Размещено на http://www.allbest.ru/

Доклад

на тему: «Цифровой блок управления»

Содержание

Объект разработки

Исходные данные

Функциональная схема

Назначение элементов

Принцип работы центрального блока управления (ЦБУ)

Расчет ФИД

Выбор элементов

Расчет формирователя импульсов

Счетчик импульсов

КТ - командный триггер

Импульсный усилитель мощности

Объект разработки

Разработать цифровой блок управления (ЦБУ) электроприводом для позиционирования транспортера в соответствии с заданным количеством кодовых импульсов датчика угла поворота электропривода.

ЦБУ должен содержать фотоэлектрический импульсный датчик, формирователь импульсов, счетчик импульсов с предустановкой, командный триггер и импульсный усилитель мощности.

цифровой блок управление

Исходные данные

Номер зачетной книжки 20001487

Элементная база: ТТЛ

Диапазон изменения угла поворота: =150+5n5=180 - 190 кодовых импульсов

Относительный световой ток фотодиода : I_C / I_T = 5+n=12 А

Относительная амплитуда помехи: I_П / I_C = 0,1

Номинальное напряжение электродвигателя: U_эд =100-8n=44 В

Пусковой ток электродвигателя: I_ЭД = 1+n=8 А

Функциональная схема

Рисунок 1 -Функциональная схема

Назначение элементов

ФИД - фотоэлектрический импульсный датчик. Датчик представляет собой оптрон, преобразующий поток излучения светодиода в импульсы тока фотодиода за счет периодического прерывания потока излучения вращающимся щелевым диском, установленным на валу привода. Ток фотодиода кроме световой составляющей Iс, имеет терновую составляющую I_Т и составляющую помехи Uп, возникающую на частоте вибрации.

ФИ - формирователь импульсов. Формирователь импульсов выполняется на основе регенеративного компаратора, который повышает крутизну фронта импульсов датчика, а также устраняет влияние помехи и тернового тока фотодиода на выходной сигнал.

СИ - счетчик импульсов. Счетчик обеспечивает подсчет числа импульсов датчика, сформированных компаратором, и выдает на командный триггер сигнал после поступления заданного числа импульсов. Для изменения этого кода, соответствующего заданному углу поворота, необходимо в схеме предусмотреть специальный переключатель-задатчик.

КТ - командный триггер. Командный триггер формирует сигнал управления электроприводом по командам "ПУСК" и "СТОП", которые могут подаваться как вручную от соответствующих кнопок, так и от внешних устройств.

ИУМ - импульсный усилитель мощности. Импульсный усилитель мощности содержит силовой транзистор, обеспечивающий необходимый ток в якорной цепи электродвигателя при включении его от командного триггера.

Принцип работы центрального блока управления (ЦБУ)

Назначение ЦБУ осуществить точное позиционирование ленточного транспортера в соответствии с заданным значением углом поворота исполнительного вала привода, который устанавливается с помощью специального переключателя - задатчика. По команде «Пуск» поступающей от кнопки ручного управления (РУ) или внешнего управления (ВУ) командный триггер (КТ) переходит в состояние логической 1 и через импульсный усилитель мощности (ИУМ) включает электродвигатель (ЭД). Вращение исполнительного вала через редуктор (Р), служащий для понижения угловой скорости вала, передается на фотоэлектрический импульсный датчик (ФИД).

На выходе ФИД формируется импульсы напряжения, количество которых определяется углом поворота исполнительного вала, а частота зависит от скорости вращения вала. Эти импульсы нельзя напрямую подать на счетчик импульсов (СИ) так как у них очень пологий фронт, слабый сигнал, и они содержат помеху. Поэтому эти импульсы подаются на формирователь импульсов (ФИ) который делает их пригодными для подачи на счетчик импульсов. СИ считает импульсы с ФИ и сравнивает их с заданным числом импульсов, если они равны, то счетчик выдает сигнал логической 1, который сбрасывает КТ в 0. Также по команде «Стоп» поступающей от кнопки ручного управления (РУ) или внешнего управления (ВУ) командный триггер (КТ) переходит в состояние логического 0 и далее чрез ИУМ выключает ЭД.

Расчет ФИД

Схема ФИД содержит светодиод VD1 с балансным резистором R1, который задает номинальный ток VD1. Сигнал фотодиода VD2 выделяется на нагрузочном резисторе R2.

Выбор элементов

В качестве светодиода выбираем инфракрасный излучатель типа АЛ107Б, который имеет минимальные габариты и позволяет совместно с инфракрасным светофильтром исключить влияние фоновой засветки на выходной сигнал ФИД. Его параметры следующие:

_МИН=940 нм , _МАКС=965 нм,

P_E=9 мВт, I_{ПР. МАКС}=100 мА, U_ПР=1.86 В

Задаем номинальный ток из условия I_{ПР. НОМ}=(0.1-0.2) I_{ПР. МАКС} что дает возможность увеличить срок службы излучателя (светодиода) и в то же время достаточно для получения необходимого потока излучения.

I_{ПР. НОМ}=0.15 I_{ПР. МАКС}=0.15100=15 мА

Определяем сопротивлений R1 из условия что напряжение питание U_П1=12 В

Берем R1 из ряда E24 и окончательно принимаем R1=680 Ом 5% тип МЛТ-0.25

В качестве фотоприемника выбираем кремниевый фотодиод VD2 который имеет малый темновой ток I_Т и высокую термостабильность работы (по сравнению с Ge). Окончательно выбираем ФД-27К имеющий минимальные габариты. Его параметры следующие: I_Т =1-2 мкА, U_РАБ=20 В

При выборе R2 используем технические условия предприятия изготовителя. По ним R2=10-100 кОм. Берем R2=100 кОм5% тип МЛТ-0.25. Определяем полезный световой сигнал(U_C), темновой сигнал(U_T) и сигнал помехи(U_П):

I_C=(5+n)I_T=121.5=18 мкА

U_C= I_CR2=1810 ^-610010³=1.8 В

U_T=I_TR2=1.510 ^-610010³=0.15 В

Расчет формирователя импульсов

Рисунок 3 - схема формирователя импульсов

Формирователь импульсов строится на основе регенеративного компаратора. Статическая характеристика имеет гистерезис, который позволяет исключить влияние помехи, вызванной вибрацией кромки щели, и темнового тока на выходной сигнал ФИД. Статическая характеристика с отмеченными порогами переключения показана на рисунке 4. Назначение элементов схемы следующее: Делитель R3-R4 задает опорное напряжение (нижний порог переключения) U_ОПU_H, резисторы R5-R6 задают верхний порог переключения U_B, а диод VD3 вместе с резистором R6 создают положительную ОС, сигнал которой суммируется с опорным напряжением, что и дает гистерезис. Диод VD4 нужен для исключения отрицательного напряжения на выходе компаратора. Стабилитрон VD5 служит для стабилизации напряжения логической единицы (2.4-5В), резистор R7 задает ток стабилитрона, а резистор R8 служит для согласования входного сопротивления для ТТЛ.

Определим порог переключения компаратора:

Проверяем условие

Следовательно, пороги назначили правильно. Выбираем операционный усилитель типа К140УД7 (Зарубежные аналоги µ A741HC, µ A741PC) представляющий собой операционный усилитель средней точности с внутренней частотной коррекцией и защитой выхода от короткого замыкания, и имеющий малое напряжение смещения нуля - U_СМ=не более 9 мВ, малый входной ток I_ВХ= не более 400 нА и большой коэффициент усиления K_U=не менее 30 000. Его параметры при U_п=12 В следующие: U_{ОУ.МАКС}=10 В, U_СМ= 9 мВ, I_ВХ= 400 нА, K_U= 30 000

Определим сопротивление резисторов делителя R3-R4 по напряжению нижнего порога переключения U_H. Задаем ток делителя R3-R4: I_Д>>I_ВХ.ОУ.

I_Д=500 I_ВХ.ОУ=5040010 ^-9=200 мкА

U_П2=12 В

Решая эту систему линейных уравнений относительно R3 и R4, получим:

Окончательно принимаем по ряду Е24 R4=2 кОм5% тип МЛТ-0.25 и R3=56 кОм5% тип МЛТ-0.25. В качестве стабилитрона VD5 возьмем кремниевый стабилитрон типа КС133А, имеющий следующие параметры:

U_СТ.НОМ=3.3 В, I_СТ.МИН =3 мА

В качестве диодов VD3 и VD4 возьмем кремниевые маломощные импульсные диоды типа КД522А с прямым падением напряжения U_ПР=0.6 В

R5-R6 задают верхний порог переключения компаратора:

Второе уравнение получим из условия что сопротивления по входам “+” и “-“ должны быть равны:

Напряжения логической единицы на выходе компаратора равно напряжению стабилизации стабилитрона:

Принимаем R5=140 кОм5% тип МЛТ-0.25 и R6=330 кОм5% тип МЛТ-0.25. Резистор R8=390 Ом5% тип МЛТ-0.25 берем из условия согласования ЛЭ ТТЛ с источником сигнала (не более 400 Ом). Рассчитаем резистор R7 задающий ток стабилизации.

Окончательно принимаем R7=510 Ом5% тип МЛТ-0.25

Счетчик импульсов

КТ - командный триггер

Командный триггер строим по схеме асинхронного RS-триггера на логических элементах И-НЕ, которые управляются «нулями». Схема командного триггера представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - командный триггер

В качестве логического элемента И-НЕ выбираем ЛЭ универсальной 155 серии типа КР155ЛА3 (Зарубежные аналоги SN7400N, SN7400J) содержащий 4 элемента И-НЕ на два входа. Принцип его работы следующий: При нажатии кнопки «Пуск/Запись» или от ВУ2 на входы DD3.4 и на входы синхроимпульса счетчика подается сигнал нулевого уровня, который устанавливает триггер в единицу и устанавливает счетчик в соответствии с заданным числом кодовых импульсов. При нажатии на кнопку «Стоп» или при нулевом сигнале от ВУ1 или при сигнале нуля от выхода «обратного переноса» счетчика DD2 срабатывает элемент DD3.1 осуществляющий логическую операцию или по нулям. Он подает сигнал единицы на DD3.2 выполняющего логическую операцию НЕ, нулевой сигнал с которого подается на вход сброса триггера в ноль. Выход триггера Q управляет ИУМ.

Импульсный усилитель мощности

Импульсный усилитель мощности предназначен для увеличения тока и напряжения, подаваемого с командного триггера. Это нужно, потому что величина напряжения и тока, которая требуется для работы двигателя, много больше, чем может дать командный триггер. Схема импульсного усилителя мощности представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - схема импульсного усилителя мощности

Схема построена с применением одного силового транзистора VT1 (так это уменьшает ее габариты). Резистор R9 задает ток базы VT1, а диод VD6 снижает влияние индуктивности нагрузки (якорная цепь электродвигателя), которая создает противо ЭДС до падения напряжения на самом диоде (0.6 В).

Выбираем VT1 из условий

Выбираем кремниевый высоко мощный среднечастотный транзистор типа КТ827А (Зарубежные аналоги 2N6284)имеющего следующие характеристики:

Выбранный транзистор (КТ827А) устанавливается на радиатор.

Проверим условия насыщения транзистора VT1 по току:

Принимаем по ряду Е24 R9=300 Ом5% тип МЛТ-0.25. Диод VD12 выбираем по току и напряжению из условий:

Берем диод типа КД213А со следующими параметрами:

Следовательно, диод выбран правильно.

Тип VT1 выбираем по трем условиям:

Iк.макс ? 1,2*Iэд =9,6 А

Uк.макс? 1,2*Uэд=52.8 В

Pк.макс? 1,2*Iэд*Uк.нас= 19.2 Вт (Uк.нас см. ниже)

Берем транзистор КТ827В, для которого

Uк.нас=2 В

Uк.макс=60 В

Iк.макс=20 А

в =750-18 000 (берем в=6 400)

Pк=125 Вт

Определим необходимый ток базы насыщения

А

Проверим:

Iб.нас=0,0025 А ? Iкт1=0,01 А

где Iкт1 - ток командного триггера (лог.1)

Определим R8: Ом

Где Uкт1=9 В

Берем R8=8,2 кОм ±5% из ряда Е24 тип МЛТ-0,25

В качестве диода VD… выбираем кремниевый импульсный маломощный диод Д220А

Размещено на Allbest.ru