Система управления электро-эрозионного станка
Выбор типа печатных плат (ПП). Материалы для изготовления двухсторонних ПП. Классы плотности изготовления ППт и их характеристики. Структурная схема системы управления электро-эрозионного станка. Расчет теплового режима и основных параметров надежности.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.08.2010 |
| Размер файла | 747,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
18
НТУУ "КПИ"
Расчетно-графическая курсовая работа
по курсу: Компьютерные и технические электронные устройства
по теме: Система управления электро-эрозионного станка
Выполнил
студент гр. ДС-xx, ФЭЛ
2009 год
Содержание
- 1. Выбор и обоснование типа ПП
- 1.1 Обоснование материала печатной платы
- 1.2 Выбор и обоснование класса точности ПП
- 1.3 Разработка структурной схемы робота
- 1.4 Разработка описания работы схемы
- 2. Расчет теплового режима
- 3. Расчет основных параметров надежности
- Приложения
1. Выбор и обоснование типа ПП
Существует 5 типов ПП:
односторонние ПП (ОПП);
двухсторонние ПП (ДПП);
многослойные ПП (МПП);
проводниковые ПП (ППП);
гибкие ПП (ГПП).
Характерными чертами ОПП являются простота и экономичность изготовления. Они обеспечивают возможность выполнения проводящего рисунка с повышенной точностью. Позволяют осуществлять установку навесных элементов на поверхность платы со стороны, противоположной пайке, без дополнительной изоляции.
МПП состоят из чередующихся слоев изоляционного материала и проводящих рисунков, соединенных клеевыми прокладками в многослойную структуру путем прессования. Для МПП характерны повышенная плотность монтажа, устойчивость к механическим и климатическим воздействиям, сложность технологии изготовления и конструирования, а также относительно высокая стоимость.
ППП представляют собой диэлектрическое основание, на котором выполняют печатный монтаж или его отдельные элементы (КП, ШП, ШЗ …), а электрические соединения проводят изолированными проводниками. Проводниковый монтаж позволяет получить минимальную длину связей, т.е. минимальные паразитные параметры. Так же он позволяет вносить изменения в изначальную схему устройства без полной замены ПП. Однако ППП имеют наиболее сложную технологию производства.
ГПП - свернутые в рулон платы. Для ГПП характерны: компактность, надежность, ударопрочность. Основной недостаток ГПП - применение дорогих материалов для их изготовления.
Для нашего случая выберем ДПП. Применение двухсторонней печатной платы позволяет облегчить трассировку соединений, компактнее разместить элементы, а значит рационально использовать площадь печатной платы. Также двусторонняя печатная плата обеспечивает повышенную прочность соединения выводов навесного элемента с проводящим рисунком платы.
Размер печатной платы 4064 мм, наибольшая высота элемента одной стороны составляет 14 мм, а второй стороны - 6 мм. Соответственно, по рекомендациям вибираем корпус с размерами 446824 мм.
Для крепления печатной платы используются крепежные стойки с отверстиями для винтов.
1.1 Обоснование материала печатной платы
Основными материалами для изготовления двухсторонних печатных плат являются гетинакс и стеклотекстолит. Стеклотекстолиты - прессование слои стеклотканей пропитанные эпоксидной смолой. Гетинакс - спрессованные слои электроизоляционной бумаги, пропитанные фенольной смолой. Оба материала имеют малую водопроницаемость (0,2-0,8% при Т = 260 єС); большое поверхностное сопротивление (104 МОм); термостойкость материала в течении 1000 часов. Стеклотекстолит превосходит гетинакс по своим электрическим и механическим параметрам, но имеет большую стоимость. В техническом задании экономические показатели изготовления данного устройства не оговорены, поэтому целесообразно будет применить стеклотекстолит. Для изготовления печатной платы использовать стеклотекстолит фольгированный марки: СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316-78.
1.2 Выбор и обоснование класса точности ПП
Существует пять классов плотности изготовления печатных плат (от 1 до 5). Платы первого и второго классов характеризуются простотой исполнения, низкой стоимостью, высокой надежностью, но имеют большие габариты. Печатные платы остальных классов плотности отличаются высокой плотностью монтажа, применением дорогостоящих технологий и высококачественных материалов при своем изготовлении, высокой ценой и трудоемкостью производства.
Система управления, описанная в техническом задании, должна иметь достаточно малые габариты, обладать надежностью и достаточной ремонтоспособностью. Исходя из вышеизложенных требований, выбираем класс точности ПП. Оптимальным для реализации заданных требований будет третий класс точности.
Параметры соответствующего класса по ГОСТ 23751-86:
плотность монтажа - средняя
минимальная ширина проводников - 0,25 мм
минимальное расстояние между проводниками - 0,25 мм
разрешающая способность - 2 пров/мм
ширина пояска КП - 0,1 мм
Рис. 1 Предварительный эскиз ПП
1.3 Разработка структурной схемы робота
Проанализировав техническое задание, составим структурную схему устройства:
наиболее важным модулем в устройстве является набор сенсоров, с помощью которых система управления получает данные об окружающей среде;
модуль управления с элементом памяти предыдущего состояния;
модуль управления работой двигательной установки (коммутатор);
двигательная установка;
автономный источник питания.
Рис.2 Структурная схема системы управления станка
Сенсоры представляют собой 3 оптопары светодиод-фототранзистор и реагируют на отраженный от поверхности свет, который был сгенерирован светодиодами.
Модуль управления с элементом памяти предыдущего состояния анализирует полученные от сенсоров данные и определяет положение электрода-заготовки относительно линии (трассы): находиться электрод непосредственно над линией, если произошел съезд, то определяет направление съезда и корректирует траекторию движения электрода путем подачи управляющих сигналов модулю управления работой двигательной установки.
Модуль управления двигательной установкой представляет собой коммутатор, при помощи которого двигатели подключаются или отключаются от источника питания.
Автономный источник питания - аккумуляторная батарея, обеспечивающая питание системы управления напряжением 3,6 В и позволяет некоторое время работать в автономном режиме при отключении электропитания для возможности сохранения первичных настроек.
1.4 Разработка описания работы схемы
Система управления регулирует ход электрода - заготовки с помощью двух электродвигателей и постоянно удерживается на линии электрода или рядом с ним. Она снабжена тремя датчиками, определяющими положение электрода относительно линии, а также элементом памяти, который запоминает информацию о том, в какую сторону произошел сход. Поэтому, если электрод сходит с линии, он быстро возвращается обратно. В качестве площадки для прохождения электрода подходит светлая поверхность с нанесенной на неё темной линией (трассой) шириной около 20 мм.
Центральный датчик собран на светодиоде VD5 и фототранзисторе VT2, которые вместе образуют оптопару с открытым оптическим каналом. Правый датчик собран на элементах VD1, VT1, а левый - на элементах VD6, VT4. Каждый из светодиодов освещает определенный участок поверхности под роботом, а соответствующий фототранзистор принимает отраженный свет. Яркость свечения светодиодов VD1, VD5, VD6 можно регулировать подстроечным резистором R12, резисторы R1, R5, R8 - токоограничивающие. Нагрузкой фототранзисторов VT1, VT2, VT4 являются резисторы R2, R7, R10 и входы логических элементов DD1.4 - DD1.6
На коллекторах фототранзисторов напряжение зависит от их освещенности. Когда датчик расположен над линией, от нее отражается незначительная часть светового потока, освещенность фототранзистора мала и на его коллекторе будет напряжение высокого логического уровня. Если датчик в стороне от линии - фототранзистор освещен сильнее и на его коллекторе напряжение низкого уровня.
К выходам элементов DD1.4 - DD1.6 через токоограничивающие резисторы R13 - R15 подключены светодиоды HL1 - HL3, назначение которых - визуальный контроль работы датчиков. В дальнейшем эти светодиоды помогут в налаживании устройства. На диодах VD2 - VD4 и транзисторе VT3 собран логический элемент 3И-НЕ, на элементах DD1.2, DD1.3 - RS-триггер. Четырехканальный ключ DD2 выполняет функции
коммутатора управляющих сигналов переключательных транзисторов VT5, VT6, которые подают питающее напряжение на двигатели М1 и М2. Диоды VD9, VD10 защищают полевые транзисторы VT5, VT6 от ЭДС самоиндукции двигателей.
Сигнал центрального датчика используется для одновременной коммутации сигналов управления двигателями М1 и М2. А сигналы левого и правого датчиков - для включения (выключения) двигателей, а также для переключения RS-триггера. Начальное состояние триггера не имеет значения, так как при сходе робота с линии в ту или иную сторону триггер устанавливается автоматически в нужное состояние.
Когда электрод находится точно на линии, на коллекторе фототранзистора VT2 присутствует высокий логический уровень, на коллекторах фототранзисторов VT1, VT4 - низкий. На выходах элементов DD1.4, DD1.5 и DD1.6 будут высокий, низкий и высокий уровни соответственно и должны светить светодиоды HL1, HL3, a HL2 погашен. Напряжение низкого уровня через диод VD2 и резистор R4 поступит на базу транзистора VT3 и откроет его. Поэтому на его коллекторе установится высокий уровень, который включит первый и третий каналы (считая по схеме сверху вниз) ключа DD2. В результате сигналы с выходов элементов DD1.4, DD1.6 поступают на затворы полевых транзисторов VT6 и VT5. Поскольку оба сигнала высокого уровня, полевые транзисторы открываются, подключая двигатели к источнику питания, что приводит к движению робота прямо вперед.
Если электрод сойдет с линии вправо, будут освещены фототранзисторы центрального и правого датчиков, а левый окажется над линией и его фототранзистор освещен не будет. В этом случае транзистор VT3 открыт низким уровнем, поступающим через диод VD3. Первый и третий каналы ключа DD2 останутся открытыми, высокий уровень с выхода элемента DD1.4 поступит на затвор полевого транзистора VT6, и правый двигатель М2 продолжит работать. В то же время на выходе элемента DD1.6 низкий уровень, транзистор VT5 закрыт и левый двигатель М1 выключен. Электрод будет направляться влево до тех пор, пока центральный датчик снова не окажется над линией. Тогда включится левый двигатель, и электрод вновь двинеться вперед по трассе. Аналогичные процессы происходят, когда электрод отклоняется влево от линии. При этом выключается и вновь включается правый двигатель.
RS-триггер запоминает положение робота относительно линии. Рассмотрим ситуацию, когда электрод полностью съезжает с нее, например, вправо. До этого момента левый датчик некоторое время находится над линией, на выходе элемента DD1.6 при этом будет низкий уровень, который через диод VD8 установит RS-триггер в положение с высоким уровнем на выходе элемента DD1.3 Этот уровень поступит на закрытый пока четвертый канал ключа DD2. Когда электрод, разогнавшись, полностью съезжает с линии вправо, все датчики оказываются над светлым фоном, на выходах элементов DD1.4 - DD1.6 - высокий уровень и транзистор VT3 закрывается. На входе элемента DD1.1 станет низкий уровень, на его выходе - высокий, который откроет второй и четвертый каналы ключа DD2, и выходы RS-триггера будут подключены к затворам транзисторов VT5, VT6. Поэтому транзистор VT6 открыт и работает правый двигатель М2, а транзистор VT5 закрыт и левый двигатель М1 выключен - электрод поворачивает влево до тех пор, пока не вернется на линию и центральный датчик не окажется над ней, что приведет к включению левого двигателя. При съезде влево RS-триггер установится в состояние с высоким уровнем на выходе элемента DD1.2, поэтому для возвращения электрода на линию будет отключаться правый двигатель. После сборки проводят налаживание. Для этого двигатели временно отключают, систему управления устанавливают над светлым фоном, включают питание и, изменяя резистором R12 яркость свечения светодиодов VD1, VD5, VD6, добиваются свечения всех трех светодиодов HL1 - HL3. При этом над темной поверхностью они должны гаснуть.
Электрическая схема системы управления электро-эрозионного станка:
2. Расчет теплового режима
Данный расчет производится с целью выяснения, нужно ли использовать радиаторы для рассеивания тепловой мощности, выделяемой на некоторых элементах схемы.
Максимальную мощность рассеивает микросхема К561КТ3. К коммутатору подключены двигатели, и ток будет определяться как суммарный ток потребления всех активных компонентов, подключенных к данной микросхеме. Суммарный ток потребления - 69 мА. Рассчитаем, какая мощность рассеивается на этом стабилизаторе.
(4.3.1)
где U=3,6 (В)
PК561КТ3 =3,6·0,069=0.2484 (Вт)
Из документации на микросхему:
допустимая температура кристалла микросхемы: ;
сопротивление кристалл/корпус ;
сопротивление корпус/среда .
Для расчёта возьмем температуру окружающей среды .
Рассчитаем температуру кристалла:
. (4.3.2)
Данная температура является допустимой для работы микросхемы. Следовательно, не требуется использование радиатора.
Согласно документации производителя, при коммутатор способен рассеять до 300 мВт, следовательно, микросхема может рассеивать мощность без наличия радиатора.
3. Расчет основных параметров надежности
Одна из важнейших задач конструирования - разработка РЭА и систем, которые обладают высокой экономической и технической эффективностью, в значительной мере определяющееся их надежностью.
Надежность - это свойство объекта сохранять со временем установленные значения всех параметров, которые характеризуют способность выполнять необходимые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, сохранение и транспортирование.
Если ЭВА отвечает всем эксплуатационным требованиям, то она считается надежной. Выделяют два основных вида надежности:
техническая - это надежность на соответствие ТУ и определяется в заводских условиях для всех изделий;
эксплуатационная - надежность данного элемента в условиях эксплуатации с учетом режимов работы, условий и квалификации обслуживающего персонала. Основными свойствами этого типа надежности является безотказность, ремонтопригодность, долговечность. Основными показателями и характеристиками надежности являются:
P (t) - вероятность безотказной работы;
(t) - интенсивность отказов;
Тср. - среднее время наработки до первого отказа;
Q (t) - вероятность отказа.
Целью расчета показателей надежности является определения численных значений основных показателей надежности по интенсивности отказов элементов.
Исходная характеристика надежности для элементов конструкции - интенсивность отказов, что является функцией режима работы элемента, температуры окружающей среды и внешних воздействий.
(3.1)
КН - коэффициент электрической нагрузки, равняется отношению рабочей нагрузки к оптимальной; - температурный коэффициент, который показывает в скольких раз отличается интенсивность отказа элемента при данном КН от интенсивности отказа при номинальных условиях
(3.2)
- коэффициент, который учитывает влияние внешней среды на надежность элемента (для наземной стационарной аппаратуры ).
Таблица 1. Параметры надежности элементов ПП
|
Наименование элементов |
Тип элем. |
Ni |
КН |
аТ |
аВ |
|||
|
Двигатели |
PPN13LB11C |
2 |
0,5 |
0,8 |
1 |
10 |
8 |
|
|
Диоды |
1N4148 |
5 |
0,3 |
0,5 |
0,2 |
10 |
1,5 |
|
|
Диоды |
1N4007 |
2 |
0,3 |
0,5 |
0,2 |
10 |
0,6 |
|
|
Конденсатор |
К50-35 |
1 |
0,5 |
0,75 |
0,2 |
10 |
0,75 |
|
|
Конденсатор |
К73-16 |
1 |
0,3 |
0,005 |
0,15 |
10 |
0,00225 |
|
|
Микросхемы |
К561 |
2 |
0,2 |
1 |
2 |
10 |
8 |
|
|
Переключатель |
B3031 |
1 |
0,2 |
0,1 |
1 |
10 |
0,2 |
|
|
Резисторы |
C2-23 |
14 |
0,05 |
0,02 |
0,3 |
10 |
0,07 |
|
|
Резистор |
СП3-19А |
1 |
0,08 |
1 |
0,25 |
10 |
0,2 |
|
|
Светодиоды |
ARL-3214URC |
3 |
0,3 |
0,22 |
1,2 |
10 |
2,376 |
|
|
Светодиоды |
АЛ307БМ |
3 |
0,3 |
0,22 |
1,2 |
10 |
2,376 |
|
|
Транзисторы |
ФТ-2К |
3 |
0,4 |
0,5 |
0,32 |
10 |
3 |
|
|
Транзисторы |
КП505 |
2 |
0,3 |
0,5 |
0,32 |
10 |
1,5 |
|
|
Транзистор |
2N3906 |
1 |
0,25 |
0,5 |
0,35 |
10 |
0,4375 |
|
|
ПП |
СТФ-2-35 |
2 |
1 |
1 |
1 |
10 |
20 |
|
|
Пайка выводов |
115 |
0,005 |
1 |
1 |
10 |
5,75 |
Ni - количество элементов, ое - интенсивность отказа элементов (1/ч), КН - коэффициент нагрузки для конденсаторов:
(3.3)
для резисторов:
(3.4)
для полупроводниковых приборов:
(3.5)
Результирующая отказа равна сумме интенсивности отказа элементов:
(3.6)
Определим среднее время наработки на отказ:
(3.7)
Расчет вероятность безотказной работы:
(3.8)
Расчет вероятности безотказной роботы за год (8760 час):
0,953161
Следовательно, вероятность отказа через год:
0,046839 (3.9)
Таблица 2. Вероятность безотказной работы ПУ в зависимости от времени работы
|
t, часов |
10 |
102 |
103 |
104 |
105 |
106 |
|
|
P |
0,999945 |
0,999453 |
0,994539 |
0,946711 |
0,578326 |
0,004185 |
Рисунок 3. График вероятности безотказной работы
Приложения
Подобные документы
Материалы, используемые при изготовлении однослойных печатных плат. Маркировка печатных плат, контроль и автоматизация технологического процесса изготовления однослойных печатных плат. Система печатных проводников. Длина сигнальных проводников в плате.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.06.2011Общая характеристика электроэрозионного оборудования. Описание существующего проволочного станка AC Classic V2. Разработка структурной схемы автоматизированной системы управления. Техническая реализация проекта системы управления и диагностики параметров.
дипломная работа [7,1 M], добавлен 05.04.2012Анализ технического задания. Выбор способа изготовления печатной платы, расчет конструктивно-технологических параметров, выбор элементов и материалов, расчет надежности. Технологический процесс изготовления реле, операционная карта изготовления.
курсовая работа [120,3 K], добавлен 03.07.2008Основные характеристики вертикально-фрезерного станка 6Р13Ф3-37. Промышленный робот типа Универсал–51. Привязка датчиков и исполнительных механизмов к портам микропроцессора. Технологическая карта производственного процесса, алгоритм управления объектом.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 03.05.2013Выбор принципа конструирования, конструкционной системы, серии логического ИМС. Расчет теплового режима и параметров электрических соединений. Разработка технологического процесса изготовления устройства. Анализ технологичности конструкции изделия.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 06.06.2010Расчет параметров системы для осуществления автоматического слежения за объектом, перемещающимся в пространстве и излучающим электромагнитные волны. Разработка алгоритма и программы управления для токарного станка с ЧПУ для изготовления шахматных фигур.
курсовая работа [443,4 K], добавлен 17.05.2013Разработка энергосберегающей системы управления трехфазным асинхронным двигателем главного движения токарного станка. Блок системы управления и датчик скорости в составе устройства. Анализ структуры микропроцессорной системы. Выбор конструкции устройства.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 20.07.2014Система ЧПУ фрезерно-токарного станка с четырёхосевым приводом постоянного тока в качестве объекта управления. Структура системы ЧПУ четырёхосевым электроприводом. Выбор режима работы. Блок-схема алгоритма вывода изображения, кодирования и вывода.
реферат [299,5 K], добавлен 10.11.2010Создание радиоэлектронных аппаратов, расчет теплового режима. Выбор конструкции и расчет параметров радиатора. Коэффициент теплоотдачи радиатора. Расчет теплового режима блока. Выбор системы охлаждения. Зависимость перегрева корпуса от удельной мощности.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 18.02.2013Основные параметры схемы электрического принципиального блока управления стабилизатора переменного напряжения. Технология изготовления печатных плат, их трассировка и компоновка. Расчет себестоимости блока управления стабилизатора переменного напряжения.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.06.2014
