99622

Система автоматического управления давлением воздуха

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Универсальный логический модуль фирмы Siemens на базе программируемого микроконтроллера предназначен для замены традиционных схем управления выполненных на основе реле контакторов и подобных ему устройств. Алгоритм функционирования модулей LOGO задается программой составленной из набора встроенных функций который включает в себя самые распространенные на практике логические функции а также ряд специализированных функций...

Русский

2016-10-02

185.5 KB

0 чел.

Система автоматического управления давлением воздуха

Содержание

Введение

1 Разработка структурной схемы

2 Разработка электрической принципиальной схемы

3 Расчетная часть

4 Разработка конструкции

Заключение

Список использованных источников

Введение

До серединыXX - столетия уровень автоматизации был невысок, использовались лишь простые механизмы при автоматизации простых процессов. Однако понятие «автоматизация» действительно стало применяться на практике с появлением (и развитием) цифрового компьютера, гибкость которого позволила ему выполнять любые задачи. Цифровые компьютеры с идеальным сочетанием скорости, вычислительной мощности, цены, и размера впервые появились в 1960-ых. До этого, промышленные компьютеры были почти исключительно аналоговыми и аналого-цифровыми. С тех пор компьютеры осуществляют управление огромным числом простых, повторяющихся задач, а также задач средней и высокой сложности, например, по производству продуктов питания и особенно его контролю.

Во многих случаях человек не в состоянии управлять техникой в связи с опасностью, большими скоростями, либо влиянием присутствия человека на качество выпускаемой продукции, поэтому применяется так называемая форма автоматизации, с использованием компьютеров – это испытательная автоматизация, где управляемое компьютером автоматизированное испытательное оборудование запрограммировано так, чтобы точно копировать людей-испытателей в ручном режиме. Это часто выполняется с использованием устройств автоматического тестирования для выполнения специальных расчетов, которые управляют автоматизированным оборудованием и дают команду, что необходимо сделать, чтобы выполнить тестирование.

При массовом производстве необходим тщательный контроль на всем протяжении процесса. Человек не в состоянии контролировать все. Поэтому все 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.

Поэтому, в данном курсовом  проекте разрабатывается система автоматического управления приводомLOGO! 12/24RC - Универсальный логический модуль фирмыSiemens на базе программируемого микроконтроллера, предназначен для замены традиционных схем управления, выполненных на основе реле, контакторов и подобных ему устройств. Он облегчает процесс  автоматизации производств и построения систем контроля и управления различными техническими процессами.

Алгоритм функционирования модулей LOGO! задается программой, составленной из набора встроенных функций, который включает в себя самые распространенные на практике логические функции, а также ряд специализированных функций (задержка включения и выключения, импульсное реле, выключатель с часовым механизмом, реле с самоблокировкой, тактовый генератор и др.).

В разрабатываемом курсовомLOGO! применяется для управления давлением воздуха с заданием программы работы и имитацией различных управляющих сигналов. ТакжеLOGO! можно использовать для регулирования других параметров.

ДостоинствомLOGO! является простота его программирования, которая может осуществляться двумя способами.

-клавишами на передней панели, при помощи которых из его памяти выбираются отдельные функции:GF -список логических функций;SFсписок специальных функций;Co – список входов (I1-I8), флагов М и выходов (Q1-Q4)  и соединяются в коммутационную программу.

-Программным обеспечениемLOGO!SoftComfort. Это программный пакет позволяет осуществлять графический ввод и редактирование программы, а также отладку программы в режиме эмуляции логического модуля. Готовая программа может загружаться в память логического модуля через специальный кабель устанавливаемым на персональный компьютер путем создания коммутационной схемы, ее тестированием и занесением в памятьLOGO!

LOGO! включает в себя:

• устройство управления

• панель управления и индикации с фоновой

подсветкой

• блок питания

• интерфейс для модулей расширения

• интерфейс для программного модуля (платы) и кабеля PC

• готовые стандартные функции, часто используемые на практике, например, функции задержки включения и выключения, импульсное реле и программный выключатель

• часовой выключатель

• цифровые и аналоговые флаги

• входы и выходы в соответствии с типом устройства.

Что может делать LOGO!?

LOGO! предлагает решения различных технических задач, в том числе в электрооборудовании жилых помещений (например, освещение лестничных клеток, внешнее освещение, шторы, жалюзи, освещение витрин магазинов и т.д.), в коммутационных шкафах, в управлении машинами и аппаратами (например, системы управления воротами, вентиляционные системы или насосы для хозяйственной воды и многое другое).

1 Разработка структурной схемы

Система автоматического управления давлением воздуха предназначена для автоматизации процесса работы электродвигателя. И последующего перепрограммирования под заданный алгоритм работы.

Схема электрическая структурная приведена на чертеже

БККП.023101.100Э1

Система автоматического управления давлением воздуха состоит из следующих элементов:

-Датчика (Д) преобразовывающего сигналы с объекта регулирования, затем передающего их на сравнивающее устройство (СУ) для сравнения контролируемых параметров с заданными;

-Органов управления (ОУ), которые необходимы для подачи на входы LOGO! управляющих сигналов и для имитации сигналов датчиков;

-Устройства ввода данных (УВ), предназначенного для задания параметров режимов работы двигателя;

-Задающего устройства (ЗУ), устанавливающего предельную величину контролируемого параметра;

-Сравнивающего устройства (СУ), предназначенного для сравнения контролируемого параметра с заданной величиной;

-Блока режима работы (БРР), обеспечивающего  выбор частоты вращения двигателя, необходимые задержки времени, реверс двигателя и т.п.;

-Реле, предназначенного для коммутации электрических цепей (скачкообразное изменение выходного сигнала при достижении входного сигнала определенного уровня);

-Двигателя (М);

-Объекта регулирования (ОР), который является главным звеном системы; его свойства (статические и динамические характеристики) влияют на характер регулирования;

-Насоса;

   Описание работы системы автоматического управления давлением воздуха:

Рабочий диапазон давлений: 1000…3000 кПа. Работа системы начинается после подачи команды с кнопки «Пуск», давление стабилизируется на уровне 2000 кПа, выдерживается таким 3 мин. затем поднимается до 3000 кПа и после поступления набора дискретных сигналов в соответствии с заданием отключается питание.

Суть программы в следующем:

Работа начинается после подачи команды с кнопки «Пуск», сигнал поступает на логические элементы (И), при достижении давления воздуха отметки равной 2000 кПа начинает работу интервальное реле времени, запускаемое фронтом, данное давление должно выдержаться на данном уровне 3 минуты. По истечении трех минут работы давление воздуха начинает возрастать до 3000 кПа, достигнув данной отметки, поступает заданная комбинация дискретных сигналов и питание отключается. /6/,/8/

2 Разработка электрической принципиальной схемы

По заданию на курсовой проект система управления должна иметь следующие параметры:

- Регулируемый или контролируемый параметр – давление;

- Датчик – прочие;

- Микроконтроллер –LOGO!;

-Регулирующее исполнительное устройство – Двигатель переменного тока 3Ф;

-Напряжение питания – 380В 50 Гц 3Ф;

-Мощность потребляемая

исполнительным регулирующим устройством - 100 Вт;

-Набор входных дискретных сигналов х4=0 х3=1 х2=0 х1=1y=0

Схема электрическая принципиальная представлена на чертеже БККП.023101.100Э3

Включение питания стенда осуществляется автоматическим выключателемQF1 типа BA101 Автоматические выключатели – это аппараты, предназначенные для защиты электрических установок от перегрузок, токов коротких замыканий, повышенного и пониженного напряжения, от токов утечки и других аварийных режимов. Они предназначены для замены рубильников и предохранителей.

В качестве  датчика давления использован преобразователь избыточного давления ОВЕН ПД 100-ДИ. Датчик ПД100-ДИ  обладают повышенной надежностью и помехоустойчивостью, имеют улучшенные метрологические характеристики по сравнению с традиционными аналоговыми датчиками давления благодаря предварительной математической обработке сигнала, могут быть широко применены во многих отраслях промышленности при создании автоматических систем управления технологическими процессами для контроля, мониторинга давления при управлении технологическим процессом.

РезисторR1 - постоянный непроволочный резистор общего применения, неизолированный С2-33М,  устанавливается в соответствии с технологическими условиями ШКАБ.434110.007 и соответствуют требованиям ГОСТ.24238.

Тумблеры SA1-SA4 выбраны марки T2.

Двигатель выбираеться трехфазный, марки 5АИ56А4, мощностью 0,12 кВт

КнопкиSB1-SB2 марки КМ1-1.

Микроконтроллер выбираемLOGO! 12/24RC фирмыSiemens параметры микроконтроллера представлены в таблице 3

Таблица 3

Общие технические данные

LOGO! 12/24RC

Напряжение питания/входное напряжение:

- номинальное значение

=12/24 В

- допустимый диапазон измерений

=10.8…28.8 В

-защита от неправильной полярности

есть

Потребляемый ток при напряжении питания

60…175мА/= 12 В

40…100мА/=24 В

Допустимый перерыв в питании, типовое значение

2мс/=12 В

5мс/=24 В

Потребляемая мощность при напряжении питания

0.7…2.1 Вт/~24 В

1,0…2.4 Вт/=24 В

Часы реального времени:

     - без картриджа батареи

80 часов

     - с картриджем батареи

2 года

- Точность хода, типовое значение

±2 с в сутки

Дискретные входы

Количество входов

8

-замечания

ВходыI1,I2,I7 иI8 могут использоваться для ввода аналоговых сигналов 0…10 В

ВходыI1,I2,I3 иI4 могут использоваться для подсчета импульсов, следующих с частотой до 5 кГц

Продолжение таблицы 3

Гальваническое разделение

Нет

Количество групп х количество входов

1х8

Задержка распространения входного

сигнала, типовое значение:

- от низкого к высокому уровню

1.5 мс, не более 1,0 мс для входовI3…I6

- от высокого к низкому уровню

1.5 мс, не более 1.0 мс для входовI3…I6

Длина обычного кабеля, не более

100 м

Дискретные выходы

Количество выходов

4

Тип выходов

Замыкающие контакты реле

Гальваническое разделение

Есть

Количество групп х количество выходов

4х1

Подключение дискретного входа в качестве нагрузки

Возможно

Импульсный ток выхода

30 А

Длительно допутимый ток выхода

10 А

Аналоговые входы

Количество входов

4 (I1иI2, I7иI8)

Диапазон измерений

=0…10 В

Входное сопротивление

72 кОм

Время цикла генерации аналоговых величин

300 мс

Погрешность преобразования по отношению к конечной точке шкалы

±1.5%

Максимальное входное напряжение

=28.8 В

Длина экранированной витой пары, не более

10 м

Конструкция

Габариты

72х90х55 мм

Масса

190 г

Степень защиты корпуса

IP 20

Подключение внешних цепей:

- контакты

Под винт

- сечение проводников

1х2,5 мм2 или 2х1.5 мм2

По заданию дано  напряжение питания 380 В. Для получения 220В на входе датчика нам необходимо, один из входов датчика подключить к одной из фаз трехфазной цепи питания  (А), а второй вход подключить к нейтральному проводу (N).  Для преобразования 220 В  в 24 В постоянного напряжения выбираем блок питанияLOGO!Power 24B/1.3А.LOGO! Power - это импульсные блоки питания с коммутацией на первичной стороне, выполненные в формате логических модулей LOGO! Широкий диапазон входных напряжений от 85 до 264В переменного тока, генерирование радиопомех уровня B, простота монтажа на стандартную профильную шину DIN определяют возможность универсального использования данных блоков питания в установках различного назначения.

Технические данные представлены в таблице 4

Таблица 4

LOGO! Power 24В/1.3А

Цепь входного напряжения

- номинальное  значение

~100…240 В

- допустимый диапазон измерений

~85…264 В

Частота переменного тока

47…63 Гц

Допустимый перерыв в питании при ~187 В

40 мс

Входной ток

0.48…0.30 А

Импульсный ток включения при +25С, не более

15 А

Защита прибора

Внутренняя

Рекомендуемый автоматический выключатель в цепи питания, ток/характеристика поIEC898

16А/В или 10 А/С

Продолжение таблицы 4

Цепь нагрузки

Номинальное выходное напряжение

=24 В±3%

Пульсация выходного напряжения, не более

250 мВ

Диапазон настроек выходного напряжения

=22.2…25.8 В

Номинальное значение выходного тока

1.3 А

Ограничение выходного тока, типовое значение

1.6 А

КПД при полной нагрузке, типовое значение

82%

Условия эксплуатации

Диапазон температур:

- хранения и транспортировки

-40…+70 °С

- рабочий

-20…+55 °С

Степень защиты

IP 20

Степень загрязнения среды

2

Относительная влажность

5…95% без конденсата

Технические характеристики датчика избыточного давления ОВЕН

ПД100-ДИ

Таблица 5

Выходной сигнал постоянного тока

4...20 мА

Предел допустимой основной

погрешности измерения:

- ПД100-ДИ М-0,5

±0,5 %

- ПД100-ДИ М-1,0

±1,0 %

Диапазон рабочих температур контролируемой среды

-40...110 °С

Напряжение питания

12...36 В постоянного тока

Сопротивление нагрузки

0...1,0 кОм (в зависимости от напряжения питания)

Потребляемая мощность

не более 0,75 ВА

Степень защиты корпуса датчиков давления

IP65

Продолжение таблицы 5

Диапазон рабочих температур окружающего воздуха

-40...80 °С

Атмосферное давление

66...106,7 кПа

Среднее время наработки на отказ

не менее 100 000 ч

Средний срок службы

12 лет

Масса

не более 0,2 кг

Методика поверки

МИ 1997-89

Штуцер для подключения датчиков давления (основной вариант)

M20×1,5 (ГОСТ 2405-88, черт. 20)

Тип соединителя

DIN 43650

Габаритный размер (по высоте)

не более 127,5 мм

/5/,/6/,/8/,/9/,/11/

3Расчетная часть

3.1 Рассчитываем потребляемые токи

3.1.1 Ток потребления двигателя

Uп=380 В

P=100 Вт

Используем формулу расчета мощностиP, Вт

P =U*I(1)

Из формулы 1 выразим токI, А

Iдвигателя =P/U (2)

Где,Uп – напряжение питания, В

P – мощность, потребляемая исполнительным и регулирующим устройством,  Вт

I=100/380=0.28 А

3.1.2 Ток потребления всей схемы

Iпотр =Iдвигателя+Iдатчика+Ilogo(3)

Где,Iдвигателя– ток потребления двигателя, мА

Iдатчика – ток потребления датчика, мА

Ilogo – ток потребления модуляLOGO!, мА

Iпотр= 280+15+70= 365 мА

3.2 Рассчитываем пусковой ток

Для выбора выключателя автоматического необходимо рассчитать пусковой токIпуск, А. При расчете пускового тока необходимо учесть, что при включении в цепи происходят быстротекущие переходные процессы сопровождающиеся резким скачком тока, поэтому выключатель автоматическийвыбирается с трехкратным запасом по току.

Iпуск=I*3     (3)

   Где,I – потребляемый ток, А

Iпуск=0,26*3=0,76 А

Исходя из расчетов выбираем автоматический выключатель типа BA101, т.к. он подходит по основным характеристикам, которые представлены ниже:

1,2,3,4 полюсное исполнение.

Уставки по току перегрузки  1, 2, 3, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63A.

Номинальное напряжение 230/400В~

   Характеристики срабатывания при КЗ

 В  - 3-5 от In

 С   5-10 от In

   Предельная коммутационная способность автоматов 4500 кА.

   Автомат устанавливаются на дин рейку шириной 35 мм  в местах, закрытых от механических повреждений и атмосферных воздействий.

3.3 Рассчитываем память, занимаемую коммутационной программой

Таблица 6, приведенная ниже, дает обзор потребностей в памяти для основных и специальных функций:

Таблица 6

Функция

Область памяти

Байты

Блоки

REM*

Основные функции

AND [И]

12

2

-

NAND (И-НЕ)

12

1

-

XOR (исключающее ИЛИ)

8

2

-

NOT (инверсия)

4

3

-

Специальные функции

Интервальное реле, запускаемое

фронтом

16

1

4

Количество байтов используемых программой

84

Ресурсы, используемые

программой

52

9

4

Ограничения памяти в LOGO!

2000

130

60

Еще доступны в LOGO!

1948

121

56

*Сохраняемая память

3.4 Минимизация логических функций

По условию нам дан набор входных дискретных сигналов х4=0 х3=1 х2=0 х1=1y=0, которые мы должны минимизировать для использования  при составлении коммутационной программы. /6/,/8/,/9/,/10/,/11/

__      __      __

Y=X4X3X2X1

Рисунок 1

4 Разработка конструкции

Согласно электрической  принципиальной  схеме система автоматического управления приводом представляет собой законченный узел. В корпусе прибора необходимо предусмотреть исполнение блока управления – настольное.

Тумблеры для поступления на вход дискретных сигналов и кнопки включения/выключения блока управления (ПУСК, СТОП) должны находится на лицевой части корпуса прибора. Внутри корпуса используется навесной монтаж так как используется минимальное количество элементов.

Корпус представляет собой прямоугольную коробку с габаритными размерами 210/100/55мм. На верхней панели прибора расположены тумблеры, с помощью которых осуществляется управление микроконтроллера (задается определенная комбинация дискретных сигналов),  а также кнопки включения/выключения установки. Двигатель, насос и датчик, который управляет работой прибора расположены за пределами корпуса, эти элементы можно запитать, как непосредственно от установки, для чего предусмотрена клеммная панель, так и отдельно.

Корпус  изготовлен из пластмассы  с толщиной стенок не менее 3мм.                    Конструкция не имеет сложных элементов, благодаря чему, как корпус так и крышку можно изготовить методом штамповки, рубки, прессования или литьем в формы.

Подключение установки осуществляется непосредственно к питающей трехфазной сети промышленной частоты,  с помощью клеммной колодки.

Блок питания, сам микроконтроллер и выключатель автоматический можно монтировать различными способами. Предусмотрен монтаж на профильной шине, а также фиксирование на защелках.  В нашем случае использован первый вариант: Надеваем модуль LOGO! на шину, а затем поворачиваем его на шине. Должна сработать монтажная защелка на задней стороне.

Непосредственно на корпусе закреплены устройства семействаLOGO! , а на крышке тумблера управления приводом, кнопки  включения/выключения, клеммная панель, проделано отверстие, которое используется для вывода наружу органов управления и дисплея микроконтроллера.

Для соединения корпуса и крышки,  корпуса и ножек, корпуса и элементовLOGO! Используются винты диаметром 4мм.  /6/,/7/,/8/

Заключение

В курсовом проекте была разработана система автоматического управления давлением воздуха обеспечивающая слежение и регулирование привода при помощи микроконтроллера LOGO! 12/24RC. Питание схемы осуществляется от трехфазной сети, напряжением 380В. Для преобразования данного напряжения в  напряжение питания модуляLOGO! Необходимо поставить блок питания, который подключается непосредственно к одной из фаз(А) трехфазной цепи и к нейтральному проводу(N). Все элементы системы широко используются, легкодоступны в приобретении и взаимозаменяемы, что обеспечивает высокую ремонтопригодность схемы.

Разработана электрическая принципиальная схема БККП.023101.100ЭЗ,

Электрическая структурная схема БККП.023101.100Э1

Коммутационная программа БККП.023101.100

Cписок использованных источников

1  Галкин В.И., Пелевин Е. В. Промышленная электроника и микроэлектроника. Учеб – Мн.: Беларусь, 2000

2  Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств. Учеб. – Москва:  Высш. Школа, 1989

3  ГОСТ 2.417-91. Платы печатные. Правила выполнения чертежей

4  ГОСТ29137 – 91. Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатной плате. Общие требования и нормы конструирования

5  Акимов Н.И. Справочник резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные элементы, реле. Мн.: Беларусь, 1994

6 СТП 1.001 – 2004 Правила оформления лабораторных, практических работ и пояснительных записок курсового и дипломного проектирования.

7  ГОСТ 23751. Основные параметры конструкции.

8 Руководство по эксплуатацииLOGO!

9 Технический паспорт автоматических выключателей серии  ВА-101, ВА-103, ВА-201

10 Руководство по эксплуатации программного обеспеченияLOGO!SoftComfortV5.0

11http://www.owen.ru/ - приборы КИП производства ОВЕН: датчики, котроллеры, регуляторы, измерители, блоки питания и терморегуляторы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11770. Розв’язання транспортних задач лінійного програмування 87.87 KB
  Звіт до лабораторної роботи № 7 Розв’язання транспортних задач лінійного програмування. з курсу Математичні методи дослідження операцій Мета роботи: Вивчити особливості розв’язування транспортних задач за допомогою Solver. 1.1 Теоретичні відомості. П
11771. Розв’язання та аналіз задач булевого програмування за допомогою Excel 86.2 KB
  Звіт до лабораторної роботи № 9 Розв’язання та аналіз задач булевого програмування за допомогою Excel з курсу Математичні методи дослідження операцій Мета роботи: Вивчити метод розв’язання задач булевого програмування в Solver. Теоретичні відомості. Рішен...
11772. Розв’язання цілочисельних задач ЛП за допомогою Excel. Графічне представлення та порівняння розв’язків цілочисельної та неперервної задачі 76.8 KB
  Звіт до лабораторної роботи № 8 Розв’язання цілочисельних задач ЛП за допомогою Excel. Графічне представлення та порівняння розв’язків цілочисельної та неперервної задачі з курсу Математичні методи дослідження операцій Мета роботи: Вивчити особливості предст...
11773. Решение задачи целочисленного ЛП с помощью динамического программирования 481.5 KB
  Курсовая работа по дисциплине МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ на тему Решение задачи целочисленного ЛП с помощью динамического программирования АННОТАЦИЯ Курсовая работа содержит 40 страниц 8 формул 17 таблиц 10 литературных источников. В ...
11774. Розв’язання несумісних задач лінійної оптимізації в діалоговому режимі 199.06 KB
  Звіт до лабораторної роботи №4 на тему: Розв’язання несумісних задач лінійної оптимізації в діалоговому режимі З курсу: Математичні методи дослідження операцій Мета: Знайти оптимальний розв’язок розподілу ресурсів за умови первинної наявності несумісн
11775. Предмет та задачі дослідження операцій 165 KB
  Предмет та задачі дослідження операцій Предмет та історія виникнення дослідження операцій ДО. Основні поняття ДО та етапи операційного дослідження Пряма та обернена задачі ДО. Детерміновані задачі ДО. Проблема вибору розв’язків в умовах невизначеності. ...
11776. Пошук оптимального розв’язку багатокритерійних лінійних задач 153.21 KB
  Звіт до лабораторної роботи №5 на тему: Пошук оптимального розв’язку багатокритерійних лінійних задач З курсу: Математичні методи дослідження операцій Мета: Вивчити методологію розв’язання багатокритерійних оптимізаційних задач на прикладі задачі розпо...
11777. Аналіз оптимізаційних задач. Аналіз оптимального розв’язку. Параметричний аналіз. Графічне представлення 139.27 KB
  З в і т про виконання лабораторної роботи 3 на тему: Аналіз оптимізаційних задач. Аналіз оптимального розв’язку. Параметричний аналіз. Графічне представлення. З курсу: Математичні методи дослідження операцій Мета: Вивчити методи аналізу задач лінійного пр
11778. Основні етапи розв’язання задач на дослідження операцій 77.35 KB
  Звіт до лабораторної роботи №1 з дисципліни Математичні методи дослідження операцій ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 Тема роботи: Основні етапи розв’язання задач на дослідження операцій. Питання: Поняття про задачі дослідження операцій. Поняття моделі класифік...