мА.

Порядок расчета

Ток, протекающий через автоматический выключатель Iав, А, будет равен сумме токов, протекающего через все нагрузки: двигатель (Iдв.п., А) и твердотельное реле (IТТР, А)

                              Iав= Iдв.п. + IТТР                  (8)

Iав= 5,44 + 0,025= 5,465 А

         

Автоматические выключатели выбирают по их номинальному току. Уставки токов определяют благодаря соотношениям теплового и электродинамического расцепителей.

Определяем ток уставки теплового расцепителя

 Im≥1,25·Iав  (9)

Im=1,25·5,465=6,82

Принимаем значение Im=6,9 А

Определяем ток уставки электродинамического расцепителя

 Iэ≥1,2·Iдв.п.  (10)

Iэ=1,2·5,44=6,528

Принимаем значение Im=6,6 А

Выбираем автоматический выключатель А-63.


4 Разработка конструкции

Блок системы автоматического регулирования температуры  представлен следующим образом:

- в специальном настенном корпусе размещены 2 твердотельных реле, автоматический выключатель, держатель для предохранителя и колодки;

- регулятор ТРМ151-06 реализован в настенном исполнении, он располагается в непосредственной близости от вышеназванного корпуса.

В роли корпуса  использован малогабаритный корпус QLINE-D Q1689PCD (позиция Х), изготовленный из поликарбоната путем литья под давлением. Корпус имеет серый цвет (RAL 7035). Крышка присоединяется к корпусу с помощью набора петель, входящих в комплект. Степень защиты корпуса: IP 67. Корпус полностью защищает элементы конструкции от попадания пыли и воды. Габариты корпуса: 80х160х86 мм.

В нижнем левом и правом углах симметрично расположены два твердотельных реле Kippribor HD4025ZD3 (позиции Х и Х).

У правой боковой стенки размещён автоматический выключатель А-63 (позиция Х). В центральной части корпуса находится держатель для предохранителя ДВП4-1В (позиция Х).

С левой наружной стороны корпуса расположена клеммная колодка ЗПС18-8 (позиция Х), через которую происходит подключение питания. От неё также запитываются оба твердотельных реле и обмотки управления двигателя.

На верхней наружной части корпуса находится клеммная колодка ЗПС18-2 (позиция Х), к которой подведено также 220 В для запитывания обмотки возбуждения двигателя.

Заключение

В данном курсовом проекте разработан блок системы автоматического регулирования температуры.

В расчетно-теоретической части были разработаны структурная и принципиальная электрические схемы блока, произведен расчет и выбор элементов блока. В конструкторской части разработана конструкция прибора с наименьшими габаритами и удобным использованием.

Графическая часть диплома представлена схемой структурной и схемой электрической принципиальной блока, чертежом корпуса в сборе.

При оформлении курсового проекта использовался текстовый редактор Microsoft Word 2010 и графический Splan 6.0.


Список использованных источников

1 Основы автоматики. Пособие для учащихся ССУЗов. / А.И. Бабёр. - Мн: Республиканский институт профессионального образования, 2006.

2 Резисторы. Конденсаторы. Трансформаторы. Дроссели. Коммутационные устройства устройств РЭА. Справочник / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.Л. Ходаренок. - Мн.: Беларусь, 1994.

3 Усатенко С.Т., Каченок Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. М.: Издательство стандартов, 1989.

4 СТП 1.001-2001 Правила оформления пояснительной записки,  курсового и дипломного проекта.

5 Каталог ОВЕН «Компоненты автоматизации ОВЕН», 2010.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70565. Науково-технічна революція як прояв перетворення науки в продуктивну силу виробництва 128.51 KB
  Науково-технічна революція знаходить прояв у докорінних якісних змінах в системі сучасних продуктивних сил на основі застосування найновіших наукових досягнень дедалі більшого перетворення науки на безпосередню продуктивну силу. Вплив науковотехнічної революції розповсюджується...
70566. Загальні відомості про наукове пізнання 198.36 KB
  Загальні відомості про наукове пізнання Наукове пізнання суспільно-історичний процес творчої діяльності людини що формує її знання про навколишній світ і саму себе. У філософії пізнання визначено як діалектичний процес взаємодії суб’єкта з об’єктом. Суб’єктом пізнання може бути...
70567. Методи наукового пізнання 279.67 KB
  Метод від грецького –шлях до чого-небудь –у найбільш загальному випадку означає спосіб досягнення мети певним чином впорядкована діяльність. Науковий метод –це спосіб пізнання явищ дійсності їх взаємозв’язку і розвитку. Метод як засіб пізнання є спосіб відтворення в мисленні...
70568. Стихійні лиха та небезпечні природні явища 136.5 KB
  Атмосферні бурі смерчі урагани грози зливи та снігопади град ожеледь посухи пожежі заморозки екстремально низькі температури обмерзання високих споруд та літальних апаратів. За останні роки пожежі стали все частішим явищем які призводять до виникнення трагічних надзвичайних ситуацій.
70569. Целевые аудитории паблик рилейшнз в политической коммуникации 141 KB
  Взаимоотношения со СМИ в рамках избирательной кампании. Учитывается и роль таких факторов как деятельность СМИ характер ведения избирательной кампании влияние друзей знакомых экономическая и политическая конъюнктура. с включением поэтапно субъективных факторов личных оценок...
70570. Вычислительная математика 4.17 MB
  Для оценок погрешностей при вычислении функций аргументами которых являются приближенные числа более полным оказывается общее правило основанное на вычислении приращения погрешности функции при заданных приращениях погрешностях аргументов.
70572. Системы линейных уравнений 693.5 KB
  Запишем систему линейных алгебраических уравнений с неизвестными: Совокупность коэффициентов этой системы запишем в виде таблицы: Данная таблица элементов состоящая из строк и столбцов называется квадратной.