Розробка системи управління вузлом виготовлення глиняного брусу та порізу його на куски

Завдання на курсовий проект

Розробити систему управління вузлом виготовлення глиняного брусу та порізу його на куски заданої довжини. Мнемосхема вузла наведена на рисунку 1.1.

При включенні механізму М1 виготовляється глиняний брус, поперечні розміри якого відповідають розміру цегли. При заданій довжині бруса переключається датчик Х1. В цьому разі включається механізм М2, який опускає різак і відрізає від брусу кісок потрібної довжини. Крок переміщення М2 фіксується датчиком Х2. Механізм починає рух при Х2 = 1. При русі механізму датчик переключається в нульовий стан. Коли стан датчика знову стане одиничним, механізм зупиняється.

Коли брус відрізано (механізм М2 знаходиться в початковому положенні), включаються механізми М3 та М4. Їх швидкість більша ніж у механізму М1, за рахунок чого брус відривається від основної маси. Коли переключається датчик Х3, ці механізми знову виключаються.

Систему управління розробити на базі RS-тригерної моделі.

Рис. 1.1. Мнемосхема процесу порізу бруса

1. ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

1.1 Призначення та область застосування

Система призначена для управління вузлом виготовлення глиняного брусу та порізу його на куски заданої довжини.

1.2 Умови експлуатації системи управління

— Температура середовища в межах від +5С до +45 С.

— Вологість до 80%.

— В атмосфері є пил та бруд.

— Завади від працюючого електрообладнання в межах стандартів.

— Вібрація в межах допустимих ДСТУ.

1.3 Технічні характеристики системи управління

Система розробляється на базі RS-тригерної моделі. Передбачити пуск та зупинку системи, що здійснюється за допомогою кнопок «ПУСК» та «СТОП».

1.4 Конструктивне оформлення системи управління

Конструктивно систему управління виконати у вигляді стандартного корпусу, який можна закріпити на стінці цеху або на обладнанні. Деталі корпусу виготовляють з листового металу холодної штамповки. На передній панелі розташувати мнемосхему (умовне позначення технологічної ділянки), на якій індикатори показують стан механізмів.

алгоритм управління глиняний брус

2. Формалізація алгоритму управління

Для формалізації алгоритму застосуємо метод, заснований на представленні математичної моделі управління механізмом у вигляді RS-тригера, в якому сигнал на S — вході включає тригер (механізм), а сигнал на R — вході - виключає його. Кожне рівняння визначає сигнал на S — або на R — вході тригера. Це булеві рівняння, значення яких може дорівнювати одиниці, то механізм буде включено. Якщо дорівнює одиниці R — рівняння, то механізм буде виключено. Якщо ці рівняння дорівнюють нулю, то стан механізму не змінюється. Логіка роботи механізмів забезпечує умові, коли комбінація S = R = 1 неможлива. Розподіл умов включення та виключення механізму спрощують процес складання таких рівнянь.

Умови роботи механізмів, включають положення технологічного матеріалу, положення робочих органів механізмів та стан механізмів (включено/виключено). Такі змінні утворюють кон’юнкцію і на структурній схемі об'єднуються елементами «І». В рівняння управління можуть входити додаткові тригери, які запам’ятовують стан механізмів в попередні моменти часу. Такі тригери відіграють роль датчиків, установка яких неможлива або небажана. Їх можна назвати математичними датчиками. Положення технологічного матеріалу або робочих органів механізмів визначаються відповідними датчиками положення. Стан механізму можна визначити по стану його пускового пристрою, які часто мають для цього спеціальний контакт (блок-контакт).

Складемо рівняння управління механізмом М1. Його можна включити, коли Х1 = 1. Коли датчик переключається, механізм М1 вимкнеться.

Тоді рівняння включення та виключення механізму М1 має вигляд:

(2.1)

(2.2)

Механізм М2 має включитися, коли виключиться механізм М1, стан датчика Х1 буде нульовим, а також Х2 = 1.

Тоді рівняння включення та виключення механізму М2 має вигляд:

(2.3)

(2.4)

Рівняння включення та виключення механізму М3 має вигляд:

(2.5)

(2.6)

Рівняння включення та виключення механізму М3 має вигляд:

(2.7)

(2.8)

Система рівнянь (2.1 — 2.8) і є математичною моделлю алгоритму управління механізмами заданої технологічної лінії.

3. Розробка структурної схеми системи управління

Структурну схему складають на основі системи рівнянь включення та виключення механізмів лінії.

Основу схеми складають тригери управління, кількість яких дорівнює кількості пускових пристроїв.

Кожне рівняння включення або виключення є кон’юнкція певної кількості змінних, які об'єднуються за допомогою елемента «І». Вихід цього елемента подається на Sабо Rвходи відповідного триггера.

Якщо механізм має декілька режимів включення (виключення), то будемо мати декілька відповідних рівнянь, які об'єднуються елементом «АБО».

На структурній схемі зображують датчики, виходи яких подаються на вхід елементів через перетворювачі сигналів. При реалізації системи ці перетворювачі можуть бути відсутніми, якщо датчики видають сигнали, з якими можуть працювати відповідні елементи.

Виходи тригерів подаються на пускові пристрої механізмів через підсилювачі, які також зображають на структурній схемі.

Для системи управління, яка описана рівняннями (2.1 — 2.8), структурна схема має вигляд, наведений на рисунку 3.1.

Вихідні сигнали датчиків Х1 — Х3 повинні мати рівень, який визначається типом вибраних елементів. Тому, можливо, необхідно мати перетворювачі цих сигналів Пі.

Вихідні сигнали тригерів мають малу потужність і не можуть включити пускові пристрої механізмів. Тому необхідно мати підсилювачі сигналів ПСі, коефіцієнт підсилення яких визначається відношенням струму ППі до вихідного струму тригерів.

Хі - датчики положення

Пі - перетворювачі сигналів

ПСі - підсилювачі

ППі - пусковий пристрій механізму

Рис. 3.1. Структурна схема системи управління

4. Розробка принципової схеми системи управління

4.1 Вибір елементної бази

Принципово можливо застосування мікросхем серій ТТЛ (ТТЛШ), наприклад, К555, К1533 або мікросхем МОП (КМОП), наприклад, К561, К564 тощо. Кожна з них має свої переваги та недоліки. Елементи серії ТТЛ мають відносно велику потужність споживання, але й велику швидкодію. Елементи серії МОП, навпаки мають малу потужність споживання і малу швидкодію.

Швидкість переміщення робочих органів механізмів невелика. Найбільш швидкодіючі механізми мають час переміщення не менше ніж (0,4 — 0,5) сек., а часто і більший. Це великий час в порівнянні з часом переключення елементів. З цієї точки зору вибір мікросхем не має значення.

В системі управління найбільшу потужність споживають елементи управління пусковими пристроями механізмів. На їх фоні потужність споживання логічних (цифрових) елементів невелика.

Тому вибір серії мікросхем визначається перш за все функціональною повнотою, тобто набором елементів, які входять до цієї серії.

Для подальшої розробки принципової схеми будемо використовувати мікросхеми серії ТТЛ, а саме К555.

4.2 Вибір датчиків

При виборі датчиків, треба мати на увазі, що вони мають бути розташовані на обладнанні або на механізмах, тобто працюють в досить важких умовах, серед пилу бруду та вібрацій. В той же час вони повинні мати велику надійність, тому що їх пошкодження може призвести до пошкодження механізмів. Тому треба вибрати безконтактні датчики. Оберемо індуктивний датчик переміщення типу WA2, технічні характеристики якого наведені нижче.

4.3 Вибір елементів силової частини

Пускові пристрої механізмів (пускачі) — це електромагніти, котушки яких працюють під напругою 220 В змінного струму. Для управління ними можна використати симістори. Відсутність контактів значно підвищує надійність цього важливого вузла. Доцільно застосувати оптронний симістр, який має гальванічну розв’язку між силовою та управляючою частинами.

Виберемо оптронний симістр типу ТСО — 112−5-400 з такими параметрами:

Uн= 400 В,

Ін = 5А,

Uу=12 В,

Іу=50мА,

де Uн та Ін — максимальні напруга та струм силової частини; Uу, Іу — напруга та струм управління оптроном симістора. Для управління оптроном симістора необхідно мати підсилювач. Виберемо транзистор типу КТ315А з такими параметрами:

Uк=12 В,

Ік=100 мА,

h=20…80,

де h — коефіцієнт підсилення по струму. Приймемо h =20. Тоді струм бази транзистора дорівнює:

Iб=Ік/h =100/20 = 5 мА.

Такий струм бази може видати елемент ТТЛ — логіки.

Схема управління симістора наведена на рис 4.1.

Рис. 4.1

Опір R1 обмежує вихідний струм елемента (тригера).

R1=Uвих/Iвих = 2,4/(5*10−3)= 480 => 470 Ом

Опір R2 обмежує струм оптрона:

R2=Uу/Iу = 12/(100*10−3) = 120 Ом.

4.4 Розрахунок енергоспоживання пристрою

К555ТМ2 — 47 мВт

К555ЛА4 — 11,8 мВт

КТ315А — 0,6 Вт

ТСО — 112−5-400 — 0,6 Вт

Е = 11,8*10−3 + 2*47*10−3 + 0,6*4*2 = 4,91 Вт

Принципова схема системи управління наведена в додатку 1.

5. КОНСТРУКТИВНЕ ОФОРМЛЕННЯ системи управління

Конструктивно систему управління розташуємо в стандартному корпусі під розмір друкованої плати. В конструктивному відношенні корпус виконано у вигляді роз'ємної конструкції.

Корпус системи складається з передньої панелі, задньої панелі, дна корпусу та бокових стінок. Елементи конструкції виконані з листового металу методом холодної штамповки.

На передній панелі розташований перемикач «ПУСК». Тут же розташований тумблер, який включає напругу живлення, і лампочка, яка свідчить про наявність напруги.

На задній панелі розташовані роз'єми. Деталі корпусу з'єднані болтами, що утворює жорстку конструкцію. На внутрішніх стінах для фіксації друкованих плат закріплені направляючі з прес матеріалу. Верхня кришка з'ємна і кріпиться до бокових стінок гвинтами, що полегшують доступ до плат.

Для охолодження системи застосовується природна вентиляція. Тому в верхніх та нижніх частинах бокових стінок зроблені отвори, площа який складає 10% від загальної площі поверхні корпусу.

В корпусі розташоване джерело живлення на 5 В.

висновки

Розроблена система управління агрегатом вузлом виготовлення глиняного брусу та порізу його на куски заданої довжини, яка може застосовуватись на промислових підприємствах. Система забезпечує надійне функціонування при виконанні всіх вимог експлуатації.

Система реалізована на дискретних логічних елементах серії К555.

ЛІТЕРАТУРА

1. Корнійчук А.І. «Методика складань рівнянь управління логічних об'єктів». — Житомир: ЖІТІ, 1996, — 196с.

2. А.І. Корнійчук. Проектування пристроїв та систем управління. Курсове проектування. Навчальний посібник. — Житомир, ЖДТУ, 2004. — 144 с.

3. Нефедов А. В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т.5. — М.: КУбК-а, 1997. — 608 с.: ил.