Для обеспечения требований точности желательно использовать мостовую схему включения датчиков ТСМ, ТСП и термодиодов. Усилители 1,…4 реализовать на базе прецизионных операционных усилителей (ОУ), включенных по схеме дифференциального усилителя. Можно использовать ОУ К140УД17, К140УД25, ОР177, AD623. При использовании термопар желательно обеспечить компенсацию температуры холодного спая. В качестве аналогового коммутатора могут быть использованы коммутаторы серии К590, мультиплексоры К561КП1, DG444. Фильтр низких частот должен обеспечивать подавление сетевых наводок не менее чем на 30ДБ, может быть реализован как активный фильтр 2-го порядка с частотой настройки не выше 1Гц на ОУ широкого применения К140УД6, К544УД1, TL074.
В качестве аналого-цифрового преобразователя (АЦП) рекомендуется использовать АЦП с низким или средним быстродействием типа К572ПВ1, ТС7109. Могут быть использованы и многоканальные АЦП, например, К572ПВ4, при этом аналоговый коммутатор, описанный выше, не потребуется. Источник опорного напряжения (если он не встроен в микросхему АЦП) может быть реализован по схеме параметрического стабилизатора на прецизионных стабилитронах Д818, КС405, либо выполнен на специализированных микросхемах ряда LM385, LM336. Преобразователь напряжение-частота – КР1108ПП1, LМ331.
Схема индикации температуры может индицировать температуру в измерительном канале и номер этого канала либо температуру во всех каналах одновременно. В первом случае (показан на структурной схеме) для индикации температуры возможно использовать одну микросхему АЦП К572ПВ2 или К572ПВ5, а для номера канала – дешифраторы серии К514, К555, К561 с соответствующими светодиодными или жидкокристаллическими индикаторами. Во втором случае на каждый канал потребуется своя микросхема АЦП с соответствующими индикаторами. При применении светодиодных индикаторов рекомендуется использовать приборы фирмы "KINGBRIGHT".
Для контроля обрыва датчиков через них необходимо пропускать небольшой ток. При обрыве датчика напряжение на входе соответствующего усилителя изменится на значительную величину, что может быть зарегистрировано с помощью компараторов и отражено в виде звукового и светового сигнала. На опорные входы компараторов должно подаваться напряжение, соответствующее "исправным" датчикам. Можно использовать компараторы серий К554, К1401 или любые ОУ.
Схема контроля выхода температуры в измерительных каналах за установленные границы контролирует напряжение на выходах усилителей 1,…4 и строится аналогично схеме контроля обрыва датчиков (эти схемы можно даже совместить), только на опорные входы компараторов здесь должно подаваться напряжение "аварийной" температуры либо с переменных резисторов, либо с выходов цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) (рекомендуются К572ПА1, К572ПА2, AD7628), входной код на вход которых подается с ЭВМ.
Источник питания может быть выполнен по трансформаторной схеме со стабилизацией выходных напряжений. Рекомендуется использовать трансформаторы серии ТПП, ТП, либо трансформаторы фирмы "HAHN", микросхемы стабилизаторов напряжения серии К142.
Тема 2. Разработка устройства управления электроприводом
Задание на разработку
Устройство предназначено для управления трехкоординатным электроприводом настольного сверлильного станка. Собственно функцию управления обеспечивает ЭВМ, которая в состав разрабатываемого устройства не входит.
Разрабатываемое устройство должно обеспечивать передачу информации о положении рабочих органов станка в управляющую ЭВМ и управление двигателями постоянного тока (ДПТ) перемещения рабочих органов. Питание – сеть 50Гц 220В±20%. Диапазон рабочих температур 0…+50°С. Устройство должно быть выполнено в виде одной или нескольких печатных плат, соединенных друг с другом и с внешними устройствами посредством кабелей и разъемов. Остальные технические требования зависят от номера варианта.
Структурная схема устройства приведена на рисунке 2, а исходные данные по вариантам - в таблицах 2 и 3 Приложения 3.
В качестве датчиков положения рабочих органов в зависимости от номера варианта должны использоваться вращающиеся трансформаторы (ВТ), фотоимпульсные датчики или кодовые фотодатчики. Все они механически связаны с ходовыми винтами и регистрируют их угол поворота, а значит и перемещение рабочих органов по координатам.
Схемы запитки и обработки информации для разных типов датчиков имеют существенные отличия. Так датчики ВТ для обеспечения их работы должны запитываться синусоидальным сигналом частотой 400Гц или 2000Гц амплитудой 10В при коэффициенте гармоник не более 1%. Для получения такого сигнала может быть использован либо аналоговый генератор с фазосдвигающими цепями, либо генератор меандра с полосовыми фильтрами, либо специальный цифровой генератор гармонических сигналов.
Рисунок 2 - Структурная схема устройства управления электроприводом
Фотоимпульсные датчики - преобразователи типа ВЕ-178, вырабатывающие за один оборот 256, 1024 либо 4096 импульсов.
Кодовые двоичные десятиразрядные фотодатчики можно выбрать любого типа.
Более подробно схемы запитки и обработки информации всех этих датчиков будут рассмотрены ниже.
Датчик частоты вращения электродвигателя контролирует непосредственно вращение вала электродвигателя. Это может быть тахогенератор (установлен на двигателе, для расчетов принять коэффициент преобразования 1мВ/об. в мин.) либо импульсные датчики: оптопары с открытым оптическим каналом серии ОПД-18М или датчики, работа которых основана на эффекте Холла: микросхемы серии К1116, ТLЕ4935. Схема обработки информации с датчиков частоты вращения э/двигателя при использовании тахогенератора должна выдавать ЭВМ параллельный двоичный код (более подробно эта схема так же будет рассмотрена ниже), либо импульсный сигнал, частота которого пропорциональна частоте формироваться аналоговый сигнал, который затем после усиления усилителем обеспечит вращение электродвигателя. Погрешность преобразования ЦАПа не должна превышать 0,2%.
Усилитель должен обеспечивать усиление сигнала ЦАПа по мощности, иметь защиту от перенапряжений на выходе, от перегрева, схему ограничения выходного тока. Использование здесь простого усилителя возможно исключительно в учебных целях – данное решение на практике, особенно при больших массах рабочих органов, привело бы к существенному снижению динамических характеристик привода (Более подробно эти вопросы изучаются в учебном курсе "Автоматизированный электропривод"). По этой причине при мощности э/двигателя более 100Вт вместо усилителя желательно применить (т.е. выбрать и грамотно подключить) специальное конструктивно законченное устройство – электропривод ДПТ.
Электродвигатели приводов в зависимости от номеров вариантов могут быть серии ДПМ (24В), ДК (110В) либо любые другие современные высокомоментные ДПТ с характеристиками, соответствующими заданию.
Все остальные, не оговоренные выше характеристики, параметры и конструктивные особенности устройства должны определяться разработчиком самостоятельно исходя из требования обеспечения минимальной себестоимости устройства при максимальной эффективности и надежности его работы.