ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8417| Title: | Універсальна система автоматичного керування технологічним процесом. Частина 1 |
| Authors: | Тичков, Володимир Володимирович Денисенко, Дмитро Сергійович |
| Keywords: | інформаційно-вимірювальний комплекс;опит датчиків;мікропроцесорна техніка;керування зовнішніми пристроями |
| Issue Date: | 6-Jun-2025 |
| Abstract: | У роботі розглянуто розробку інформаційно-вимірювального комплексу на основі сучасної мікропроцесорної техніки для опиту датчиків, передавання даних до комп’ютера та керування зовнішніми пристроями в системах автоматизації виробництва. The work considers the development of an information-measuring system based on modern microprocessor technology for sensor polling, data transmission to a computer, and control of external devices in industrial automation systems. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8417 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Робототехнічні системи та автоматизація) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| dpl Денисенко Д.pdf Restricted Access | КРБ Денисенко Д. | 1.73 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
Зміст
Стор.
Вступ…………………………………………………………………………..4
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного аналізу
існуючих аналогів…………………………………………………………………….6
2 Обґрунтування технічного завдання………………………………………12
3 Розробка структурної схеми……………………………………………….15
4 Розробка принципової схеми………………………………………………19
4.1 Перемикання модулів…………………………………………………….19
4.2 Аналого-цифровий конвертор……………………………………………23
5 Розрахунок основних елементів системи....................................................31
6 Розрахунок надійності приладу…………………………….......................32
7 Спеціальний розділ…………………………………………………………53
7.1 Технологічний розділ.................................................................................53
7.2 Розділ охорони праці …….………………………………………………54
7.3 Економічний розділ.....................................................................................70
Висновки...........................................................................................................72
Список використаної літератури....................................................................74
Додаток А Відомість технічного проекту.....................................................75
Додаток В Специфікації і переліки елементів.............................................76
Додаток Г Результати розрахунку блоків системи на ЕОМ........................79
Додаток Д Комплект документів на технологічний процес виготовлення
фотошаблону друкованої плати блоку вводу...........................................................83
РСА13.025.006.001ПЗ
Зм. Аркуш № докум. Підп. Дата
Розроб. Денисенко Д.С. Універсальна система автоматичного Літ. Аркуш Аркушів
Перев. Тичков В.В. керування технологічним процесом. 3 90
Частина 1
Н. контр. Тичков В.В. Пояснительная записка ЧДТУ
Затв.
Вступ
В даний час автоматизація управління виробництвом набула досить
широкого розвитку. Це обумовлено в першу чергу швидким розвитком народного
господарства і великої конкурентоспроможності між підприємствами. Ступінь
автоматизації виробничих процесів - це один із головних покажчиків розвитку як
суспільства в цілому, так і конкретного підприємства окремо. Звичайно, що зараз
є дуже багато теоретичних і практичних розробок в цій галузі - від найскладніших
та дорого стоячих, які виконують повне керування процесом виробництва, до
простих, які виконують прості операції.
Прикладом великих автоматизованих систем виробництва можуть бути
заводи по виробництву автомобілів, електроніки (SONY, Technics, Panasonic, і так
далі). Прості системи автоматичного контролю і управління, можуть мати в
своєму складі тільки один датчик і один виконуючий механізм. Звичайно
розробка складних систем автоматизації виробництва вимагає істотних
економічних інвестицій і найму компетентних експертів.
На сучасному етапі розвитку інформаційних контрольно-вимірювальних
приладів і систем постає нагальне питання глобальної автоматизації і інтеграції
вимірювальних засобів у цілком закінчених комплексних рішеннях. Це
обумовлено збільшеною швидкістю еволюції в галузі електронної техніки, а
особливо це стосується стрибкоподібному розвитку електронно-обчислювальної
техніки.
Все більше інженерів звертається до ідеї полегшення конструкції приладів
через ускладнення математичного апарату обробки інформації, що стає можливим
з використанням процесорних схемотехнічних рішень. Отже на підставі тільки
одного процесорного модуля можна створити досить місткий вимірювальний
комплекс, що може контролювати загальний потік інформації у межах цілої
лабораторії. Крім покладених на процесор обчислень, які пов’язані з
вимірюваними величинами, в той же час може обробляти і зберігати всю
4
інформацію отриману ним інформацію для наступних етапів вимірювання, що
вносить якісні зміни до загальному процесу вимірювання.
Особливістю ж супроводу технологічних процесів, що й ставиться в
завданні до проектування, є поєднання великої кількості вимірювань
різноманітних технологічних параметрів та керування виконавчими механізмами.
Причому весь процес виробництва може протікати у доволі стрімкому темпі з
виконанням контролю багатьох параметрів одночасно.
Таким чином ми можемо бачити ефективність застосування ітеративного
інформаційно-вимірювального комплексу, що дозволяє полегшити апаратне
рішення схеми опиту датчиків і керування виконавчими механізмами завдяки
продуманій взаємодії пристрою з комп'ютером.
В основі проекту покладена саме ця ідея - застосування можливостей
сучасної мікропроцесорної техніки для автоматизації виробництва. Предметом
розробки є система, яка підключається до персонального комп'ютера і виконує
опит датчиків, які сполучені з ним і згідно одержаних даних виконує управління
зовнішніми пристроями.
Необхідністю такої розробки є те, що на час написання цього проекту, не
було знайдено жодного прогресивного виготовленого в нашій країні аналога до
пристрою, що розробляється. Тільки окремі копії були представлені в простому
інтегральному виконанні без використовування сучасних технічних засобів.
В проекті вирішуються наступні проблеми: підключення датчиків різного
типу, передача інформації з датчиків до комп'ютера і керування зовнішніми
пристроями. В дипломному проекті розроблятиметься структурна схема
пристрою, принципова електрична схема, опис роботи самого пристрою в цілому
та його окремих частин.
5
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного
аналізу існуючих аналогів
На даний час у світовій економіці спостерігається стрімкий ріст загального
стану приладобудівної промисловості. Підприємства розвинутих країн вже давно
закріпили свої чіткі позиції на ринку сучасної вимірювальної та спорідненої
техніки, головним чином завдяки неймовірно успішному впровадженню новітніх
технологій виготовлення комплектуючих, особливо це стосується інтегральних
мікросхем. Завдяки цьому та деяким іншим факторам ринок наповнений
складними сучасними пристроями, що в головній своїй масі побудовані на базі
мікропроцесорів та мікроконтролерів з великою ступінню інтеграції. При чому
майже вся продукція виготовлена закордонними виробниками.
Отже, як ми бачимо стан вітчизняної приладобудівної промисловості
знаходиться в скрутному становищі. Головним чином це обумовлено наслідком
соціалістичного планово-економічного господарювання. Звичайно, сьогодні в
період переходу України на колії ринкової економіки, можна відмітити деяке
пожвавлення в галузі, але тих намагань ще дуже мало.
За основу при розробці проекту була покладена реально існуюча система
управління виробництвом, яка застосовувалась на виробництві тротуарних плит.
Ця система мала у своєму складі блок вводу дискретної інформації, блок виводу,
контролер вводу-виводу та програмний блок, який здійснював керування
системою. Отже система мала розвинену "блочну" структуру побудови, яку ми
застосували при розробці проекту.
До недоліків цієї існуючої системи можна віднести низьку надійність у
роботі, часті збої та зупинки процесу виробництва, великі масогабаритні
показники, складність діагностування та видалення несправностей, які виникають
в процесі роботи. Для визначення локалізації похибки оператору доводилось
діагностувати цілий блок датчиків, що дуже сповільнювало процес видалення
несправностей. Сама система мала не дуже високу швидкодію, що звужувало
область її використання.
6
В проекті запропоновано багато нововведень, таких як: можливість
використання багатьох типів датчиків, більш детальна обробка похибок, більша
кількість датчиків. Також планується розробка блоку вводу аналогових сигналів,
що звичайно розширить область застосування системи та надасть можливість
побудови великих інформаційно - вимірювальних систем. Одним з найперших
вихідних положень при розробці проекту є використання сучасної елементної
бази та можливостей ЕОМ.
Прототипом до цієї частини дипломного проекту було взято модуль вводу
дискретних сигналів постійного струму ГСП "МикроДАТ" МС34.08. Цей модуль
складався з 8 ідентичних каналів призначених для перетворення вхідних сигналів
до рівнів, прийнятих для інтегральних мікросхем, та гальванічної розв'язки
вхідної та вихідної ланки.
Модуль вводу призначений для виконання наступних операцій:
перетворення вхідних дискретних сигналів до рівнів, прийнятих для другого
комутатора 7, дешифратор 10, групу ключів 11, блок 12 завдання пріоритетів
датчиків, шифратор 13 сигналів, виконаний на діодних складаннях 14, блок 15
буферної пам'яті, виконаний на тригерах 16 із потенційними входами, першу 17 і
другу 18 схеми порівняння, елемент ИЛИ 17, таймер 20, елемент И 21, аналого-
цифровий перетворювач 22, перемикач 23, регістр 24 пам'яті, блок 25 індикації,
що містить регістр 26, перетворювачі 27 і 28 двійкового коду в двійково-
десятковий код, перший 27 і другий 30 дешифратори, цифровий індикатор 31 і
блок 32 індикації стану контрольованого параметра.
7
Рисунок 1.1 - Структурна схема пристрою для централізованого контролю
параметрів (авторське свідоцтво [5])
У запропонованому пристрої (на відміну від відомих пристроїв, у яких
здійснюється послідовний аналіз різницевих сигналів, після чого знаходиться
канал із найбільшою різницею між поточними і номінальним значеннями
параметрів) аналіз різницевих сигналів проводиться паралельно, тобто одночасно,
і, отже, швидкодія пошуку каналу з найбільшою різницею обмежується тільки
швидкодією елементної бази, у результаті чого виграш по швидкодії в цьому
випадку визначається, мабуть, числом каналів пристрою, аварійної ситуації. Ця
схема обробки похибок не дає оператору повної інформації ні про характер
похибки, ні про місце її виникнення. У нашому проекті планується видавати
більш детальну інформацію про виникаючи аварійні ситуації. Наприклад
заплановано видавати адрес датчика, на якому виникла аварійна ситуація,
характер похибки. Далі, за допомогою ЕОМ оператор має можливість отримати
повідомлення про похибку у більш прийнятному для людини вигляді. Тобто це
може бути або попереджуючий звуковий сигнал, текстове повідомлення чи
графічне зображення карти виробництва із зазначенням виникнення місця
аварійної ситуації. Виходячи з цієї інформації людина оператор зможе швидко та
ефективно прийняти рішення задля ліквідації аварійної ситуації.
8
До ще одного недоліку даного винаходу слід віднести організацію
скануючого опиту датчиків, що занадто вповільнює процес опиту, навіть при
використанні швидкодіючих комутаторів. В розробляємому проекті планується
знімати інформацію одночасно з декількох датчиків, а замість комутації кожного
окремого датчика використати комутацію відразу цілої групи датчиків. Причому
замість послідовного циклічного опитування усіх блоків, ЕОМ буде запитувати
лише ті блоки, які потрібно опитувати на даний момент. Отже ми маємо
оптимізацію роботи на двох рівнях: по-перше за рахунок більш детальної обробки
похибок та обробки цієї інформації ЕОМ та по-друге за рахунок організації більш
ефективного процесу опиту датчиків, який керується ЕОМ.
Авторське свідоцтво [5] (рисунок 1.1) являє собою пристрій для
централізованого контролю параметрів. Пристрій відноситься до вимірювальних
інформаційних систем і може використовуватися в машинах централізованого
контролю і регулювання. Мета винаходу - підвищення швидкодії пристрою.
Пристрій містить групу датчиків 1 параметрів, групу блоків 2 уніфікації,
групу блоків, що віднімають, 3, блок 4 завдання номінальних значень параметра,
групу блоків 5 виділення абсолютного значення сигналу, групу схем б
порівняння, блок 7 завдання що допускаються відхилень параметрів, перший 8 і
управляючі системи загального призначення; функціональні елементи таких
систем; пристрої для контролю або дослідження таких систем чи елементів"
Роблячи огляд існуючих аналогів даної системи хотілося б відмітити
авторське свідоцтво [4]. У даній розробці автори розглянули процес збору
інформації та запровадили нововведення які стосуються режимів збору
інформації.
Метою цього винаходу є підвищення надійності приладу за рахунок більш
раціонального використання ресурсу релейних комутаторів, за рахунок введення
«адресного» режиму опиту. В цьому режимі ініціатива зв'язку належить
отримувача інформації, що дозволяє зменшити потенційне число опитів
(комутацій) датчиків.
9
Звичайно те теоретичне рішення яке запропонували автори патенту -
введення "циклічного" та "адресного" режиму опиту датчиків є непоганим з
теоретичної точки зору, але практична реалізація цього рішення залишає бажати
кращого. Використання релейних електромеханічних комутаторів в таких
приладах робить пристрій ненадійним у процесі використання та дуже знижує
швидкість його роботи. Також в цьому винаході обмежується функціональність
приладу та швидкодія обробки інформації, так як обмежені можливості самої
структурної схеми винаходу та використаної елементної бази. В нашому проекті
одним з вихідних положень є використання можливостей сучасної елементної
бази та повноцінного використання ЕОМ. З цієї точки зору розробка проекту є
доцільною.
У авторському свідоцтві [6] було розширено функціональні можливості
приладу за рахунок використання граничних датчиків різного типу для одержання
ознак результатів опрацювання інформації контролю. Ця ідея також
застосовується в нашому проекті. У винаході застосовується режим скануючого
опитування всіх датчиків, причому інформація знімається з кожного датчика
окремо. Усі датчики поділенні на групи і при виникненні аварійної ситуації в
роботі кожної групи ця група виключається з опиту та на вихід подається сигнал
про інтегральних мікросхем, занесення отриманої дискретної інформації в буфер
та організація інтерфейсу обміну інформації з контролером вводу-виводу, Також в
ньому було передбачено блок обробки помилок, що зупиняв роботу всього
модуля (та пристрою в цілому).
До недоліків даної системи можна віднести:
- фіксована кількість каналів на один модуль вводу/виводу, що дорівнює 8;
- глобальна система індикації аварійних ситуацій, що відображає лише
модуль, в якому відмовив якийсь канал;
- відсутній механізм діагностування окремого каналу в кожному з модулів.
10
Рисунок 2.2 - Структурна схема комплексу "МикроДАТ"
Отже, спираючись саме на цей аналог, через його найбільш наближений
варіант і прогресивність у виконанні, будемо проектувати новий пристрій. При
цьому необхідно вирішити такі основні питання:
- розробити найбільш оптимальний варіант інтерфейсу для приєднання
пристрою до ЕОМ;
- визначити специфікацію інтерфейсу для написання програми керування
пристроєм;
- опрацювати механізм діагностування виконавчих механізмів та контролю
за технологічними параметрами;
- узгодити принцип керування каналами обміну інформацією з
периферією.
11
2 Обґрунтування технічного завдання
Отже, головна і найважливіша перевага описаної структури (рисунок 1.2) -
це його з’єднання з комп'ютером, організація дуже складних рішень, контроль і
управління системою технологічного процесу. Апаратний засіб ЕОМ і ресурси
програми зумовили це. Замикання коштів на програмному забезпеченні, що
споруджується для комп'ютера - це дешево і ефективно, ніж виробництво
апаратної кореспонденції.
Будучи заснованими на тенденціях розвитку сучасної промисловості, ми
можемо вибрати додаткові напрями, один з яких - це пріоритет в проектуванні
інвентаризації (механізми, вимірювачі і вимірюючі інформаційний системи):
- зменшення енергетичного споживання;
- мінімізація і уніфікація;
- підвищення точності і надійності;
- зниження вартості;
- додаток з'єднаних інформаційних комплексів і систем;
- розробка систем вимірювання і комплексів на базі комп'ютера.
Отже, погодившись з метою розробляти систему для автоматизації
технологічного процесу, ми повинні мати перевагу згаданих вище елементів і
дозволяти нам визначити головні задачі дипломного проекту.
Необхідність отримання усесторонньої системи управління процесом, який
заснований на загальній структурній схемі (рисунок 1.2), дозволив нам визначити
окремі блоки і вимоги до них.
1. Вузол вхідної інформації - гарантує контроль параметрів технологічного
процесу за допомогою широкої мережі області датчиків (або оригінальні пристрої
розмови), тому весь потік доступу інспектуються для небажаного впливу
паразитичних параметрів.
Спеціальне сповіщення в наданому проекті вказано на систему діагностики
параметрів технологічного процесу, своєчасна і відповідна взаємодія будь-які
можливі анормальні і складові ситуації.
12
Окрім в проектуванні системи необхідно робити спеціальний напрямок на
використовуванні електронної комп'ютерної технології. Це обумовлено
необхідністю виконання великої кількості обчислень для технологічного процесу
підтримки і взаємодіючої дії різноманітних ситуацій. Використовування
комп'ютера вирішить і регулюватиме набагато більш якісну продукцію, яка по
черзі скоротить в зниженні виробничо-економічної вартості даного проекту.
Торкання конструкції пристрою, необхідно детально розробляти іншим
модулем з незалежним електроживленням. Вузол, що розробляється - це елемент
складової системи автоматизації технологічного процесу і розміщений в
невідкладних близьких до залишку кластерів.
Кінець кінцем, розширена технічна задача складається з наступних
елементів:
Система мається на увазі для автоматизації робочого циклу виробництва.
Контрольна система має місце через персональний комп'ютер і відповідний обід,
який один завершив комплекс.
Комплект системи містить:
- проект для автоматизації технологічного процесу;
- персональний комп’ютер;
- кольоровий монітор;
- матричний принтер;
- схема джерела живлення.
Механізм приймається до групи стаціонарної електроніки. Система
виконується як незалежна схема, яка розташована на невідкладній близькості до
комп'ютера; до датчиків і приводів, що приєднаються до нього, що організовані на
заводах контрольної технології.
Система перевозиться в буферній упаковці. Кліматичне виконання УХЛ
4.1 - помірний клімат: пристрій, експлуатується в приміщенні, що розташоване з
нормальними кліматичними умовами, з підігрівом і вентиляцією; температура
навколишнього середовища може змінитися від - 45 °C аж до + 65 °C; відносна
13
вологість аж до 80 % при температурі 20 °C; механізм працює в нормальному
атмосферному тиску.
Інформація щодо спроможності до дії або поломки системи показується на
моніторі комп'ютера і продублюється за допомогою відображення позначення.
Елемент управління системи має програмне забезпечення, яке завершило
комплекс. Кількість обслуговуючого штату - одна персона.
Середній час відмови не менше 1000 годин.
14
3 Розробка структурної схеми
Як показано на рисунку 3.1 система складається з декількох вузлів, один з
яких - вузол отримання інформації. Цей вузол необхідний для того, щоб знімати
інформацію з датчиків та по команді від центрального обчислювального вузла
(ЦОВ) передавати цю інформацію до нього ж. Також конструкція всього вузла
повинна відповідати вимогам, які були в технічному завданні, і які треба
врахувати при розробці структурної схеми.
Можливі наступні варіанти структурної схеми вузлу отримання
інформації.
Рисунок 3.1 - Структурна схема, варіант 1
Перша схема найпростіша. Вона складається з одного блоку, який
сприймає команди з ЦОВ та керує вмиканням відповідних модулів ВМ. Тонкою
стрілкою показано шлях проходження інформації про працездатність ВМ, який
надходить до ЦОВ (в інших схемах також). Але ця схема має суттєві недоліки,
одним з яких є складність підключення датчиків різних типів. Тобто для реалізації
цього треба досить суттєво ускладнювати схему і розробляти для кожного нового
технологічного процесу нову схему з відповідною кількістю каналів для
підключення відповідних типів датчиків, що неефективно та дорого.
15
Блок
спряження з
датчиками
№ 1
Блок
спряження з
датчиками Блок
до ЦОВ
№ 2 комутації
Блок
спряження з
датчиками
№ N
Рисунок 3.2- Структурна схема, варіант 2
Друга схема (рисунок 3.2) позбавлена цього недоліку. В ній для кожного
нового типу датчика використовується свій блок спряження з фіксованою
кількістю каналів для підключення датчиків. Також у складі цієї схеми є блок
комутації, який виконує функцію підключення необхідного блоку спряження
датчиків до інформаційних каналу, який йде до ЦОВ.
На відміну від другої схеми третя схема (рисунок 3.3) не має блоку
комутації і всі інформаційні канали напряму підключені до ЦОВ (який вже сам
виконує комутацію до необхідного йому каналу). У цій схемі також
застосовуються блоки спряження з датчиками, причому ці блоки можуть бути
розроблені для будь-яких типів датчиків.
16
Рисунок 3.3 - Структурна схема, варіант 3
Основним критерієм вибору варіанту структурної схеми приймемо
комбінацію таких параметрів:
- можливість використання різних типів датчиків;
- складність реалізації;
- здатність до ремонту (швидка заміна блоків та можливість швидкого
пошуку датчиків);
- вартість.
Перший варіант має найгірші показники серед всіх схем тому-що
використання різних типів датчиків дуже ускладнює схему, а отже звідси дуже
висока складність реалізації та вартість. Здатність до ремонту досить низька,
тому-що дуже важко швидко замінити цілий блок. Другий та третій варіанти
мають блочну структуру підключення датчиків, що дозволяє використовувати
різні типи датчиків при досить низький складності реалізації. При цьому
підвищується здатність до ремонту та знижується вартість.
17
Отже для того, щоб підключити максимальну кількість датчиків, тобто
128, необхідно і оптимально буде використати блок спряження БС, кожен з яких
буде розрахований на підключення 8-ми датчиків, а самих БС в цьому разі треба
16, тобто на блоці комутації треба зробити 16 гнізд для підключення БС, але вони
можуть бути заповнені не всі, а лише стільки, скільки необхідно для
технологічного процесу.
Але на відміну від другого, третій варіант має більшу складність реалізації
бо при цьому треба передбачити дуже багато інформаційних каналів, які йдуть до
ЦОВ. Другий варіант потребує лише 8 каналів, в той й час як третій потребує 128.
Отже вибираємо 2-й варіант схеми як найбільш оптимальний.
18
4 Розробка принципової схеми
Повертаючись до рисунка 3.2, ми повинні розробляти окремо кожний з
вузлів і ми повинні виправдати вибір елементів, що використовуються.
Беручи до уваги сучасні вимоги до цифрової техніки, а це в основному і
утилізація, і вимоги, поставлені до інтерфейсів від персональних цифрових
комп'ютерів вибираємо вид основного елемента - TTL.
Серед елементів наданого класу найприйнятнішими є інтегральні схеми
сучасного виконання SN74 (А) LS. Загальні параметри наданих серій наведені в
таблиці 4.1.
Таблиця 4.1 - Основні характерні параметри чіпів серії SN74 (А) LS
Назва параметра Позначення Одиниці Значення
вимірювань параметра
Початкова напруга високого U"1" В ≥2,4
рівня
Початкова напруга низького рівня U"0" В ≤0,4
Поточне введення високого рівня I"1" мкА 20
Поточне введення низького рівня I"0" мА 0,2
Час затримки в передачі сигналу tp нс 15
Максимальна тактова частота fmax МГц 30
Струм споживання Icc мА 27
Напруга живлення Ucc В 5 ± 10 %
В проекті ми повинні використовувати тільки закордонні аналоги, які
відповідають серії SN74(А) LS.
4.1 Перемикання модуля
Цей модуль мається на увазі для 8-ми з’єднань управління - адаптерів з
інтерфейсним модулем. В розробці цього модуля необхідно взяти до уваги деякі
вимоги, а саме: можливість до 8-ми управлінь - адаптери, ініціація управління і
передача коду датчика, лише від якого виключається інформація. Передача
помилкового сигналу за інтерфейсний модуль і подальшу обробку помилки
ситуації, а саме передача інформації про управління, де мала місце помилка.
19
Таким чином ми повинні мати детальну інформацію щодо місця, де помилка
з’явилася.
Беручи до уваги, що обумовлена передача даних через інтерфейсний модуль
8 каналів, але є 6 командних каналів, ми повинні організувати робочі управління в
умовах передачі даних, два розгалужується, і для обробки помилки ситуації і
передачі повної інформації про помилку, необхідно організувати передачу даних за
два періоди. За перший період - це передача інформації управління, де помилка
трапилася, і за другий період, і можливий для деякого іншого - передача інформації
про умову датчиків на конкретному управлінні.
Таким чином ми маємо такі контакти, які посилаються модулем
перемикання на інтерфейсний модуль:
D0 ... D7 - інформаційне введення і вихід, на якому передається адреса
управління і датчика, інформація від датчика і інформації щодо помилки.
SETADR - сигнал передачі адреси управління і датчика, від якого
виключена інформація;
RD - сигнал видалення інформації від датчика;
RDERR - сигнал видалення інформації про стан помилок на управляючих
діях завантаження;
SW - перемикання сигналу режиму виходу інформації. В «0» від управління
керівництва інформація якого прочитана вголос від датчика, в «1» - на виході
управління керівництва там - це інформація про стан помилки щодо кожного з
датчиків.
ERROR - сигнал аварійної умови, тобто на цьому виході відбувається «1»,
коли була напруга через по одному з датчиків;
IMIT- сигнал ініціації, тобто в події на цьому вхідний «1» - це
уповноважена дія дешифратора DD7, який зачіпляє аж до шини даних одне з
управлінь керівництва;
UP - електроживлення, 5 В;
GND - земля.
20
Шина даних, що працює в обох напрямах - це буферні три стани
елементів, що використовуються, на виходах. Для цієї мети годний до вживання
елемент 74F374. Це - 8-вивідний буферний регістр з елементом управління
імпульсу. Він має введення, в живленні чим приведення краю перехідного
прийому імпульсу і інформаційного дисплея. Також він має зворотне введення
роздільної здатності операційного E, в живленні «1» цим введенням на виходах
там - це умова високого імпедансу. Буферне введення елемента управління має
гістерезис 400 мВ. Струм споживання запису 45 мА, струм кожного виходу - не
менш ніж 30 мА. Час затримки розповсюдження від введення чергового аж до
виходу 38 нсек. Цей чіп знаходиться в корпусі DIP-20. Схема модуля комутатора
використовує такі два елементи. Перший - для прийомів адреси правління і
датчика, і інший для прийомів інформації в походженні помилки по одному з
управлінь керівництва. Введення чергового елемента до DD4, який ми
сполучаємо з каналом SETADR, і інший до виходу 8-НЕ елемента, на якому
ERROR сигналів від правлінь дії керівництва. Таким чином в події на елементах
«1» логіки каналу SETADR DD4 приймає інформацію від шини даних по адресу
управління і датчика від каналів DA0.. DA5. В походженні помилки навіть по
одному з правлінь керівництва на виході елемента DD6 там - це одиниця логіки,
яка встановлює позитивну зміну напруги на введенні чергового елемента DD5 і
інформація щодо помилки вводить назву в цьому записі.
Чіп 74LS138 - швидкохідний чіп - демультиплексор, конвертує трьох біт
кодів АСА у управління низького логічного рівня, який відбувається по одному з
восьми виходів Y0-Y7. Чіп має входи трьох вхідної логіки дозволу, тобто
розшифровка трапляється, коли на вхідному Е1 і E2 управління низького рівня, і на
вхідній E3 високо рівнева напруга. В інших комбінаціях рівнів на введеннях
дозволу - на всіх виходах енергетичний високо рівневий.
Механізм можливий, щоб використовувати як вісімковий вхідний
мультиплексор. Одне з введень E приймає дані, інший приєднався до джерела
напруги рівня дозволу.
21
Дешифратор 74LS138 поглинає струм 10 мА (вихід - 8 мА). Час
затримки розповсюдження сигналу не перевищує 37 нсек.
Зворотні виходи чіпу, підключені таким чином, що вибір і зміна станів
операційного механізму буде тим, що переходить в «0» появи. На введеннях
АС чіпу посланий трьох розрядний код карти, і сигнальний INIT сполучений
з введенням E3. Таким чином в появі на INIT стан логічний «1», по одному з
виходів чіпу сигналу, з'явиться логічний «0».
Коли помилка відбувається по одному з правлінь керівництва на елементі
НЕ DD6, сигнал рівня нуля діятиме, і на його виході сигнальний з'явиться «1».
В події цього сигналу інформація з DА0 - DА7, вводить ім'я до запису DD5.
Після того, як центральний обчислювальний вузол реагуватиме на цю помилку,
на виході RDERR з'єднання з інтерфейсним модулем сигнальний «1» (з'явиться
тому все інші канали правління бути здібним до «0»). В події цього сигналу
інформація щодо правлінь, де помилка, що трапляється, діятиме за шини даних
через елемент DD3 (74LS245) діятиме за шину даних DA0 - DA7. Після обробки
цієї інформації щодо каналів правління INIT і SWITCH рівні «1» сигналів, і на
шині даних код адреси правління, де помилка з'явиться, що трапляється.
Управління, де помилка, що трапляється, надає на шинному DА0 - DА7
детальну інформацію щодо помилки, яка один в події на каналі RD - дії «1» на
шині даних DA0 - DA7.
Давайте розглядатимемо контакти з'єднувачів, які просуваються одиницю
перемикання аж до правління - керівництва:
D0 ... D7 - шина даних, на якій працює управління керівництва
передає інформацію;
ERROR - сигнал аварійної умови, на цьому виводі відбувається
«0», якщо один або окремі датчики знаходяться в небезпечній умові;
А0 ... A2 - адреса датчика, від якого виключена інформація;
SW - сигнал, який один контролює над мультиплексорними каналами передач
даних до введень, які один, вихід аналогово-цифрового коду і виходи сигналів помилок
22
з датчиків сполучений. В «0» на SW до шини даних інформація від аналогово-
цифрового коду передається, і в «1» - сигнали помилок.
INIT - сигнал ініціації правління, тобто в події на цьому вхідний «0» - це дія
конкретного управління керівництва, якій дозволяється;
UC - напруга поставки, 5 В;
GND - земля.
Схема помилки, оброблювальної роботи як вказано нижче. В походженні
небезпечного стану на будь-якій довжині кола комунікації з датчиками, схема
захисту, конструйованого по одному з виходів DА0 - DА7 є стан логічний «1», який
один посланий на введеннях запису DDl (MS74F374, дія була вже обмежена яким
один) і на введеннях DD4A ... DD4D (MS74LS32 - 42-OR), від виходів цих одиниць
сигнальні дії на вивід виходу одиниці DD7A (МS7425 - 4-НЕ) 6, який один
зачеплений аж до сигнальної ERROR і через дії інвертор на вивід дозволу запису
DDl (MS74F374), від якого один потім ця інформація через мультиплексор каналів
передач даних діятиме за шину даних.
Рисунок 4.1 - Сигнал помилок на пристрої введення
4.2 Аналого-цифровий конвертор
Досягнення у сфері розвитку мікроелектронний ЦАП і аналого-цифровий
конвертор дозволяють створити на їх базовому складовий багатофункціональний,
23
високо надійний, системи точної конвертації, що широко використовуються в
обробці цифрового сигналу даних. Перспектива від покажчика цього бачення
розвитки схем LSI і GSI систем корекції, обробки і розміщення даних, що
мається на увазі для нормалізації сигналу, конвертація в цифровій формі,
представлені введення даних в мікроконтролері МР або мікрокомп’ютері, їх
обробці і уявленні в оновленому виді.
Чіп AD7581 аналогово-і-цифрової системи (ADS) збору даних мається на
увазі для конвертації аналогових каналів, які одна дія на восьми каналах обходу, в
цифровому коді з наступним його збереження в оперативній пам’яті і читанням в
зовнішньому MP в прямому режимі доступу пам'яті до пам'яті. ADS чіпу AD7581,
вироблюваний з використовуванням технології CMOS і розташований в
герметичній пластмасі або корпусі 28-виідному металокерамічному, як наприклад
2121.28-6 з вертикальним подвійним бічним розташованими виводами.
Система збору даних забезпечує невідкладне повідомлення з MP, яке має
як відділені, так і основній шині адреси і даних. Дескриптор AD7581
здійснюється від логічних сигналів MP TTL і CMOS рівнів. Прямий режим
доступу пам'яті до пам'яті здійснюється згідно алгоритму послідовної обробки
аналогових каналів на восьми незалежних введеннях.
Рисунок 4.2 - Інтегральна функціональна електрична схема GSI ADS
AD7581
24
Таблиця 4.1 - Індексація і призначення виходів чіпу AD7581
№ виходу Призначення виходу
1 Вихід мультиплексора BOSF
2-7 Введення мультиплексора 0 (AIN7) - 7 (AIN0)
10 Довідкова напруга UREF
11 Довідкова напруга UREF2
12 Вибір каналу і початок конвертації STAT
13 Введення дескриптора прочитаного зовнішньої оперативної
пам’яті CS
14 Загальний вихід
15 Введення синхронізуючих сигналів - CLK
16 Введення дескриптора на вимогу в оперативну пам’ять - ALE
17-17 Введення адреси - A0-A2
20 Цифровий вихід 8
21-26 Цифровий вихід 7 - 2
27 Цифровий вихід 1
28 Електроживлення Ucc
Схема функціональна електрична з'єднань ADS AD7581 - вказана на
рисунку 4.1. Його склад включають мультиплексор аналога для послідовного
перемикання восьми аналогових каналів, аналого-цифровий конвертор
нерухомий, оперативна пам’ять (SRAM) розміром 64 біти (організація 8X8) для
збереження результатів конвертації на кожному з каналів, буферний регістр
виходу BUF з трьома логічними станами, управління графічним CC з
послідовним питанням каналів, виправленням адреси, записом і читанням
інформації.
Чинник відділення каналів Kct встановлює рівень придушення передачі
сигналів між каналами і визначається по формулі:
Kct | U1U2 | / UMP. (4.1)
Таблиця 4.2 - Головні електричні параметри схеми LSI AD7581 при
температурі оточення 25 ± 10 °C
Параметр Не менше Не більше
Число розрядних b 8 -
Число n каналів 8 -
Нелінійність δL % -0,5 0,5
Подача тиску нуля на введенні UI0, МВ -30 30
Максимальна конвертація частоти fc, мГц 1,6 5
25
Споживання струму Icc, мкА - 400
Напруга проблеми високого рівня UOH, V 4,25 -
Напруга проблеми низького рівня UOL, V 0,4 -
Таблиця 4.3 - Граничні значення електричних режимів підтримки
Параметр Не менше Не більше
Напруга електроживлення Ucc, V 4,75 75,25
Довідкові напруги UREF1,( UREF2), V 0/(-2,5) 2,5/(0)
Діапазон вхідних напруг UIRN, V -2,5 2,5
Вхідна напруга високого рівня UIH, V 3,6 Ucc-0,1
Вхідна напруга низького рівня UIL, V 0 0,4
Конвертація частоти fc, мГц 0 2,5
Чіп AD7581 забезпечує нетлінну дію в напрузі поставки Ucc = 5 B ±5 % в
наступному режимі:
- Unipolar (позитивна полярність) із зміною вхідної напруги в діапазоні від
0 аж до 2,5 В у значеннях Urefi = 2,5 В і Uref2 = 0 В;
- Unipolar (негативна полярність) із зміною вхідної напруги в діапазоні від -
2,5 В аж до 0 В у значеннях UREF1 = 0 В і Uref2 = -2,5 В;
- двополюсний із зміною вхідних напруг в діапазоні від -1,25 В аж до 1,25
значення Urefi = -1,25 В і UREF2 = 1,25 В.
Для вибору відповідного режиму операційного ADS що потрібно для
спеціальних сигналів управління, оскільки режим забезпечений зв'язком значень
UREF1 і UREF2.
На наданому алгоритмі чіп AD7581 проводить послідовне опитування і
вибір каналу над наступним перетворення вхідної напруги. Нумеровані дії
здійснюються на створенні сигнальний STAT (вихід 12). Цей сигнал у разі дії від
нуля проводять канал більшості періоду конвертації є представляють здатним
логічний 0.
Протягом всього періоду конвертації, рівний підсумок tc разів для кожного
з восьми каналів, цифрова інформація запам'ятала в SRAM. Це забезпечує
прямий доступ до ADS пам'яті в чому завгодно від долей секунд. Наступна зміна
даних в SRAM трапляється в кінці кожного циклу конвертації, і тільки в колоні,
яка одне число відповідей проводиться голосування каналу. Запис інформації в
SRAM здійснюватиметься після сигнального WR, і читання - на сигнальному RD.
26
На вимогу до SRAM наданий i про стан адресних шин A2 - дія акціонерного
суспільства в ADS регістра адреси у високо рівневі логічного сигнального ALE
(вихід 16) і закритий на його рівні нуля.
Адреса вибору каналу визначена згідно значенню цифрового коду, який
був написаний адресної шини акціонерного суспільства - A2 (виходи 17-17).
Таблиця 4.4 - Значення коду на адресній шині залежно від відібраного
каналу
Канал A2 A1 A0
AIN0 0 0 0
AIN1 0 0 1
AIN2 0 1 0
AIN3 0 1 1
AIN4 1 0 0
AIN5 1 0 0
AIN6 1 1 0
AIN7 1 1 1
Читання цифрової інформації SRAM на початковій 8-розрядній шині
здійснюється в живленні на вхідному CS (вихід 13) сигналі, логічному 0,
потім осередки буферного регістра передали від високого імпедансу в
несенні на стані. Аналого-цифрова система здатна мінятися цифрову
інформацію з CMOS і MP.
В частоті передачі синхронізуючих сигналів після вхідних CLK (вивід 15)
1,6 МГц, як один співпадає після значення максимальну частоту конвертації, tc
ADS часу не перевищує 25 мксек. на каналі.
Щоб змінитися аналог входу, необхідно підсилити Uirn в межах від 0 В аж
до 2,5 В і від - 2,5 В аж до 0 В у відповідях початковий код змінюється від 00... 00
аж до 11... 11. В двополюсному режимі дії початковий код стає знаком. Щоб
змінити Uirn в межах від - 1,25 В аж до 1,25 В у зміні відповідей початкового коду
від 00.. 00 аж до 11... 11.
Нахил особливості конвертації в кожному з ADS каналів регулюється
енергетичним Uref1. Через джерело напруги Uref2 дескриптор переміщення
особливості уподовж всієї можливої UIRN. Довжини кола виправлення
абсолютної похибки конвертації в обмеженому покажчику масштабу і тиску нуля
27
на виводі ADS каналу - це показано в рисунку 4.4. Тому вхідний імпеданс на
виводах аналога AINO-AIN7 обмежений до опору резистора Rl, що штучні
стрілки введення мультиплексор.
В застосованій інтегральній схемі довжини (рисунок 4.4) кола
виправлення, як наприклад LM324 (Al, A2) і резистори Rl і R2 кОм опору 100
(оцінене значення). В схемі в рисунок 4.4, DA (інтегральна схема, як
наприклад SFC2741), що використовується, і резистори Rl = 0,1 - 1 МОм; R2 -
R7 = l - 10 кОм; R10 = 47 Ом і Rll -100 кОм (оцінені значення). І
співвідношення R1/R2 - R1/R7 повинне бути рівне 100.
Для того, щоб запобігти поломкам на ланцюгах аналога вводить вхідні
сигнали не потрібно посилати без зв'язку довідкових напруг Uref1, Uref2 і
електроживлення Ucc. В ланцюзі джерела напруги Ucc рекомендується
включати резистор з опором 300 Ом ± 10 %.
Наказ живлення повноважень на наступному чіпу: загальний вихід, напруга
поставки, довідкові напруги Uref1, Uref2, вхідні напруги UIL, UIH, UIRN, наказ
повернення скиду.
Додаток технічних і діючих робіт підвищень ADS інтегральної схеми
AD7581 систем правління іншого призначення і посилання, системи комунікації,
автосправа електроніки, адміністративні системи продукції на підставі
комп'ютера, і т.п.
Давайте розглядатимемо довжину кола зв'язку аналого-цифрового
конвертора в карті введення. До інформаційних виводів A-IN-0 ... A-1N-7 (MS
контактів 7,8,7,6,5,4,3,2) сполучено 8 датчиків (через довжину кола гальванічної
ізоляції), контактувати A-GND ми з'єднуємося з землею. Вихід BOSF (контакт
MS1) не застосований, оскільки не необхідно мати сигнал від виходу
мультиплексора в цій довжині кола. До введення Uref - ми надаємо стабілізовану
довідкову напругу + 2,5 B.
Давайте розглядатимемо під'єднання сигналів пілота до аналого-
цифрового конвертора. На введенні чергового CLK (вивід 15) ми надаємо
прямокутні імпульси з частотним f = l0000 Гц. Ці імпульси діють від виходу
28
осцилятора, який виконується на елементах R75, R76, C25 і на двох елементах
AND - НЕ (DD3A, DD3B).
До виводів А0, Al, A2 адреса датчика в двійковому коді принесена. До
зворотного введення CS сполучені сигнал вибору карти (контакт INIT, через яку
одна карта зачеплена аж до одиниці перемикання). ALE виходу підключений
через інвертор до сигнального INIT. Інформація видалена з виходів DА0 ... DА7,
який один подальші дії на мультиплексор каналів передач даних.
В результаті такого зв'язку схемні роботи як вказано нижче. Після
прибуття кожного синхронізуючого сигналу інформація від датчиків була
оновлена, і це написано за відповідною адресою в оперативній пам'яті. В появі на
контактній логічній інформації INIT «0» від оперативної пам'яті написаний в
початковому буфері і на виходах даних інформація, яку один з'явиться, пройде
далі мультиплексор каналів передач даних.
29
Рисунок 4.5 - Схема зв'язку аналого-цифрового конвертора
30
5 Розрахунок основних елементів системи
5.1 Розрахунок пружного елементу тензометричного датчика
Якість тензометричних пружних елементів як і вимірювальних пружин в
основному оцінюється з позицій їх метрологічних і точностних властивостей.
Незалежно від своєї конструктивної форми, вони завжди призначаються для
сприйняття певним чином спрямованих навантажень, що викликають у пружному
елементі напруження, що забезпечують сигнал, який сприймається вторинними
приладами.
Внаслідок недосконалості конструкції крім навантажень, підлягаючих
виміру, виникають «паразитні» навантаження, що викликають додаткові
напруження, що спотворюють показання приладу.
Такі паразитні поперечні навантаження виникають, наприклад, унаслідок
не центральності прикладаємої вимірюємої сили Р через недосконалість
конструкції пружного елемента.
Тензометричні пружні елементи повинні відповідати наступним вимогам:
- напруження, що виникають у пружному елементі в результаті впливу
вимірювального навантаження, повинні забезпечувати сигнал, що допускає
передачу, перетворення і зняття його вторинним пристроєм;
- пружний елемент повинний бути досить жорстким для одержання малих
деформацій, а також щоб нелінійність, що викликається зміною форми, не
перевищувала допустимих розмірів;
- напруження, що виникають у перетинах пружного елемента, не повинні
перевершувати межі текучості (забезпечення необхідного запасу тривкості);
- пружний елемент повинний бути сконструйований таким чином, щоб,
маючи максимальну чутливість щодо вимірювального навантаження, він був
нечутливим до поперечних навантажень;
- матеріал пружного елемента повинний по можливості менше змінювати
свої фізичні і механічні властивості під впливом зовнішніх умов (температура,
час, вібрації і т.д.);
31
- пружний елемент повинний бути компактним і технологічним;
- конструкція його повинна забезпечувати незалежність напружень від
способу прикладення сил у зонах розташування тензодатчиків, а також
передбачати можливість компенсації напружень, що виникають від дії
поперечних сил і моментів, а при необхідності і компенсацію нелінійності.
Ця вимога говорить про те, що при проектуванні тензометричних пружних
елементів, особливу увагу варто приділяти поряд із розрахунками на жорсткість,
розрахункам на міцність і точність, що відносяться до випадку виміру як великих,
так і самих мінімальних навантажень. Як і всяку пружину (незалежно від розміру
навантажень) тензометричний елемент обов'язково перевіряють на тривкість не
тільки в перетині, де відбуваються виміри, але і по всіх перетинах.
Жорсткість, тривкість і незалежність роботи від шкідливих впливів умов
експлуатації пружного елемента є основними параметрами, що визначають якість
пружного тензометричного елемента. Стосовно до таких елементів, крім
загальноприйнятих характеристик жорсткості к, чутливості s, міцності т,
використовуються наступні зв'язані з їхньою роботою терміни.
Чутливість пружного тензометричного елемента оцінюють через
відношення вхідного dP і вихідного di сигналів (по суті це не чутливість пружного
елемента, а чутливість вимірювальної системи).
Відношення переміщення у напрямку діючої сили Р до самої сили Р
називають податливістю :
P . (5.1)
Після з'ясування умов експлуатації, характеру і розмірів вимірювальних
навантажень орієнтовно розробляють схему пружного елемента і матеріали,
необхідні для його виготовлення. Потім підраховують жорсткість (чутливість)
пружного елемента, напруження, що виникають у ньому, і орієнтовно оцінюють
чутливість усієї вимірювальної системи.
Нарешті в разі потреби розробляють схему дій компенсаційного пристрою,
оцінюють ефект його застосування визначають розміри сприйманих їм
32
поперечних навантажень і розміри сприйманого їм вимірювального
навантаження. Це дозволяє установити:
а) значення поперечних навантажень, що при наявності компенсаційного
пристрою доводяться на частку пружних тензометричних елементів;
б) зниження чутливості пружного тензометричного елемента.
Оцінюють вплив неточності розрахунку пружної характеристики
(лінеаризації) технологічних і експлуатаційних чинників (матеріали, допуски на
виготовлення і складання, час, температура, вібрації і т.д.) на точність пружної
характеристики й уточнюють значення чутливості пружного елемента і усієї
вимірювальної системи.
ru 0,38p(R /s)2 [(3)(x / R)2 (1)]; (5.2)
tu 0,38p(R /s)2 [(3)(x / R)2 (1)]; (5.3)
Рисунок 5.1 - Конструкції з застосуванням плоских металевих мембран
У області великих прогинів (X s) мембрана випробовує розтяг.
Напруження розтягу в цьому випадку значно перевищує вигинаючий, тому в
розрахунках зневажають жорсткістю вигину мембрани. Радіальні й окружні
напруження розтягу розподіляються по товщині мембрани рівномірно (рисунок
5.2).
3
rp 0,25E( / R)2[ (x / R)2];
1 (5.4)
33
3
tp 0,25E( / R)2[ (x / R)2]
1 (5.5)
Розрахунки еквівалентних напруг по енергетичній теорії тривкості
показують, що з урахуванням тільки вигинаючих напруг найбільше небезпечними
є точки, розташовані по контуру з боку навантаження тиском (точка Д), а з
урахуванням напруг розтягу - центральні точки (точка Л), де радіальні й окружні
напруження рівні.
Рисунок 5.2 - Епюри напруг вигину та розтягу
Рівняння плоскої мембрани при довільному прогині відбиває суму опорів
деформаціям вигину і розтяги. При відносному прогині = X/s це рівняння може
бути подане в наступному виді:
p E(s / R)4(a b3) (5.6)
34
Рисунок 5.3 - Значення коефіцієнта kcr для мембран без жорсткого центра
Для мембран без жорсткого центра:
a 5,33 /(12 ) (5.7)
а = 5.33 / (1 - 0,32) = 5.857.
b (7) /[3(1)] (5.8)
b = (7 - 0.3) / (3(l - 0.3)) = 3,17.
При малих значеннях вплив кубічного члена b3 у рівнянні 5.6
невеликий, тому пружна характеристика мембран у цих випадках близька до
лінійної. Нелінійність пружної характеристики плоских мембран (у %)
оцінюється рівнянням:
38,52
a / b 2
(5.7)
Тут знак мінус указує на загасаючий вид пружної характеристики. Для
мембран без жорсткого центру параметр а/b є постійним розміром. При = 0,3 і
уточненому значенні b, а/b = 1,64.
35
Проведемо розрахунок плоскої мембрани без жорсткого центра.
Максимальний відносний прогин мах розраховують по заданому (або
прийнятому) абсолютному значенню нелінійності виходячи з рівняння:
max | | (a / b) /(38,5 | |) . (5.8)
Задамося значенням нелінійності = 5%.
5 1,64
max 0,523
38,55 .
Визначаємо основні розміри мембрани: Товщина s обчислюється за
формулою:
s max /max . (5.9)
s = 0.2/0.523 = 0.382 мм.
Радіус окружності по зовнішньому контурі:
k
R s max E
[] . (5.10)
7 0,523 200 109
Rmin 0,382 12,486(мм)
650 106
.
Для мембран без жорсткого центру значення коефіцієнта kcr варто
вибирати по кривої, побудованої для найбільш небезпечної точки Д (рисунок 5.3).
Для значення мах = 0.523, значення коефіцієнта kcr дорівнює 7. Матеріал для
виготовлення мембрани вибираємо за рекомендаціями [7] - Сталь 63С2А.
Коефіцієнт Пуассона = 0,3;
Границя міцності [ст] = 650 МПа;
Модуль нормальної пружності Е = 200 ГПа;
В результаті проведених розрахунків визначено основні розміри мембрани:
товщина s = 0,382 мм, мінімальний радіус Rmіm = 12,48 мм.
На основі цих даних приймемо такі розміри мембрани: товщина s = 0,4 мм,
мінімальний радіус Rmin =15 мм.
Проведемо оцінку міцності з врахуванням еквівалентних навантажень.
( 2
eq)max kmaxE(s / R) []
. (5.11)
36
(eq)max 7 0,523 200 109(0,4 /15)520МПа
.
Отже бачимо, що умова міцності виконується, а значить розміри мембрани
розраховані вірно.
Ефективна площа плоских мембран при їхньому прогині під дією тиску
змінюється. У вихідному положенні, коли навантаження відсутнє, ефективна
площа визначається рівнянням:
F0 f0R2
. (5.12)
F0 0,25 3,1415 225 176мм2
.
Для мембран без жорсткого центру f0 = 0,25. Ефективна площа в
залежності від діючого тиску:
Feff F0[1 (kF /100)]. (5.13)
F 176 [1 (8/100)]190мм2
eff .
5.2 Розрахунок блоку живлення пристрою
Для розрахунку струму живлення для пристрою необхідно знати
номінальні струми живлення всіх електричних елементів схеми. Модуля з'єднання
застосовується в схемі компонента, що внесений у список у таблиці 4.4.
Інформація щодо їхнього струму живлення є згідно [12,21,22].
Крім модуля живлення необхідно обчислення і для електроживлення
периферійних модулів вводу/виводу. Відповідно до документів
[РСА13.025.006.001Е3] струм подачі для модуля входу Ііn = 1,5A при напрузі
живлення 5B; для модуля виводу - Іout = 2A при напрузі живлення 5 B.
Для визначення повного струму живлення пристрою, ми використаємо
формулу:
I 4 Iout 4 Iin Imain , (5.14)
де Іmaіn - струм одиниці інтерфейсу й одиниці заміни, що прийнятий від
таблиці 4.4, мА;
Іout - струм одиниці інформаційного виводу, мА;
37
Ііn - струм одиниці дії вводу, мА.
У формулі 5.16 необхідно замінити у свою чергу струми споживання на
кожну окрему напругу живлення.
В результаті ми отримуємо:
Іe = 4Іout + 4Ііn + Іmaіn = 4·2+4·1,5+0,6701=14,6701 ~ 15 A.
До початкових умов розрахунок трансформатора приймаємо наступні
параметри:
Напруга первинної обмотки UІ = 220 В;
Напруга вторинної обмотки UІІ = 10 В;
Струм у вторинній обмотці ІІІ = 15А;
Коефіцієнт корисної дії трансформатора ηтр = 70 %.
Потужність, що отримана від вторинної обмотки визначається за
формулою:
PII 1,2U II I II , (5.15)
де UІІ, ІІІ - напруга і струм вторинної обмотки.
PII 1,2 10 15180 Вт.
Використана потужність від електричної мережі, Вт:
P PII /тр . (5.16)
P = 180/ 0,7=257 Вт.
Площа поперечного перерізу осердя трансформатора визначається за
формулою:
S P , (5.17)
де S - площа, см2;
P – споживана потужність, Вт.
S 257 16(см2 ) .
Розмір Ш - подібних пластин трансформатора:
a 0,9 S , (5.18)
c 1,1 S , (5.19)
де а - ширина осердя, см;
38
c - ширина набору пластин, см.
a 0,9 16 3,6(cм),
.
c 1,1 16 4,4(cм)
Відповідно до довідкової літератури вибираємо броньовий стрічковий
магнітопровід ШЛ 40x50. Число витків на один вольт напруги дорівнює:
N = 60/S, (5.20)
N = 60/16=3,75 витків/В.
Так що первинна обмотка буде складатися з:
W1 N U1 3,75220825витків.
Вторинні обмотки будуть містити відповідно по:
WII k N UII 1,13,7510 41,2 витків.
d 0,8 II , (5.21)
де ІІ - струм у первинній обмотці, А.
P
II ,
UI
де P - споживана потужність, Вт;
UІ – напруга мережі живлення, В.
Заміняючи значення струмів для кожної окремої обмотки ми одержимо
діаметр проводу:
P 257
d I 0,8 II 0,8 0,8 0,86(мм)
U I 220
d II 0,8 III 0,8 15 3,0(мм)
Отже, вибираємо провід ПЭВ-1 о,96 та 3,2 відповідно для первинної та
вторинної обмоток (220В, 5В).
Зважаючи на підвищені вимоги до низького рівня пульсації джерела
живлення, ми приймаємо до розрахунків двополуперіодний випрямляч.
Urv 1,51,2UII , (5.22)
Istr 0,5 III , (5.23)
де Urv - зворотна напруга діоду, В;
39
Іstr - середнє значення струму, мА.
Так, ми маємо умови вибору діодів: Urv. > 18 В, Іstr > 7,5 - для напруги UІІ =
10 В.
Ми вибираємо діоди B4Y10-420M (Urv = 600В, Іstr = 10 A) для напруги UІІ =
10В.
В якості згладжуючого фільтра вибираємо ємності по наступних
формулах:
2,51
C II
fII , (5.24)
UII
UfII 1,2UII , (5.25)
де Cf - ємність конденсатора фільтру, мкФ;
І - операційний струм, мА;
U - оцінка напруги, В;
Uf - оцінка напруги на конденсаторі фільтрування, В.
Ми маємо CfІІ = 3750мкФ.
Так що ми вибираємо конденсатори фільтрування марки SMD
4000мкФx16В для напруги UII = 5В.
При проектуванні пристрою, що заснований на цифрових інтегральних
схемах, досить головні вимоги поміщені в якість стабілізації електроживлення.
Так у нашому випадку також необхідно триматися за позначену мету, щоб
досягнути за допомогою складених регуляторів напруги.
Для нашого конкретного випадку згідно [23] підходить ІС даного ряду
LM337, що гарантує стійку напругу в інтервалах 4,9...5,1В. Однорідна проблема
при використанні цього складеного стабілізатора - його низьке значення
максимального струму виводу, який дорівнює 3A.
40
Рисунок 5.4 - Електрична схема складеного стабілізатора з регулятором
Для рішення цієї проблеми ми будемо використовувати ідею, пропоновану
в [24], де для посилення потужності стабілізатора установлюється могутній
транзистор виводу.
Дію даного стабілізатора засновано на розподілі потужності між одним
стабілізатором DA1 і регулятором - транзистором VT1. Так при малому струмі
виводу знижується напруга на резисторі R2 і діоді VD1, тому працюють тільки
транзистор і чіп DA1. З підвищенням струму виводу мала напруги також
збільшується і, підвищуючись до рівня 0,6...0 ,7В, відкриває транзистор. Через
транзистор проходить струм і цим виводить на нормальний режим роботи чіп.
Який тримає на обов'язковому рівні стійкість напруги виводу.
Вибір елементів схеми в основному заключається у виборі транзистора
VT1, що міг би забезпечувати встановлений потік напруги виводу.
5.3 Розрахунок блоку вводу
5.3.1 Вибір елементної бази
Найбільше повно цим вимогам - висока надійність; висока
перешкодозахищеність; мала споживана потужність - задовольняють інтегральні
мікросхеми на що доповнюють МДП (МОП) структурах - КМДП структури.
Цифрові інтегральні схеми (ЦІС) на КМДП - транзисторах - найбільш
перспективні. Потужність споживання в статичному режимі ЦІС складає десятки
нВт, швидкодія - більш 10 МГц. Серед ЦІС на МДП - транзисторах ЦИС на
КМДП - транзисторах володіють найбільшої завадостійкістю: 40 45 % від
41
напруги джерела харчування. Відмінна риса ЦІС на КМДП - транзисторах - також
висока ефективність використання джерела харчування: перепад вихідної напруги
елемента майже дорівнює напрузі джерела харчування. Такі ЦІС не чуттєві до
змін напруги харчування. В елементах на КМДП - транзисторах полярності і рівні
вхідних і вихідних напруг збігаються, що дозволяє використовувати безпосередні
зв'язки між елементами. Крім того, у статичному режимі їхня споживана
потужність практично дорівнює нулю.
Таблиця 5.1 – Параметри мікросхем
Параметр SN74LS30 SN74LS20
Вхідний струм у стані “0”, I 0
вх , мкА, не менш - 0,1 - 0,1
Вхідний струм у стані “1”, I 1
вх , мкА, не більш 0,1 0,1
Вихідна напруга “0”, U 0
вых , В, не більш 0,3 0,3
Вихідна напруга “1”, U 1
вых , В, не менш 8,2 8,2
Струм споживання в стані “0”, I 0
пот , мкА, не більш 0,3 0,3
Струм споживання в стані “1”, I 1
пот , мкА, не більш 0,3 0,3
Час затримки поширення сигналу при включенні tзд 200 200
1,0
р , нс, не більш
Час затримки поширення сигналу при включенні tзд 200 200
0,1
р , нс, не більш
Таблиця 5.2 - Гранично припустимі електричні режими експлуатації
Напруга джерела живлення , В 5 - 10
Навантажувальна здатність на логічну мікросхему, не більш 50
Вихідний струм I 0
вых и I 1
вых , мА, не більш 0,5
Завадостійкість, В 0,7
5.3.2 Розрахунок блоку на вплив тепла
Робимо теплофізичні конструкторські розрахунки з застосуванням
убудованого в WORD математичного пакета прикладних програм MATHCAD
11.0 PRO.
Таблиця 5.3 - Вихідні дані
Розміри блоку : L1=250 мм, L2=180 мм, L3=70 мм
42
Розміри нагрітої зони : a1=234 мм, a2=170 мм, a3=80 мм
Зазори між нагрітою зоною і hн=hв=5 мм
корпусом
Площа перфораційних отворів Sп=0 мм2
Потужність однієї ІС Pис=0,001 Вт
Температура навколишнього tо=30 оC
середовища
Тип корпуса Дюраль
Тиск повітря p = 1.33 104 Па
Матеріал ДП Склотекстоліт
Товщина ДП hпп = 2 мм
Розміри ІС с1 = 17.5 мм с2 = 6 мм c3 = 4 мм
Етап 1. Визначення температури корпуса
Розраховуємо питому поверхневу потужність корпуса блоку qк:
P n.m.0 N.P . . .
ис 5 5 30 0.001 0.75 Вт
S 2. L .L L .L L .L 2.( 0.25.
2
к 1 2 2 3 1 3 0.18 0.18.0.09 0.25.0.09 ) 0.167 м
P0 0.75 Вт
qк 4.491
S 2
к 0.167 м
де P0 - потужність розсіюється блоком у виді теплоти, Вт;
Sк - площа зовнішньої поверхні блоку, мм2.
Для здійснення реального розрахунку приймемо P0 = 20 Вт, тоді:
S 2. L . . . . . . . 2
к 1 L2 L2 L3 L1 L3 2 (0.25 0.18 0.18 0.09 0.25 0.09 ) 0.167 м
P0 20 Вт
qк 119.76
Sк 0.167 2
м
За графіком з [1] задаємося перегрівом корпуса в першому наближенні
tк= 10 оС.
Визначаємо коефіцієнт випромінювання для верхньої л.в,, бічний л.б і
нижньої л.н поверхонь корпуса:
. 4 4
5.67 t t 273
0 t 273
i . k 0
л , i t 100 100
k
Тому що для всіх поверхонь однакова і дорівнює =0.37 те:
43
4 4
0.39.5.67. 30 10 273 30 273 Вт
2.585
л , i 10 100 100 2
м .К
Для визначальної температури tm = t0 + 0.5 tk = 30 + 0.5 10 = 35 oC
розраховуємо число Грасгофа Gr для кожної поверхні корпуса
3
1 L
Gr . . опрi
g . t
mi
t 273 2 k
m
m
де Lопр i - визначальний розмір і-ої поверхні корпуса;
g - прискорення вільного падіння;
m - кінетична в'язкість газу, для повітря визначається з таблиці 4.10 [1] і
дорівнює m=16.48 10-6 м2/с
3
1 . ( 0.25 ) 7
Gr Gr 9.8. .10 1.831.10
mв mн
35 273 6 2
16.48.10
3
1
Gr . . ( 0.18 ) . . 6
9.8 10 6.832 10
mб
35 273 6 2
16.48.10
Визначаємо число Прандтля Pr з таблиці 4.10 [1] для визначальної
температури tm, Pr = 0.7.
Знаходимо режим руху газу, що обтікають кожну поверхню корпуса:
5 106 < Grн Pr = Grв Pr = 1.831 0.7 107 = 1.282 107 < 2 107 отже режим
ламінарний
Grб Pr = 6.832 0.7 106 = 4.782 106 < 5 106 отже режим перехідний до
ламінарного.
Розраховуємо коефіцієнт теплообміну конвекцією для кожної поверхні
блоку k.i:
44
1 1
. m . . 8. 0.0272 6 8 Вт
1.18 Pr Gr N 1.18. . 4.782.10 .1 1.219
к ,б m i
L 0.18 2
опр, i м .К
1 1
. m 4
0.54 . . 4
Pr Gr .N 0.54.
0.0272 . 7 Вт
1.831.10 .1.3 4.996
к ,в m i
L 0.25 2
опр, i м .К
1 1
m 4
0.54. . Pr.
4
Gr . . 0.0272N 0.54 . 1.831.
7 Вт
10 .0.7 2.69
к ,н m i
L 0.25 2
опр, i м .К
де m - теплопровідність газу, для повітря m визначаємо з таблиці 4.10 [1]
m = 0.0272 Вт/(м К);
Nі - коефіцієнт враховуючий орієнтацію поверхні корпуса: Nі = 0.7 для
нижньої поверхні, Nі = 1 для бічної поверхні, Nі = 1.3 для верхньої поверхні.
Визначаємо теплову провідність між поверхнею корпуса і навколишнім
середовищем до:
.S .S .S
к к ,н л ,н н к ,н л ,н б к ,н л ,н в
2
S S L .L 0.25.0.18 0.045 м
н в 1 2
S 2. . 2
L L L 2.0.09. ( 0.25 0.18 ) 0.077 м
б 3 1 2
( ( 2.585 2.69 ).
Вт
0.045 ( 2.585 1.219 ).0.077 ) ( 2.585 4.996 ).0.077 1.114
к К
Розраховуємо перегрів корпуса блоку РЕА в другому наближенні tк.о:
P
0
t . 20
K .K . . o
1 1 17.953 C
к ,о к ,п н1
1.114
к
де Кк.п - коефіцієнт залежний від коефіцієнта корпуса блоку. Тому що блок
є герметичним, отже Кк.п = 1;
Кн1 - коефіцієнт, що враховує атмосферний тиск навколишнього
середовища береться з графіка мал. 4.12 [1], Кн1 = 1.
Визначаємо похибку розрахунку
t t
к ,о к 17.953 12
0.332
t 17.953
к ,о
Тому що =0.332 > []=0.1 проводимо повторний розрахунок
скорегувавши tк= 15 оС.
45
Після повторного розрахунку одержуємо tк,о= 15,8 оС,, і отже похибка
розрахунку буде дорівнює
t t
к ,о к 15.8 15
0.053
t 15
к ,о
Така похибка нас цілком улаштовує =0.053 < []=0.1
Розраховуємо температуру корпуса блоку
o
t t t 30 15 45 C
к 0 к ,о
Етап 2. Визначення середньо поверхневу температуру нагрітої зони
Обчислюємо умовну питому поверхневу потужність нагрітої зони блоку
qз:
P
з
q
з
1.82. a .a a .a a .a
1 2 1 3 2 3
20 Вт
q 152.413
з
1.82. ( 0.234.0.17 0.234.0.08 0.17.0.08 ) 2
м
де Pз - потужність розсіюється в нагрітій зоні, Pз = 20 Вт.
За графіком з [1] знаходимо в першому наближенні перегрівши нагрітої
зони tз= 18 оС.
Визначаємо коефіцієнт теплообміну випромінюванням між нижніми з.л.н,,
верхніми з.л.в і бічними з.л.б поверхнями нагрітої зони і корпуса.
Для початку визначимо приведений ступінь чорності і-ої поверхні нагрітої
зони пi:
1 1
1 1 S
. з ,вн 1 1 . 0.234
.0.17
1 1 0.405
п ,в п ,н S 0.92 0.39 0.25.0.18
з ,вн к ,вн к ,вн
1 1
1 1 S
з ,б 1 1 0.08.0.17
1 . 1 . 0.417
п ,б S 0.92 0.39 0.18.0.09
з ,б к ,б к ,б
де зi і Sзi - ступінь чорності і площа поверхні нагрітої зони, пi = 0.72 (для
всіх поверхонь тому що матеріал ДП однаковий).
46
Тому що приведений ступінь чорності для різних поверхонь майже
однакова, то ми можемо прийняти її рівної пi = 0.405 і тоді
. 4 4
5.67 t t 273
0 t 273
i . з 0
з ,л , i t t 100 100
3 к ,о
4 4
0.405.5.67 30 17 273 30 273 Вт
. 39.361
з ,л , i 17 15.8 100 100 2
м .К
Для визначальної температури tm = 0.5 (tк + t0 + tk) = 0.5 (45 + 30 + 17 =46
oC і визначального розмірі hі розраховуємо число Грасгофа Gr для кожної
поверхні корпуса
3
1 h
Gr .g.
опрi . t
mi
t 273 2 з
m
m
де Lопр i - визначальний розмір і-ої поверхні корпуса;
g - прискорення вільного падіння;
m - кінетична в'язкість газу, для повітря визначається з таблиці 4.10 [1] і
дорівнює m=17.48 10-6 м2/с
3
1 ( 0.005 )
Gr Gr .9.8. .17 213.654
mв mн
46 273 6 2
17.48.10
3
1 . . ( 0.008 )
Gr 9.8 .17 875.128
mб
46 273 6 2
17.48.10
Визначаємо число Прандтля Pr з таблиці 4.10 [1] для визначальної
температури tm, Pr = 0.678.
Grн Pr = Grв Pr = 213.654 0.678 = 147.13
Grб Pr = 875.128 0.678 = 610.837
Розрахуємо коефіцієнт коефіцієнти конвективного теплообміну між
нагрітою зоною і корпусом для кожної поверхні:
для нижньої і верхній
m 0.0281 Вт
5.62
з ,к ,нв h 0.005 2
нв м .К
47
для бічної поверхні
m 0.0281 Вт
3.512
з ,к ,б h 0.008 2
б м .К
де m - теплопровідність газу, для повітря m визначаємо з таблиці 4.10 [1]
m = 0.0281 Вт/(м К);
Визначаємо теплову провідність між нагрітою зоною і корпусом:
K . .
з ,к S
з ,л , i з ,к , i з , i
( i н , в ,б)
де - питома теплова провідність від модулів до корпуса блоку, при
відсутності притиску = 240 Вт/(м2 К);
S - площа контакту рамки модуля з корпусом блоку;
К - коефіцієнт враховуючий конвективний теплообмін
2
S ( 0.002.0.08 0.002.0.17 ).2.25 0.025 м
1 1
0.167 < 4
.S 240.0.025
0.157
K 1.63 1.63 0.157.0.167 1.604
.S
У результаті одержуємо:
1.604. ( ( 39.361 5.62 ).
Вт
0.17.0.234.2 ( 39.361 3.512 ).0.17.0.08 ) 6.675
з ,к К
Розраховуємо нагрівання нагрітої зони tз.о у другому наближенні
P .К .К .К
з кп w н2 20.1.1.1.3 o
t t 15.8 19.695 C
з ,о к ,о 6.675
з ,к
де Кw - коефіцієнт, що враховує внутрішнє перемішування повітря,
залежить від продуктивності вентилятора, Кw = 1;
Кн2 - коефіцієнт, що враховує тиск повітря усередині блоку, Кн2 = 1.3.
Визначаємо похибку розрахунку
t t
з ,о з 19.695 18
0.086
t 19.695
з ,о
Така похибка нас цілком улаштовує =0.053 < []=0.1.
48
Розраховуємо температуру нагрітої зони
o
t t t 30 19.695 49.695 C
з 0 з ,о
Етап 3. Розрахунок температури поверхні елемента
Визначаємо еквівалентний коефіцієнт теплопровідності модуля, у якому
розташована мікросхема. Для нашого випадку, коли відсутні теплопровідні шини
экв = п = 0.3 Вт/(м К), де п - теплопровідність матеріалу підстави друкованої
плати.
Визначаємо еквівалентний радіус корпуса мікросхем:
S c .c
0ис 1 2 0.0195.0.006
R 0.006 м
де S0ИС - площа підстави мікросхеми, S0ИС = 0.0175 0.006 = 0.000117 м2
Розраховуємо коефіцієнт поширення теплового потоку
1 2 17
m 168.325
h . 0.002.0.3
пп экв
де 1 і 2 - коефіцієнти обміну з 1-й і 2-й стороною ПП; для природного
теплообміну 1 + 2 = 18 Вт/(м2 К);
hпп - товщина ПП.
Визначаємо шуканий перегрів поверхні корпуса мікросхеми для ІМС, яка
знаходиться в середині ПП і тому працюючої в найгіршому тепловому режимі:
Q
t t k.
ис
...
ис в 1
k . S S
ис 0 ,ис
з 1
2
..R K(mR)
з B M..R. .h .m.
1
экв п
K(mR)
0
K mr
i
Q . 0
N исi
K mR
i 0
+
K mR
i
i = 1 . . зi 1 . . . . . . . 1
ki S S 1 B M R m
исi 0 ,исi i i экв п
. 2 .
. R ki S S K mR
i исi 0 ,исi i
зi 0
де В и М - умовні величини, уведені для спрощення форми запису, при
однобічному розташуванні корпусів мікросхем на ПП В = 8.5 R2 Вт/К, М = 2;
49
к - емпіричний коефіцієнт: для корпусів мікросхем, центр яких відстоїть
від кінців ПП на відстані менш 3R, к = 1.14; для корпусів мікросхем, центр яких
відстоїть від кінців ПП на відстані більш 3R, к = 1;
к - коефіцієнт тепловіддачі від корпусів мікросхем визначається по
графіка (мал. 4.17) [1] і для нашого випадку к = 12 Вт/(м2 К);
Nі - число і-х корпусів мікросхем, розташований навколо корпуса
мікросхеми, що розраховується, на відстані не більш ri < 10/m = 0.06 м, для нашої
ПП Nі = 24;
К1 і К0 - модифіковані функції Бесселя, результат розрахунку яких
представлений нижче:
m.r 168.325.0.061 10.268 m.r 168.325.0.0275 4.629
1 11
m.r 168.325.0.0365 6.144 m.r 168.325.0.055 9.258
2 12
m.r 168.325.0.024 4.04 m.r 168.325.0.0563 9.477
3 15
m.r 168.325.0.0365 6.144 m.r 168.325.0.03 5.05
4 16
m.r 168.325.0.061 10.268 m.r 168.325.0.012 2.02
5 17
m.r 168.325.0.0563 9.477 m.r 168.325.0.03 5.05
6 18
m.r 168.325.0.03 5.05 m.r 168.325.0.0563 9.477
7 19
m.r 168.325.0.012 2.02 m.r 168.325.0.061 10.268
8 20
m.r 168.325.0.03 5.05 m.r 168.325.0.0365 6.144
9 21
m.r 168.325.0.0563 9.477 m.r 168.325.0.024 4.04
10 24
m.r 168.325.0.055 9.258 m.r 168.325.0.0365 6.144
11 23
m.r 168.325.0.0275 4.629 m.r 168.325.0.061 10.268
12 24
tв – середньо об’ємний перегрів повітря в блоці:
t t
к ,о з ,о 15.8 19.695
t 17.748 K
в 2 2
QИСi - потужність, що розсіюється і-й мікросхемою, у нашому випадку для
всіх однакова і дорівнює 0.001 Вт;
SИСi - - сумарна площа поверхонь і-й мікросхеми, у нашому випадку для
всіх однакова і дорівнює SИСi = 2 (с1 с2 + с1 с3 + с2 с3) = 2 (17.5 6 + 17.5 4 + 6
4) = 438 мм2 = 0.000438 м2;
зi - зазор між мікросхемою і ПП, зi = 0;
зi - коефіцієнт теплопровідності матеріалу, що заповнює цей зазор.
50
Підставляючи чисельні значення у формулу одержуємо
0.001 o
t 17.748 ... 36.66 C
ис
. 6 4 1
12 438.10 1.17.10
1
2
8.5..0.006 2..0.006.0.3.0.002.168.325
0.001. ( 4.10.268 4.6.144 2.4.04 4.9.477 4.5.05 2.2.02 2.9.258 2.4.629 )
0.006.168.325
+
6 4 8.5.
2
.0.006 2... . . . 0.006.0.3.0.002.168.325
12 438 10 1.17 10 1
. . 6 4
12 438 10 1.17.10
Визначаємо температуру поверхні корпуса мікросхеми
o
t t t 30 36.66 66.66 C
ис 0 ис
Така температура задовольняє умовам експлуатації мікросхеми Тр = -
45....+70 оС, і не вимагає додаткової системи охолодження.
5.3.3 Розрахунок маси блоку
Таблиця 5.4 - Вихідні дані для розрахунку
Маса блоку ИС mис = 24 г = 0.024 кг
Щільність дюралюмінію 3
др = 2800 кг/м
Щільність склотекстоліту Ст = 1750 кг/м3
Товщина дюралюмінію hk = 1 мм = 0.001 м
Товщина друкованої плати hпп = 2 мм = 0.002 м
Кількість друкованих плат nпп = 60
Кількість ИС nис = 25
m 2.h . . L .L L .2.L L .2.L =
к к др 1 2 1 3 2 3
= 2.0.001.2800. ( 0.25.0.18 0.25.2.0.09 0.18.2.0.09 ) 0.685 кг
m 2.h .a .a . 2.0.002.0.17.0.08.1750 0.095 кг
пп пп 2 3 Ст
M m .n m .n m 0.095.60 0.024.25.60 0.685 42.385 кг
б пп пп ис ис к
51
6 Оцінка надійності пристрою
Надійність є однієї зі складових якості виробу. Вона характеризує
властивість виробу виконувати задані функції, зберігаючи в часі значення
встановлених експлуатаційних показників у необхідних межах, що відповідають
заданим режимам і умовам використання, технічного обслуговування, ремонтів,
збереження і транспортування. Як комплексна властивість, надійність, у
залежності від призначення об'єкта й умов його експлуатації може включати
наступні складові: безвідмовність, довговічність, сохраняемость і
ремонтоздатність.
Кількісною характеристикою одного чи декількох властивостей надійності
є показники безвідмовності, довговічності, ремонтоздатності, сохраняемости і
комплексні показники.
Як видно з приведених залежностей надійність визначається інтенсивністю
відмовлень окремих елементів системи i у період її нормальної експлуатації.
Вихідні дані і результати розрахунків приведені в додатку Г.
52
7 Спеціальний розділ
7.1 Технологічний розділ
Тип виробництва визначає спосіб виготовлення фотошаблонів, побудова
технологічного процесу і ступінь його деталізації. У залежності від розміру
виробничої програми, технічних і економічних умов виробництво буває
одиничне, серійне і масове.
Одиничне виробництво фотошаблонів характеризується широкою
номенклатурою і малим обсягом випуску, виготовлення фотошаблонів у
серійному і масовому виробництвах - застосування устаткування, що дозволяє
механізувати й автоматизувати виробничі процеси.
Первинний фотошаблон одержують хімічною обробкою експонованих
фотопластинок, проконтролювавши спочатку температуру робочих розчинів
термометром. Відлік часу обробки проводять за секундоміром.
Технологічний процес і режими виготовлення фотошаблонів друкованих
плат представлені в таблиці 7.1.
Таблиця 7.1 - Технологічний процес і режими виготовлення фотошаблонів
друкованих плат
Порядок операцій і їхнє Тривалість обробки, хв.
фототехнічної плівки
найменування
прямим методом
методом звертання
1. Прояв 220,5 1 5 4 6
2. Промивання в проточній воді 1822 - 0,250,5 0,250,5 68
3. Зупинка прояву 1822 2 0,51 - -
4. Відбілювання 1822 3 - - 34
5. Засвічування* - - - - -
6. Промивання в непротічній воді 1822 - - - 57
7. Промивання в проточній воді 1822 - - - 23
8. Освітлення 1822 4 - - 1,52
9. Промивання в проточній воді 1822 - - - 23
53
Температура
С
№ розчину
фотопластин
10. Прояв 1822 1 - - 34
11. Промивання в проточній воді 1822 - 0,250,5 - 0,51
12. Фіксування 1822 5 1015 810 810
13. Промивання в непротічній воді 1822 - 57 57 57
14. Ослаблення (при необхідності, 1822 6 - - візуально
для видалення загальної вуалі)
15. Промивання в проточній воді 1822 - 1520 1520 1520
16. Змочування в ОП-7 чи ОП-10
17. Сушіння ** - У В підвішеному стані
вертикальн
ому
положенні
18. Контроль -
7.2 Розділ охорона праці
7.2.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають на виробничій
дільниці з ремонту на налагоджування радіоелектронного обладнання
Одним зі структурних підрозділів підприємства, де проєктуються та
виготовляються елементи системи автоматичного керування технологічним
процесом, є виробнича дільниця, де працівники проводять ремонт та
налагоджування різноманітних радіоелектронних пристроїв, що експлуатуються
на підприємстві. Ця дільниця є складовою одного з цехів і виділена в окреме
приміщення.
Приміщення знаходиться на першому поверсі двоповерхового будинку.
Розміри приміщення 5,5х3,2х4,5 м, тому площа приміщення становить 17,6 м2, а
об’єм - 79,2 м3. Оскільки на дільниці існує п'ять постійних робочих місць, можна
зробити висновок, що площа, що приходиться на одного працюючого становить
3,52 м2, а об'єм - 15,84 м3. Розміри приміщення не відповідають вимогам
нормативних документів щодо площі приміщення, але відповідають щодо об'єму.
54
Стіни і стеля дільниці мають світлий пастельний колір з матовою фактурою,
підлога вкрита світлим лінолеумом, що забезпечує зручність прибирання від
пилу.
Важливе значення мають фактори мікроклімату в робочому приміщенні,
оскільки вони безпосередньо впливають на здоров’я та самопочуття працівників.
Порушення показників мікроклімату у виробничому приміщенні сприяє
порушенню механізмів терморегуляції, що призводить до погіршення загального
стану, зниження працездатності.
Недостатня вологість повітря на робочому місці, особливо в холодний
період року призводить до посиленого випаровуванню вологи зі слизових
оболонок, їх пересихання, розтріскування, забруднення різними хвороботворними
мікроорганізмами. Підвищена відносна вологість повітря (понад 80%) призводить
до порушення терморегуляції організму, і, як наслідок, до появи нудоти,
запаморочення, в деяких випадках втрати свідомості, і навіть теплового удару.
Виробничі процеси, які здійснюються при зниженій температурі повітря або
в холодну пору року, можуть стати причиною охолодження або навіть
переохолодження організму, розвитку гіпотермії. При цьому кровоносні судини
скорочуються рідше, швидкість протікання крові стає повільної, і віддача тепла і
випромінювання від тіла зменшується.
При підвищеній температурі повітря кровоносні судини навпаки,
розширюються. Тепловіддача з поверхні тіла зростає, організм втрачає велику
кількість вологи і солей, які відіграють важливу роль у здійсненні процесів
життєдіяльності
За категорією праці робота на даному робочому місці відноситься до
фізичної роботи середньої тяжкості - ІІа. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні
значення основних факторів мікроклімату наступні:
Температура повітря:
- в теплий період року – 21-23 °С (допустима – 18-27 °С);
- в холодний період року – 18-20 °С (допустима – 17-23 °С).
Вологість повітря:
55
- в теплий період року – 40-60 %;
- в холодний період року – 40-60 %.
Швидкість руху повітря:
- в теплий період року – 0,3 м/с (допустима – 0,2-0,4 м/с) ;
- в холодний період року – 0,2 м/с (допустима – менше 0,3 м/с) .
Фактичні значення даних параметрів мають такі значення:
- температура повітря в теплий період року становить – 24-25 °С, в
холодний період року – 20-23 °С .
- вологість повітря знаходиться в межах – 45-55 %.
Швидкість руху повітря як в теплий так і в холодний період року не
перевищує 0,1 м/с.
Таким чином, всі параметри мікроклімату як в теплий так і в холодний
період року задовольняють ДСН 3.3.6.042-99.
Рівень інфрачервоного випромінювання від обладнання цеху не перевищує
гранично-допустимих рівнів відповідно ДСН 3.3.6.042-99.
Параметри мікроклімату підтримуються в межах нормативних значень за
допомогою автономного кондиціонера LG встановленого в приміщенні. За
допомогою цього кондиціонера забезпечується приплив свіжого чистого повітря
ззовні, яке розбавляє забруднене повітря робочої зони, відповідно ДБН В.2.5.67-
2013.
На дільниці в холодний період року функціонує система централізованого
водяного опалення, яка відповідає ДБН В.2.5.67-2013. Система опалення
складається з 5-ти радіаторів типу KORAD, встановлених під вікнами вздовж
стіни.
При виконанні робіт з ручної пайки елементів друкованих плат на робочих
місцях монтажників можливі виділення: парів кадмію і свинцю; при промиванні
паяних плат - парів спирту етилового; при знежирюванні плат перед
приклеюванням - парів спирту етилового та бензину; при обпалюванні дротів з
фторопластовою ізоляцією - парів фторопласту. Випаровування цих речовин дуже
негативно впливають на здоров'я працюючих. Тому на дільниці розміщено
56
декілька витяжних пристроїв, під'єднаних за допомогою системи повітроводів до
загальної цехової механічної системи вентиляції. А саме, витяжні панелі
розташовані на робочих місцях монтажників та регулювальників.
Система вентиляції правильно спроектована, змонтована та відповідає усім
санітарно-гігієнічним вимогам відповідно ДБН В.2.5.67-2013. Концентрації усіх
речовин, що виділяються у повітря робочої зони відповідають вимогам
нормативних документів. Роботи з ручної пайки елементів друкованих плат на
робочих місцях монтажників відповідають НПАОП 28.52-1.32-14 «Правила
охорони праці під час паяльних робіт».
Підприємство за свої кошти організовує проведення попереднього (при
прийнятті на роботу) і періодичних (протягом трудової діяльності) медичних
оглядів працівників, зайнятих на важких роботах, роботах із шкідливими чи
небезпечними умовами праці або таких, де є потреба у професійному відборі, а
також щорічного обов'язкового медичного огляду осіб віком до 21 року,
відповідно «Положення про медичний огляд працівників певних категорій»
НАОП 0.03-4.02-94 та Наказу МОЗ України №246 від 21.05.2007.
На підприємстві до виконання монтажних робіт з використанням свинцевих
припоїв допускаються особи яким виповнилось 18 років, які пройшли медичний
огляд, навчання за спеціальністю, навчання безпечним методам роботи на протязі
6-10 змін, інструктаж з техніки безпеки і пожежної безпеки, які вивчили
технологічний процес на виконання даної роботи.
З усіма працівниками перед допуском до роботи проводять вступний та
первинний інструктажі згідно типового положення про навчання з питань
охорони праці (ДНАОП 0.00-4.12-05). Допуск до роботи відбувається після
проведення перевірки знань із вступного та первинного інструктажів. Перевірка
здійснюється згідно затвердженого переліку запитань.
Вступний інструктаж з питань охорони праці проводиться з усіма
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову) незалежно
від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. Первинний інструктаж
проводиться з працівниками на робочому місці до початку роботи. Запис про
57
проведення вступного інструктажу робиться у спеціальному журналі. Повторний
інструктаж проводиться на робочому місці з усіма працівниками: на роботах з
підвищеною небезпекою - 1 раз у квартал, на інших роботах - 1 раз на півріччя.
Природне і штучне освітлення нормується згідно ДБН В.2.5-28-2018 в
залежності від характеристики зорової праці, найменшого розміру об'єкта
розрізнення, розряду і підрозряду зорової роботи, фону і контрасту об'єкта з
фоном. Згідно цього на дільниці передбачені наступні види виробничого
освітлення: природне, штучне і суміжне.
Природне освітлення бічне - світло проникає в приміщення через чотири
вікна з розмірами 1,5х2 м. Відповідно КПО на робочих місцях становить 28-32%,
що задовольняє умови ДБН В.2.5-28-2018.
Штучне освітлення застосовується при недостатності природного
освітлення або відсутності його (у темний час доби). За призначенням штучне
освітлення належить до робочого.
Характер зорової праці відноситься до високої точності, що відповідає ІІІ
розряду та підрозряду – б. Згідно ДБН В.2.5-28-2018 штучна загальна освітленість
при даній роботі повинна бути не менша 300 лк. Загальне штучне освітлення
створюється 4 люмінесцентними світильниками, які створюють на робочих місці
фактичний рівень освітлення в 320 лк, що відповідає ДБН В.2.5-28-2018.
З п'ятьох робочих місць одне забезпечене персональним комп’ютером.
Монітор розміщено так, щоб світлові відблиски з вікна не заважали роботі.
Відстань від екрану монітора до очей становить не менше 50 см. Положення
працівника за комп’ютером вільна та зручна, що забезпечується регулюванням
висоти та нахилом крісла. Робоче місце працівника відповідає ДСанПІН 3.3.2.007-
98 та ДСТУ 8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце для виконання робіт у
положенні сидячи. Загальні ергономічні вимоги».
Джерелами шуму на дільниці є прилади та кондиціонер. Рівень шуму від
цих приладів не перевищує 65 дБА, що відповідає ДСН 3.3.6.037-99. Зовнішніми
джерелами шуму є вентилятори загально цехової системи вентиляції. Але цегляна
стіна, яка відділяє дільницю від загального цеху, повністю ізолює робочі місця на
58
дільниці від джерел підвищеного рівню шуму, що забезпечує рівень шуму в
нормативних межах відповідно ДСН 3.3.6.037-99.
Існуюче на ділянці обладнання не створює підвищеного рівня вібрації на
робочих місцях, тому рівень загальної та локальної вібрації на дільниці відповідає
ДСН 3.3.6.039-99.
Рівні електромагнітного випромінювання на робочих місцях від існуючого
обладнання не перевищують нормативних значень відповідно ДСН 3.3.6-096-
2002.
Усі робочі місця, зокрема робочі столи та стільці, правильно спроектовані
та розташовані в приміщенні, мають усі необхідні складові та геометричні
розміри, що відповідають ДСТУ 8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце
для виконання робіт у положенні сидячи. Загальні ергономічні вимоги».
Електропроводка мережі на дільниці прихованого типу, що захищає
працюючих в від дотику до оголених проводів напругою 220 В при механічному
руйнуванні проводки. Приміщення відноситься до 3 типу: приміщення без
підвищеної небезпеки. Тобто немає таких небезпечних факторів: високої
відносної вологості повітря (перевищення 75% протягом тривалого часу); високої
температури повітря (більше 35°С протягом тривалого часу); струмопровідного
пилу; струмопровідної підлоги; хімічно активного середовища. Обладнання,
встановлене в приміщенні живиться напругою 220 В і споживає потужність понад
4000 Вт. Обладнання має металевий корпус, тому під'єднано до цехової системи
захисного заземлення згідно ДСТУ Б В.2.5-82-2016.
Відповідно до НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні»
на дільниці зокрема та на підприємстві в цілому розроблені відповідні заходи
щодо забезпечення пожежної безпеки.
За вибухопожежонебезпекою, відповідно до ДСТУ Б В.1.1-36:2016,
приміщення дільниці відноситься до категорії В (тверді горючі та важкогорючі
речовини і матеріали (в тому числі пил та волокна), речовини та матеріали, здатні
при взаємодії киснем повітря або одне з одним горіти, за умови, що приміщення, в
яких вони знаходяться (використовуються), не належать до категорії А та Б).
59
Для ліквідації невеликих осередків пожежі на дільниці передбачені
первинні засоби пожежогасіння - порошкові вогнегасники ВП-5У, в кількості 4
штук, які розміщені в легкодоступних місцях (відповідно Правил експлуатації та
типових норм належності вогнегасників).
План евакуації розташований на стіні з вільним доступом до нього. Ширина
шляху евакуації становить не менше 1 м, а дверей евакуаційного виходу – не
менше 0,8 м при висоті проходу не менше 2 м. Над дверима написано слово
«Вихід». Евакуаційні шляхи утримуються вільними та не захаращеними (ДБН
В.1.1.7-2016).
Для протипожежного захисту приміщення застосовується пожежна
автоматика у відповідності з ДБН В.2.5.56-2014. В приміщенні встановлені
теплові автоматичні сповіщувачі ИП-105 в кількості 2 штук, встановлені на стелі.
Отже, в результаті проведеного аналізу можна відмітити недосконалість
існуючої системи пожежної сигналізації, тому пропонується замінити саму
систему та теплові сповіщувачі ИП-105 на димові, для більш швидкого та
надійного сповіщення про початок пожежі.
7.2.2 Модернізація системи пожежної сигналізації на дільниці цеху
Система пожежної сигналізації — це збереження майна і безпека
співробітників. З її допомогою можна оперативно отримати повідомлення про
небезпечний спалах і визначити точне місце його виникнення. Система
сигналізації може автоматично включити систему сповіщення про пожежу (це
може бути сирена або звукове сповіщення), активувати пристрої пожежогасіння.
При необхідності сигнал про спалах буде переданий на центральний пульт
пожежної охорони, в найближчу пожежну частину. Системою пожежної
сигналізації можуть бути обладнані як приватні будинки або офіси, так і великі
будівлі або цілі комплекси будівель.
Можливості системи пожежної сигналізації:
- оперативне виявлення спалахів,
60
- сповіщення різними способами — сиреною, по телефону, на центральний
пульт пожежної охорони,
- активізація засобів пожежогасіння,
- інформування відвідувачів об'єкту про пожежу, шляхи евакуації (системи
сповіщення).
Системами пожежної сигналізації можуть бути обладнані різні категорії
будівель, зокрема наступні:
- квартири, приватні будинки, офіси,
- громадські заклади — торгові і бізнес-центри, лікарні, паркінги. Для таких
об'єктів необхідно використовувати комплексні системи інформування, евакуації і
пожежної безпеки (відключення вентиляції, димовидалення),
- виробничі об'єкти (заводи, сільськогосподарські підприємства і т. п.), для
яких важливо створити централізовану систему сигналізації, яка дозволить
визначити спалах на великій площі.
Системи пожежної сигналізації можуть виконувати ряд самих різних
функцій:
1. Передача сигналу про виникнення надзвичайної ситуації.
Якщо ваша система пожежної сигналізації обладнана централлю, то сигнал
про надзвичайну ситуацію відображатиметься на ній. Також при необхідності
сигнал може передаватися на центральний пульт служби пожежної безпеки
підприємства, в найближчу пожежну. Звязок системи сигналізації з пультом
охорони може здійснюватися різними способами:
- по виділеній або спільно використовуваній телефонній лінії,
- через мобільний GSM-комунікатор,
- через комп'ютерну локальну мережу.
2. Групування датчиків, адресна індикація спалаху
Можливо за бажанням групувати датчики сигналізації відповідно до
структури об'єкту. Це дозволить не тільки точніше визначити місце спалаху, але і
вибірково включати або відключати групи датчиків. При використанні аналогових
61
датчиків можна визначити тільки групу, в якій відбувся спалах. Цифрові датчики,
навпаки, дозволяють точно визначити місце спалаху.
3. Запам'ятовування історії подій.
Системи сигналізації дозволяють вести історію подій (обрив лінії,
замикання, відключення електроенергії, тривога і т. п.) Це дозволить згодом з
великою точністю відновити картину події.
4. Підключення до комп'ютерного устаткування.
Підключивши систему безпеки до комп'ютера або локальної мережі,
можливо відстежувати безпеку об'єкту з будь-якого корпоративного комп'ютера.
5. Безперебійна робота.
За допомогою акумуляторів можна забезпечити безперервну, безперебійну
роботу системи пожежної сигналізації.
6. Інформування, пожежна безпека.
Для приміщень з великою кількістю відвідувачів важливо забезпечити
безпеку евакуації при виникненні пожежі. Для цього можна використовувати такі
засоби як відключення вентиляції (щоб уповільнити розповсюдження пожежі),
включення димовидалення, сповіщення відвідувачів про шляхи евакуації.
У системі пожежної сигналізації можуть використовуватися самі різні
датчики, зокрема димові. Практично всі типи пожеж супроводжуються
утворенням великої кількості невловимих частинок, тобто диму. Тому найбільш
поширеною групою пожежних сповіщувачів є димові, які розрізняються
за принципом виявлення димових частинок залежно від їх розміру, кольору і т.п.
Детектор диму реєструє присутність диму і газів ще до появи полум'я
і подає сигнал. Хоча індикатори диму можуть бути вбудовані в охоронну
сигналізацію, самостійно простіше встановити індивідуальні системи, що
працюють від батарей. Необхідно обов'язково міняти батареї, принаймні, раз
на рік і щомісячно перевіряти працездатність індикатора натисненням
контрольної кнопки.
Розрізняють два види димових датчиків з різними фізичними принципами:
оптичні і іонізаційні.
62
Оптичний димовий сповіщувач використовується у разі, коли необхідно
отримати повідомлення про пожежу якомога раніше, вже на етапі тління, коли
утворення вогнищ полум'я і теплове випромінювання ще не почалися. Даний
сповіщувач використовують при виявленні «світлого» диму, частинки якого
достатньо великі за розміром. Але для виявлення ознак горіння речовин, якщо при
цьому не утворюється диму (наприклад, газів, органічних рідин, ряду сумішевих
розчинників) вони непридатні.
Застосування оптичного димового сповіщувача достатнє широко:
у бібліотеках, музеях, лікарнях, готелях, складських приміщеннях,
в комп'ютерних приміщеннях, на об'єктах промислового призначення, в офісах.
В основі роботи оптичного димового сповіщувача лежить принцип
розсіяння інфрачервоного випромінювання на частинках диму. Це порівняно з
променем світла, що проходить через хмару: поки промінь проходить через
прозоре середовище – ніяких віддзеркалень не немає і його не видно, як тільки
промінь потрапляє в хмару – то на частинках диму відбувається віддзеркалення і
проявляється структура променю.
Іонізаційний димовий сповіщувач використовує потік радіоактивних
частинок для визначення підвищення концентрації диму в зоні контролю.
Іонізаційні сповіщувачі реагують на, так званий «чорний дим». Такі
сповіщувачі добре виявляють дрібні частинки диму, що утворюються при
полум'яному горінні, але малопридатні для виявлення процесів тління, в
результаті яких утворюються крупні частинки, а також виявлення процесів
горіння пластмас і горючих рідин.
Іонізаційні димові сповіщувачі широко використовуються для захисту
промислових об'єктів від спалаху електроніки, кабельних каналів. Крім того,
вплив пилу на цей сповіщувач набагато нижчий.
До централі системи підключаються всі датчики системи сигналізації.
Централь візуально показує стан системи, а також при необхідності приводить в
дію сирену або звукове сповіщення, систему пожежогасіння, відключає
63
вентиляцію і кондиціонування, управляє системою димовидалення і ліфтами,
передає сигнал на центральний пульт охорони.
Передача сигналу про спалах може передаватися по телефону, радіоканалу
або комп'ютерною або GSM-мережею.
Устаткування централізованого управління сигналізацією складається
з комп'ютера і спеціалізованого програмного забезпечення, яке дозволяє
відстежувати стан систем сигналізації. Можлива інтеграція з іншими засобами
безпеки – наприклад, системами відеоспостереження, що дозволяє помітно
збільшити ефективність роботи. Сигналізація пожежі може проводитися сиреною,
мовним сповіщенням. За допомогою таких засобів можна спростити евакуацію
відвідувачів об'єкту і зробити її безпечнішою.
Зі всього різноманіття існуючих сучасних систем пожежної сигналізації у
виробничому приміщенні пропонується використати систему на базі пожежного
приймально-контрольного пристрою (ППКП) та управління пожежного «Лунь-
9Р», який призначений для:
1) Контролю стану оповісників пожежних, різних датчиків стану пожежної
системи;
2) Відображення прийнятої інформації на рідкокристалічному дисплеї, за
допомогою світлодіодних індикаторів і вбудованого зумера;
3) Виведення прийнятої інформації на персональний комп'ютер;
4) Передачі інформації на пульт централізованого спостереження;
5) Управління зовнішніми пристроями світлового і звукового сповіщення;
6) Управління різним устаткуванням, підключеним до виходів блока.
64
Рисунок 7.1 - Пожежний приймально-контрольний пристрій «Лунь-9Р»
Головна перевага ППКП «Лунь-9Р» перед своїми аналогами на ринку
пожежної сигналізації – захист від помилкових спрацьовувань шлейфів
сигналізації.
Алгоритм роботи пристрою полягає в наступному: при першому
спрацьовуванні пожежного датчика, Лунь-9Р скидає живлення пожежних
датчиків, якщо після відновлення живлення датчик протягом 1 хвилини повторно
спрацьовує, то цей сигнал ПОЖЕЖА передається на пульт центрального зв’язку
(ЦПЗ). Таким чином, помилкові спрацьовування не передаються на пульт.
Режим роботи ППКП – безперервний цілодобовий. ППКП є відновлюваним
контрольованим обслуговуваним багатофункціональним пристроєм багаторазової
дії.
ППКП призначений для експлуатації в приміщеннях з регульованими
кліматичними умовами. Конструкція ППКП не передбачає його експлуатацію в
умовах дії агресивних середовищ.
ППКП будується за блоково-модульним принципом. Технічні
характеристики ППКП «Лунь-9Р» наступні:
- інформаційна ємність (кількість зон): 8,
- кількість сповіщувачів в зоні, не більше: 32,
- струм по виходу + S12V, А, не більше: 0.2,
- струм по виходу + 12F, А, не більше: 0.2,
65
- струм по виходу Bell, А, не більше: 0.2,
- опір кінцевого резистора шлейфа, кОм: 1.2 ± 5%,
- опір резистора контролю пожежного сповіщувача, кому: 1.2 ± 5%,
- опір витоку між проводами зони, кОм, не менш: 50,
- опір проводів зон, Ом: не більше 220,
- час реакції зони на тривогу (несправність), мсек: не більше 1000,
- час визначення несправностей, сек: не більше 100,
- напруга живлення, В: 14.1 ± 1%,
- струм споживання, мА: не більше 500,
- струм споживання ППКП в черговому режимі, мА: не більше 100,
- напруга живлення мережі змінного струму, В: 170 – 240,
- струм споживання ППКП від мережі 220В, А: не більше 0.9,
- напруга резервного джерела живлення (АКБ), В: 10.5 - 14.0,
- напруга видачі події «АКБ розряджена», В: 11.3,
- напруга видачі події «АКБ заряджена», В: 12.4,
- струм заряду, мА, не більше 700,
- пульсації на виходах, мВ: не більше 300,
- перегрів елементів ППКП (напівпровідників), ° С: не більше 75,
- час виявлення несправності АКБ і зарядного пристрою, з: не більше 100,
- час виявлення несправності мережного живлення, сек: не більше 100,
- номінальний струм плавкої вставки запобіжника (FU3) захисту від КЗ
АКБ, А: 3.15,
- тип системи передачі повідомлень на ПЦЗ, згідно ДСТУ ЕN54-21: 1.2,
- час затримки повідомлення під час передачі, з: не більше 60,
- ступінь захисту корпусу від твердих предметів і вологи: IP31,
- контроль наявності мережі змінного струму 220 В,
- контроль розряду акумуляторної батареї і управління її зарядом,
- контроль наявності сирени,
- дозволяє виконувати всі функції віддаленого управління і звіту про стан за
запитом з пульта,
66
- дозволяє використовувати 2 sim-карти,
- має 2 релейних виходу,
- передає повідомлення по голосовому і GPRS каналах мережі GSM,
можлива передача по телефонній лінії і за допомогою каналу зв'язку Ethernet /
Internet.
В якості пожежного сповіщувача пропонується використати димовий
оптико-електронний сповіщувач ИП 212-58 «ECO1003». При розробці пожежних
сповіщувачів серії ECO1000 були враховані особливості побудови і експлуатації
системи пожежної і пожежно-охоронної сигналізації, а саме:
1.Забезпечена сумісність практично з будь-якими пожежниками
приймально-контрольними приладами (ПКП).
2. Розширений діапазон робочих температур сповіщувачів серії ECO1000
від - 30°С до +70°С забезпечує роботу в опалювальних і неопалювальних
приміщеннях.
3. Широкий діапазон робочої напруги живлення, від 8 до 30 вольт, дозволяє
використовувати сповіщувачі серії ECO1000 в системах пожежної і пожежно-
охоронної сигналізації.
Рисунок 7.2 - Сповіщувач пожежний димовий ІП212-58
Нова конструкція димової камери і корпусу сповіщувача ИП 212-58
зменшують вплив запиленості на характеристики сповіщувача і знижують вимоги
по технічному обслуговуванню. Застосування сучасної елементної бази з
67
мінімальним типорозміром 0402 (1х0,5 мм) дозволило розмістити електронну
схему навколо димової камери і за рахунок цього знизити профіль датчика,
надавши йому естетичну форму. Основні електронні компоненти були розроблені
спеціально для серії ECO1000. Стабілізація струмів вбудованого світлодіода і
виносного оптичного сигналізатора, забезпечує постійну високу яскравість їх
свічення у всьому діапазоні робочої напруги живлення.
Забезпечені простота і зручність включення тесту - дистанційно, при
передачі кодованого сигналу з лазерного тестера на світлодіод датчика -
проводиться його включення і формується сигнал «Пожежа» для перевірки
системи.
Зручний новий знімач з телескопічною штангою дозволяє швидко
встановити і зняти сповіщувачі серії ЕСО1000 на висоті без використання сходів.
Для захисту димових камер від пилу сповіщувачі ИП 212-58 поставляються
з надітими на них пластмасовими технологічними кришками.
Базові основи захищають сповіщувачі серії ECO1000 від несанкціонованого
витягання і забезпечують надійне кріплення в умовах транспортного трясіння при
їх установці на рухомих об'єктах.
Використання друкованої плати з екрануючим шаром підвищило стійкість
датчика до дії зовнішніх електромагнітних перешкод. Високий захист від корозії
забезпечений спеціальним покриттям і герметизацією окремих секторів
монтажної плати.
Технічні характеристики: ИП 212-58:
1. Діапазон чутливості - 0,05 - 0,2 дБ/м;
2. Інерційність спрацьовування сповіщувача - 10 сек;
3. Середня площа, контрольована одним сповіщувачем - до 110 м2;
4. Допустимий рівень дії фонової освітленості - 12000 лк;
5. Допустима швидкість повітря - до 20 м/с;
6. Робоча напруга - від 8 В до 30 В;
7. Амплітуда пульсацій напруги живлення - ±2 В, макс.;
8. Номінальний струм в черговому режимі - менше 70 мкА;
68
9. Допустимий струм в режимі "Пожежа" - 50 мА, макс.
10. Висота - 42 мм;
11. Діаметр - 102 мм;
12. Вага - 120 гр;
13. Діапазон робочих температур - -30°C +70°C;
14. Максимально допустима відносна вологість - 95%;
15. Ступінь захисту оболонки сповіщувача - IP43.
У пожежному димовому оптико-електронному сповіщувачі ИП212-58
використана горизонтально вентильована димова камера нової конструкції, що
забезпечує зменшення впливу запиленості. Абсолютно кругла в горизонтальній
плоскості форма димової камери забезпечує однаково високу чутливість
сповіщувача під час вступу диму з будь-якого напряму.
Окрім цього, в будь-якій системі пожежної сигналізації використовується
сповіщувач пожежний ручний. В нашому приміщенні буде встановлений
сповіщувач МСР3А-ПРО, який має наступні особливості: зручний і легкий
монтаж: зємні термінали забезпечують швидке підключення і зручне
налаштування. Провідники шлейфу дуже просто підєднуються до терміналів. Час
на установку сповіщувача скорочується. Можливо легко і у будь-який момент
перевірити весь шлейф, просто знявши термінал.
Комутовані струми - до 2 А, при постійній напрузі до 30 В. Габарити
сповіщувача: висота 93 мм, ширина 89 мм, товщина 27,5 мм, з монтажною
коробкою SR - 59,5 мм. Вага - 110 гр, з монтажною коробкою SR - 160 гр. Ступінь
захисту оболонки корпусу - IP44. Всі сповіщувачі можуть експлуатуватися як в
опалювальних, так і в неопалювальних приміщеннях при температурі
навколишнього середовища від -30°С до +70°С.
69
Рисунок 7.3 - Сповіщувач пожежний ручний МСР3А-ПРО
7.3 Економічний розділ
Перед початком розробки даної системи в першу чергу організували
діяльність по виконанню всіх робіт пов'язаних з розробкою і виготовлення модуля
вводу. Підбираємо трудові ресурси. На виконання даної кваліфікаційної роботи
наказом по університету призначається керівник кваліфікаційної роботи який
повинен зосередити свою увагу на виконанні конкретного завдання і на якого
свою чергу покладається відповідальність за реалізацію даної роботи.
Таблиця 7.1 – Опис робіт та вимог до ресурсів
Код Довготривалість
Робота (процес) Ресурси
процесу процесу, днів
1. Створення команди
1-2 1 К
проекту
2. Інтеграція команди
2-3 1 К
проект
3. Розробка технічної
документації 3-4 2,3 С
4. Закупівля сировини 4-5 0,3 С
5. Підготовка до
5-6 0,5 С
монтажу
6. Монтаж модуля 6-7 2,7 С
7. Отримання допуску 7-8 2 С
8. Перевірка роботи
8-9 0,8 С
модуля
9. Завершення проекту 9-10 1 С
10. Контроль виконання 1-10 Протягом всіх КН
70
робіт робіт
К – керівник проекту ; КН – консультанти з розділів ; С – студент.
Отже збудувавши сітковий графік, ми бачимо що для виконання
дипломного проекту по створенню модуля вводу ми затрачаємо 11,6 днів.
Метою даного розділу є обґрунтування економічної доцільності і
ефективності розробки модуля вводу. При цьому, за рахунок використання
сучасного мережевого обладнання і нових технічних рішень, збільшується
продуктивність, пропускна спроможність і надійність сортувального обладнання,
зменшуються: витрати часу і засобів на обслуговування.
Далі будуть приведені розрахунки, що дозволяють кількісно визначити
економічні показники проектування та виготовлення модуля вводу.
Таблиця 7.1- Розрахунок вартості основних матеріалів
Ціна за Сума
№ Одиниця Кількіст одиницю витра
Назва обладнання, матеріалів
п/п виміру ь продукції, т грн.
грн..
1.1 Роз’єм UL 94-V0 FUYCONN шт 17 38 646,00
1.2 Мікросхема 74LS21 шт 1 4,21 4,21
1.3 Мікросхема SN74LS11 шт 4 4,56 18,24
1.4 Мікросхема SN74LS08 шт 1 3,98 3,98
1.5 Мікросхема SN74LS15 шт 1 4,42 4,42
1.6 Мікросхема SN74LS20 шт 2 5,26 10,52
1.7 Мікросхема SN74LS04 шт 2 3,90 7,80
1.8 Мікросхема SN74LS50 шт 1 5,26 5,26
1.9 Мікросхема 74HC08N шт 3 4,68 14,04
Всього 1374,47
Загальна вартість матеріалів 1354,47 грн.
71
Висновки
В результаті, ми розробили комплексне рішення системи для автоматизації
технологічного процесу.
Найбільший використання закінчених одиниць, які можуть мати будь-який
вигляд функціональності пристрою (тобто головний технологічний виробничий
процес).
Даний механізм обміну між ЕОМ і пристроєм, який широкий і
гарантований, щоб компонувати будь-який технологічний процес будь-якого
ускладнення.
Переміщення деякої апаратної реалізації до рішення програмного
забезпечення оплачують дуже істотну роль в собівартості цілого пристрою.
Використовування сучасної технології піднімають ефективність процесу
взагалі.
Також є запасний шлях утилізації персонального комп'ютера в цьому
проекті. Це прибуткова здатність зміряної інформаційної обробки поста; висока
інтелектуальна робоча станція може задіяти будь-яку складність обробки даних.
Торкання апаратної реалізації пристрою - це - більше надійності, ніж будь-
яке існування одиниць. Час між відмовами системи, що розробляється, рівний
22030 годинам.
Від точки зору економічної ефективності, був доведений, що наданий
розвиток набагато більш перевищує економічні параметри існуючих імітацій як
по собівартості, і на компенсації.
Даний дипломний проект дозволяє збільшити загальну продуктивність
індустріального процесу; щоб поліпшити якість вироблюваної продукції. Тому
вартість продукту зменшена.
В дії ступеня робився грандіозним нахилом у бік використовування на
продукції обчислювальних центрів. В той же час, вже в стадії проектування
переваг використовування сучасних інформаційних і обчислювальних систем
72
(автоматизовані інженерні системи проекту) вище утримуваної шаблонної дії
руки - дизайнера інженера були шаблонні.
Ухвалення в увагу стану мистецтва промисловості України, що
інструментально робить, можна сказати, що мета наданого проекту має показати
можливі напрями в розвитку наданої галузі.
73