Автоматизований електропривід

1. Структурний синтез контроллера.

2. Розробка принципової схемы.

Обробка вхідних сигналов:

Контактні датчики.

Аналоговий сигнал — напряжение.

Датчик освещенности.

Обробка вихідних сигналов:

Электромагнит.

Транзисторний модуль.

Гальванічна розв’язка сигналов.

Початковий скидання микропроцессора.

Харчування схемы.

3. Розробка програмного обеспечения.

4. Конструювання контроллера.

5. Перелік елементів принципової схемы.

6.

Список литературы

.

У цьому курсовому проекті поставили завдання розробити якийсь промисловий контролер до роботи на умовах виробництва. Завдання можуть виконати на микропроцессоре з гнучкою запрограмованої логікою, і навіть на дискретних елементах з жорсткою логикой.

Реалізація на микропроцессоре має вагомими перевагами. Гнучка логіка, можливість легкої модернізації контролера, перспективность.

Програмована логіка реалізована на микропроцессоре типу МК-51 фірми ATMEL — AT89C51, який, завдяки вбудованої FLASH пам’яті, має можливість електричного перепрограмування, отже швидкої модернізації керуючої программы.

Наявність мікропроцесора у сприйнятті сучасних контроллерах дозволяє створювати складні, гнучкі, компактні і надійні системи управління з централізованим управлінням і диагностикой.

1. Структурний синтез цифрового автомата.

Означимо структуру проектованого микроконтроллера.

1) Керуючий логічний блок з урахуванням микропроцессора.

2) Блок збору інформації та перетворення їх у вид, необхідний в обробці микропроцессором.

3) Блок гальванічної розв’язки вхідних сигналів і сигналів, вступників на микропроцессор.

4) Блок в зв’язку зі виконавчими пристроями (до складу якого гальванічну розв’язку) для перетворення вихідних сигналів мікропроцесора в потужні сигнали управления.

5) Блок початкового скидання микропроцессора.

6) Блок індикації вхідних і вихідних сигналов.

7) Блок електроживлення контроллера.

2. Розробка принципової схемы.

1. Керуючий логічний блок.

Як підстави контролера обраний популярний мікропроцесор типу MK-51 від фірми Atmel — AT89C51.

Його основні переваги перед подібними процесорами інших фирм:

1. Повністю сумісний із сімейством МК-51.

2. 4 кб вбудованої перепрограммируемой Flash пам’яті (включаючи перепрограмування безпосередньо на платі за протоколом SPI) при щонайменше 103 циклів перезаписи.

3. Робота на частотах від 0 до 40 МГц.

4. 128×8 біт ОЗУ.

5. 32 программируемых лінії портів ввода/вывода.

6. Два 16-битных таймера счетчика.

7. Шість джерел прерываний.

8. М’який послідовний канал сумісний з RS-232-S.

2. Блок збору інформації та перетворення їх у вид, придатний обробки микропроцессором.

Вхідні інформація, і вихідна інформація проходить через зовнішній розняття типу РШ2Н-2−16.

У таблиці 1 наведено список і умовне позначення вхідних і вихідних сигналів з задания.

Табл. 1.

Найменування сигналу за завданням Присвоєне название.

Вхідні сигналы.

S1 — контактний датчик S1.

S2 — контактний датчик S2.

S3 — контактний датчик S3.

Ua — Аналоговий сигнал напруги буде в діапазоні 0.10В UA.

Ev — датчик освітленості 0.200лк EV.

Вихідні сигналы.

Електромагніт Y1 Y1.

Електромагніт Y2 Y2.

Тр. Модуль — VT1 Y3.

Тр. Модуль — VT2 Y4.

Умови переходів автомата.

S1? U < 7 B X1>

EV < 40 лк X2>

(S1? S2)? U > 1 B X3.

S3 ^ EV < 50 лк X4>

S2 ^ U < 3 B X5>

EV > 100 лк X6.

Сигнал з датчика освітленості (фоторезистора СФ2−1) знімаємо за таку схеме:

Далі сигнал надходить на ділильний міст з резисторів, яка формує потрібний рівень сигналу, подаваний на схему з цих двох компараторов. На не инвертирующий вхід компаратора подається яка вимірюється величина напруги, але в инвертирующий — величина опорного напруги, під час досягнення якої значення логічного сигналу не вдома компаратора змінюється на протилежне. Спрацьовування при потрібному значенні освітленості регулюється подстроечными резисторы марки РП1 — 48 10КОм?10%.

Компаратор LM29000.

Його електричні характеристики:

Максимальний споживаний струм 2 мА.

Напруга усунення 1 мВ.

Корпус DIP-14.

Для організації высокостабильного опорного напруги обрані спеціалізована мікросхема LM4130 фірми National Semiconductor.

Вихідний опорне напруга 4.096 В.

Похибка вихідного напруги 0.05%.

Температурний коефіцієнт нестабільності 3*10−6/оС.

Мінімальна вхідний напруга 5 В.

Споживаний струм 1 мА.

Максимальний вихідний струм 30−50 мА.

Зміна вихідного напруги (при Iвых=30.50 мАЛО) 0.05%.

За такою схемою організований приймання і формування логічних сигналів UA на микропроцессор.

3. Блок гальванічної розв’язки вхідних сигналів і сигналів, вступників на микропроцессор.

Вхідні величини поступають із зовнішньої (для контролера) середовища, що свідчить про можливу наявність перешкод різних типів. Також слід передбачити можливість неправильної полярності підключення датчиків. Тому виникла потреба в гальванічної розв’язки сигналов.

А, аби розв’язати вхідні рівні мікропроцесора і вхідних сигналів від датчиків застосовані три оптопары К249КН4П. Характеристики, за якими були выбраны:

Uмахком=60 В;

Iвхmin=10 мА;

Iвхmax=25 мА;

Iком=8 мА.

Резисторы R1 і R2 розраховуються з умов максимального вхідного і комутованого струмів. Діод забезпечує захисту від неправильної полярності включения.

Резисторы:

R1 C2 — 23 0.25Вт 1600 Ом?0.25%.

R2 C2 — 23 0.125Вт 270 Ком?0.1%.

Діод КД521А (Д220А):

Uпр=1 В, Uобр=75 В, Iпр. ср=50мА, Iобр=1мкА.

Обробка вихідних величин:

Электромагнит.

У цьому роботі автомат генерує вихідний сигнал управління електромагнітом (=24 В, 10Вт). Ця потужність року дає можливість підключення електромагніт безпосередньо до виходу мікропроцесора, тому тут доцільно застосувати потужні твердотільні оптоэлектронные реле. Потужність не вдома яких може становити досить великих значень. У оптопаре одночасно реалізується гальванічна розв’язка силовий і керуючій ланцюгів, і навіть посилення за проектною потужністю сигнала.

Схема підключень оптоэлектронного реле:

Твердотельное реле для ланцюгів постійного струму 5П19А1:

Напруга комутації -60.+60 В.

Струм комутації -3.3А.

Вхідний струм 10 — 25мА.

Вхідний напруження у вимкненому стані -3.5.0.8 В.

Рассеиваемая потужність 1000мВт.

Температура дкр. середовища -45.+85.

Корпус SIP12.

Резистор:

R C2 — 23 0.125Вт 360 Ом?0.1%.

Транзисторний модуль.

Транзисторний модуль М2ТКИ-50−12 управляється спеціалізованим драйвером — драйвер транзисторних модулів подібного типу — IR2112 фірми International Rectifier. Драйвер здатний витримувати напруги до 600 вольт. Схема включення приведено ниже:

Symbol Description.

VDD Logic supply.

HIN Logic input for high side gate driver output (HO), in phase.

SD Logic input for shutdown.

LIN Logic input for low side gate driver output (LO), in phase.

V SS Logic ground.

VB High side floating supply.

HO High side gate drive output.

V P. S High side floating supply return.

VCC Low side supply.

LO Low side gate drive output.

COM Low side return.

Діод VD повинен витримати зворотне напруга 600 В.

Діод КД105Г (КД209В):

Uпр=1 В.

Iср.пр=300мА.

Iср.обр=0.1мА.

Uобр=800 В.

Драйвер IR2112:

Параметри драйвера:

VOFFSET 600V max.

IO+/- 200 mA / 420 mA.

VOUT 10 — 20V.

ton/off (typ.) 125 & 105 ns.

Delay Matching 30 ns.

Корпус DIP14.

Резисторы:

R C2 — 29 0.5 10 Ом?0.25%.

Конденсатор:

З К73 — 17 630 В 0.1мкФ?10%.

Початковий скидання микропроцессора.

Для системи, побудованої з урахуванням мікропроцесора необхідна схема початкового скидання і системи запобігання зависання. Оскільки внаслідок сильної електромагнітної перешкоди може спотворитися частина інформації, оброблюваної мікропроцесором в момент, що загрожує збоєм в алгоритмі керуючої програми, а як і зацикливанием роботи процесора або його «зависанням». Усе це призводить до відмови у роботі контроллера.

Зазвичай, такі сильні й фатальні перешкоди трапляються дуже рідко, якщо контролер виконує частина операцій на налагодженому технічний процес, такий його відмова призводить до виникнення незапланованого простою у роботі великими економічними убытками.

Працездатність контролера можна відновити, подавши на процесор команду скидання (reset). Такі функції виконує WatchDog Taimer. У цьому роботі цю систему не реалізована. Скидання микроконтроллера можна буде потрапити зробити короткочасним скиданням яке живить напруги чи кнопкою Reset, розташованої на передній панели.

Конденсатор:

З К50−16−50В-1 мкФ.

Индикация.

Можливі кілька радикальних способів реалізації индикации:

— на светодиодах,.

— на ЖК элементах,.

— на цифрових чи символьних індикаторах та др.

Задля більшої візуальним спостереженням за функціонуванням контролера запроваджено блок індикації сигналів. Його реалізація є программной.

Підпрограма запитує стану входів і виходів і виводить цих значень до порту P0 мікропроцесора МК51.

На самому ці виходи підключені світлодіоди, які візуально відбивають стан входів і выходов.

А, щоб світлодіоди можна було підключити безпосередньо на порт, вони мають споживати якнайменше струму, та заодно забезпечувати достатню яскравість свечения.

Цим запитам цілком задовольняють обрані світлодіоди КИПД02Б-1К. Нижче в таблиці наведено їх основні параметры.

Типприбора Цветсвечения Значення параметрів при Т=25°С Iпр.мах.mA Uобр (Uобр.и)B.

Iv. мккд (L, кд/м2) Uпр. B Iпр.ном.mA ?мах.mkM.

КИПД02Б-1К Червоний 900 1,8 5 0,7 20 3.0.

При напрузі харчування і струмі світлодіода 5 мАЛО токоограничивающий резистор приймаємо рівним R=1кОм.

Резисторы:

R C2 — 23 0.125Вт 1КОм?0.1%.

Харчування елементів схемы.

На вхід контролера надходить що живить напруга 24 В, а склад контролера входять устрою, які харчуються від 5 В, і навіть 15 В. Проблема харчування може бути розв’язана з допомогою спеціалізованої інтегральної схеми імпульсного перетворювача постійної напруги. Прикладом такого перетворювача може бути інтегральний перетворювач DCP. На вхід цього перетворювача надходить постійна напруга, і виході також є постійна напруга, але іншого рівня. У цьому здійснюється повна гальванічна розв’язка між входом і виходом з допомогою убудованого трансформатора. Мікросхема криється у корпус DIP14, компактна і зручніша використання. У цьому роботі використовуватиметься мікросхема (DCP022405P (на виході 5В)). Вихідна потужність мікросхем становить 2Вт.

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ DC/DC серії DCP02.

На вході є дві ємності: керамічний конденсатор усунення короткочасних піків струму, які виникають за переходах транзисторів і електролітичний — підтримки вхідного напруги постійним за його повільних колебаниях.

На виході також є керамічні конденсатори, ємність яких розрахована ниже.

Схема підключення інтегральних імпульсного преобразователя:

Конденсатор на вході перетворювача має ємність 470мкФ.

DA1 Імпульсний перетворювач DCP022405P.

Вихідна потужність 2Вт.

Вихідний напруга 5 В.

Вхідний напруга 24 В.

DA1 Імпульсний перетворювач DCP022415DP.

Вихідна потужність 2Вт.

Вихідний напруга ?15 В.

Вхідний напруга 24 В.

Конденсаторы:

C1 К50 — 16 50 В 470мкФ +50 -20%.

C2, C3 К50 — 16 50 В 10мкФ +50 -20%.

C4 К50 — 16 50 В 10мкФ +50 -20%.

4. Конструювання контроллера.

Конструкція контролера є плату друковану, вдвижную. На виконання основний друкованої плати рекомендується використовувати двосторонній фольгированный стеклотекстолит марки ФТС2−35 ТУ 16−503.161−83. Двостороння фольгирование вибрано із міркувань зменшення щільності розташування провідників і зменшення розмірів основний друкованої плати устрою. Платню виготовити фотохимическим способом. Доріжки на платі травлення по «позитиву». Розміри друкованої плати визначаються відповідність до ГОСТ 2.109−73.

Для збільшення жорсткості друкованої плати монтувати на спеціальну рамку, відлиту з лицьової панеллю з легкого алюмінієвого сплаву АЛ9. Товщина рамки і панелі - 3 мм. Плата кріпити до рамці з допомогою стяжных гвинтів М3.

На лицьової панелі розташовані отвори під світлодіоди, кнопка сброса.

Кріплення кнопки скидання виробляється «під гайку» на передній панели.

Зовнішній розняття типу РШ2Н-2−16. Розняття — електричний соединитель для друкованого монтажу, розташування штырьков лінійне. Призначений до роботи на електричних ланцюгах постійного і перемінного струму з частотами до 3 МГц і ланцюгах імпульсного тока.

Рекомендований тип припоя — СЕЛ 60 ГОСТ 21 930;76.

Конструкція блоку представляє з себе алюмінієве шасі, у якому закріплена друкована плата. Шасі блоку одночасно й спрямовуючої за умови встановлення блоку в основне (або керовану) пристрій. На передній панелі закріплені кнопка скидання і індикатори. Плата з'єднана з кнопкою скидання гнучкими проводами.

Розробка програмного обеспечения.

При виборі мікропроцесорної системи управління істотно зменшується кількість дискретних елементів. Що спрощує систему, і, отже, підвищує її надійність. З іншого боку відмова самого мікропроцесора (саме собою це явище рідкісне, частіше позначаються помилки проектування) веде до виходу абсолютно всієї системи. У той самий з’являється потреба у керуючої програмі. Кожен тип мікропроцесора має низку тільки Мариновському властивих особливостей: архітектурою, набором команд, функціональними можливостями і що таке інше. Усе було прийнято до відома під час написання програми для спроектованої системи управления.

Програма було написано мовою ассемблера для МК-51 із системи налагодження AVSIM51. Далі наводиться алгоритм роботи програми, лістинг програми розвитку й hex файл, являє собою образ ПЗУ призначений безпосередньо для прошивки в микросхему.

Алгоритм роботи программы.

Використовуючи особливість мікропроцесора МК-51 працювати з окремими бітами (логічний процесор) дане завдання можна виконати безпосередньо запрограммировав їхні капітали й умови переходов.

Лістинг программы:

2500 A.D. 8051 Macro Assembler — Version 4.02a.

———————————————————————-;

Input Filename: kurs.asm.

Output Filename: kurs.obj.

1 ;

2 ;

3 ;

4 ;

5 ;

7 ;Для зручності називаємо перемінні состояния.

8 0020 X0: EQU 20h.

9 0021 X2: EQU 21h.

10 0022 X3: EQU 22h.

11 0023 X4: EQU 23h.

12 0024 X5: EQU 24h.

14 0040 R_N: EQU 55h ;затримка для антидребезговой подпрограммы.

15 0001 R_C: REG R1 ;називаємо регістр для антидребезговой подпрограммы.

16 0000.

17 0025 PER: EQU 25h ;тимчасова змінна для сравнения.

18 0000.

19 0000 BSECT ;перехід до битовой секции.

21 ;Ставимо імена змінних для позначення вхідних параметров.

22 0090 S1: REG P1.0 ;

23 0091 S2: REG P1.1 ;

24 0092 S3: REG P1.2 ;

25 0093 U1: REG P1.3 ;

26 0094 U3: REG P1.4 ;

27 0095 U7: REG P1.5 ;

28 0096 L40: REG P1.6 ;

29 0097 L100: REG P1.7 ;

30 00B1 L50: REG P3.1 ;

31 00B2 INDL50: REG P3.2 ;

32 0000.

33 ;Завдання імен змінних для індикації вихідних величин.

34 0000.

35 0080 IND: REG P0.0 ;ім'я перемінної для позначення порту индикации.

36 0000.

37 ;Початок програми маємо за адресою 30h.

38 0000 02 00 30 JMP x0.

39 0030 ORG 30H.

41 ;Обробка стану X0.

42 0030 C3 x0: CLR З ;скидаємо прапор перенесення C.

43 0031 75 A0 FF MOV P2, #1 111 1111b ;обнуляем виходи порту P2 (Q2,Q1,Q0).

44 0034 12 00 91 CALL drbzg ;виклик підпрограми обробки дребезга.

45 0037 12 00 AA CALL xx0 ;виклик підпрограми обробки умови X0.

46 003A A2 20 MOV C, X0 ;записуємо в З 1, якщо X0=1.

47 003C 40 43 JC x5 ;перехід на мітку x5, якщо перенесення C=1.

48 003E 02 00 41 JMP x1 ;інакше перехід на мітку x1.

51 ;Обробка стану X1.

52 0041 C3 x1: CLR C.

53 0042 75 A0 F6 MOV P2, #1 111 0110b ;записуємо в P2 значення виходів і индикации.

54 0045 12 00 91 CALL drbzg.

55 0048 A2 96 MOV C, L40.

56 004A 40 E4 JC x0.

57 004C 02 00 71 JMP x4.

60 ;Обробка стану X2.

61 004 °F C3 x2: CLR C.

62 0050 75 A0 DB MOV P2, #1 101 1011b.

63 0053 12 00 91 CALL drbzg.

64 0056 12 00 B1 CALL xx2.

65 0059 A2 21 MOV C, X2.

66 005B 40 03 JC x3.

67 005D 02 00 71 JMP x4.

69 ;Обробка стану X3.

70 0060 C3 x3: CLR C.

71 0061 75 A0 ED MOV P2, #1 110 1101b.

72 0064 12 00 91 CALL drbzg.

73 0067 12 00 C1 CALL xx3.

74 006A A2 22 MOV C, X3.

75 006C 40 D3 JC x1.

76 006E 02 00 71 JMP x4.

79 ;Обробка стану X4.

80 0071 C3 x4: CLR C.

81 0072 75 A0 E4 MOV P2, #1 110 0100b.

82 0075 12 00 91 CALL drbzg.

83 0078 12 00 C8 CALL xx4.

84 007B A2 23 MOV C, X4.

85 007D 40 02 JC x5.

86 007 °F 01 4 °F JMP x2.

89 ;Обробка стану X5.

90 0081 C3 x5: CLR C.

91 0082 75 A0 D2 MOV P2, #1 101 0010b.

92 0085 12 00 91 CALL drbzg.

93 0088 12 00 CF CALL xx5.

94 008B A2 24 MOV C, X5.

95 008D 40 C0 JC x2.

96 008 °F 01 71 JMP x4.

99 ;Підпрограма обробки дребезга, индикации.

100 0091 drbzg:

101 0091 79 40 MOV R_C, #R_N ;завантаження в регістр константи для антидребезга.

102 0093 E5 90 st: MOV A, P1 ;завантаження в аккум. значення порту P1.

103 0095 7B 0A MOV R3, #10 ;затримка для опред. дребезга.

104 0097 DB FE DJNZ R3, $ ;

105 0099 B5 90 F5 CJNE A, P1, drbzg ;порівняння аккум. з портом і переход.

106 009C D9 F5 DJNZ R_C, st ;часовідлік для розпізнавання дребезга.

107 009E E5 90 MOV A, S1 ;секція індикації вхідних сигналов.

108 00A0 F4 CPL A ;інверсія значень, т.к. управління йде з 0.

109 00A1 F5 80 MOV IND, A ;запис до порту для индикации.

110 00A3 C3 CLR C.

111 00A4 A2 B1 MOV C, L50.

112 00A6 B3 CPL C.

113 00A7 92 B2 MOV INDL50, C ;

114 00A9 22 RET ;повернення з подпрограммы.

116 ;Підпрограма обробки умови X0.

117 00AA A2 90 xx0: MOV C, S1 ;

118 00AC B0 95 ANL C,/U7 ;логічне І біта і переноса.

119 00AE 92 20 MOV X0, C.

120 00B0 22 RET.

123 ;Підпрограма обробки умови X2.

124 00B1 A2 90 xx2: MOV C, S1 ;

125 00B3 B0 91 ANL C,/S2.

126 00B5 92 25 MOV PER, C.

127 00B7 A2 91 MOV C, S2.

128 00B9 B0 90 ANL C,/S1.

129 00BB 72 25 ORL C, PER.

130 00BD 82 93 ANL C, U1.

131 00BF 92 21 MOV X2, C.

134 ;Підпрограма обробки умови X3.

135 00C1 A2 92 xx3: MOV C, S3 ;

136 00C3 B0 B1 ANL C,/L50.

137 00C5 92 22 MOV X3, C.

138 00C7 22 RET.

141 ;Підпрограма обробки умови X4.

142 00C8 A2 91 xx4: MOV C, S2 ;

143 00CA B0 94 ANL C,/U3.

144 00CC 92 23 MOV X4, C.

145 00CE 22 RET.

148 ;Підпрограма обробки умови X5.

149 00CF A2 97 xx5: MOV C, L100 ;

150 00D1 92 24 MOV X5, C.

151 00D3 22 RET.

152 00D4.

153 00D4 END.

Lines Assembled: 153 Assembly Errors: 0.

Образ ПЗУ для прошивки.

:300 000 002 0030CB.

:1 000 3000C375A0FF1200911200AAA2204043020043.

:100 040 0041C375A0F6120091A29640E4020071C36C.

:100 050 0075A0DB1200911200B1A2214003020071D1.

:1 000 6000C375A0ED1200911200C1A22240D302007C.

:100 070 0071C375A0E41200911200C8A223400201CE.

:10 008 0004FC375A0D21200911200CFA22440C0012C.

:1 000 900 071 7940E5907B0ADBFEB590F5D9F5E590E6.

:1000A000F4F580C3A2B1B392B222A290B9 592 208 °F.

:1000B00022A290B0919225A291B090722582939243.

:1000C00021A292B0B1922222A291B094922322A2B4.

:0400D00097922422BD.

:01FF.

internet.