Караваев Ю.Л., Люпа Д.С., Р.Гартянски
Методические указания к выполнению курсового проекта
по дисциплине
«Основы автоматизированного проектирования мехатронных систем»
для направлений «Технология, оборудование и
автоматизация машиностроительных производств», «Системный анализ и управление», «Мехатроника».
Ижевск 2010
УДК 621.001.2
Зав. кафедрой «Мехатронные системы»: А.И. Абрамов, канд. техн. наук.
В пособии рассматриваются общие вопросы курсового автоматизированного проектирования мехатронных систем. Приведены основные требования к содержанию пояснительной записки и графической части проекта, список рекомендуемой методической и справочной литературы.
ã Ю.Л.Караваев, Д.С.Люпа, Р. Гартянски
ã Издательство ИжГТУ, 2010
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ. 3
ВВЕДЕНИЕ. 4
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.. 4
2 СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА И ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫПРОЕКТИРОВАНИЯ.. 4
3. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ.. 6
4. ОБЩИЕ ПРАВИЛА СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ. 7
5. ДОКУМЕНТАЦИЯ НА ПЕЧАТНУЮПЛАТУ.. 11
5.1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ.. 15
5.2. СБОРОЧНЫЙ ЧЕРТЕЖ.. 17
5.3. УПРАВЛЯЮЩИЕ ФАЙЛЫ.. 19
5.4 ДАННЫЕ КОНТРОЛЯ.. 20
5.5. ВЕДОМОСТЬ ДОКУМЕНТОВ НА МАГНИТНЫХ НОСИТЕЛЯХ.. 21
5.6 СПЕЦИФИКАЦИЯ.. 22
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ.. 26
Список литературы.. 27
Приложение 1 Примеры вариантов заданий к курсовому проекту. 28
Приложение 2 Расшифровка заданий к курсовому проекту. 29
Приложение 3 Примеры тестовых практических заданий. 30
ВВЕДЕНИЕ
Основной целью выполнения курсового проекта является развитие и закрепление навыков системного подхода к проектированию современных мехатронных систем. Курсовой проект выполняется по индивидуальным заданиям.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Главной целью курсового проектирования является приобретение навыков комплексного решения задач с помощью современного программного обеспечения для автоматизированного проектирования системы управления мехатронных систем. Кроме того, в ходе проектирования студент должен познакомиться с современной элементной базой электроники, с методами конструирования электронных устройств и практикой оформления конструкторской документации.
Тема курсовых проектов должны подбираться таким образом, чтобы разработанная микропроцессорная система управления мехатронным модулем имела самостоятельное значение для достаточно простого процесса или объекта. При этом для связи с объектом должны быть необходимы как входные (для датчиков), так и выходные (для исполнительных устройств) цепи. В качестве типового проекта кафедра предлагает разработать микропроцессорную систему управления различными электрическими двигателями.
СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА И ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫПРОЕКТИРОВАНИЯ
Объектом автоматизированного проектирования является микропроцессорная система управления мехатронного модуля, выполняющая заданный круг задач. В качестве программного обеспечения рекомендуется ПО Altium Designer 2009.
Техническое задание на курсовой проект содержит следующие исходные данные:
- используемый микропроцессор;
- элементы силовой электроники;
- объект управления;
Этапы выполнения курсового проекта:
1. Ознакомится с интерфейсом и возможностями Altium Disigner. Выполнение общих ознакомительных упражнений по созданию проектов в Altium Disigner, разработке баз библиотечных компонентов. Изучение ГОСТ и ЕСКД.
2. Разработать библиотеку элементов в соответствии с индивидуальным заданием.
3. Разработать схему электрическую принципиальную устройства в соответствии с индивидуальным заданием.
- Разработать плату печатную устройства в соответствии с индивидуальным заданием.
В результате проектирования должны быть разработаны:
- схема электрическая принципиальная микропроцессорной системы, выполненная на 1 листе формата А3...А2;
- перечень элементов к схеме электрической принципиальной;
- чертеж печатной платы микропроцессорной системы, выполненный на 1 листе формата А3..А2;
- сборочный чертеж микропроцессорной системы, выполненный на 1 листе формата А3...А2;
- спецификация микропроцессорной системы, выполненная на 2...3 листах формата А4;
- пояснительная записка, выполненная на 20...40 листах формата А4.
Курсовой проект выполняется по учебному плану в течение 12 недель.
Для успешного выполнения курсового проекта в установленные сроки каждому студенту руководителем проекта устанавливаются консультации. После 12-ой недели консультации прекращаются, и руководитель проекта обязан только указывать на ошибки и недостатки в предоставленной конструкторской документации. Проект, содержащий ошибки, не может быть отдан на рецензию. Минимальный срок рецензирования проекта, подписанного руководителем курсового проекта, 3 дня.
Защита проекта проводится перед комиссией из 2...3 преподавателей и состоит из двух частей. Первая часть – практическая – проверка знаний и навыков работы в среде автоматизированного проектирования Altium Designer 2009. За 30 мин. студент должен выполнить тестовое задание. Пример тестовых заданий в Приложении 3. Вторая часть в виде доклада в течение 5 минут, в котором студент должен кратко описать этапы разработки проектной документации, алгоритм реализации автоматизированного проектирования мехатрнонных систем в ПО Altium Designer 2009. Затем студент должен ответить на замечания рецензента и на вопросы членов комиссии.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
В общем случае комплект конструкторской документации (КД) должен включать:
• схему электрическую;
• перечень элементов;
• документацию на печатную плату (деталь);
• документацию на сборку печатной платы;
• управляющие файлы;
• ведомость носителей данных;
• спецификацию.
В конкретных случаях комплект КД может включать ряд других документов,
начиная от технических условий на изделие, и кончая многочисленными инструкциями. И это даже в том случае, если не рассматривать различные вариации состава КД на устройство в целом (прибор и т.д.), для которых печатная плата является всего лишь составной частью.
Формат листа: обрамление и основная надпись чертежей и схем должны выполняться в соответствии с ГОСТ 2.301-68.
Штамп на первом листе, должен соответствовать ГОСТ 2.104-68 и показан на рисунке 1.
Рисунок 1 – Штамп первого листа КД
Штамп для второго и последующих листов - размеры данного штампа
показаны на рисунке 2.
Рисунок 2 – Штамп второго и последующих листов КД
ОБЩИЕ ПРАВИЛА СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ.
Электрические схемы (обозначаются Э) подразделяются на схемы электрические принципиальные(Э3), схемы электрические структурные
(Э1), схемы электрические функциональные (Э2), схемы электрические соединений (Э4), схемы электрические подключения (Э5) и схемы электрические общие (Э6). Кроме того в редких случаях используют схемы электрические объединенные (Э0), на которых совмещаются различные типы схем одного вида, например схемы электрические подключений и соединений. Общие правила выполнения схем устанавливают ГОСТ 2.701-84 и ГОСТ 2.702–75.
Схемы электрические структурные определяют основные части изделия, их назначения и служат для общего ознакомления с изделием. На структурной схеме раскрывается не принцип работы отдельных функциональных частей, а только взаимодействие между ними. Поэтому составные части изделия изображаются в виде прямоугольников различной формы, однако допускается также применять условные графические обозначения элементов. На линиях взаимосвязи стрелками указывают направление хода процессов, протекающих в изделии. На структурной схеме в виде таблицы обычно указываются наименования функциональных частей изделия. Кроме того, допускается на структурной схеме помещать поясняющие надписи, диаграммы, таблицы, а также указывать электрические параметры (токи, уровни напряжений) и формы сигналов в определенных точках схемы.
Схемы электрические функциональные предназначены для пояснения пределенных процессов, протекающих в изделии. Эти схемы используются при изучении принципов работы изделия, его настройке, регулировке, контроле (приемке) и ремонте. По сравнению со структурной схемой, функциональная схема более подробно раскрывает функции отдельных элементов и устройств.
Графическое построение функциональной схемы должно давать наиболее наглядное представление о процессах, отображаемых на схеме. Обычно функциональные схемы используются совместно с принципиальными, поэтому перечень элементов для функциональной схемы обычно не разрабатывают. На функциональных схемах полезно указывать технические характеристики функциональных частей (например, коэффициент усиления усилителя, полосу и порядок фильтра и т.п.), помещать диаграммы и таблицы, параметры в характерных точках. Схемы электрические принципиальные определяют полный состав изделия и дает детальное представление о принципе работы изделия. На основе схемы электрической принципиальной разрабатывают целый ряд других конструкторских документов – схемы соединений, чертежи печатных плат, перечни элементов и т.д. На схеме электрической принципиальной изображают все электрические элементы и устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии соответствующих электрических процессов. Элементы изображают в виде условных графических обозначений (УГО) в соответствии с ГОСТ. Каждый элемент схемы электрической принципиальной должен иметь позиционное буквенно – цифровое обозначение в соответствии с ГОСТ 2.710 – 81.
Порядковые номера элементам присваивают начиная с единицы в пределах группы элементов, имеющих одинаковые буквенные обозначения (R1, R2 и т.д., DD1, DD2 и т.д.). Порядковые номера присваивают в соответствии с последовательностью расположения элементов или устройств на схеме сверху вниз, в направлении слева направо. позиционное обозначение проставляют рядом с графическим обозначением элемента с его правой стороны или над ним. При изображении на схеме элемента разнесенным способом его позиционное обозначение проставляют около каждой части (например DD1.1, DD1.2 и т.д.).
Обязательным документом, выпускаемым совместно со схемой электрической принципиальной, является перечень элементов (ПЭ3). В соответствующих ГОСТах определены правила его выполнения.
При выполнении схемы электрической принципиальной на поле схемы допускается помещать такие текстовые данные, как указания о марках, сечениях и расцветке кабелей, требованиях к электрическому монтажу, указания о назначении отдельных цепей (например, о питании микросхем). При выполнении схемы электрической принципиальной на нескольких листах соблюдается сквозная нумерация и выполняется общий перечень элементов. Схема электрическая соединений показывает соединения составных частей изделия между собой и определяет провода, жгуты, кабели, которыми осуществляются эти соединения. На схеме электрической соединений изображаются все составные части и элементы, входящие в состав изделия, разъемы, клеммы, зажимы и т.д. Схемы электрические подключения показывают внешние подключения изделия.
Схемы электрические общие определяют составные части комплекса и соединение их между собой, используются при монтаже, наладке и проектировании. Схемы выполняют без соблюдения масштаба, действительное расположение составных частей (например, компонентов на плате) не учитывается или учитывается лишь приближенно. Электрические элементы и устройства на схеме изображают в состоянии, соответствующему обесточенному (например нормально замкнутые или нормально разомкнутые контакты реле). Элементы, которые приводятся в действие путем механических перемещений (выключатели, кнопки и т.п.) изображаются на схемах в нулевом или отключенном положении. В противном случае требуется поместить текстовое примечание в поле схемы. Форматы листов выбираются в соответствии с ГОСТ 2.301–68 и ГОСТ 2.004– 79. При выборе форматов схемы следует учитывать объем и сложность схемы, условия ее хранения и обращения, возможность внесения изменений, особенности периферийного оборудования для вывода схем на бумажный носитель. По мнению автора, наиболее удобно (но и к сожалению дорого) использовать струйные плоттеры фирмы Hewlett Packard, однако в ряде случаев хорошим выходом из положения является струйный принтер формата А3, той же фирмы Hewlett Packard или Epson. В этом случае можно либо пойти по пути склеивания схемы большого формата (А2 и А1) из нескольких листов, либо, что во многих случаях предпочтительнее, выполнять многолистовую схему. Выбранный формат должен обеспечивать компактное выполнение схемы, при этом не меньшая наглядности представления и удобства пользования.
При выполнении многолистовой схемы рекомендуется на каждом из листов выполнять вполне законченную функциональную цепь (например схему аналогового тракта, схему узла цифровой обработки, узла питания), а не произвольно разбивать схему на листы без какой либо функциональной связи. Линии на схемах всех типов выполняются в соответствии с ГОСТ 2.303–68. Толщина линии выбирается в пределах от 0.2 до 1 мм и выдерживается постоянными во всем комплекте схем на изделие. Как условные графические обозначения, так и линии соединений, выполняются линиями одинаковой толщины. Как правило, утолщенными линиями изображают общие шины (жгуты). Тип линии зависит от изображаемого объекта. Так, электрические связи, условные графические обозначения элементов и т.п. изображаются сплошными линиями. Электрические и магнитные экраны, механические связи (например, якорь и контакты реле) изображаются штриховыми линиями. Условные границы стройств, функциональных групп обозначаются штрихпунктирной линией. Допускается выделять утолщенной линией отдельные электрические цепи, например силовые.
На электрических схемах, выпускаемых в соответствии с ЕСКД, на свободном месте (по ГОСТу, над основной надписью, а не в любом свободном месте листа) выполняются технические требования. Шрифт для этого текста должен быть высотой не менее 3,5 мм.
Комплект КД электронных и радиотехнических устройств, выполненный в соответствии с ЕСКД, предусматривает наличие в составе перечня элементов и спецификации, в которых должны быть записаны использованные в электрической схеме элементы. Перечень элементов может быть размещен на первом листе схемы или выполнен в виде самостоятельного документа. Перечни, выполняемые в виде самостоятельного документа, согласно ГОСТ 2.701-84 оформляются на форматах А4 в виде таблицы, фрагмент которой показан на рисунке 3.
Рисунок 3 – Пример оформления перечня элементов