Монтаж и наладка систем автоматического управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Общая часть

1.1 Краткая характеристика изделия

1.2 Монтаж изделия в составе объекта

1.3 Элементная база изделия

1.4 Конструктивное исполнение изделия

1.5 Подготовка к работе

2. Расчетная часть

2.1 Техника безопасности

Заключение

Литература

Введение

Использование электроэнергии в промышленности, начиная со второй половины XIX века, чрезвычайно расширило возможности создания и применение автоматических и полуавтоматических устройств.

Электрические полуавтоматические и полуавтоматические устройства начинают проникать в различные области техники.

Одним из первых полуавтоматов был электромагнитный регулятор частоты вращения вала паровой машины, разработанный в 1954 году К.И. Константиновым. Но теория проектирования первых полуавтоматических и автоматических устройств еще не была разработана. Основы научного подхода к проектированию полуавтоматических и автоматических регуляторов были заложены профессором Петербургского технологического института И.А. Вышнеградским. Однако четкое понимание того, что работа любых устройств, независимо от их физической природы, основана на общих принципах, пришло значительно позже - в 40-е годы XX века. Итак, на первом этапе осуществилось создание полуавтоматов.

Большой интерес был связан с необходимостью рационального использования энергоресурсов. Для этого был создан светорегулятор с плавным включением освещения. Он позволяет ограничивать пусковой ток лампы и тем самым увеличивать срок ее службы. Напомним, что наиболее активное разрушение нити лампы накаливания происходит при включении, когда ее сопротивление в 8-10 раз меньше, чем у раскаленной. В этот момент ток, через нить, значительно превышаем, что и приводит к преждевременному выходу лампы из строя. Как упоминалось выше светорегулятор увеличивает срок службы лампы, а также это еще и экономит электроэнергию.

Целью этой курсовой работы является систематизация, закрепление и углубление знаний полученных при изучении курса «Монтажа и наладки систем автоматического управления». Работа включает в себя разработку печатной платы и монтажной схемы.

1. Общая часть

1.1 Краткая характеристика изделия

Светорегулятор с плавным включением освещения - устройство предназначенное для включения лампы накаливания и управлению их яркостью свечения.

Технические параметры:

Мощность Р_вт = 25 Вт

Частота F = 100 Гц

Время разрядки резистора t = 50мс

Угол открывания тиристора t = 150-170°

Описание работы электрической схемы показана на рис. 1(печ. лист).

На рис. 2 показана схема светорегулятора, свободного от указанных недостатков. Он отличается повышенной нагрузочной способностью (до 600 Вт) и проще в налаживании. Диапазон изменения яркости свечения лампы EL1, регулируемый переменным резистором R12, от 5 до 98%. Минимальная мощность лампы накаливания -- 25 Вт.

При замыкании контактов выключателя сети через нагрузку EL1 и дроссель L1 поступает на выпрямительный мост, образованный диодами VD1-VD4. Импульсы выпрямленного напряжения стабилитрон VD5 ограничивает по амплитуде до его напряжения стабилизации. Далее эти импульсы частотой 100 Гц поступают на первый пороговый элемент на аналоге однопереходного транзистора VT1VT2, фазосдвигающую цепь R10C3, регулируемый делитель напряжения R11-R13, первую интегрирующую цепь VD7R14C4 и на вторую интегрирующую цепь VD9R17C5R18.

Время зарядки конденсатора СЗ (8, ..9 мс) на порядок меньше, чем конденсатора С4 (2..10 с), поэтому в устройстве происходит ряд процессов: конденсатор СЗ заряжается до напряжения открывания аналога однопереходного транзистора VT1VT2 и через него, а также резистор R9 быстро разряжается. В результате в цепи управления тринисторами VS1, VS2 через развязывающие резисторы R3 и R4 поступает управляющий импульс, который открывает тот из тринисторов, на аноде которого в данный момент присутствует положительная полуволна сетевого напряжения. Если, например, положительная полуволна на аноде тринистора VS1, то он открывается и через него, диод VD2, дроссель L1 и контакты выключателя SA1 лампа EL1 подключается к сети. Ток через лампу течет до тех пор, пока положительное напряжение на аноде тринистора VS1 не уменьшится до нуля. В этот момент тринистор VSl закрывается и отключает лампу от сети,

В следующий полупериод положительная полуволна сетевого напряжения оказывается на аноде тринистора VS2 и, благодаря коммутирующему диоду VD4, после ограничения стабилитроном VD5 поступает к фазосдвигающей цепи R10C3. Конденсатор СЗ вновь заряжается до напряжения открывания аналога однопереходного транзистора VT1VT2 и быстро разряжается через него и резистор R9. В результате на управляющие электроды тринисторов через развязывающие резисторы R3, R4 вновь поступает управляющий импульс, который теперь открывает тринистор VS2, Нагрузка EL1 подключается к питающей сети через диод VD1 , дроссель L1 , тринистор VS2 и выключатель. По этой цепи нагрузка питается до тех пор, пока положительное напряжение на аноде тринистора VS2 не уменьшится до нуля. В результате тринистор закроется и отключит нагрузку от сети.

Одновременно заряжается и конденсатор С4 а первой интегрирующей цепи. Ее постоянная времени -- 2... 10 с. Поэтому в начальный момент падение напряжения на конденсаторе равно нулю, диод VD8 открыт и шунтирует резистор R13 делителя напряжения R11-R13. Диод VD6 при этом закрыт и защищает фазосдвигающую цепь R10C3 от шунтирующего влияния открытого диода VD8. А так как постоянная времени фазосдвигающей цепи R10C3 равна 8...9 мс, то угол открывания тринисторов соответствует 150...170, поэтому значение среднего тока, протекающего через осветительную пампу, невелико и нить накаливания, постепенно прогреваясь этим током, чуть светится.

По мере зарядки конденсатора С4 падение напряжения на нем плавно увеличивается, что приводит к соответствующему повышению падения напряжения на резисторе R13 и дополнительной подзарядке фазосдвигающего конденсатора СЗ через диод VD6 от делителя напряжения R11-R13, благодаря чему время зарядки конденсатора СЗ плавно уменьшается, угол открывания аналога однопереходного транзистора VT1VT2 и тринисторов также плавно уменьшается. Это приводит к постепенному нарастанию значения среднего тока через лампу и яркости ее свечения.

При дальнейшей зарядке конденсатора С4 диод VD8 закрывается, цепь задержки, состоящая из диода VD7, резистора R14 и конденсатора С4, отключается от делителя напряжения R11-R13 и устройство выходит на стационарный режим работы.

Угол открывания порогового элемента VT1VT2 и тринисторов 8 стационарном режиме, а следовательно, и яркость свечений лампы определяются номиналами и соотношением сопротивлений резисторов делителя R11-R13 и цепи R10C3. Чем больше сопротивление переменного резистора R12, тем меньше выходное напряжение делителя, меньше подзаряжается фазосдвигающий конденсатор СЗ, больше угол открывания тринисторов и меньше значение среднего тока, текущего через нить, а следовательно, слабее ее свечение. При минимальном сопротивлении резистора R12 напряжение на выходе делителя R11-R13 и подзарядка конденсатора СЗ от него максимальны. угол открывания порогового элемента VT1VT2 и тринисторов наибольший, а значит, средний ток через лампу и ее свечение тоже максимальны.

В период плавного запуска устройства и в стационарном режиме второй пороговый элемент, функцию которого выполняет аналог однопереходного транзистора VT3VT4, закрыт и не влияет на работу светорегулятора, потому что напряжение на первом его управляющем входе (коллектор VT4) в это время превышает напряжение на втором управляющем входе (эмиттер VT3). Достигается это, во-первых, подключением коллектора транзистора VT4 через резистор R17 и диод VD9 к точке соединения токоограничивающих резисторов R2, R5 и R6, где более высокое напряжение, чем на катоде стабилитрона VDS, во-вторых, за счет постоянной времени зарядки конденсатора С5 через резистор R17 в пределах нескольких миллисекунд, что на три порядка меньше постоянной времени задержки включения конденсатора С4, и, в-третьих, соответствующим подбором номиналов резисторов R17, R18.

После выключений устройства конденсатор С5 разряжается через резистор R17 около 50 мс, поэтому через 20...30 мс после выключения напряжение на коллекторе транзистора VT4 становится меньше, чем на эмиттере транзистора VT3. В результате аналог однопереходного транзистора открывается и конденсатор С4 разряжается через его коллекторные переходы и резистор R16 примерно за 100 мс. Таким образом, суммарное время разрядки конденсаторов С5 и С4, равное 130 мс, и определяет время восстановления работоспособности устройства после его выключения. Следовательно, включение светорегулятора через десятую долю секунды после его выключения происходит плавное включение лампы накаливания (как и при первом включении), что увеличивает ее ресурс работы.

1.2 Монтаж изделия в составе объекта

1.3. Элементная база изделия

Позиционные обозначения	Наименование	Количество	Примечание
R12	Резистор СП-3-9а 100К или СП4 100	1
R12, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R13, R14, R15, R16, R17	Резисторы МПТ-0,25К	17
С1 и С2	Конденсаторы К73-17 0,15 мкФ	2
С4	Конденсатор оксидный К50-16-200 мкФ	1
С5 и С3	Конденсатор оксидный КМ-6 0,05 мкФ	2
VT2	Транзистор КТ-361Б	1	Заменим на КТ 203Б или КТ 209Б
VT1	Транзистор КТ-315Б	1	Заменим на КТ 312Б или КТ 342
VD5	Стабилитрон К212Ж	1	Заменим на КС 512А
VD1 - VD4	Диоды КД 102А	4
V51 - VD9	Диоды КД 503Л	5	Заменим на КД 502А

1.4 Конструктивное исполнение изделия

Способ переноса отличается от других способов тем, что применяется металлическая матрица, которая является временным основанием. На матрицу сначала наносят фотографическим способом или с помощью сетчатого трафарета негативный рисунок схемы, а затем на чистые участки наносят гальваническим способом медь, которая впоследствии переносится на постоянное основание из изоляционного материала.

Матрицей служит пластинка из нержавеющей стали марки 1Х13Н9Т, размер ее должен соответствовать печатной плате. Пластина должна быть полированной, а по краям не должно быть заусенцев. От качества полировки зависит сцепляемость электролитически осажденной меди с поверхностью матрицы; чем лучше отполирована поверхность, тем лучше от нее отстает слой осажденной меди.

При фотографическом способе матрицу подготавливают так же, как и при применении сетчатого трафарета. Нанесение светочувствительной эмульсии и экспонирование производят, как было сказано раньше.

Перед нанесением защитного рисунка матрицы промывают, очищают металлическими щетками, обезжиривают венской известью, промывают в проточной воде и сушат.

На матрицу с помощью сетчатого трафарета наносят изображение схемы краской, в состав которой входят белила литопонные густотертые -- 65%, олифа натуральная -- 5%, белила печатные -- 25%, ультрамарин синий, сухой -- 3%, сиккатив -- 2%. Краской закрывают всю поверхность, не подлежащую металлизации.

Непосредственно перед нанесением слоя металла матрицы декапируют в 10%-ном растворе соляной кислоты в течение 0,5--1 мин и промывают в холодной воде.

Для защиты в дальнейшем слоя меди на печатной плате и для улучшения условий пайки предварительно наносят слой припоя гальваническим осаждением, а затем слой меди. Осаждение меди производят в меднокислом электролите: медь сернокислая 200--250 г/л и серная кислота 20--75 г/л при плотности тока 5 а/дм².

Защитную краску с матрицы снимают промывкой щетками в растворе едкого натра и в горячей воде.

Постоянные основания вырубают из гетинакса, поверхность их обрабатывают песком для лучшего сцепления клея и переносимых полосок осажденной меди с матрицы. Пыль с плат сдувают и покрывают из пульверизатора клеем БФ-4 три раза. Клей предварительно растворяют до нужной вязкости растворителем № 646. Каждый нанесенный слой клея сушат.

Плату и матрицу совмещают и укладывают под гидравлический пресс, где создают давление 100 кгс/см² в течение 10--20 сек. За это время осажденные металлические полоски переходят с матрицы полностью на плату. На рис. 1 даны печатная плата и матрица.

Освобождённая матрица снова поступает в производство, а плата с проводниками подвергается полимеризации клея 'при температуре 130--135 °С в течение 3-4 ч.

При данном способе получается малый расход меди, основание не загрязняется различными химическими веществами, как при других способах, а недостатком являются длительность процесса, отсутствие металлизированных отверстий и малая разрешающая способность.



1.5 Подготовка к работе

Налаживание светорегулятора заключается в подборе резистора R10 при замкнутых накоротко выводах конденсатора С4. Номинал резистора (в пределах 62-180 кОм) должен быть таким, при котором нить накаливания лампы чуть светится.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет источника питания

Порядок расчета:

1. Расчета выпрямителя

1.1. Определяем переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке.

U_II=В•U_н

В - зависит от тока нагрузки.

Коэффициент	Ток нагрузки
	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1
В	0,8	1,0	1,2	1,4	1,5	1,7
С	2,4	2,2	2,0	1,9	1,8	1,8

U_II=1,3•14=18,2 В

1.2. Определяем максимальный ток протекающий через каждый диод:

I_д=0,5•С• I_н

I_д=0,5•1,8•0,5=0,45 А

1.3. Определяем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду:

U_об=1,5• U_н

U_об=1,5•14=21В

1.4. Выбираем тип диодов у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равен силе превышающей расчетные.

Этому условию удолетворяют диоды 2Д 204Б с параметрами I_{д спр} = 0,6А, U_обр=200В.

2. Расчет сглаживающего фильтра

2.1. Определяем емкость конденсатора фильтра

К_п - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения и зависит от приложенного напряжения

К_п=10^-3…10^-2

К_п=10^-4…10^-3

К_п=10^-5…10^-4

3. Расчет трансформатора питания.

3.1 Определяем max значения тока протекающего через вторичную обмотку трансформатора

U_II=1,5•I_н

U_II=1,5•0,5=0,75А

3.2. Определяет мощность потребляемую выпрямителем от вторичной обмотке трансформатора.

Р_пот= U_II•I_II

Р_пот= 18,2•0,75=13,65

3.3. Рассчитываем мощность трансформатора:

Р_тр= 1,25• Р_пот

Р_пот=1,25• 65,65=17,06

3.4. Рассчитываем ток протекающий через первичную обмотку:

3.5. Определяем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:

3.6 Определяем число витков первичной обмотки трансформатора:

светорегулятор трансформатор освещение



вторичной обмотки

3.7. Определяем диаметр провода обмоток

3.8. Проверить размещение обмотки на каркасе трансформатора.

Для этого подсчитанную ранее мощность трансформатора 50 и сравнить результат с площадью окна имеющихся пластин.

50Pтр=S`

50•17,06=S`

853<1117 мм²

2.1 Техника безопасности

При подготовке рабочего места со снятием напряжения должны быть в указанном порядке выполнены следующие технические мероприятия:

произведены необходимые отключения и приняты меры, препятствующие подаче напряжения на место работы вследствие ошибочного самопроизвольного включения коммутационных аппаратов;

на приводах ручного и на ключах дистанционного управления коммутационных аппаратов должны быть вывешены запрещающие плакаты;

отсутствие напряжения на токоведущих частях, которые должны быть заземлены для защиты людей от поражения электрическим током;

наложено заземление (включены заземляющие ножи, а там, где они установлены переносные заземления);

вывешены указательные плакаты «Заземлено», ограждены при необходимости рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие вывешены предупреждающие и предписывающие плакаты.

При подготовке рабочего места должны быть отключены:

токоведущие части, на которых будут производиться работы;

цепи управления, и питания приводов, закрыт воздух в системах управления коммутационными аппаратами, снят завод с пружин и вводов выключателей и разъединителей.

Силовые трансформаторы и трансформаторы напряжения, связанные с выделенным для работ участком электроустановки, должны быть отключены и схемы их разобраны также со стороны других своих обмоток для исключения возможности обратной трансформации.

После отключения выключателей, разъединителей (отделителей) и выключателей нагрузки с ручным управлением необходимо визуально убедиться в их отключении и отсутствии шунтирующих перемычек.

у разъединителей, управляемых оперативной штангой, стационарные ограждения должны быть заперты на механический замок;

у приводов коммутационных аппаратов, имеющих дистанционное управление, должны быть отключены силовые цепи и цепи управления, а у пневматических приводов, кроме тою, на подводящем трубопроводе сжатого воздуха должна быть закрыта и заперта на механический замок задвижка и выпущен сжатый воздух, при этом спускные клапаны должны быть оставлены в открытом положении;

должны быть вывешены запрещающие плакаты.

В электроустановках напряжением до 1000 В со всех токоведущих частей, на которых будет производиться работа, напряжение должно быть снято отключением коммутационных аппаратов с ручным приводом, а при наличии в схеме предохранителей - снятием последних. При отсутствии в схеме предохрани гелей предотвращение ошибочною включения коммутационных аппаратов должно быть обеспечено такими мерами, как запирание рукояток

или дверец шкафа, закрытие кнопок, установка между контактами коммутационного аппарата изолирующих накладок и др. При снятии напряжения коммутационным аппаратом с дистанционным управлением необходимо разомкнуть вторичную цепь включающей катушки.

Перечисленные меры могут быть заменены расшиновкой или отсоединением кабеля, проводов от коммутационного аппарата либо от оборудования, на котором должны проводиться работы.

Необходимо вывесить запрещающие плакаты.

Отключенное положение коммутационных аппаратов напряжением до 1000 В с недоступными для осмотра контактами определяется проверкой отсутствия напряжения на их зажимах либо на отходящих шинах, проводах или зажимах оборудование, включаемого этими коммутационными аппаратами.

На приводах (рукоятках приводов) коммутационных аппаратов с ручным управлением (выключателей, отделители, разъединителей, рубильников, автоматов) во избежание подачи напряжения на рабочее место должны быть вывешены плакаты «Не включать. Работают люди».

У однополюсных разъединителей плакаты вывешиваются на приводе каждого полюса, у разъединителей, управляемы оперативной штангой, - на ограждениях. На задвижках, закрывающие доступ воздуха в пневматические приводы разъединителей, вываживается плакат «Не открывать! Работают люди».

На присоединениях напряжением до 1000 В, не имеющих коммутационных аппаратов, плакат «Не включать! Работают люди» должен быть вывешен у снятых предохранителей.

Плакаты должны быть вывешены на ключах и кнопках дистанционного и местного управления, а также на автоматах или у места снятых предохранителей цепей управления и силовых цепей питания приводов коммутационных аппаратов.

На приводах разъединителей, которыми отключена для работ ВЛ или КЛ, независимо от числа работающих бригад вывешивается один плакат «Не включать! Работа на линии». Этот плакат вывешивается и снимается по указанию оперативного персонала, ведущего учет числа работающих на линии бригад.

Проверять отсутствие напряжения необходимо указателем напряжения, исправность которого перед применением должна быть установлена с помощью предназначенных для этой цели специальных приборов или приближением к токоведущим частям, заведомо находящимся под напряжением.

В электроустановках напряжением выше 1000 В пользоваться указателем напряжения необходимо в диэлектрических перчатках.

В электроустановках напряжением 35 кВ и выше для проверки отсутствия напряжения можно пользоваться изолирующей штангой, прикасаясь ею несколько раз к токоведущим частям. Признаком отсутствия напряжения является отсутствие искрения и потрескивания. На одноцепных ВЛ напряжением 330 кВ и выше достаточным признаком отсутствия напряжения является отсутствие коронирования.

В РУ проверять отсутствие напряжения разрешается одному работнику из числа оперативного персонала, имеющему группу IV - в электроустановках напряжением выше 1000 В и имеющему группу III - в электроустановках напряжением до 1000 В.

На ВЛ проверку отсутствия напряжения должны выполнять, дм работника: на ВЛ напряжением выше 1000 В - работники, имеющие группы IV и III, на ВЛ напряжением до 1000 В - работники, имеющие группу III.

Проверять отсутствие напряжения выверкой схемы в натуре разрешается:

в ОРУ, КРУ и КТП наружной установки, а также на ВЛ при тумане, дожде, снегопаде в случае отсутствия специальных указателей напряжения;

в ОРУ напряжением 330 кВ и выше и на двухцепных ВЛ напряжением 330 кВ и выше.

При выверке схемы в натуре отсутствие напряжения на вводах ВЛ и КЛ подтверждается дежурным, в оперативном управлении которого находятся линии.

Выверка ВЛ в натуре заключается в проверке направления и внешних признаков линий, а также обозначений на опорах, которые должны соответствовать диспетчерским наименованиям линий.

На ВЛ напряжением 6 - 20 кВ при проверке отсутствия напряжения, выполняемой с деревянных или железобетонных опор, также с телескопических вышек, указателем, работающим на принципе протекания емкостного тока, за исключением импульсного, следует обеспечить требуемую чувствительность указателя. Для этого Iрабочую часть необходимо заземлять,

На ВЛ при подвеске проводов на разных уровнях проверять отсутствие напряжения указателем или штангой и устанавливать заземление следует снизу вверх, начиная с нижнего провода. При горизонтальной подвеске проверку нужно начинать с ближайшего провода.

В электроустановках напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью при применении двухполюсного указателя проверять отсутствие напряжения нужно как между фазами, так и между фазой и заземленным корпусом оборудования или защитным проводником. Допускается применять предварительно проверенный вольтметр. Запрещается пользоваться контрольными лампами.

Устройства, сигнализирующие об отключенном положении, блокирующие устройства, постоянно включенные вольтметры и т.п. являются только дополнительными средствами, подтверждающими отсутствие напряжения, и на основании их показаний нельзя делать заключение об отсутствии напряжения.

Устанавливать заземления на токоведущие части необходимо непосредственно после проверки отсутствия напряжения.

Переносное заземление сначала нужно присоединить к заземляющему устройству, а затем, после проверки отсутствия напряжения, установить на токоведущие части.

Снимать переносное заземление необходимо в обратной последовательности: сначала снять его с токоведущих частей, а затем отсоединить от заземляющего устройства.

Установка и снятие переносных заземлений должны выполняться в диэлектрических перчатках с применением в электроустановках напряжением выше 1000 В изолирующей штанги. Закреплены зажимы переносных заземлений следует этой же штангой или непосредственно руками в диэлектрических перчатках.

Не допускается пользоваться для заземления проводниками, не предназначенными для этой цели.

Заключение

В проделанной курсовой работе была разработана схема электрическая принципиальная, монтажная схема, печатная плата и т.д.

Преимущество светорегулятора заключается в увеличении срока службы лампы и экономии электроэнергии.

Теоретические материалы можно использовать в учебном процессе.

Литература

1. Л.С. Кублановский «Терристорыне устройства». Радио и связь.

2. М.Л. Каминский «Монтаж приборов и систем автоматизации».

3. А.П. Гоненко «Оформление текстовых и графических материалов», М., 2000 г.

4. Межотраслевые правила по охране труда, М. Издательство НЦ ЭНАС.

5. Г.Д. Фрумкин «Расчет и конструирование радиоаппаратуры»

Размещено на Allbest.ru